深基坑作业救援系统

  完成单位：国网浙江省电力有限公司建设分公司

  主要完成人：杨昊、谢宾、梁樑、姜继双、扶达鸿、沈海军、谭勇锋、刘提、徐斌、王亦昌

一、研发背景

深基坑作业是输电线路工程基础施工中常见的作业场景，其风险 点包括基坑坍塌、有毒有害气体侵害、高处坠落、物体打击等，近年 来深基坑作业安全事故发生率呈上升趋势，电网基建深基坑作业现场 危险性大，事故频发，作业时基坑内发生异常时，需要专业救援辅助 装置进行辅助救援，但现有装置往往满足不了现实需要。

如授权公告号为 CN213852838U 的实用新型所公开的深基坑作业 救援系统，虽然实现了对井底施工员的救援，提高工作的安全性的目 的，但是当施工现场未配备电力时，由于各设备都需要供电，无电源 接入后就无法使用；特别是在野外，电力拖动麻烦，需要远距离接电 源线，或采用柴油发电，柴油发电机体积大，搬运不方便，影响施工 进程。由于不能对施工人员状态进行实时监测，施工安全无法得到进 一步保障；故需开发一套无需外接电源的基坑施工过程中的气体监测、人员体征监测的设备，为此，提出适用于野外作业的深基坑作业救援设备。

本实用新型的目的在于提供适用于野外作业的深基坑作业救援 设备，以解决上述背景技术中提出的问题。该专利从施工安全、施工 质量管控、环境保护等多维度地弥补现有施工方式的不足，在保证质 量、安全等基本要求的前提下，最大限度地节约资源与减少对环境负 面影响的施工活动，最大限度地降低深基坑救援系统的使用成本，升 级研发出一套高效、实用，且现场作业人员愿意用、喜欢用的深基坑救援系统。

二、发明团队介绍

发明团队成员有：杨昊、吴将、郑力维、黄杰、徐剑佩、沈海军、 刘提、邬明亮、王世彦、夏新华。

团队成员中的杨昊是三峡大学输电线路工程专业硕士研究生，该发明人一直在输变电工程施工现场从事安全管理工作，面对电力基建行业深基坑作业人身伤亡事故频发的情况，结合其丰富的现场安全管 理经验。发明人提出了该装置的主要技术思路，并全程负责设备的研发。

三、成果(专利)简介

本专利：适用于野外作业的深基坑作业救援设备是一种实用新型 专利。本实用新型公开了适用于野外作业的深基坑作业救援设备，涉 及一种救援设备。目前的救援设备不适合野外作业。本实用新型包括 井口支架、鼓风机和安全控制装置，安全控制装置包括壳体、报警器 固定在壳体内的蓄电池、气体检测器、4G 模块和 MCU 模块、 以及佩 戴在作业者左臂上的心率带组件，所述报警器固定连接于壳体的顶部， 所述心率带组件包括连接块、心率模块、心率带和松紧调节组件；本 技术方案将各模块集合在一壳体中，方便携带；各用电设备由蓄电池 供电，解决了野外作业的麻烦，不必拖电力线，也无需柴油发电机， 消除柴油发电机工作时的噪声，使救援信息更容易发现，进一步保证了救援的及时性。

四、成果 (专利) 转化情况介绍

2021 年 9 月 29 日，国网浙江省电力有限公司建设分公司与国 网浙江新兴科技有限公司签订成果合作实施合同。目前，国网新兴科 技有限公司已收到 220 套该设备的采购订单，新增销售额 660 万元， 新增利润 132 万元。

适用于野外作业的深基坑作业救援设备，包括井口支架、气体

检测仪、鼓风机、卷扬机、便携设备及与气体检测仪、鼓风机、卷扬 机、便携设备通讯相连的安全控制装置，气体检测仪、便携设备通过 通讯模块将信息发送至安全控制装置，安全控制装置接收信息并通过 继电器控制鼓风机、卷扬机的工作，所述的井口支架上设有所述的卷 扬机挂点；所述的便携设备设有用于检测是否运动的姿态感应仪、用 于报警的报警模块及控制卷扬机动作的卷扬机控制模块；所述鼓风机 的出风口设于井中，所述卷扬机的提升装置位于井口上方，提升装置 的绳索下降后能伸入井底。在本技术方案中，气体检测仪用于检测井 底的有害气体浓度和氧气浓度，当有害气体浓度大于预警值时或氧气 浓度小于预警值时，安全控制器控制鼓风机工作，将井口外的空气抽 入并鼓向井底，以改善井底的环境；智能安全带发出预警提示，语音 提醒作业人员系好智能安全带，做好撤离准备。当姿态感应仪在设定 时间内不进行动作时，则安全控制器控制卷扬机工作，以将人员撤离 出井底。从而实现对井底工作人员的救援。深基坑作业救援设备各部件及功能介绍：

