馮興學(xué)，陳文偉，宋 健，李 誠

（1、廣東省機場管理集團有限公司工程建設(shè)指揮部 廣州 510080；2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 廣州 510500）

城市地下巖土工程災(zāi)害主要包括地面沉降、地面塌陷、基坑變形、基坑失穩(wěn)等。中國城市地下巖土工程建設(shè)事故的數(shù)量驚人［1-3］，其中造成巨大經(jīng)濟損失、引起嚴重社會影響的例子不勝枚舉［4-5］，使我們深刻認識到在城市地下巖土工程建設(shè)中面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因此近年來針對地下巖土工程應(yīng)急管理難題的智慧應(yīng)急平臺研究成為熱點，智慧應(yīng)急平臺深度融合人工智能的能力與應(yīng)急管理需求，構(gòu)建由數(shù)據(jù)服務(wù)中心、應(yīng)急感知中心、應(yīng)急AI 服務(wù)中心和應(yīng)用支撐中心構(gòu)成的“智慧應(yīng)急大腦”，推動地下巖土工程應(yīng)急管理的數(shù)字化、智能化、智慧化能力提升，推動應(yīng)急管理現(xiàn)代化。

通過調(diào)研，智慧應(yīng)急平臺主要存在以下3個問題：①“全”與“?！钡膯栴}：地下巖土工程災(zāi)害突發(fā)事件緊迫性、不確定性、耦合性特征明顯，迫切需要構(gòu)建多災(zāi)種專題情景；②“開”與“閉”的問題：智慧應(yīng)急建設(shè)過程中需要補全應(yīng)急資源、完善風(fēng)險等級、拓寬監(jiān)測來源，形成數(shù)據(jù)治理與共享機制；③“數(shù)”與“智”的問題：當前多數(shù)應(yīng)急信息化主要著力業(yè)務(wù)流程再造和數(shù)據(jù)簡單匯聚，數(shù)據(jù)挖掘與智能知識構(gòu)建建設(shè)仍需加強。針對以上問題，本文在闡述地下巖土工程災(zāi)害背景的基礎(chǔ)上，介紹面向各級應(yīng)急管理的云平臺的特點及功能，并重點介紹解決上述第二個問題的方法，即補全應(yīng)急資源、完善風(fēng)險等級、拓寬監(jiān)測來源的新型技術(shù)方法。

1 城市地下巖土工程災(zāi)害

通過翻閱文獻資料和實例調(diào)研，本文總結(jié)城市地下巖土工程災(zāi)害的事故特點及應(yīng)急難點：

⑴在城市進行地下空間的開發(fā)時，受限于地表現(xiàn)狀，難以完成詳細地質(zhì)勘察。尤其是軌道交通工程建設(shè)規(guī)模大，且基本部署在城市建成區(qū)，樓房密布、交通擁擠、人流量大、地下管線密集交錯，工程地質(zhì)勘察受到多種因素的制約難以完全按圖施工，致使后面的設(shè)計、運營缺乏可靠地質(zhì)資料支撐，是地質(zhì)勘測工作的難題。

⑵參建各方對復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工安全風(fēng)險意識淡薄、措施不力。比如參建單位普遍認為施工過程中堵漏是較常見的情況，而巖土工程事故常常與水相關(guān)，據(jù)不完全統(tǒng)計，地下工程事故85%與地下水控制不當有關(guān)［6-7］，如降水引起地面變形、承壓水引起坑底突涌、掌子面漏水引起塌方等等，不正常漏水時應(yīng)及時采取有效措施調(diào)整施工方案，但總體上參建各方的安全風(fēng)險辨識不足，對風(fēng)險的防治措施不力。

⑶參建各方應(yīng)急響應(yīng)機制不健全，聯(lián)絡(luò)通訊不可靠。常規(guī)應(yīng)急預(yù)案往往漏掉細節(jié)，比如隧道開挖應(yīng)急預(yù)案一般未包含封堵掌子面上方路的內(nèi)容，更不會涉及到調(diào)集人員加強警戒這些應(yīng)急措施。根據(jù)實例，地下空間因遮蔽性，常無法保證手機信號穩(wěn)定性，實際工程中通訊設(shè)備一般僅靠手機，會導(dǎo)致在緊急情況下無法及時處置而耽誤良機。

