廣州地鐵工程建設安全風險管理信息系統研究與應用

劉光武

（廣州市地下鐵道總公司，廣州 510030）

國內各大城市的地鐵工程建設都面臨著建設規模大，工期緊，設計、施工、勘察隊伍不足，專家力量分散，施工風險大的情況。自上世紀90年代至今，由于施工措施不當、施工管理不到位等原因，使國內地鐵工程施工中發生安全事故。

這些工程事故的發生都有預兆，預兆事前反映在監控量測數據與巡視信息（如滲水、裂縫）中，但由于地鐵工程建設的管理信息化程度低、專家資源緊缺、信息傳輸渠道不暢、多方快速協調處理風險機制不完善，監測數據與現場作業面的施工征兆不能得到及時分析與反饋，使得工程施工長期處于高風險施工狀態。因此，在施工過程中及時對工程異常情況進行判斷分析、預警、報警，并決策、啟動相應的應急預案對于規避風險、降低工程事故發生的概率，減少工程損失具有重要的意義。

隨著國家政府、建設部門高度重視各大城市軌道交通建設的安全工作[2~3]與計算機網絡通信傳輸、無線通信傳輸、網絡數據庫高新技術的發展與成熟，在城市軌道建設安全管理工作中，采用信息化手段進行安全風險管理工作的時機已經趨于成熟，建立風險管理信息系統有助于提高施工關鍵數據的傳輸與處理速度，實現工程信息的集中、積累與高度共享，從而降低工程施工風險，提高城市軌道交通建設的安全水平。

1 安全風險管理

安全風險管理是基于風險發生和控制技術的研究而具體實施的安全管理。安全風險管理部門通過安全風險識別、風險估計和風險評價，在此基礎上采用最經濟的方法，優化組合各種風險處理技術,對風險實施有效地控制，以實現最佳安全生產保障的科學管理。

廣州地鐵工程正在大規模推進，在建線路200多公里，同期在建工點近120個，工期緊，工程管理難度大。大部分工點地處建筑物與人口密集的老城區，周邊騎樓等老房危房較多，臨近珠江與下穿珠江的工點較多，其中隧道下穿珠江就9次，復雜的地質條件對工程建設安全影響大。地鐵工程建設工點多，施工風險大，專家資源有限，信息化程度低，業主與專家越來越難以了解工程現場情況。因此，地鐵工程建設迫切需要引進新的安全風險管理機制與手段加強安全管理工作，降低工程施工風險。

根據廣州地鐵建設工程安全管理體系及工程建設的現狀，從全局性和階段性上找到了引入風險管理的切入點，并可概括為“三評一管”的安全風險管理模式，具體包括：

（1）廣州地鐵建設工程安全管理體系評估；

（2）廣州地鐵在建線路土建工程的安全風險評估；

（3）廣州地鐵建設工程的“四新”安全風險評估；

（4）廣州地鐵在建線路土建工程重大風險工點施工階段的安全風險管理。

2 安全風險管理信息系統

我國地鐵工程施工管理信息分析與反饋時效性差，施工預警機制落后，大量寶貴工程數據階段性流失，不能夠建立地區性的施工技術數據庫，以指導新線的設計與施工，提高行業的設計、施工與管理水平。要達到地鐵工程施工管理保證質量、確保安全、降低風險，提高管理水平等目的，迫切需要建立具備數據共享與協同工作的信息化系統作為安全風險管理工作的載體。

2.1 建立安全風險管理信息系統目的

廣州地鐵建立了安全風險管理信息系統，從而達到以下目的：

（1）保證數據分析與反饋及時、準確、全面；

（2）快捷地傳遞信息，高度地共享信息；

（3）自動、及時地預警，及時通知提醒；

（4）及時決策處理，化解工程安全風險；

（5）記錄預警事件處理過程，可追溯；

（6）方便各類資料整理成冊，避免數據流失；

（7）形成地區性、行業性的技術儲備庫。

安全風險管理信息系統是在地鐵施工階段輔助施工安全風險管理的工具與手段。它利用了地理信息系統（GIS）、網絡通信、數據庫、無線傳輸、模型分析等多種技術，綜合施工方、監理方、第三方監測方、設計方、咨詢方等各方信息，及時對在建工程進行風險評估、監控、預警與處理，是一套集安全風險管理功能與施工技術數據收集、歸檔的多方協同工作系統。

