城市軌道交通建設安全保障技術現狀與發展

呂培印

(北京安捷工程咨詢有限公司, 北京 100037)

城市軌道交通建設安全保障技術現狀與發展

呂培印

(北京安捷工程咨詢有限公司, 北京 100037)

結合我國城市軌道交通建設現狀,從建設全過程系統地總結安全保障的行業法規、技術標準、風險管理、隱患排查治理、安全保障系統和先進的監測技術。從完善新安全保障技術體系、物聯網與大數據的應用、智能故障預警技術和基于BIM+GIS技術的應用4個方面提出建設安全保障技術發展的前景,為正在快速建設城市軌道交通的城市提供借鑒,以期對提高整個行業的安全管理水平有所裨益。

城市軌道交通； 標準法規； 安全風險管理； 安全保障系統； 智能預警； 物聯網； 大數據； 監測技術

城市軌道交通大多處于人員和建筑物密集的中心城區,具有施工工法多、地質條件復雜、周邊環境敏感、施工難度大等特點。另外,施工行業的裝備水平不高,從業人員隊伍龐大,仍然以勞動密集型為主,屬于高風險工程。前些年,在城市軌道交通建設過程中,相繼出現了一些工程結構坍塌和周邊建(構)筑物超大變形或破壞的事故案例,造成了人員和財產的損失,引發了強烈的社會關注[1]。

自2007年以來,隨著我國城市軌道交通的建設和發展,國家、地方出臺了一系列保障地鐵建設安全的法規、標準(規范),構建和推行了建設全過程安全風險管理模式和施工過程隱患排查治理模式,不斷探索、實踐采用高科技和信息化手段,有效識別和控制風險,提升了預防、預控事故的能力和水平,逐步形成了較為完善、有效的城市軌道交通建設安全保障體系和機制。在此對現行的安全保障技術及其發展進行總結,以期對提高整個行業的安全管理水平有所裨益。

1 安全管理體系

1.1 相關法規/標準

為保證城市軌道交通工程建設安全,國家及地方出臺了一系列法律、法規和規范。

1.1.1 相關政府文件

《國務院辦公廳關于加強城市快速軌道交通建設管理的通知》(國辦發[2003]81號)；

《關于加強地鐵建設和運營安全管理工作的緊急通知》(建質電[2007]21號)；

關于印發《地鐵及地下工程建設風險管理指南》(試行)的通知(建質[2007]254號)；

《住房和城鄉建設部關于進一步加強地鐵建設安全管理工作的緊急通知》(建質電[2008]118號)；

《關于加強重大工程安全質量保障措施的通知》(發改投資[2009]3183號)；

《危險性較大分部分項工程安全管理辦法》(建質[2009]87號);

關于印發《城市軌道交通工程安全質量管理暫行辦法》的通知(建質[2010]5號);

《城市軌道交通工程周邊環境調查指南》(建質[2012]56號)；

《住房城鄉建設部關于印發城市軌道交通工程質量安全檢查指南的通知》(建質[2016]173號)；

《住房城鄉建設部關于印發城市軌道交通工程設計文件編制深度規定的通知》(建質[2013]160號)；

《住房城鄉建設部關于印發城市軌道交通建設工程質量安全事故應急預案管理辦法的通知》(建質[2014]34號)；

《住房城鄉建設部關于印發城市軌道交通建設工程驗收管理暫行辦法的通知》(建質[2014]42號)。

1.1.2 相關國家標準

《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》(GB 50652—2011);

《城市軌道交通建設項目管理規范》(GB 50722—2011);

《地鐵工程施工安全評價標準》(GB 50715—2011);

《地鐵設計規范》(GB 50157—2013);

《城市軌道交通工程監測技術規范》(GB 50911—2013);

《風險管理術語》(GB/T 23694—2009);

《風險管理原則與實施指南》(GB/T 24353—2009);

《標準化工作指南 第4部分：標準中涉及安全的內容》(GB/T 20000.4—2003)。

1.2 安全風險管理

保證城市軌道交通工程建設工程結構自身和周邊環境安全至關重要。從勘察、環境調查、設計、施工等工程建設階段動態地開展風險辨識、風險分析、風險估計和風險控制,注重從源頭上和在過程中把控風險,防止風險轉移和聚集,確保工程建設的本質安全。

1.2.1 規劃、可研階段

為保障城市軌道交通建設的安全,規劃階段主要進行規劃方案風險評估、重大風險因素識別與分析；可行性研究階段主要進行勘察與環境調查、可行性方案風險評估與方案比選、重大關鍵節點工程專項風險評估。

1.2.2 勘察設計階段

總體與方案設計階段：重大風險因素識別、總體設計或方案設計風險分析與評價、重大技術方案風險專項評估或專題研究。

初步設計階段：初步勘查與環境調查、風險辨識與安全風險評估(全線)、重大環境風險現狀檢測評估(工程需要時)、重大風險專項初步設計(專項措施)。

施工圖設計階段：詳細勘察與環境調查、風險辨識、分級核查與分析(標段或工點)、重大環境現狀檢測評估(工程需要時)、風險工程設計(含重大風險專項設計)、勘察設計文件交底與風險說明。