2 應(yīng)急平臺建設(shè)目標

針對上述城市地下巖土工程災(zāi)害應(yīng)急處理中存在的問題，在總結(jié)多例巖土工程災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急處置經(jīng)驗，分析應(yīng)急預(yù)案實施中的問題的基礎(chǔ)上，本文提出智慧應(yīng)急平臺應(yīng)以充分風(fēng)險評估與應(yīng)急資源調(diào)查為支撐，朝著以下4個目標進行平臺的建設(shè)和研發(fā)，智慧應(yīng)急平臺框架如圖1所示。

圖1 城市巖土工程災(zāi)害智慧應(yīng)急平臺框架Fig.1 Framework of Intelligent Emergency Platform for Urban Geotechnical Disasters

2.1 安全生產(chǎn)監(jiān)督管理

當前安全生產(chǎn)存在風(fēng)險辨識隱患整改不到位、監(jiān)管人員與專業(yè)技術(shù)能力不足、執(zhí)法智能化建設(shè)不足，主體責任難落實等問題。構(gòu)建巖土工程安全生產(chǎn)智能監(jiān)管云平臺，融合危險源（超載、超挖等）、IOT 監(jiān)測（支護結(jié)構(gòu)變形、周邊環(huán)境影響等）、現(xiàn)場報警等應(yīng)用，為安全生產(chǎn)數(shù)字化能力提升、全方位動態(tài)監(jiān)管和隱患排查能力增強、安全生產(chǎn)監(jiān)管模式智能化轉(zhuǎn)型提供場景化服務(wù)支撐。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警

地下巖土工程一般呈現(xiàn)多災(zāi)并發(fā)群發(fā)，如地面沉降發(fā)展為地面塌陷，基坑變形發(fā)展為基坑失穩(wěn)等，這導(dǎo)致災(zāi)害鏈監(jiān)測難、信息匯聚與發(fā)布渠道不完善等諸多難題。平臺基于深度學(xué)平臺，融合自動化監(jiān)測、IN?SAR、無人機等多種手段，實現(xiàn)災(zāi)害事件第一時間發(fā)現(xiàn)、災(zāi)害信息自動聚合、災(zāi)害研判主動推薦，同時提供基于災(zāi)害易損性和危險性實時推送災(zāi)害預(yù)警信息，為災(zāi)情救援提供支撐。

2.3 指揮救援與決策

如何大幅提升應(yīng)急指揮決策水平，解決指揮救援與決策過程中接報低效、底數(shù)不清、狀態(tài)不明、手段傳統(tǒng)、看不見、決策難等問題迫在眉睫。構(gòu)建智能語義信息接報、智能分析研判、融合通信指揮調(diào)度能力體系，打造應(yīng)急管理智能推薦引擎，科學(xué)輔助指揮決策，提高應(yīng)急管理機構(gòu)科學(xué)決策水平，降低災(zāi)害事故影響程度。

2.4 災(zāi)后復(fù)盤分析

如何自動分析海量數(shù)據(jù)中涉及的物資供需、基礎(chǔ)設(shè)施恢復(fù)等內(nèi)容，如何從數(shù)據(jù)背后隱藏的價值中可以發(fā)現(xiàn)更加全面、真實、客觀的分析結(jié)果，是應(yīng)急管理災(zāi)后救助與經(jīng)驗總結(jié)的重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)挖掘分析流程概要如圖2 所示，按照“業(yè)務(wù)視角提出問題、技術(shù)模型提取信息、人工對比總結(jié)規(guī)律”的原則，融合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與應(yīng)急管理部門數(shù)據(jù)，進行多維度、多視角的挖掘分析，對可能出現(xiàn)的問題進行語義化、標簽化，為災(zāi)后救助提供決策建議。

圖2 數(shù)據(jù)挖掘分析流程Fig.2 Data Mining Analysis Process

3 智慧應(yīng)急新技術(shù)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險等級劃分

針對城市地下巖土工程災(zāi)害演進機制、預(yù)警模型、監(jiān)測手段、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理和三維地層建模等關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，在總結(jié)致災(zāi)因子、闡明典型演進機理的基礎(chǔ)上，揭示不同情形下各災(zāi)種的主控因素與在監(jiān)測數(shù)據(jù)上的體現(xiàn)形式，構(gòu)建實時監(jiān)測預(yù)警模型，實現(xiàn)地下巖土工程施工期、運營期的地質(zhì)災(zāi)害的定性定量評價與預(yù)測，災(zāi)害風(fēng)險等級和防治等級劃分方法如圖3 所示。構(gòu)建監(jiān)測預(yù)警平臺，實現(xiàn)基于GIS 的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險及防治等級劃分，實現(xiàn)多途徑地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布，實現(xiàn)結(jié)合地層模型的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，為城市地下巖土工程地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險防控與應(yīng)急處置提供支撐。