1.坑口支架

坑口支架采用可拆卸设计，支架上集成卷扬机、声光电报警等多 个实用功能，安全装置与一体，额定载重 300 公斤。具备快速简便拆装、重量轻、强度大等优点。坑口支架总高：2.2 (m)。

2.智能控制箱

智能控制箱内置 ARM cortex-A72 芯片组，用于智能控制箱的数 据处理及救援程序的执行。

内置蓝牙、485 有线接收器，用于接收气体检测机的数据接收。

内置 WIFI 接收器，用于接收施工人员的姿态感应数据及急救按 钮信号。可在无公网状态下执行救援程序。

内置 4G 模块，用于智能控制箱内数据上传至浙江省施工装备平台，并可远程操控施工现场的救援设备。

内置二个 220V、一个 380V 电源接 口，可接入各型号卷扬机、声 光报警器、鼓风机，用于程序对于各类救援设备的控制。

内置卷扬机手柄接 口，可接入各型号卷扬机，用于程序对卷扬机的控制，输出手柄可对卷扬机及声光报警器、鼓风机等外设进行日常 操作。

3.控制手柄

对卷扬机及声光报警器、鼓风机等外设进行日常操作。

4.施工人员姿态感应盒

施工人员姿态感应盒集合了施工人员的姿态感应，意外报警及卷 扬机控制三部分功能， 内置 WIFI 模块，用于数据传输，可在无公网 条件下执行救援程序及卷扬机控制。

5.气体检测仪

气体检测仪对坑底氧气、一氧化碳、硫化氢、可燃气体等多种气体进行实时检测，并上传数据至智能控制箱。

6.摄像头

系统配备了 720P 分辨率摄像头，可安装在井口支架上，当救援 程序执行时，系统自动打开摄像头，供远程指挥救援使用。在无救援 程序执行时，也可远程控制摄像头，巡查工地安全情况。

7.卷扬机

380V 国标卷扬机，额定吊重 200kg,起吊高度：30 米，功率： 1500KW，起吊速度：0.2M/s

8.鼓风机

220V 国标鼓风机，功率 370W，风量 14m3/min,风压 2100pa

9.声光报警装置

声光报警装置，电压 220V，报警音量 120 分贝

五、经济效益与社会效益介绍

2021 年 9 月 29 日起至今，累计产量 220 套，新增销售额 660 万元，新增利润132 万元。

在本技术方案中，气体检测仪用于检测井底的有害气体浓度和氧气浓度，当有害气体浓度大于预警值时或氧气浓度小于预警值时，安 全控制器控制鼓风机工作，将井口外的空气抽入并鼓向井底，以改善 井底的环境；智能安全带发出预警提示，语音提醒作业人员系好智能 安全带，做好撤离准备。 当姿态感应仪在设定时间内不进行动作时， 则安全控制器控制卷扬机工作，以将人员撤离出井底。从而实现对井 底工作人员的救援，提高工作的安全性。

该系统极大的加强了管理人员对深基坑作业上人员状态和机械 设备状态的感知能力，具备了远程控制设备开启工作的能力。 同时， 也填补了以往深基坑作业中缺少安全可靠的救援系统的空白，通过引 入进行救援的机械设备，可以大幅度降低事故发生后救援人员盲目救 援造成的二次伤害发生概率。

气体检测仪功能：对坑底氧气、二氧化碳、硫化氢、可燃气体等 多种气体进行实时监测并上传数据至基坑作业智能控制装置。如气体 含量超阈值 (可自主设定)，智能控制装置执行气体超限模式下的各 种设备的操作。

坑底作业人员姿态感应仪功能：①感应坑底作业人员姿态，实时 将数据回传智能控制装置，当姿态感应装置感应到作业人员完全静止 十五秒后 ( 时间可调)，判断作业人员发生危险，发送救援信号至智 能控制装置执行姿态感应报警模式下的各种设备的操作。②作为卷扬 机控制器遥控使用卷扬机。③具备一键报警功能。坑底作业人员若感 觉身体不适，按下一键报警按钮，智能控制装置执行姿态感应报警模 式下的各种设备的操作。

救援模式：救援模式是指坑底作业人员佩戴全方位安全绳，卷扬 机挂钩一直佩戴在安全绳上。

日常工作模式：卷扬机挂钩用于日常施工提土使用。