通過信息系統能夠將地鐵施工階段基礎資料管理、施工與第三方監測、各方上報工況與巡查、安全分析與評估、預警及處理、GIS等系統集中管理和應急聯動，通過信息化技術提高預警與處警能力，從過去單一的事后取證向事前預警與事中控制轉變，從而推動地鐵工程施工期間安全管理的工作創新。

2.2 系統架構

系統架構如圖1所示，系統由數據存儲與維護層、業務層以及表現層3個層次組成。數據層由勘察與設計資料數據庫、空間數據GIS數據庫以及施工監測與安全管理數據庫3個數據庫構成，涉及到了工程中大量文檔數據、地理信息數據以及監測與安全監控數據的分類存儲，并相對獨立，便于系統的擴展與維護；業務層描述了系統的功能架構與業務流程，與廣州地鐵開展安全風險管理項目工作的工作流程一致，由數據上報、數據分析、安全評估、預警發布、預警處理等步驟組成；表現層展示了參與信息系統協同工作的參建各方，包括地鐵總公司、安全監察部、業主安全風險管理小組、安全風險咨詢機構、業主代表、施工方、設計方、監理方與第三方監測方所組成。

2.3 主要功能

廣州地鐵安全風險管理系統由3個子系統構成，分別為現場監測數據與巡視信息上報子系統（C/S），負責現場層的數據采集，報送與報表生成；信息中心數據處理子系統（C/S），負責工程的信息初始化以及人員的權限管理；安全風險管理協同工作子系統（B/S），為工程參建各方提供數據查詢、安全評估與預警處理的協同工作平臺。安全風險管理協同工作子系統的主要功能如下：

圖1 系統的總體功能架構圖

2.3.1 監測數據分析

監測數據能夠首先反映風險源的不安全狀態，利用系統對監測數據進行自動分析、自動預警、自動提醒，有助于掌握工點的安全狀態。系統通過時態曲線、剖面曲線反映工程監測數據的歷史與當前情況，并根據控制指標自動預警；通過曲線對比功能能夠對同點監測的施工監測數據與第三方監測數據進行對比分析，從而進行相互驗證，保證數據的有效性與準確性。

2.3.2 現場巡查

現場巡視是安全風險分析與控制的重要數據資料，利用工況、現場巡視信息以及監測數據能夠綜合判定工點的當前安全狀態。按照工法的不同（明挖、暗挖、盾構），利用示意圖與文字描述相結合的辦法，直觀地表達工況與巡視信息。

2.3.3 風險評估

咨詢專家根據監測數據、施工工況、現場巡視情況，利用經驗綜合判定風險源或工點的安全狀態，通過GIS地理信息系統以紅、橙、黃、綠不同預警等級顯示安全評估結果，并通過手機短信息及時提醒相關責任人。

2.3.4 安全預警

安全風險預警子系統有3層次預警機制，通過監測點自動預警、工點內風險區域預警以及全網工點預警三個層次的預警系統，達到全面預警監控。每個層次的預警都將通過手機短信平臺自動發送提醒短信給相關責任人，及時提醒。

2.3.5 預警處置

咨詢專家發布預警并發送事務給相關責任人，相關責任人收到手機短信后，登錄平臺查看個人事務，了解預警情況，發表處理意見，當工點消警時，形成預警事件處理的歷史記錄，并不能再進行修改，滿足事件可追溯性。

2.3.6 地理信息系統(GIS)