圖3 災(zāi)害風(fēng)險等級和防治等級劃分Fig.3 Division of Risk Level and Prevention Level of Disaster

3.2 5G智能應(yīng)急搶險車

5G 智能應(yīng)急搶險車是用于工程事故現(xiàn)場輔助應(yīng)急搶險專業(yè)用車，利用最新無人機、激光掃描等技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場勘測、事故發(fā)展預(yù)判、保護重大市政設(shè)施等功能，在災(zāi)情發(fā)展初期輔助領(lǐng)導(dǎo)決策，減少救援黃金時間，降低人員傷亡及財產(chǎn)損失。技術(shù)體系包括3 大組成部分：全天候事故區(qū)域多源監(jiān)測數(shù)據(jù)采集技術(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息實時傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)融合處理與綜合分析技術(shù)。5G 智能應(yīng)急搶險車基于5G、無人機勘測、聲波探測、激光掃描、攝影測量、智能傳感器、智能機器人等多項技術(shù)，配備適合應(yīng)急監(jiān)控作業(yè)，可以實現(xiàn)在各種工況下的環(huán)境調(diào)查、趨勢分析、重點監(jiān)測、數(shù)據(jù)融合、信息發(fā)布及在線會診等功能，能有效提高搶險效率，輔助應(yīng)急決策［8］。5G 智能應(yīng)急搶險車應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)體系如圖4 所示，它是應(yīng)急監(jiān)控技術(shù)的一項重大突破和創(chuàng)新應(yīng)用，是工程應(yīng)急資源的有力補充。

圖4 基于5G的應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)體系Fig.4 Emergency Monitoring Technology System Based on 5G

3.3 INSAR精細化應(yīng)急監(jiān)測

水準儀、全站儀、GPS 測量和無線傳感器等接觸式測量技術(shù)有較高的測量精度，但只能測量點狀目標，存在空間盲區(qū)，在應(yīng)急搶險時適用性差。而傳統(tǒng)非接觸式測量如近景攝影測量、激光掃描技術(shù)能夠?qū)π》秶鷪鼍斑M行全覆蓋觀測，但其受天氣影響嚴重，應(yīng)急搶險當天是否下雨、起霧、起風(fēng)非人所能控制。INSAR 技術(shù)不受天氣、氣候影響，可全天時、全天候觀測，形變觀測精度高，且每km2可得到萬個以上觀測點數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)測量方法完全無法實現(xiàn)的［9-10］。應(yīng)急搶險時應(yīng)用INSAR 技術(shù)對事故區(qū)域目標開展精細化動態(tài)監(jiān)測及分析，可提供目標不同定位及周邊環(huán)境的形變信息。

4 結(jié)論

⑴地下巖土工程應(yīng)急管理的數(shù)字化、智能化、智慧化能力提升是推動應(yīng)急管理現(xiàn)代化的急迫要求。本文通過調(diào)研，總結(jié)了城市地下巖土工程災(zāi)害的事故特點及應(yīng)急難點：地質(zhì)勘察存在盲區(qū)、安全風(fēng)險意識淡薄、應(yīng)急響應(yīng)機制不健全。

⑵針對應(yīng)急管理的智慧化要求，結(jié)合城市地下巖土工程災(zāi)害的事故特點及應(yīng)急難點，提出面向城市巖土工程災(zāi)害的智慧應(yīng)急平臺的4 個目標：安全生產(chǎn)監(jiān)督管理、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、指揮救援與決策、災(zāi)后復(fù)盤分析。

⑶本文重點介紹了3種新型技術(shù)方法：地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險等級劃分、5G 智能應(yīng)急搶險車、INSAR 精細化應(yīng)急監(jiān)測，分別為實現(xiàn)“完善風(fēng)險等級、補全應(yīng)急資源、拓寬監(jiān)測來源”提供技術(shù)支撐及思路。