朱 杰，陳 洋，蔡樂剛,2

(1.上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院(上海市住宅修繕工程質(zhì)量檢測中心)，上海 200031;2.上海市建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督總站，上海 200003)

長期以來，我國房屋安全管理往往側(cè)重于“治?！?，近年來房屋倒塌事故頻出，如寧波奉化住宅樓倒塌、遵義居民樓垮塌等，全國各城市廣泛開展了房屋安全排查，房屋安全管理思想逐漸由“治?！鞭D(zhuǎn)向“防?！?。

預(yù)警是對危險狀態(tài)的一種提前警報，通過預(yù)判與分析潛在隱患并警示，為應(yīng)急措施的制定或統(tǒng)籌規(guī)劃提供決策支持。當前，預(yù)警技術(shù)已在社會各行業(yè)中得到廣泛的研究與應(yīng)用，如在經(jīng)濟管理[1]、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及管理決策[2-3]、安全生產(chǎn)管理[4]、土壤污染監(jiān)測[5]、養(yǎng)殖管理[6]和風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)[7]等方面均有學(xué)者開展了科學(xué)研究與實踐應(yīng)用。在建筑結(jié)構(gòu)安全領(lǐng)域，目前主要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測開展了預(yù)警技術(shù)及預(yù)警信息模型的研究。如張其林[8]論述了大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成，指出可依照指標值是否在設(shè)計預(yù)期范圍內(nèi)及超出預(yù)期值的情況對建筑結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進行預(yù)警；張立寧等[9]建立了基于SVR模型的高層建筑復(fù)合式火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，并通過仿真模擬驗證了所構(gòu)建的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的可行性與可靠性；王飛[10]運用魚刺圖法和事故樹分析法對高層建筑施工風(fēng)險因素進行識別，研究了高層建筑施工安全評價模型及預(yù)警系統(tǒng)；馬引祥等[11]針對地鐵工程沿線房屋安全問題，結(jié)合現(xiàn)有地鐵安全管理方式提出了地鐵工程周邊房屋的報警預(yù)警安全管理機制。針對既有房屋安全預(yù)警管理，陸玨[12]初步探索了房屋安全預(yù)警管理的方法，并結(jié)合所建立的上海市城市住宅建筑安全信息系統(tǒng)闡述了其預(yù)警功能概要。

由于既有房屋安全管理是城市安全管理的重要內(nèi)容之一，量大面廣，房屋類型多樣，截至2015年底，上海市各類房屋面積已達12億m2，因此城市房屋安全管理不僅需從微觀層面監(jiān)測房屋安全，還需要從宏觀層面進行把控?？紤]既有房屋安全管理是一個集房屋本體、人使用行為、周圍環(huán)境以及法規(guī)政策、技術(shù)標準等多因素綜合影響的復(fù)雜工作，有必要針對既有房屋安全管理的特征，提煉適當?shù)念A(yù)警指標與工作機制，通過信息化手段進行落實，并對房屋安全隱患進行警示預(yù)報，為制定應(yīng)急措施及排危工作規(guī)劃提供決策支持。

1 房屋安全管理預(yù)警思路分析

根據(jù)典型房屋安全事故致因分析，房屋安全風(fēng)險因素可分為房屋本體、人使用行為、周圍環(huán)境和管理四個方面，而安全事故的發(fā)生往往是多種因素綜合作用的結(jié)果。另外，根據(jù)上海市老舊房屋安全排查分析，引起房屋安全問題的原因主要可歸納為五類，其中年久失修是最主要因素[13]。

在房屋安全關(guān)鍵風(fēng)險因素分析的基礎(chǔ)上，基于預(yù)警技術(shù)可監(jiān)測、可評估的要求，提出了5種典型的房屋安全管理預(yù)警類型及其對應(yīng)的預(yù)警指標，詳見圖1。其中，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測預(yù)警主要通過現(xiàn)場監(jiān)測，對單體房屋的結(jié)構(gòu)安全性進行監(jiān)測預(yù)警；年久失修預(yù)警、房屋損壞行為或損壞狀態(tài)預(yù)警主要從宏觀層面即城市全體房屋角度出發(fā)進行預(yù)警管理，需結(jié)合信息系統(tǒng)實現(xiàn)；相鄰工程施工影響預(yù)警則主要對受單項施工工程影響的房屋進行警報，以便于監(jiān)控施工工程的影響，一般通過現(xiàn)場監(jiān)測和信息系統(tǒng)綜合運用來實現(xiàn)；自然災(zāi)害預(yù)警則是在前述房屋安全管理預(yù)警的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象災(zāi)害如臺風(fēng)、暴雨、暴雪等的預(yù)警等級，對存在安全隱患的房屋進行預(yù)報警，為快速應(yīng)急管理提供決策支持。進一步地，當各類預(yù)警發(fā)現(xiàn)房屋存在安全隱患、且現(xiàn)場復(fù)核房屋真實存在結(jié)構(gòu)安全問題時，可通過結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測預(yù)警對房屋進行實時監(jiān)測、診斷和預(yù)警管理。

