范 斌, 駱漢賓, 周 誠

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司, 湖北 武漢 430030；2.華中科技大學(xué) a.土木工程與力學(xué)學(xué)院; b.控制結(jié)構(gòu)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430074)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國地鐵工程進(jìn)入了蓬勃發(fā)展階段，據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年前北京、上海、廣州、天津、深圳、沈陽、杭州、南京、武漢等地將再建約25條城市軌道交通，國家將投資地鐵土建安裝工程約2500多億元[1]。但由于地鐵工程多建于熱鬧繁華的市區(qū)，地層條件的不確定性及周圍環(huán)境的復(fù)雜性增加了地鐵施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2005年至今我國地鐵施工四級以上重大事故共發(fā)生20多起；而地鐵工程保險(xiǎn)的賠付情況(圖1)也直觀反映了地鐵施工事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失[2～4]。因此，如何加強(qiáng)地鐵工程建設(shè)安全控制的能力，預(yù)防和減少地鐵施工過程中的安全事故、最大程度降低人員傷亡和國家財(cái)產(chǎn)損失，是政府和地鐵建設(shè)項(xiàng)目各參與方亟待解決的重大現(xiàn)實(shí)問題。

1 動力機(jī)制分析

地鐵工程建設(shè)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，建設(shè)過程中環(huán)境、物、人的因素不同于一般建筑工程，地鐵工程建設(shè)的特殊性在客觀上給地鐵工程建設(shè)安全控制帶來了諸多壓力，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)面臨地質(zhì)、水文、氣象等自然環(huán)境不利的壓力；(2)面臨既有交通、地下管線、緊鄰建筑物等周邊環(huán)境復(fù)雜的壓力；(3)面臨建設(shè)規(guī)模、專業(yè)工種、施工設(shè)備等勞動技術(shù)密集的壓力；(4)面臨深基坑開挖、圍巖穩(wěn)定等工程理論欠缺的壓力；(5)面臨組織結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)等其他方面的壓力。

圖1 全國各主要城市地鐵工程保險(xiǎn)賠付情況

目前我國地鐵工程建設(shè)過程中一直沿用傳統(tǒng)的建設(shè)安全控制模式和方法，這已經(jīng)不能很好滿足地鐵工程建設(shè)安全控制的需要，集中表現(xiàn)為地鐵工程建設(shè)安全知識的積累和利用不足、地鐵工程建設(shè)安全集成監(jiān)控的力度和范圍不夠以及地鐵工程建設(shè)安全管理的技術(shù)和手段落后這三個(gè)方面。同時(shí)，信息技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域里的成功應(yīng)用，充分顯示了以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為代表的信息技術(shù)在工程數(shù)據(jù)采集、預(yù)測分析、模擬仿真、決策支持等方面快捷、高效、智能的優(yōu)勢[5～8]，給地鐵工程建設(shè)安全控制管理帶來了新的思路和視角。

因此，充分利用先進(jìn)的信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的建設(shè)安全控制和管理過程，實(shí)現(xiàn)地鐵工程建設(shè)安全控制管理與信息技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)，其驅(qū)動力來自于地鐵工程建設(shè)安全控制業(yè)務(wù)的需求拉動和信息化技術(shù)發(fā)展的推動，如圖2所示。

圖2 構(gòu)建地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)的動力機(jī)制

2 設(shè)計(jì)與構(gòu)建

地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)是服務(wù)于各城市地鐵工程建設(shè)指揮部或地鐵公司各層面人員進(jìn)行地鐵工程建設(shè)安全控制管理的專業(yè)化系統(tǒng)，同時(shí)支持地鐵建設(shè)項(xiàng)目的各參與方協(xié)同管控地鐵工程建設(shè)的安全。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建思路是：在全面分析地鐵工程建設(shè)安全控制信息結(jié)構(gòu)特征后，綜合提煉業(yè)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)及專家知識經(jīng)驗(yàn)，采用以本體論為代表的智能信息表達(dá)工具，進(jìn)行地鐵工程建設(shè)領(lǐng)域安全知識庫的設(shè)計(jì)研究，并以此為基礎(chǔ)充分利用以XML和WEB服務(wù)為代表的信息處理技術(shù)，研究構(gòu)建面向Internet的地鐵工程安全控制各責(zé)任主體和有關(guān)主管機(jī)構(gòu)的開放式安全控制信息系統(tǒng)。

