基础设施工程建设安全智能管控理论与实践

作者多年来从事基础设施工程建设安全管理实践和研究的总结和提炼，提出了闭环控制安全管理理论，揭示了安全事故产生机制，形成了安全智能化管控体系研发了工程安全隐患排查系统，推动安全智能化管控进程，为重大基础设施工程建设保驾护航。

本书基于金沙江下游梯级水电站的安全智能化管理实践，系统梳理了工程建设安全管理的变革与启示，提出智能化闭环安全管理理论，以“人-机-环-管”四要素为基础，“事前源头管理、事中过程管理、事后结果管理”三阶段为主线，“全面感知、真实分析、实时控制、持续优化”闭环控制为核心，研究工程建设各类安全风险“感知、识别、判断、推送、整改、闭合、改进”的智能化管控体系。围绕“危险源辨识、风险评价和分级管控，准入与轨迹、隐患排查治理，安全效果评价”等重点环节，研发安全隐患排查治理系统Wesafety，做好“事前、事中、事后”三阶段安全隐患风险管控，在人员、车辆、缆机、环境等安全管理中进行了成功的验证。

樊启祥，教授级高工，水利水电工程专家。2018年1月底前任中国三峡集团副总经理，现任中国华能集团副总经理。长期在大型水电工程建设一线从事技术和管理工作。获授权发明专利20余项，发表论文90余篇，获国家科技进步二等奖4项、省部级与行业级科技奖励30余项。入选国家“百千万人才工程”、国家突出贡献中青年专家，享受国务院政府特殊津贴。获中国管理年度价值人物（2019）、第十二届光华工程科技奖、中华国际科学交流基金会第三届杰出工程师奖、中国电力科学技术杰出贡献奖（2017）、首届中国大坝杰出工程师奖（2016）。