圖1 房屋安全管理預(yù)警總路線與預(yù)警指標Fig.1 Technical route of pre-warning used in existing houses safety management

2 房屋安全管理預(yù)警等級劃分與工作機制

2. 1 房屋安全管理預(yù)警等級劃分

房屋安全管理預(yù)警主要是實現(xiàn)房屋安全隱患或危險狀態(tài)提前感知，為制定應(yīng)急措施和規(guī)劃排危工作提供決策支持，其預(yù)警等級應(yīng)根據(jù)房屋安全風(fēng)險隱患的嚴重程度與事故發(fā)生所造成的危害程度進行分級，可分為4級預(yù)警等級，記為“警情一般”(IV級)、“警情較嚴重”(III級)、“警情嚴重”(II級)、“警情特別嚴重”(I級)，相應(yīng)地采用藍色、黃色、橙色和紅色進行標識，其分級標準見表1。

表1 房屋安全管理預(yù)警等級分級標準Table 1 Classfication criteria for the prewarning levels of house safety management

2. 2 房屋安全管理預(yù)警工作機制

2.2.1 預(yù)警閾值及初始預(yù)警等級設(shè)置

房屋不同安全隱患的嚴重程度與危害程度存在差異，其相對應(yīng)的預(yù)警等級將有所不同，可通過設(shè)置初始預(yù)警等級進行區(qū)分。根據(jù)房屋安全管理預(yù)警類型和預(yù)警指標的特征，并結(jié)合房屋安全管理需求設(shè)置房屋安全管理預(yù)警閾值及初始預(yù)警等級(見表2)。其中，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測預(yù)警的預(yù)警閾值主要根據(jù)工程實際情況設(shè)置，一般可取相關(guān)規(guī)范規(guī)定限值[14]的70%；相鄰工程施工影響預(yù)警的預(yù)警閾值一般取相關(guān)規(guī)范規(guī)定工程施工影響需監(jiān)測范圍的界限值，

表2 房屋安全管理預(yù)警閾值及初始預(yù)警等級設(shè)計Table 2 Design of pre-warning threshold and initial warning level of house safety management

如地鐵盾構(gòu)施工工程受影響房屋的預(yù)警閾值可取隧道中線兩側(cè)Wm(W大于隧道底埋深)[15]等。

2.2.2 預(yù)警實施路徑

不同房屋安全管理預(yù)警類型的特征存在差異，其對應(yīng)的預(yù)警實施路徑也有所不同，一般需結(jié)合信息化手段實現(xiàn)預(yù)警信息的全過程管理，具體實施路徑如下：

(1) 結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測預(yù)警：主要針對單體房屋，通過各類監(jiān)測設(shè)備或感應(yīng)器件如位移傳感器、靜力水準儀等對房屋整體、局部損壞部位進行現(xiàn)場監(jiān)測，實現(xiàn)對房屋結(jié)構(gòu)性能、損傷程度的實時監(jiān)測、診斷和預(yù)警。預(yù)警閾值一般可根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求和工程特征設(shè)置，如房屋傾斜率增量達2‰、墻體裂縫寬度增量達1.0 mm等時，須進行預(yù)警提示。

(2) 年久失修預(yù)警：主要針對房屋使用時間已超過房屋設(shè)計使用年限或房屋未檢測、修繕時間已超過周期限值進行預(yù)報警。例如以房屋使用時間超過設(shè)計使用年限為例，其預(yù)警以城市房屋信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，讀取房屋建造時間信息，以房屋設(shè)計使用年限為預(yù)警閾值自動計算，即當達到房屋設(shè)計使用年限時，房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)會自動生成超設(shè)計使用年限的預(yù)警信息并顯示相應(yīng)預(yù)警標識；生成的預(yù)警信息可上報或發(fā)送給相關(guān)部門或人員，然后再根據(jù)處置的反饋情況進行預(yù)警信息管理，如解除預(yù)警、調(diào)整預(yù)警等級(見圖2)。另外，預(yù)警等級的調(diào)整可根據(jù)房屋安全管理的實際需求進行合理設(shè)置，如對于預(yù)警信息解除，為保證房屋周期性檢查，可設(shè)計Y=5，即5 a后該房屋重新生成預(yù)警信息并顯示相應(yīng)預(yù)警標識，提示需進行房屋安全檢查。

