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        基于BIM的城市軌道交通運(yùn)營安全管理研究

        2022-02-28 07:42:18凡志鳳
        技術(shù)與市場 2022年2期
        關(guān)鍵詞:軌道交通應(yīng)急因素

        李 娜,凡志鳳

        (天津城建大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,天津 300384)

        0 引言

        近年來,我國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速,城市軌道交通建設(shè)在我國呈現(xiàn)出高速質(zhì)量發(fā)展的趨勢。城市軌道交通工程是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程,與建筑、車輛和軌道等30多個(gè)學(xué)科高度融合,涉及設(shè)計(jì)和技術(shù)管理人員較多、項(xiàng)目協(xié)調(diào)難等特點(diǎn)[1]。由于城市軌道交通運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,使得運(yùn)營突發(fā)安全事故的危險(xiǎn)性和救援緊急性較高,缺少了安全管理信息化平臺。BIM(建筑信息模型)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ),服務(wù)于項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)模型[2]。利用BIM技術(shù)平臺,有效管控安全隱患,減少運(yùn)營事故發(fā)生。本文采用ISM(解釋結(jié)構(gòu)模型)法分析城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素指標(biāo)體系的多層遞階結(jié)構(gòu)。針對研究結(jié)果,從設(shè)備安全、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究基于BIM的城市軌道交通運(yùn)營安全管理,旨在為相關(guān)運(yùn)營管理人員提供幫助,推進(jìn)BIM技術(shù)在城市軌道交通安全管理中的應(yīng)用。

        1 城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素指標(biāo)體系

        城市軌道交通運(yùn)營系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,有眾多影響因素且關(guān)系復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)絕對意義上的安全性,依靠可靠的風(fēng)險(xiǎn)識別及研究,能有效預(yù)防且控制一些安全隱患。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)及調(diào)研的基礎(chǔ)上,從“人-機(jī)-環(huán)-管”四個(gè)層面出發(fā),識別分析城市軌道交通的運(yùn)營安全影響因素,并構(gòu)建城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素指標(biāo)體系,如圖1所示。

        圖1 城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素指標(biāo)體系

        1.1 人員影響因素

        人員因素是軌道交通運(yùn)營安全系統(tǒng)中的可控因素,涉及的人員為駕駛員、安檢員、乘客等。人員因素指人員缺乏安全意識、技術(shù)操作不熟練、大客流聚集等不安全行為而引發(fā)了軌道交通安全事故。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì),將人員因素匯總為司機(jī)違規(guī)駕駛、人員責(zé)任心差、操作技術(shù)不熟練、人為破壞、攜帶違禁品、蓄意或不慎墜落站臺、大客流聚集等。

        1.2 設(shè)備影響因素

        城市軌道交通是多個(gè)系統(tǒng)相互作用、相互影響下正常運(yùn)行的,因此所有設(shè)備都應(yīng)保持正常運(yùn)行,不能發(fā)生故障,否則會影響軌道交通正常運(yùn)轉(zhuǎn),誘發(fā)安全事故。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì),將設(shè)備因素匯總為車門故障、車輛設(shè)備檢修頻率、軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、信號設(shè)備故障、電力電纜老化等。

        1.3 環(huán)境影響因素

        內(nèi)部環(huán)境指車站站臺、行政區(qū)等區(qū)域內(nèi)環(huán)境影響人員的情緒變化、身體問題等。外部環(huán)境分為自然環(huán)境和社會環(huán)境。社會環(huán)境指極端恐怖組織侵入、恐怖襲擊等不安全行為。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì),將環(huán)境因素匯總為暴風(fēng)雨、臺風(fēng)、恐怖襲擊、人為爆炸、安全區(qū)設(shè)置、緊急出口等。

        1.4 管理影響因素

        管理指對軌道交通運(yùn)營涉及的人員和設(shè)施管理,制定具體運(yùn)營規(guī)章制度、應(yīng)急預(yù)案等。良好的管理可確保城市軌道交通安全運(yùn)行,減少或避免運(yùn)營事故發(fā)生的可能性。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì),將管理因素匯總為安全意識和能力培訓(xùn)、安全投入資金、運(yùn)營延誤時(shí)長、應(yīng)急演練、應(yīng)急響應(yīng)時(shí)長等。

