大型施工设备运维安全管理云系统的研究与应用

大型施工设备运维安全管理云系统的研究与应用

刘广超

中铁上海工程局集团有限公司上海200436

摘要：本文针对大型施工设备容易发生故障的情况进行分析，得出主要原因为管理层缺乏对现场设备的有效监管、维保人员不专业且维保不及时，导致设备长期带病作业、操作不规范。针对上述设备管理现状，建立大型设备运维安全管理云系统；通过管理云系统对设备进行远程实时监控，实现对施工设备信息化、科学化、标准化的维保，通过传感器采集设备运行参数并实现超域值报警，建立基于故障记录库和易损件库的大数据库，实现了在全局范围内的信息共享，保证了施工设备安全稳定运行。

关键词：施工设备；信息化；监控；维保

1引言

近年来，随着铁路建设规模逐步扩大、机械化施工大力推行，施工企业设备投入数量快速加大，机械化施工提升了施工效率、质量的同时也带来了相应的设备使用安全问题。快速投入的特种非标专用设备，其分布区域广泛、所处施工环境恶劣、信息沟通困难，给施工企业的统一管理、及时掌握设备运行状态、分析设备工效以及对施工作业中风险的管控带来一定难度。因此，对于施工企业，迫切需要采用信息化手段来加强现场施工设备作业监控和督促现场人员严格执行日常检查、维修、保养制度，及时发现并处理设备隐患和人员的不安全行为，提高大型设备管理水平以确保施工作业安全，实现企业风险管理可控、提高企业管理效率和盈利水平。

2传统的设备管理体系下存在的问题

2.1项目点多线长，涉及设备类型繁多，难以监控

施工企业铁路、城市轨道交通等项目点多、线长、类型多样，分布在全国各地，投入设备复杂，且多为特种、非标、专用设备，设备整体标准化、自动化、信息化水平较低，大型起重机械虽装配了安全监控系统，但现有的安全监控系统仅能对数据进行简单监测，缺乏集中和专业化的实时动态远程管理功能，给建筑企业统筹、统一掌握施工设备运行工效、掌握设备维保是否及时、操作是否规范以及对施工作业中的安全风险、工期风险、成本风险等管控带来了一定难度。

2.2大型设备维保执行不到位，监管难

施工设备出厂使用说明书一般涵盖设备维护、操作规范，但在设备使用过程中，由于现场使用人员专业知识匮乏、维保意思淡薄，无法科学的结合设备使用环境，制定设备保养及检查计划，导致项目设备日常检查流于形式、带病作业，设备缺乏专业维保、故障频发，设备操作不专业、隐患重重。

目前建设施工行业在施工管理方面普遍存在的问题为大型设备购入较易，但花费操作人员培训费用投入较难，导致设备现场操作人员急用上岗，技能不熟练、操作不规范，且设备运行的主要参数以现场人员的感官获悉，无法量化设备运行标准，很容易导致大型设备操作安全事故的发生。通过给大型设备运行关键工序安装各类型传感器，采集设备运行参数值并与设定的安全域值进行比较，以软件监督大型设备操作运行的安全性。

目前设备运行过程中的故障维修基本以已发生故障导致设备无法运行或带病作业而进行任务维修，无法有效的提前进行设备故障预判维修、易损件更换预判，项目实施的设备维修仅限于“治病”，而无法实现“体检”预防，且已发生的设备故障维修方法无法实现共享。

3运维安全管理云系统的研究

要解决施工设备的信息化管理问题，主要从两方面着手：一方面是建立多层级的监控和报警推送系统，让管理层及时得知设备存在的安全隐患并及时解决；另一方面是制定科学化、规范化的维保任务，并通过对现场操作人员的维保过程进行电子化的记录并建立大数据库，以实现在施工单位内部的知识共享。通过对施工设备的运行实时跟踪，收集各种工艺和设备运行参数，记录停机时间和停机故障类型等反馈至云平台，信息化监测技术不断的记录和反馈原始数据流为机械设备的故障诊断和维修提供了强大的保障，为机械设备的优化升级提供了有力依据[2]。

3.1管理云平台的搭建

云平台的搭建，主要分为三部分内容：现场级设备安全监控系统的实现、设备和云中心数据传输通道的建立、Web服务器软件系统的研发。

（1）现场级安全监控系统的实现

基于安全监控国标GB/T28264—2017，通过使用多个分布在不同位置上的传感器对设备进行运行监测，实现设备运行关键参数实时采集和处理，并在操作室触摸屏上进行显示，并进行超设定安全域值手机APP推送报警；同时，安全监控系统预留远程监控的接口，采用标准的通讯协议和监控中心平台进行无缝对接，为安全运维云平台提供实时数据支撑。