1.2.3 施工階段

施工準備階段：施工勘察與環境核查、風險辨識、分級核查與分析(分部分項工程)、施工專項方案編制與審查、監測方案、應急預案。

施工過程中：工程監測、現場巡視、視頻監控等,工程重要部位和關鍵節點開工前條件驗收、動態風險評估與安全預警、預警響應、處置與消警、突發事件應急[2-3]。

施工后：工后檢測評估與恢復(工程需要時)、隧道結構和設施保護[4]。

1.3 安全隱患排查與治理

1.3.1 開展安全隱患排查治理的目標

圖1 遠程監控、門禁與語音對講系統拓撲Fig.1 Remote monitoring, access control and intercom system topology

1) 落實參建各方主體責任； 2) 提高安全隱患自查自報的自覺性和主動性,不留死角,過程留痕,防止反復,整改到位,有效防范和遏制安全生產事故的發生； 3) 隱患排查與治理工作達到系統化、標準化和信息化。

1.3.2 安全隱患排查與治理的主要內容

1) 構建安全隱患排查與治理體系； 2) 明確各方排查頻次； 3) 明確各方安全隱患響應時限、治理范圍及權限； 4) 建立安全隱患工作的考核機制； 5) 制定違約處罰及責任追究。

2 安全保障系統

2.1 安全風險管理系統

以新線建設的安全管理業務為對象,以第三方監測、施工監測、盾構監測、視頻監控等數據和圖像為信息來源,采用綜合分析和專家評判相結合的手段,研制了控制工程自身和周邊環境影響的安全管理系統[5]。

系統為參建各方提供了一個協同安全管理平臺,有助于各方職責的落實和工作流痕,提高對海量數據的處理、分析能力,提高了風險狀態評價、預測和預警等環節的及時性和準確性。規范的界面設計、權限管理引擎集成并融合GIS(地理信息系統),實現了功能的直觀展示[6]。

2.2 隱患排查與治理系統

根據建設項目的公司層、項目層以及實施層(施工單位、監理單位等)關鍵崗位隱患排查項目、排查頻率、整改時限和響應處置具體要求,建立業務流程閉環管理的信息系統。系統內置了隱患排查要點與分類分級標準、隱患報送與響應流程、排查與治理信息提示等功能,實現了動態統計分析與報表生成、隱患態勢分析和地圖實時展示隱患分布,結合靈活的移動巡檢平臺,既增強了對各方工作考核的客觀性和工作效率,又使得隱患排查工作更能落到實處。

2.3 應急管理系統

應急管理系統是集應急預案管理、應急隊伍管理、應急物資管理、應急演練管理以及對突發事故評價等的輔助決策系統。在工程發生突發事件時,系統能夠以快速的信息獲取與直觀的信息顯示實現對工程基礎資料、歷史監控記錄、應急物資設備與應急隊伍分布的查閱與調度指揮,解決過去遇到的應急資源聯網管理與調度難、突發事件情況下技術資料獲取難和現場搶險監測信息無法共享等問題,并實現突發事件的事后應急恢復設計與施工的過程記錄和對突發事件的事故評價。

2.4 遠程監控、門禁與語音對講系統

該系統(見圖1)可規范施工工地的安全文明行為,約束施工作業人員的不安全行為,遠程發現并及時糾正施工現場的不安全、不文明施工行為,從而減少工程的安全隱患。

遠程監控系統(見圖2)是以視頻監控、門禁監控以及語音對講設備為基礎,依靠有線或無線傳輸專用網絡,達到監控中心與各建設工地現場互聯互通,實現監控中心、用戶的電腦桌面、手機客戶端,實時調閱與控制現場施工作業實時圖像以及施工區人員進出情況統計,并能夠在第一時間進行監控中心與施工現場監控室、施工作業面的三級語音對講。

圖2 遠程監控、門禁與語音對講系統視頻監控頁面Fig.2 Video surveillance interface of remote monitoring, access control and intercom system

2.5 施工在線安全監控系統

2.5.1 監測技術

目前城市軌道交通工程建設監測的主要項目如圖3所示,通過以下監測項目,可基本保障工程建設的監測需要。

圖3 主要監測項目Fig.3 Main monitoring items

隨著技術的不斷創新,部分傳統的人工監測方式已被各種自動化監測新技術(見圖4)取代,新技術不僅可以更便捷地完成監測工作,同時也提高了監測的準確度,為整個城市軌道交通建設行業安全管理提供了技術保障[7]。

圖4 監測新技術Fig.4 New monitoring technologies

2.5.2 盾構在線監測系統

盾構機參數具有較強的專業性,系統地從盾構機獲取關鍵參數信息后,進行分類、分析處理,并在顯示頁面上直觀地提示管理人員掌握盾構機的施工狀態、安全狀態以及姿態控制情況(見圖5)。