        2 城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素的ISM模型

        ISM(Interpretation Structure Model)法結(jié)合了離散數(shù)學(xué)、圖論、集合論及社會科學(xué)等理論,利用有向圖、矩陣等工具對影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行有效分析和解釋復(fù)雜關(guān)系機(jī)構(gòu)[3]。ISM法運(yùn)行步驟如下。

        2.1 建立鄰接矩陣A和可達(dá)矩陣R

        針對二級指標(biāo)因素建立16×16的鄰接矩陣A,元素Sij均在0、1中取值,當(dāng)i=j時(shí),Sij=0,即i要素對j要素?zé)o影響;Sij=1,即i要素對j要素直接影響??蛇_(dá)矩陣R=(A+I)n,R滿足(A+I)n=(A+I)n+1≠(A+I)n-1,其中I為單位矩陣。由于城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素指標(biāo)體系過多,利用Matlab運(yùn)行出可鄰接矩陣和可達(dá)矩陣。

        2.2 因素層級劃分

        層級劃分基于可達(dá)矩陣R(Si)與先行集Q(Si)和R(Si)的公共集間的關(guān)系,列出每單元的R(Si)、Q(Si)、R(Si)∩Q(Si),從中刪除R(Si)=R(Si)∩Q(Si)層的元素,以此類推,直到提取出所有元素。計(jì)算得出第1層單元為5、9單元,L1={S5,S9},在可達(dá)矩陣中去掉該層單元繼續(xù)劃分。以此類推,L2={S4,S6}、L3={S1,S3,S7,S8}、L4={S2,S11,S14,S16}、L5={S10,S13,S15}、L6={S12}。

        2.3 多層遞階結(jié)構(gòu)分析

        在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出解釋結(jié)構(gòu)模型圖,如圖2所示。首先,ISM模型的第一、二層為可誘發(fā)軌道交通運(yùn)營安全事故的直接因素。對于直接影響因素的預(yù)防和消除,要時(shí)刻注意城市軌道交通運(yùn)營設(shè)備的安全狀態(tài),做好檢修工作。其次,第三、四層是影響因素中間層,是保證城市軌道交通運(yùn)營安全的重難點(diǎn)因素。因此,要規(guī)范管理,加強(qiáng)法制教育、職業(yè)培訓(xùn)和員工安全意識教育,從根本上提高員工素質(zhì)和操作能力,還需要加強(qiáng)乘客安全乘車意識,宣傳自救知識。第五、六層的影響因素是宏觀影響因素。最底層因素不易察覺、易被忽視,但其會影響中層,成為軌道交通運(yùn)營事故發(fā)生的潛在原因。運(yùn)營人員應(yīng)制定合理的規(guī)章制度,制定適合不同運(yùn)營時(shí)段的安全方案和應(yīng)急計(jì)劃,注重車站及員工周圍工作環(huán)境的變化,加強(qiáng)安全管理,營造舒適的工作環(huán)境。

        圖2 城市軌道交通運(yùn)營安全影響因素解釋結(jié)構(gòu)模型

        3 基于BIM的城市軌道交通運(yùn)營安全管理

        利用BIM技術(shù)為城市軌道交通運(yùn)營安全建立運(yùn)行良好的安全管理信息系統(tǒng),有效預(yù)防和減少軌道交通運(yùn)營安全事故的發(fā)生,提高安全管理水平。在以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合因素的性質(zhì)與BIM技術(shù)的特點(diǎn),利用BIM技術(shù)有效管控運(yùn)營安全影響因素。運(yùn)用BIM技術(shù)的可視化、模擬性等特點(diǎn)對設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營安全管理,可有效管控運(yùn)營中存在的設(shè)備隱患;運(yùn)用BIM技術(shù)對人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn),增強(qiáng)安全意識,減少人員不安全行為,有效預(yù)防和減少軌道交通運(yùn)營安全事故的發(fā)生;運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行安全應(yīng)急疏散模擬,改善運(yùn)營的應(yīng)急安全管理,減少安全事故的傷亡損失。本文從軌道交通的設(shè)備安全管理、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究BIM技術(shù)對城市軌道交通運(yùn)營的安全管理,促進(jìn)BIM技術(shù)在城市軌道交通安全管理中的應(yīng)用。