分布于设备各个部位的各类传感器，是安全监控系统的基础。施工设备的各个主要部件上，分布了数据处理从站；从站PLC或各类数据处理模块通过信号线、屏蔽电缆与各类传感器相连，直接获取传感器上原始数据，进行滤波后，通过工业CAN总线将数据汇总至PLC主站。

（2）数据传输通道的建立

由于项目施工地点大部分处于偏远地区，有线网路无法覆盖，随着信息技术的飞速发展，无线网络通讯技术不断成熟，以4G为代表的无线网络技术能很好地解决传统的有线/2G/3G传输方式的弊端，不仅解决了移动施工设备的数据传输问题，也提供了视频监控所需要带宽。

运维系统根据应用场景不同，采用了4G、Wi-Fi和有线网络等多种通讯技术。针对高铁架桥机、各类钻机等移动设备，通过4G路由器，连接施工现场和运维系统监控中心之间的网络。而针对提梁机、塔式起重机等固定设备或者没有4G信号的偏远地区设备，可通过无线网桥或者WI-FI覆盖的方式，通过项目部的有线网络与运维系统监控中心进行数据传输。

图2：系统软件架构

在此系统构架的基础上，进行业务功能模块的开发，形成了集工程管理、设备管理、在线监控、维保管理、大数据库为一体的大型设备安全运维系统。

3.1实时在线监控和超阈值报警推送

通过软件的电子巡查信息在线巡查功能，以各功能传感器进行设备主要技术参数运行过程数据实时采集并与软件设定的实时安全域值进行逻辑管理，实现设备的远程电子巡查操作数据监控及视频监控，对超域值进行报警统计并通过Web浏览器的弹窗提醒及手机APP进行超域值报警推送，根据报警级别分送至不同的管理层级工作人员，让管理人员及时得知设备的安全隐患以及时进行处理，防止设备长期带病运转。

为了保障设备负责人能够随时随地收到设备的报警推送，系统采用了极光平台通过手机APP进行推送。由于IOS系统的机制问题，安卓和IOS两款APP在推送机制上略有不同。

在安卓APP的开发过程中，集成了极光的JPushAndroidSDK到应用里，JPushAndroidSDK创建到JPushCloud的长连接，为App提供永远在线的能力，确保即时负责人员没打开手机APP的情况下也能收到报警推送。当Web服务器后台产生报警消息时，只需要调用JPushAPI推送，即可轻松将报警信息推送至负责人员的手机APP上。

IOS推送包括2个部分，APNs推送（代理），与应用内消息。通过曲线的方式来还原设备施工过程中关键参数的波动情况，了解设备的施工工艺。

图5：制定保养计划

运维管理系统通过对维护保养规范化的任务下发和任务执行过程电子化的记录，从根本上改变了原有的设备保养和维修模式，解决了因现场施工人员知识水平带来的管理和维护工作困难的现状，保证了现场施工人员能够严格按照规范对设备进行维护和保养。通过结合具体的设备使用情况，对维保执行记录进行分析，辅助设备管理者和使用者对维护和保养过程进行优化，减少设备因维护保养不当造成的故障发生几率，让设备更好的为用户服务。

3.4基于故障记录库及易损件库的大数据库的研究

对于设备已经发生的故障，运维系统通过手机APP记录设备故障的原因及解决措施，对损坏的部件进行统计分析，形成设备故障、易损件大数据库，为项目储备易损件、提前预知设备故障提供参考。尤其是设备易损件库的建立，通过对数据的统计和分析，将易损件实际寿命和预期寿命进行对比，或者将不同设备上相同的部件寿命进行横向对比，对设备的健康状态进行诊断。

运维系统对易损件的名称、规格、品牌、预计寿命和提醒时间进行信息管理，并对即将到达使用寿命的易损件，会通过手机APP、Web提醒等方式，提前提醒使用人员进行更换，避免出现部件损坏以致于影响到工期才知道更换的情况。

运维管理系统通过对故障解决流程和易损件信息的规范化管理，使大部分故障得以在预见或是在第一时间就可以让现场的人员根据设备专家的指导意见进行处理，或是通过工程师进行远程诊断，极大地缩减了设备的故障解决周期，不仅提高了设备的利用率，也为设备厂家和施工单位带来了更好的经济效益。

4总结

对传统的设备管理体系下存在的问题进行分析，发现管理者缺乏对设备进行有效监管的手段，为此研发出大型设备安全运维管理系统，运用信息化和自动化的手段，实现对分布在全国各地的各类大型施工设备的远程监控和管理，将设备维保的流程规范化、科学化、集中化管理，实现信息共享，确保施工设备安全健康运转，为施工单位创造更多的效益。