基于BIM与Kinect的城市地下轨道交通施工安全智能预警系统

相 关研 究表 明 ：一起 严重 事故发 生之前 往往会 大量地 出现许 多微 小 的无伤害 、无损 失或 只有轻微 伤害 、损失 的 先 兆事 件Ｌ６】。 此外 ，美 国国 家科 学院 （ＮＡＳ） 的研 究成 果 中也 指 出 ：倘若事 故发 生前 能针对事 故征兆 进行有 效 “拦 截” ，则 会大大 降低 安全事故 发生 的可能性 。这给 笔者提 供 了重要 启示 ：比对具 有相似 性的严 重事故 和险 兆事件 中 的某一 个或者 几个前 兆特征 ，能够 对 当前 活动 的发展趋 势 作 出科 学预 测，及时发现事故征兆并进行预警。
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（１）作业 人员智能识别。城市地 下轨道交通在施 工过 程 中参 与单位及 人员 较多 ，该系统须 提供 作业人 员智 能识 别功能 ，以提高 安全 管理效率。通 过 Ｋｉｎｅｃｔ捕捉 作业现场 人员 的人脸信 息 ，利 用人脸 识别 技术完成 作业 人员 的智能 识别。 若识 别出 的人脸信 息在 系统数库 中有 匹配的相 关人 员信 息 ，可 记录 下该人 员的进入 或离 开时间 ，以此 完成人 员 的考勤工 作及 作业工 时的 自动统计 。反之 ，若识 别 出的 人脸 信息无 法在 系统数据 中找 到相关 人员信 息 ，则认定该 人 员非法 闯入，并发 出警报。
基于ＢＩ Ｍ与Ｋｉｎｅｃｔ的城市地下 轨道交通施工安全智能预警系统
圈 项 目管 理与 工程 咨询
ＰＲＯＪＥＣＴ ＭＡＮＡＧＥＭ ＥＮＴ
张红梅 （上海市交通建设工程管理中心，上海 ２００１２０）
摘 要 ：安全管理系统在城市地下轨道交通施工安全管理中 占据着十分重 要的地 位。基于 ＢＩＭ及 Ｋｉｎｅｃｔ体感设备 ，构 建了城市地下轨道交 通施工 安智能预警系统 ，设 计了系统结构、主 要功能及运行 流程。该系统 在城市地下轨 道交通施工 安全实时监控、危 险信息 的智 能识别及 可 视 化 显 示 、 协 同 化 管 理 等 方 面 具 有 优 势 。
（２）危 险信 息智能预警。该预 警系统必须及 时感知作 业现场 出现不 安全行 为、不 安全状 态的工 人及施 工设 备。 通 过 Ｋｉｎｅｃｔ红外 摄像 头可 以捕 获现场 作业 人 员的 骨骼信 息 ，对 人的不安全行 为进行 识别。 同时， Ｋｉｎｅｃｔ彩色摄像 能提取 作业 现场实 时画 面，利用 图像 匹配技 术对 画面中物 的不安全状态进行智 能识别。 利用 ＢｌＭ 技术对 Ｋｉｎｅｃｔ捕捉 到 的危 险信 息及 可能造 成的事 故后果 进行 三维模拟 ，并 以 三维动 画的形式展现在显示端。
（３） 多用户 协同化管理。 城市地下轨道交通施 工包括 “洞通” “轨 通… 电通” 等多个 环节 ，各环 节中又存 在 多个标 段 ，整 个施 工过程 参与单位 众 多，组织 关系复 杂 ， 信息来 源混乱 。该 系统必 须满足 多用户 协同 化管理功 能 的 需要 ，提供整 个施 工过程 中安全 管理数 据共 享的权 限。通 过构建 基于 ＢｌＭ 的共享 数据平 台，将各方在参 与施工过 程 的 安全管理 指令 、会议 纪要、 安全 管理 日志 等相 关数据 汇 总于共享数据 平台中，以供各方参考。
在此背景下 ，笔者基于 ＢＩＭ 与 Ｋｉｎｅｃｔ技术 ，构 建了城 市地 下轨道 交通施工 安全智 能预警 系统 ，阐述 了系统 的基 本 架 构 、 主 要 功 能 及 运 行 流 程 ，实 现 了 针 对 地 下 轨 道 交 通 工 程 施 工 过 程 中 安 全 事 故 的 主 动 预 警 。
ｌ 背景分析
２ 需求分析及功能设计
城市轨道 交通建 设的施 工场所 绝大 多数为地 下 ，施 工 环境 复杂 ，极大地 受到城 市地下管 线复杂 度、施 工方法 的 多样 性、 周边既有 建筑物 密集度等 不确定 因素 的影响 ，加 之 ，我国施 工作业 人员总体 素质不 高 ，致使 我 国城市轨 道 交通施工过程 中安全事故频发。
当前 ，我 国城市 地下轨 道交通 施工 安全管理 方式仍 然 以被 动式 的人工巡 查为 主，安全 管理覆 盖面有 限 ，且难 以 实现 作业现 场相关 危险信 息智 能感知。 加之各 参与单 位缺 乏安全 检查信 息的 共享机 制 ，导致 安全 管理效 率不高。 对 此 ，本系统须满足如下功 能需 求。
与此 同时 ，一 些学者 利用 ＢＩＭ、无 线传感 网络、计 算 机视 觉等新兴技术 ，成功构建 了建筑工人高处坠落事故智能 预 警系统以及智能安全检 查系统＿７ｊ，并成功论证 了在动态视 频 中进行人 脸识别 ＿８ 的可 能性 。此外 ，基于 Ｋｉｎｅｃｔ技术 ， 成 功构建了人体行 为识别【９ 、驾驶 员疲 劳监测 等 智能系 统 。这些成 果为本研 究提供 了重 要技术参考 ：利用 ＢＩＭ 与 Ｋｉｎｅｃｔ构 建 城 市 地 下 轨 道 交 通 施 工 安 全 智 能 预 警 系 统 ， 可 实现施 工作 业过程 中危险信息的 自动捕 捉及 智能预警。
与此同时 ，随着数 字图像处理、人工智能等技术 的发展 和成 熟，利用信息技术提供施工安全管理已成为目前 的研 究 热点＿２】，同时 ，相关学者利用 ＢＩ ｉＶｌ技 术＿３ｊ、无线传统 网络 技 术【４ｌ、图像识别技术 Ｌ５ 等成功构 建了针对施 工安全事故 的 自 动预警系统。但是 ，上述研究大多以建设施 工安全为主要研 究对 象，在城市地下轨道交通领域研 究相对 匮乏。
关键词 ：地下轨道交通 ；施工安全 ；智能预警 ；ＢＩＭ ；Ｋｉｎｅｃｔ
中图分类号 ：Ｆ４０７．９ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１００７—４１０４ （２０１８）１１—００１３—０５
０ 引 言
城市轨道交通工程项 目为典型 的高风 险复 杂项 目 Ｊ，目 前安全检查工作以人工巡视形式为主，安全检查覆盖面小、 自动化水平低、受人为因素影响大，安全检 查漏检、误判现 象层 出不穷 ，从而导致无法及时发现事故隐患。