        3.1 基于BIM技術(shù)的設(shè)備安全管理

        城市軌道交通涉及的設(shè)備種類多、使用功能不同等是設(shè)備管理的難題。利用BIM技術(shù)建立設(shè)備管理系統(tǒng)是利用數(shù)字化集成管理設(shè)備,可直觀查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備管理系統(tǒng)是在項(xiàng)目初期,將軌道交通涉及的各種設(shè)備及相關(guān)詳細(xì)信息錄入系統(tǒng),后期通過不斷完善和優(yōu)化形成。在運(yùn)維階段,利用傳感器和模型結(jié)合可實(shí)時(shí)監(jiān)控,查看設(shè)備的各種參數(shù)信息、設(shè)備是否運(yùn)行正常等。設(shè)備管理系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行規(guī)范的分類和編碼,輸入設(shè)備特定編碼,即可獲取設(shè)備制造商、維修知識、保修服務(wù)等信息,維修人員實(shí)時(shí)查看設(shè)備維護(hù)周期、維護(hù)手冊等信息進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),管理人員可準(zhǔn)確定位設(shè)備,利用系統(tǒng)中的相關(guān)信息快速維護(hù)。

        3.2 基于BIM技術(shù)的培訓(xùn)安全教育

        城市軌道交通的工作人員及乘客較多,僅使用宣傳短片教育培訓(xùn)不能取得很好的效果;大型實(shí)戰(zhàn)演練培訓(xùn)需大量的人力、物力、財(cái)力,難以實(shí)現(xiàn)。采用BIM技術(shù)對工作人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn),解決現(xiàn)存難題。運(yùn)用BIM技術(shù)建立三維車站模型,通過三維漫游讓工作人員360°無盲區(qū)走進(jìn)站臺及查看模型,熟悉工作場景、流程。BIM模型與VR技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建虛擬車站,人員在虛擬站內(nèi)模擬日常工作或安全練習(xí),檢查其操作的正確性。借助BIM動畫軟件制作安全教育視頻,讓乘客直觀了解一些安全裝置的位置和最佳逃生路線。利用VR技術(shù)搭建虛擬逃生平臺,讓乘客真實(shí)模擬逃生。

        3.3 基于BIM技術(shù)的安全應(yīng)急疏散模擬

        城市軌道交通由于空間封閉等特殊特點(diǎn),當(dāng)乘客客流量過大,很小的誘因都會引發(fā)安全事故。采用BIM技術(shù),利用Pathfinder應(yīng)急疏散仿真軟件對應(yīng)急疏散進(jìn)行可視化仿真,合理利用應(yīng)急疏散通道,針對多種因素制定應(yīng)急疏散方案,為人員安全應(yīng)急演練提供參考。BIM疏散仿真模型與無線傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合,在應(yīng)急現(xiàn)場通過先進(jìn)的技術(shù)將人員信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)紹IM疏散仿真模型中,快速找到最佳逃生路線。通過BIM技術(shù)的疏散模擬三維動畫,直接觀察到不同疏散時(shí)刻、不同區(qū)域的人員密度情況及各疏散出口的人員流量變化情況等信息,并生成圖表數(shù)據(jù),分析疏散出口、路徑等是否滿足人員疏散要求,若不滿足,需調(diào)整建筑物的出口位置、數(shù)量及寬度,優(yōu)化直至確定最佳安全應(yīng)急疏散方案為止。

        4 結(jié)語

        我國城市軌道交通當(dāng)前處于快速發(fā)展階段,運(yùn)營過程還存在一定的安全事故問題。本文采用ISM法建立多層級影響關(guān)系圖,分析影響因素之間的關(guān)系。針對研究結(jié)果,從設(shè)備安全、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究BIM技術(shù)在城市軌道交通運(yùn)營安全方面的應(yīng)用,有效管理城市軌道交通運(yùn)營安全。

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