第1 章　安全管理概述                     1
1.1　工程安全管理发展历程                  1
1.1.1　工程安全管理发展                 1
1.1.2　水电工程安全管理发展               4
1.2　水电工程安全管理特点与挑战               5
1.2.1　特点                       5
1.2.2　挑战                       7
1.3　安全智能化管理发展必要性与趋势             9
1.3.1　必要性                      9
1.3.2　趋势                       11
第2 章　安全管理变革与启示                 14
2.1　安全管理理论                      14
2.1.1　事故致因理论                   14
2.1.2　现代管理理论                   17
2.1.3　系统管理理论                   18
2.1.4　数据分析理论                   18
2.2　安全管理方法                      19
2.2.1　基于知识驱动的安全管理方法            19
2.2.2　基于模型驱动的安全管理方法            20
2.2.3　基于数据驱动的安全管理方法            21
2.2.4　基于混合驱动的安全管理方法            22
基础设施工程建设安全智能管控理论与实践
VI
2.3　安全管理变革                      22
2.3.1　经验式的安全管理                 22
2.3.2　制度化的安全管理                 23
2.3.3　风险预控的安全管理                23
2.3.4　大数据化的安全管理                24
2.4　安全管理变革的启示                   24
2.4.1　理论创新是安全智能化的前提            24
2.4.2　提高安全意识是管理的核心             25
2.4.3　风险评价与隐患排查是安全的支柱          26
2.4.4　创新性技术的发展是变革的支撑           26
2.4.5　内涵式安全文化是发展的结果            27
第３章　智能安全闭环管理理论                28
3.1　工程安全事故发生机制                  28
3.1.1　安全事故发生特征                 28
3.1.2　安全隐患发生特征                 29
3.1.3　安全事故原因分析                 31
3.1.4　安全事故发生机制                 34
3.2　工程安全管控人本模型                  35
3.2.1　意识与理念——安全管理之大脑           35
3.2.2　过程管理——安全管理之躯干            36
3.2.3　风险管控与隐患排查——安全管理之左膀右臂     36
3.2.4　科技兴安与安全文化——安全管理之支柱       37
3.3　智能安全闭环控制管理理论                38
目 录
VII
目 录
3.3.1　闭环控制基本概念                 38
3.3.2　智能安全闭环控制                 38
3.3.3　安全闭环控制算法                 40
3.3.4　安全闭环控制实践                 43
第4 章　智能安全管控体系                  48
4.1　管控体系内涵与特征                   48
4.1.1　内涵                       48
4.1.2　特征                       52
4.2　管控框架与体系                     53
4.2.1　框架                       53
4.2.2　体系                       53
4.3　管控编码                        56
4.3.1　事故隐患分类编码                 56
4.3.2　事故隐患描述编码                 58
4.4　管控关键支撑技术                    62
4.4.1　智能识别                     62
4.4.2　BIM 模型                     63
4.4.3　定位技术                     63
4.4.4　拓展现实                     64
4.4.5　物联网与人工智能                 65
4.4.6　区块链与云计算                  66
4.4.7　生物识别与社交媒体                66
4.4.8　知识获取与表达                  67
基础设施工程建设安全智能管控理论与实践
VIII
第5 章　人员安全智能管理                  69
5.1　管理难点及要素                     69
5.1.1　管理难点                     69
5.1.2　闭环管理参数                   70
5.2　管理方法                        72
5.2.1　多场景施工人员安全定位              72
5.2.2　人员定位技术及模式                73
5.2.3　人员安全行为分析算法               74
5.2.4　人员安全数据学习                 78
5.3　人员定位智能管理系统                  82
5.3.1　背景目标                     82
5.3.2　系统组成                     82
5.3.3　系统架构                     83
5.3.4　主要功能                     84
5.4　应用效果                        86
第6 章　车辆安全智能管理                  87
6.1　管理难点及要素                     87
6.1.1　管理难点                     87
6.1.2　闭环管理参数                   88
6.2　管理技术与方法                     90
6.2.1　车辆定位技术                   90
6.2.2　智能终端联网技术                 92
6.2.3　土石方平衡调用技术                93
目 录
IX
6.2.4　智能交通调度技术                 96
6.3　车辆安全智能管理系统                  98
6.3.1　背景目标                     98
6.3.2　系统组成                     98
6.3.3　系统架构                    100
6.3.4　主要功能                    100
6.4　应用效果                       105
第7 章　缆机安全智能管理                  107
7.1　管理难点及要素                    107
7.1.1　管理难点                    107
7.1.2　闭环管理参数                  109
7.2　管理技术与方法                    110
7.2.1　缆机防碰撞技术                 110
7.2.2　司机防疲劳技术                 114
7.2.3　极端天气缆机预警控制方法            115
7.2.4　缆机混凝土吊运方法               117
7.3　管理系统                       119
7.3.1　背景目标                    119
7.3.2　系统组成                    119
7.3.3　系统架构                    120
7.3.4　主要功能                    121
7.4　应用效果                       123
基础设施工程建设安全智能管控理论与实践
X
第8 章　环境安全智能管理                  126
8.1　管理难点及要素                    126
8.1.1　管理难点                    126
8.1.2　闭环管理参数                  129
8.2　泥石流安全风险管控                  129
8.2.1　管理技术与方法                 129
8.2.2　管理系统                    129
8.2.3　应用效果                    132
8.3　围岩变形支护预警及管理                133
8.3.1　管理技术与方法                 133
8.3.2　管理系统                    134
8.3.3　应用效果                    138
8.4　地下洞室通风管控                   139
8.4.1　管理技术与方法                 139
8.4.2　通风效果                    145
8.5　液氨监控预警                     147
8.5.1　管理技术与方法                 147
8.5.2　管理系统                    148
8.5.3　应用效果                    150
第9 章　安全隐患排查系统与数据学习             151
9.1　微安全管理理论与系统                 151
9.1.1　微安全管理理论                 151
9.1.2　Wesafety 系统研发及架构             152
目 录
XI
9.1.3　Wesafety 系统功能                154
9.2　水电施工安全动态评价体系               158
9.2.1　工程安全管理层次分析法             158
9.2.2　水电工程隐患分层模型              159
9.2.3　层次分析法构造对比矩阵             162
9.2.4　权重确定                    163
9.3　基于隐患数据协作关系分析               164
9.3.1　个体协作网络                  164
9.3.2　单位协作网络                  165
9.4　基于CNN 的典型安全隐患数据学习           170
9.4.1　CNN 学习与挖掘方法               170
9.4.2　白鹤滩典型隐患学习分析             174
9.5　应用效果                       177
9.5.1　安全隐患上报—整改情况             177
9.5.2　参建单位行为及行为人分析            178
9.5.3　现场安全管理效果                181
第10 章　智能安全管理文化                  182
10.1　智能安全文化背景与特点                182
10.2　内涵式文化新理念                   183
10.2.1　构建原则                   184
10.2.2　文化特性                   185
10.2.3　文化指标                   186
10.2.4　文化内容                   187
基础设施工程建设安全智能管控理论与实践
XII
10.3　文化创建途径                     187
10.3.1　环境分析                   188
10.3.2　冲突识别                   190
10.3.3　矛盾解决                   192
10.4　智能安全管理文化内容                 192
10.4.1　理念文化层                  193
10.4.2　行为文化层                  194
10.4.3　视觉文化层                  197
第11 章　思考与展望                     199
11.1　思考                         199
11.1.1　敬安——主动安全意识与内涵式安全文化     200
11.1.2　智安——智能安全闭环控制管理理论       201
11.1.3　本安——本质安全管理模式           201
11.1.4　数智——数据支撑智慧决策           202
11.1.5　数能——数据赋能业务流程           203
11.1.6　数值——数据创造管理价值           204
11.2　展望                         204
11.2.1　基于数据的安全智能大模型管理是大趋势     204
11.2.2　知识驱动与虚实结合是新方向          206
11.2.3　智能机器设备和人机协同安全管控是加速器    207
11.2.4　工程全生命周期的智能安全管控是常态      207
11.2.5　规范的安全管理数据隐私保护与治理是基石    208
参考文献                          209