應用地理信息系統（GIS）技術，實現了監測點與風險區域實時預警，監測點屬性查詢、沿線周邊環境屬性查詢以及地質鉆孔剖面圖查詢等功能。

2.3.7 工程文檔管理

工程文檔是工程施工安全管理與風險決策的重要資料。工程文檔以CAD圖、Of f ice文檔為主，且文檔數量大，權限分配要求嚴格，因此本系統的文檔管理設計在架構上按照國際建筑工程數據交換標準IFC進行設計，解決了分類標準、版本管理與權限分配等問題；在文檔格式上采用網絡CAD格式與PDF格式大大縮小了文檔的大小，使得網絡快速在線瀏覽得以實現。

2.3.8 地區施工技術庫

工程竣工后，系統將自動對工程施工過程中積累的數據資料進行分類歸檔，形成具有地區性的施工技術庫，避免了數據的階段性流失，同時為新線建設與運營管理積累了寶貴的資料。

2.4 數據流程

安全風險管理信息系統數據流程如圖2所示，監測數據、現場巡查數據、工況進度數據以及工程文檔數據通過客戶端系統與Internet連接發送到信息中心數據（倉）庫，經由風險咨詢機構專家組的綜合分析，確定預警、報警等級，預、報警信息通過網絡與無線通訊設備進行發布，并對事件處理過程與結果進行自動記錄。系統還通過Internet為用戶提供查詢，報表輸出，數據預測、事務管理等操作。

2.5 拓撲結構

安全風險管理信息系統網絡拓撲關系是指數據提供層、信息中心與用戶使用層各應用層次間的網絡連接方式。現場作業層通過公網Internet發送監測巡視數據、報表、文檔等信息至信息中心，信息中心對信息進行存儲、分析與管理，并響應不同用戶層發送的操作事務請求，拓撲關系圖如圖3。

圖2 系統的數據流程圖

3 結束語

城市軌道交通工程安全風險管理信息系統在廣州地鐵2/8號線延長線、6號線與3號線北延線的重大風險工點進行了應用，建立了參建各方的協同工作平臺，實現了對全網、全線所有工點的全面管理與重點監控，提高了安全風險隱患的整體水平。

如圖4與圖5所示，系統應用GIS地理信息技術實現了對廣州地鐵全網工點預警狀態的管理；實現了對東湖站及站前停車線車站主體、基坑以及站前停車線區域監測數據預警、工程文檔報送、工況與巡視上報與查詢以及專家安全評估等功能。

[1] 北京城建設計研究總院有限責任公司. 廣州地鐵在建線路土建工程安全風險評估總報告[R]. 2006.

[2] 中華人民共和國住房與城鄉建設部. 《城市軌道交通工程安全質量管理暫行辦法》[S]. 建質[2010]5號.

[3] 建設部、公安部、國家安全監管局、國家發展改革委、科技部、國家質檢總局、鐵道部、國家環保總局、國務院法制辦. 關于進一步加強地鐵安全管理工作的意見[S]. [2003]177 號文件, 2003.

圖3 系統網絡拓撲關系

圖4 廣州地鐵全網工點預警

圖5 廣州地鐵6號線東湖站及站前停車線安全風險管理

[4] 馬 洪，孫尚清. 現代管理百科全書[M]. 北京：中國發展出版社，1991.

[5] IUGS, Working Group on Landslide, Committee on Risk Assessment. Quantitative risk assessment for slope and landslidesthe state of the art [A]. In: D. M. Cruden and R. Fell (eds.),Landslide Risk Assessment [C]. Rotterdam: A. A. Balkema,1997.

[6]Eskesen Soren Degn, Tengborg Per, Kampmann Jorgen, Trine Holst Veicherts. Guidelines for tunneling risk management:International Tunneling Association [J]. Working Group No.2, Tunneling and Underground Space Technology, May, 2004.

[7]郭仲偉. 風險分析與決策[M]. 北京：機械工業出版社，1986.

[8] 盧有杰. 項目風險管理[M]. 北京：清華大學出版社，1998.

[9] 劉光武. 廣州地鐵開展安全風險管理的探索與實踐[J]. 都市快軌交通，2007（20）：21-24.