基于本体和视觉的基坑内支撑上违规行走风险识别研究

发布时间：2020-07-06 14:10

【摘要】：基坑工程是高层建筑、大型市政等工程施工的重要环节,其中深基坑开挖过程的内支撑系统围护方式已经得到广泛应用。然而,在施工过程中,工人常常将平衡土压力的基坑内支撑结构作为一种通道或临时作业场所,这无疑是一种极易引起高处坠落事故的不安全行为。控制这种不安全行为的传统手段依赖人为监管和管理程序的改善,在实际应用中效率较低,不能及时给工人提供反馈,因此需要提出新的研究方法以实现基坑内支撑上违规行走风险的自动识别。本文针对基坑内支撑上违规行走场景,结合计算机视觉在自动提取图像语义信息以及本体在知识表达、推理方面的优势,提出了一种风险自动识别方法。首先,利用基于Mask R-CNN(Mask Region-Based Convolutional Neural Network)的施工场景目标检测模型提取图像中的目标属性信息。其次,通过对风险识别过程和不安全场景的分析建立了风险本体知识库,实现了施工安全知识的共享和语义表达,并将目标检测模型提取的信息转化成知识库中的本体实例。最后,对应相关施工安全规范建立了SWRL(Semantic Web Rule Language)规则,将本体知识和规范一起输入Drools推理引擎,对实例存在的风险进行识别判断。本文开发的施工场景目标检测模型对图像语义信息的提取有较好的准确性,同时通过实例验证了该风险识别方法的可行性。本研究有助于扩展以知识为中心的风险自动识别方法,可以提升施工安全管理水平,并在一定程度上解决了图像分析中底层特征和高级语义之间的“语义鸿沟”问题。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU753
【图文】：

建筑业,事故

、生态建设也有着极大影响。2018 年 6 月建筑业相关从业人数已达到 4419.2，吸纳了大量劳动人口就业。作为支柱产业之一，建筑业有着较强的产业关联效时，随着新型城镇化的开启，建筑业支撑着城市建设从高速迈向高质量发展，通础设施建设推动有限的城市建设用地中平面向立体空间的转变。但建筑业本身生产周期长、作业场所和人员不固定、施工工艺繁杂等特点，且在实际生产过程在大量不规范生产、工人培训不足等问题，这些因素给建筑业的发展和建筑从业的人身安全带来了巨大挑战。从事故统计角度看，行业横向比较上建筑施工行业 2010 年已经超过煤炭行业成为安全事故第一大高发行业，从行业本身的纵向比看，随着中国建筑业的飞速发展和从业人员的增加，近年来安全事故有增加的。根据住房和城乡建设部统计，图 1-1、1-2 所示的 2018 年全年全国共发生房屋工程生产安全事故 734 起，死亡 840 人，比 2017 年事故起数增加 42 起，死亡增加 33 人，分别上升 6.1%和 4.1%[1]。按照事故类型划分，高处坠落事故发生，占 2018 年房屋市政工程生产安全事故总数的 52.2%，是建筑业事故人员伤亡主要原因。可见，建筑业安全事故还未得到有效的遏制。

事故死亡,建筑业,内支撑

图 1-2 2018 年建筑业事故死亡人数统计在容易引发高处坠落事故的不安全行为中，基坑内支撑上违规行走被认为理必须定期监督的[2]，并且很多规范都对基坑内支撑上违规行走的危险行为。国内的高处作业安全技术规范严禁在无防护的构件及管道上作业或通行，基坑施工中沿坑壁、支撑结构上下[3]；建筑深基坑工程施工安全技术规范要底部已经挖空的支撑上行走或作业[4]；美国职业安全与健康监察局（OSHA离坠落基准面 6 英尺以上（约 1.83m）的无保护水平/垂直面上工作的工人坠落或者安全网系统的保护[5]。目前，深基坑施工越来越多的出现在大型市层建筑项目中，该施工过程普遍使用内支撑系统围护结构来稳定基坑周围土荷载，内支撑结构中的水平钢支撑、混凝土支撑没有相应的围护，且在施工定在坑壁的内支撑离坑底的距离通常高于 2 米[6]。然而如图 1-3 所示，施工现场人员常常将深基坑上的内支撑结构作为行走通道或暂时的材料切割场地违规行为容易引发高处坠落风险，特别是当工人在高处工作时即使需要安全[7,8]

内支撑,基坑

图 1-2 2018 年建筑业事故死亡人数统计在容易引发高处坠落事故的不安全行为中，基坑内支撑上违规行走被认为是现理必须定期监督的[2]，并且很多规范都对基坑内支撑上违规行走的危险行为做了。国内的高处作业安全技术规范严禁在无防护的构件及管道上作业或通行，严禁基坑施工中沿坑壁、支撑结构上下[3]；建筑深基坑工程施工安全技术规范要求严底部已经挖空的支撑上行走或作业[4]；美国职业安全与健康监察局（OSHA）要离坠落基准面 6 英尺以上（约 1.83m）的无保护水平/垂直面上工作的工人必须坠落或者安全网系统的保护[5]。目前，深基坑施工越来越多的出现在大型市政、建筑项目中，该施工过程普遍使用内支撑系统围护结构来稳定基坑周围土壤和荷载，内支撑结构中的水平钢支撑、混凝土支撑没有相应的围护，且在施工过程定在坑壁的内支撑离坑底的距离通常高于 2 米[6]。然而如图 1-3 所示，施工过程场人员常常将深基坑上的内支撑结构作为行走通道或暂时的材料切割场地，这规行为容易引发高处坠落风险，特别是当工人在高处工作时即使需要安全防护也并不经常佩戴[7,8]，一旦出现高处坠落事故将导致严重的后果。

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