长期以来，我国高度重视安全生产与管理体制改革和安全发展理念建
设。特别是近20 年以来，强化树立安全发展理念，弘扬以人为本、生命至
上、安全第一的思想，“人命关天，发展决不能以牺牲人的生命为代价，这
必须作为一条不可逾越的红线”。强调要深化安全生产管理体制改革，提
出建立隐患排查治理体系和安全预防控制体系，明确要求“把安全风险管
控挺在隐患前面，把隐患排查治理挺在事故前面，构建点、线、面有机结
合无缝对接安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防性工作体系”。
水电、交通等重要基础设施，在我国能源、物流发展史中占有极其重
要的地位，支撑着经济社会的可持续发展。尤其是我国的水利水电工程绝
大多数处于西南地区，约占我国水能资源总蕴藏量的70%。西南水电工程
通常具有投资规模巨大、实施周期长、施工环境恶劣、地质灾害频发、参
建单位多、作业情况交叉复杂以及流动性强等特点，因此其建设过程面临
自然灾害、生产安全、平安坝区等风险，具有复杂多样性、动态变化性、
累积叠加性、突发群体性、重大危害性等特性。而建筑市场正朝向施工组
织社会化、市场化、专业化的分工发展，施工专业分包，队伍不稳定、流
动性大，管理难度大，劳务用工比重逐步增大，民技工成为水电工程建设
主要力量，高峰期有上万人。在项目实施过程中，由于风险控制不当、管
理漏洞以及不可预见性因素等，极易发生人员伤亡事故，安全管理面临新
问题和新挑战。