2.1 安全預(yù)警知識庫的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

構(gòu)建地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警知識庫是設(shè)計(jì)研究地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)的基本工作之一。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是把施工企業(yè)、監(jiān)理單位、建設(shè)單位、安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)，甚至整個(gè)行業(yè)中關(guān)于工程安全的分析、預(yù)測、處理知識及專家智慧加以提煉、整理、系統(tǒng)化存儲，并為地鐵工程安全管理控制等提供知識共享和智力支持的知識管理機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定系統(tǒng)知識庫的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警知識庫分類表

從過程的角度看，構(gòu)建地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)知識庫最重要的是把知識具體化、結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)人的抽象知識向計(jì)算機(jī)的具體轉(zhuǎn)移，用計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω鞣N知識的推理過程進(jìn)行模擬，以產(chǎn)生出與專家相同的判斷結(jié)果。因此，各種安全知識的獲取、表示、組織、存儲和管理是構(gòu)建地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)知識庫的主要任務(wù)，以地鐵工程監(jiān)測預(yù)警知識庫為例，其過程如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)的功能體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)的功能體系由安全總控和安全業(yè)務(wù)兩大部分構(gòu)成。安全總控功能體系是以系統(tǒng)集成監(jiān)控平臺為基礎(chǔ)，匯總經(jīng)過處理的安全信息流，重點(diǎn)在于支持項(xiàng)目最高決策者進(jìn)行監(jiān)督、協(xié)調(diào)和預(yù)警、決策，主要包括系統(tǒng)用戶管理功能、系統(tǒng)知識庫維護(hù)管理功能、GIS空間決策支持功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)功能、OA自動化辦公功能等。安全業(yè)務(wù)功能體系是以安全預(yù)警知識庫為基礎(chǔ)，集成各種控制環(huán)節(jié)和業(yè)務(wù)要素，實(shí)時(shí)提供基層安全控制的具體數(shù)據(jù)，分析形成用于指導(dǎo)和控制地鐵工程建設(shè)的安全預(yù)警信息流，達(dá)到支持安全總控功能體系的目的。系統(tǒng)的功能體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警知識庫的構(gòu)建過程

圖4 地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)功能體系

3 系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

以武漢市地鐵二號線一期工程建設(shè)項(xiàng)目為背景，華中科技大學(xué)工程管理研究所開發(fā)實(shí)現(xiàn)了武漢地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)，目前為止該系統(tǒng)應(yīng)用情況良好。針對武漢市地鐵二號線一期工程建設(shè)規(guī)模龐大，工程安全目標(biāo)較高，控制涉及面廣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用主體要求各異等特點(diǎn)，系統(tǒng)前臺開發(fā)采用JAVA語言，后臺采用Oracle9i數(shù)據(jù)庫，基于J2EE、Web Services技術(shù)構(gòu)建分布式多層結(jié)構(gòu)；并運(yùn)用平臺無關(guān)的XML數(shù)據(jù)傳輸和交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模型資源與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的分離，以提升管理系統(tǒng)的技術(shù)無關(guān)性；同時(shí)采用GIS/CAD平臺技術(shù)、智能終端PDA數(shù)據(jù)采集技術(shù)、VR可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)等，實(shí)踐了系統(tǒng)既定的設(shè)計(jì)和構(gòu)建思路，從應(yīng)用層面解決了如何有效加強(qiáng)地鐵工程建設(shè)安全控制的問題。

3.1 地鐵工程監(jiān)測管理與報(bào)警

通過基于工程監(jiān)測控制點(diǎn)知識庫的地鐵工程監(jiān)測報(bào)警機(jī)制，各安全責(zé)任主體可以在GIS平臺上形象化查詢各類測點(diǎn)分析圖等結(jié)果，從而科學(xué)、全面、動態(tài)、直觀地掌握地鐵在建工程的安全現(xiàn)狀，同時(shí)系統(tǒng)以各級報(bào)警發(fā)布的形式重點(diǎn)提示決策者注意地鐵工程建設(shè)過程中暴露出的安全隱患和問題，如圖5所示。