圖5 盾構在線監控系統頁面Fig.5 The online monitoring system interface of a shield tunneling machine

系統可對盾構推進過程中的各項施工參數(包括盾構姿態控制情況)實現在線實時監測、預警、報警,方便施工管理人員掌控盾構區間整體風險狀況,不必進入到盾構機操作室。

通過本系統的應用,既能實現對軌道交通工程建設盾構施工參數的過程監控與預警管理,還能將盾構施工數據永久保存,為研究與提高盾構法施工技術的可靠性與針對性提供數據依據[8-9]。

3 建設安全保障技術發展前景

據中國城市軌道交通協會統計,“十三五”期間我國城市軌道交通新建成投運線路將超過3 000 km,預計投資規模達到1.7萬～2萬億元[10]。新一輪大規模的城市軌道交通建設給安全保障技術的發展提出了新的要求，為安全保障技術開拓了新的前景。

1) 通過深入分析未來城市軌道交通建設的特點,不斷完善和豐富保障城市軌道交通建設安全的核心政策與制度[11],運用系統安全理論和智能化、信息化技術發展科學的安全保障技術體系。

2) 運用物聯網技術,對工程現場人、機、料等,實時智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。一旦發生預警,第一時間通過APP提示、手機短信等,將險情及位置通知相關人員,啟動應急預案,實現及時、高效和規范地處理應急事件。此外,通過對大數據的收集、存儲、分析和可視化處理,建立監測預警分析模型,對于事前監測與預警、事中處置與響應,以及事后分析與評估,大數據可發揮保障安全、提高管理水平的重要作用[12]。

3) 通過挖掘現場施工設備運行數據庫和海量歷史數據,分析處理創建動態智能模型,得到最真實反映設備運行規律的設備動態數據模型和設施設備參數之間的耦合關系。結合設備狀態智能預警技術,建立設備早期故障監測預警系統,可有效地將傳統的系統設備事后預警轉變成更加先進的事故事前預警[13]。

4) 基于BIM(建筑信息模型)+GIS技術的應用(見圖6),可在模型中標記結構自身風險、周邊環境風險，展現其分布及空間位置關系,區分風險等級；展現進度與報警點之間的空間位置關系,在復雜節點可細化到工序級；應用動畫報警風險源的專項處置方案,明確處置程序、資源調配和技術準備,達到安全風險直觀化、精細化管理的目的[14]。

圖6 基于BIM技術的基坑施工4D監測系統Fig.6 Four-dimensional foundation pit construction monitoring system based on BIM

4 結論

城市軌道交通工程建設安全管理作為建設過程中重要的工作之一,需基于城市軌道交通建設安全管理體系,同時運用安全保障系統和監測技術等最大限度地降低工程建設的安全風險。日益完善的行業法規、技術標準、各階段風險評估管理技術、隱患排查治理技術、安全風險管理系統、隱患排查與治理系統、應急管理系統、遠程監控、語音與對講系統、施工在線安全監控系統、盾構在線監控系統、物聯網與大數據應用技術、智能故障預警技術和基于BIM+GIS技術及先進的監測技術等安全保障技術,對于強化人員的安全意識、規范管理、輔助決策和提升效率具有重要的支撐作用,也將為城市軌道交通建設安全管理的標準化、科學化和高效化起到巨大的推動作用。

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(編輯：曹雪明)

Present Situation and Development of Security Technology for Urban Rail Transit Construction

LYU Peiyin

(Agiletech Engineering Consultants Co., Ltd., Beijing 100037)

Based on the current situation of construction of urban rail transit in China, the paper systematically summarizes industry regulations, technical standards, risk management, hidden trouble investigation and management, security system and advanced monitoring technologies from the point of the whole construction process. Prospect of constructing security technology is put forward from the aspects of improving new security technology system, application of the Internet of things and big data, smart pre-warning technology and application based on BIM and GIS technology. Hopefully, the paper can provide references for the cities whose rail transit systems are under construction, and improve the level of the whole security management industry.

urban rail transit; standard; safety risk management; security system platform; intelligent pre-warning; the Internet of things; big data; monitoring technology

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.003

2016-09-19

2016-12-19

呂培印,男,博士后,教授級高級工程師,從事城市軌道交通安全管理咨詢及相關研究工作,peiyin_lu@163.com

北京市科委項目(Z161100 001016003)

U231;

A

1672-6073(2017)01-0007-05

編者按 2016年12月9日，中共中央國務院發布了《關于推進安全生產領域改革發展的意見》，這是新中國成立以來第一個以黨中央、國務院名義發布的安全生產工作的綱領性文件，對推動城市軌道交通建設和運營安全生產管理具有里程碑式的重大意義。本期《熱點研討》選登了4篇文章交流在建設安全方面的研究成果，期望為城市軌道交通建設安全的研究分析提供借鑒，以促進城市軌道交通建設的健康發展。