近几年，在我国重要基础设施的开发和建设过程中，典型安全事故
时有发生，随着安全理论和信息技术的发展，安全管理已从传统的方法模
式、凭经验、制度型向系统型、本质型的高级阶段发展，以信息化支撑的
智能安全管理和内涵式智能安全管理文化构建，在现代基础设施工程开发
与项目管理中尤为重要。其重要意义包括：①它是新时代国家高质量发展
的需要；②从本质上提升重大工程安全标准和项目管理能力；③信息化系
统建设提升现场“人、物、环、管”各要素安全保障能力，提高资源配置
和管理效率，实现大型水电工程安全、优质、高效、绿色建设；④促进精
品工程的建造，为社会提供具有可持续产生价值的工程。
本书基于金沙江下游梯级水电站基础设施工程建设安全智能管控实
践，系统梳理了工程建设安全管理的变革与启示，提出智能闭环安全管理
理论，以“人、物、环、管”四要素为基础，“事前源头管理、事中过程管
理、事后结果管理”三阶段为主线，“全面感知、真实分析、实时控制、持
续优化”闭环控制为核心，研究工程建设各类安全风险“感知、识别、判
断、推送、整改、闭合、改进”的智能化管控体系。围绕“危险源辨识、
风险评价和分级管控，准入与轨迹、隐患排查治理，安全效果评价”等重
点环节，研发安全隐患排查治理系统Wesafety，做好“事前、事中、事后”
三阶段安全隐患风险管控，在人员、车辆、缆机、环境等安全管理中进行
了成功的验证。
针对采集到的人员安全数据，对人员安全行为进行分析，基于隐患管
理协作网络的演化过程，包括个体协作网络、单位协作网络等，对人员实
践绩效和安全管理成效进行研究。通过机器学习模型进行典型安全隐患的
挖掘分析，为现场隐患排查提供及时的判据。
引入“GPS 北斗 物联网 云计算等信息技术”，研发车辆安全管
理系统（运输车辆管理智能化系统），为车辆安全运输提供有效监管手段。
研发了砂石运输车辆智能管控系统、混凝土运输车辆智能管控系统和建设
项目智能交通调度指挥系统等。
研发了缆机定位监控系统、缆机防碰撞系统、缆机操作人员防疲劳监
视系统、缆机目标位置保护系统和缆机运行系统，形成了一套缆机安全综
合预警体系，做到了人、缆机、工作环境的匹配。
结合传感器、视频监控等智能技术，提出了不同环境要素的智能管理系
统，如泥石流监测预警系统、地下洞室群通风散烟系统、围岩支护控制预警
系统等。最后，基于白鹤滩水电站智能安全文化内涵式建立实践，创建了智
能化技术助推的“重源头、强过程、全覆盖、正激励”的智能安全文化。
本书缘起于作者的工程管理实践总结，工作中得到三峡集团、华能集
团同事和朋友的支持与帮助，书中部分观点是作者与他们共同工作的经验
总结和智慧结晶，在此致以诚挚的感谢！在本书撰写过程中，三峡集团白
鹤滩工程建设部陈文夫、杨建业、谭尧升、蔡振峰、龚远平、张旭、周桂
平、李云、王舒辉等同事，乌东德工程建设部刘科、高阳阳、潘洪月、陈
盼、李玉峰等同事，清华大学水利水电工程系Wedam 课题组杜伟生、邓
志云、魏鹏程、宁泽宇、彭浩洋、李明、王鑫、陈道想、罗一鸣等博士提
供了帮助，在此一并致谢！

当前，我国正在加快西南地区金沙江上游流域、澜沧江上游流域、雅
鲁藏布江流域“水风光储”基地型能源基础设施工程建设，安全生产管理
面临更大风险管控挑战。结合国家“十四五”规划和2035 年远景目标中
涉及的推进新型基础设施、新型城镇化、交通水利等重大工程建设，实施
川藏铁路、西部陆海新通道、国家水网、雅鲁藏布江下游水电开发等重大
工程建设，深化推动智能安全管理的理论方法、关键技术的可持续研发和
发展尤其重要，本书的出版也希望能对推动这项工作贡献一点力量。
作者
2023 年12 月于北京