圖2 房屋使用時間超過設(shè)計使用年限的預(yù)警Fig.2 Pre-warning of designed service life outlast

(3) 房屋損壞行為或損壞狀態(tài)預(yù)警：主要針對房屋損壞行為或損壞狀態(tài)進行預(yù)報警，可結(jié)合房屋安全排查、日常檢查及房屋質(zhì)量檢測等工作，將房屋損壞行為或損壞狀態(tài)輸入信息數(shù)據(jù)庫，房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)會自動識別并生成預(yù)警信息。房屋損壞行為預(yù)警管理一般不進行預(yù)警等級調(diào)整，當預(yù)警信息得到已進行有效處置的反饋時，解除預(yù)警，并生成預(yù)警歷史信息。

(4) 相鄰工程施工影響預(yù)警：主要針對相鄰工程施工的影響進行預(yù)報警，預(yù)警對象主要包括地鐵、盾構(gòu)施工、深基坑施工、市政管網(wǎng)施工等可能造成相鄰房屋破損的工程，一般可配合手動輸入或?qū)牍こ虆?shù)如路線路徑、開挖深度、范圍等，房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)自動計算施工工程的影響范圍，并生成預(yù)警信息；生成的預(yù)警信息可上報給相關(guān)部門或人員，并根據(jù)處置反饋的情況進行預(yù)警信息管理，見圖3。

圖3 相鄰工程施工影響的預(yù)警Fig.3 Pre-warning of influence of adjacent engineering construction

(5) 自然災(zāi)害影響預(yù)警：主要針對自然災(zāi)害的影響進行預(yù)報警，在前述預(yù)警的基礎(chǔ)上，可結(jié)合氣象災(zāi)害預(yù)警等級，對存在安全隱患的房屋進行警報提示，并設(shè)計“激活”功能，即當輸入氣象災(zāi)害預(yù)警等級時方可使用該預(yù)警模塊。另外，由于自然災(zāi)害影響預(yù)警主要對存在預(yù)警信息、且未處置的房屋進行警報提示，因此其生成的預(yù)警信息是虛擬的。

3 房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用與展示

房屋安全管理預(yù)警一般需結(jié)合信息化手段，可在城市房屋信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，構(gòu)建房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)房屋安全預(yù)警全過程的管理。根據(jù)本研究課題組所構(gòu)建的房屋安全管理信息系統(tǒng)的架構(gòu)，其中房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)作為房屋安全管理的子系統(tǒng)，本文結(jié)合工程實例介紹了預(yù)警技術(shù)在既有房屋安全管理中的具體應(yīng)用。其中，房屋安全管理信息系統(tǒng)已采集了部分房屋真實數(shù)據(jù)，包括房屋屬性信息如建造年代和結(jié)構(gòu)類型等、房屋損壞行為信息(主要根據(jù)房屋質(zhì)量檢測和鑒定工作以及老舊房屋安全排查結(jié)果獲取)，并通過上海測繪地圖獲得該房屋的地理空間數(shù)據(jù)。

圖4為上海某優(yōu)秀歷史建筑超過設(shè)計使用年限的預(yù)警信息管理。該優(yōu)秀歷史建筑建于1930年，已遠超過設(shè)計使用年限，故房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)自動計算并生成預(yù)警信息，其狀態(tài)顯示為未上報，通過

圖4 房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警信息上報與發(fā)送Fig.4 Report of early warning information in the pre- warning system for the house safety management

預(yù)警上報將該預(yù)警信息發(fā)送至對應(yīng)的管理部門，系統(tǒng)提示建議開展檢查工作，并確認是否需要修繕和維護，其中上報形式包括基于短信平臺、手機客戶端和WEB網(wǎng)頁3種方式[17]。另外，通過對預(yù)警信息處置的反饋信息進行核查和處置的有效性進行評判，可對預(yù)警等級進行調(diào)整(見圖5)，包括維持原預(yù)警等級、解除預(yù)警等，當評判反饋信息未有效處置時，可重新發(fā)送與上報。