3.2 施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與控制

通過基于施工風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)知識庫的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，在地鐵施工工法和施工形象進(jìn)度的基礎(chǔ)上識別地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)，提供該地鐵工程建設(shè)過程中具有時(shí)間進(jìn)度、空間位置、氣象背景的風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等決策支持，從而定期自動發(fā)布各級施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，促使被動安全控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃忧梆佇桶踩刂?，如圖6所示。

圖5 工程監(jiān)測管理與報(bào)警功能界面

圖6 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞與功能界面

3.3 其他功能應(yīng)用

(1)應(yīng)急救援聯(lián)動與調(diào)度。預(yù)案配置子系統(tǒng)以某地鐵工程各施工標(biāo)段的應(yīng)急救援預(yù)案為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)包括應(yīng)急救援人員、設(shè)備、物資等信息的專業(yè)數(shù)據(jù)填報(bào)模板；經(jīng)過審核后由GIS/CAD平臺動態(tài)顯示實(shí)時(shí)的預(yù)案配置情況，并通過短信平臺等通訊手段發(fā)布給有關(guān)人員，方便決策者掌握真實(shí)可靠的信息，重點(diǎn)管理未落實(shí)到位的資源，從而實(shí)現(xiàn)資源的合理安排和科學(xué)調(diào)度，具備應(yīng)對地鐵施工過程中各種突發(fā)事件的能力。

(2)遠(yuǎn)程檢查與跟蹤監(jiān)控。子系統(tǒng)在上述三個(gè)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)編制智能終端PDA上使用的嵌入式檢查填報(bào)表格，建立智能終端PDA和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊傳輸機(jī)制，保證安全監(jiān)察人員做到嚴(yán)格督察監(jiān)測點(diǎn)報(bào)警出現(xiàn)的原因，重點(diǎn)巡查風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)中提示的危險(xiǎn)源，有效抽查應(yīng)急資源配置的落實(shí)情況，并將跟蹤檢查的結(jié)果即時(shí)傳回系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)效率高、針對性強(qiáng)、干擾因素少的安全監(jiān)察。

(3)隱患事故快報(bào)與處理。子系統(tǒng)利用PDA通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速上報(bào)事故險(xiǎn)情，根據(jù)險(xiǎn)情通過檢索引擎快速檢索工程風(fēng)險(xiǎn)知識庫中的風(fēng)險(xiǎn)信息以及瞬時(shí)應(yīng)急救援人員、設(shè)備、物資分布情況，啟動事故魚刺分析排查和救援調(diào)度運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督系統(tǒng)的應(yīng)急反應(yīng)能力和事故快速處理能力。

4 結(jié) 語

地鐵工程是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，其建設(shè)過程中面臨著諸多的安全隱患，傳統(tǒng)的建設(shè)工程安全控制方法和手段已不能很好的滿足地鐵工程建設(shè)安全控制的需要。要有效解決地鐵工程建設(shè)安全控制這一難題，必須完成以下三個(gè)方面的工作：

(1)將地鐵工程建設(shè)領(lǐng)域零散的安全經(jīng)驗(yàn)提煉、轉(zhuǎn)化為規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)學(xué)習(xí)利用的安全預(yù)警知識，建立統(tǒng)一的地鐵工程安全預(yù)警知識庫；

(2)利用先進(jìn)的信息化技術(shù)和地鐵工程建設(shè)安全控制業(yè)務(wù)要素，建立地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地理位置分散的地鐵各工程標(biāo)段，接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的各硬件設(shè)備、應(yīng)用軟件和功能服務(wù)需求多樣化的安全責(zé)任主體的有機(jī)集成；

(3)通過系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，不斷調(diào)整和完善系統(tǒng)的功能體系，實(shí)現(xiàn)廣義范圍內(nèi)和深層次上的安全信息資源溝通和共享。

地鐵工程建設(shè)安全預(yù)警屬于工程管理信息化的研究范疇，涉及到安全系統(tǒng)工程、工程項(xiàng)目管理等基礎(chǔ)學(xué)科的內(nèi)容，并依賴于計(jì)算機(jī)建造技術(shù)、精準(zhǔn)建造技術(shù)。因此，加快地鐵工程建設(shè)管理信息化及相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究，并與地鐵工程建設(shè)安全管理實(shí)務(wù)相結(jié)合，具有極高的學(xué)術(shù)價(jià)值和理論意義，對于維持城市日常生活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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