圖5 房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)處置情況管理預(yù)警信息Fig.5 Management of early warning information in the pre- warning system for the house safety management

某住宅在相鄰工程施工影響的預(yù)警范圍內(nèi)，且經(jīng)現(xiàn)場核實發(fā)現(xiàn)該房屋存在較嚴重的開裂現(xiàn)象，為防止該房屋發(fā)生突發(fā)性事故，對該房屋結(jié)構(gòu)安全實施了現(xiàn)場實時監(jiān)測與預(yù)警管理。圖6為對該房屋布設(shè)的裂縫計、傾角儀及靜力水準儀等監(jiān)測儀器進行現(xiàn)場監(jiān)測，通過ZigBee、GPRS無線傳感網(wǎng)絡(luò)將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至預(yù)警系統(tǒng)進行房屋結(jié)構(gòu)安全的實時監(jiān)測與預(yù)警管理，以實時分析房屋結(jié)構(gòu)的安全狀況。圖7(a)為房屋沉降靜力水準儀實時監(jiān)測數(shù)據(jù)展示，發(fā)現(xiàn)2016年6月6日起房屋沉降監(jiān)測值超過預(yù)警閾值，但現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)房屋沉降并未增大，并于2016年8月15日通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)靜力水準儀存在漏液現(xiàn)象，即刻重新安裝調(diào)整，后期恢復(fù)了正常；圖7(b)為墻體開裂裂縫計實時監(jiān)測數(shù)據(jù)展示，發(fā)現(xiàn)從2016年6月1日至2017年2月8日期間，所監(jiān)測的墻體開裂處裂縫寬度增量較小，均小于裂縫寬度預(yù)警閾值即增量1.0 mm，表明該房屋無明顯繼續(xù)損壞的擴展趨勢。

圖6 房屋結(jié)構(gòu)安全的現(xiàn)場監(jiān)測Fig.6 Site monitoring of housing structure safety

圖7 房屋結(jié)構(gòu)安全的實時監(jiān)測與預(yù)警管理Fig.7 Pre-warning management of housing structure safety monitoring

在房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)中，自然災(zāi)害影響的預(yù)警默認為空，需通過“激活”功能方可使用該預(yù)警管理模塊。預(yù)警激活成功后，預(yù)警系統(tǒng)自動篩選符合條件的預(yù)警信息，若預(yù)警激活時輸入氣象災(zāi)害影響區(qū)域，則該系統(tǒng)自動篩選其影響區(qū)域內(nèi)的預(yù)警信息(見圖8)，對預(yù)警信息僅作上報處理。

圖8 自然災(zāi)害影響的預(yù)警管理模塊Fig.8 Management modules of natural disaster warning

4 結(jié) 語

本文分析了既有房屋安全管理預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)，并通過案例應(yīng)用，驗證了預(yù)警技術(shù)在既有房屋安全管理中的應(yīng)用性和可操作性，得到如下結(jié)論：

(1) 預(yù)警技術(shù)應(yīng)用于既有房屋的安全管理，可提前感知、預(yù)警和預(yù)報房屋的安全隱患，為及時處置、排危計劃制定及應(yīng)急管理等提供決策支持。

(2) 房屋安全管理預(yù)警等級可根據(jù)房屋安全風(fēng)險隱患的嚴重程度與事故發(fā)生所造成的危害程度分為4級，且需通過設(shè)置預(yù)警閾值及初始預(yù)警等級以考慮房屋既已存在的安全隱患特征。

(3) 結(jié)合房屋信息數(shù)據(jù)庫或信息系統(tǒng)搭建房屋安全管理預(yù)警系統(tǒng)，是實現(xiàn)房屋安全預(yù)警管理的重要基礎(chǔ)，必要時可進一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云技術(shù)等構(gòu)建綜合的房屋安全管理信息系統(tǒng)，從而促進城市房屋安全管理的科學(xué)化、精細化和智能化。

(4) 不同特征類型房屋如歷史建筑、文物建筑、超高層建筑等，其房屋特征及安全管理需求存在差異，因此需進一步研究和細化相適應(yīng)的預(yù)警技術(shù)如檢測周期、修繕周期、相鄰工程施工影響界線參數(shù)等，建立相適應(yīng)的預(yù)警模型與預(yù)警系統(tǒng)。

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