城市軌道交通地鐵車站明挖法基坑工程安全管控

摘要：文章以北京某軌道交通工程為依托，通過詳細分析地鐵基坑施工階段的安全事故案例，將安全事故類型歸納為人員管理和現場監測兩大類。為探索其中的關鍵因素，運用決策實驗室分析（Decision-making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL）方法進行分析。分析結果顯示：在人員管理方面（如安全教育培訓）和現場檢測方面（如危大工程和危險作業現場監測等），均存在需要加強管控的環節。根據分析結果，設計了人員管理系統和現場監測預警系統并應用于實際工程中，通過實時收集與處理數據，能夠有效預測潛在安全風險并即時觸發預警機制，有效提升了基坑工程施工的安全性與穩定性。該研究為城市軌道交通基坑工程提供了一套系統化的安全管理方案。

關鍵詞：軌道交通；基坑工程；工程質量；安全管理

中圖分類號：U231.3" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）09-0082-05

0 引言

隨著城市化進程的加速推進，地鐵建設項目不斷增加，對安全管理提出了越來越高的要求。傳統的地鐵車站基坑工程安全管理方法應用于復雜多變的施工環境時面臨諸多挑戰，亟需借助現代信息技術實現安全管理的優化與升級。國內外學者對明挖法基坑工程施工的安全影響因素展開了深入研究。鄧小超等［1］、李錦［2］、劉平等［3］、何理等［4］探討了深基坑工程穩定性分析的關鍵要點及風險評估方法，并闡述了這些方法在深基坑工程建設中的應用成效。劉曉兵等［5］、靳文兵［6］針對我國深基坑施工安全管理中存在的諸多問題，深入剖析了其具體成因，并提出了相應的解決措施。鄭嚴［7］、王西倫等［8］、李朝智等［9］介紹了深基坑項目在各主要施工階段的特點，分析了施工質量、工程監測等方面存在的安全管理風險，并提出了針對性的解決方案。上述研究說明了基坑工程安全管理控制的重要性。本文基于2003年至2023年收集的211例地鐵車站基坑工程施工階段安全事故統計數據，運用DEMATLE方法進行了深入分析。以北京某軌道交通工程為例，分別采用人員管理系統和現場監測預警系統對該工程的人員管理和現場監測進行安全管控，旨在消除安全隱患，進一步提升基坑工程施工的安全性和穩定性。

1 工程概況

工程項目為北京軌道交通13號線擴能提升工程土建施工06合同段，涵蓋“一站”（文華路站）及“一區間”（回龍觀西站至文華路站區間），全長1 026.8 m。文華路站位于回龍觀西大街與文華路交叉口西側，沿回龍觀西大街東西向設置，為地下兩層一側一島式車站，采用二層三跨結構，車站總長378 m，標準段寬24.6 m、高14.05 m，加寬段的寬度分別為31.7 m和31.9 m，高度為15.05 m；設有5個出入口、2條風道、1個緊急疏散口及2個無障礙電梯口。回龍觀西站至文華路站區間全長648.8 m，于K70+683.348處設有1座聯絡通道。

本工程面臨距離長、改造體量大、環境風險高、地下及地面障礙物多等諸多挑戰，特別是在高環境風險和大規模改造施工的條件下，安全管理若有疏漏，則易引發意外和傷害，進而影響施工進度及人員安全。同時，由于工程距離長且障礙物密集，所以必須依賴現場監測設備，以實時掌握施工過程中的變化和風險。如果監測設備陳舊或技術落后，則難以準確監測施工現場狀況，增大事故風險。為確保基坑工程施工質量和安全，需針對工程難點，從人員管理與現場監測等方面實施管控措施。本文基于事故案例的數據分析，從人員管理、現場監測管理的角度出發，設計并應用相應的管理系統，確保工程項目的施工質量和安全得到有效保障。

2 安全事故DEMATLE數據分析

2.1 地鐵施工安全事故統計分析

本次事故案例收集的是國內城市地鐵基坑施工階段的安全事故，時間跨度為2003年至2023年，共收集到信息比較全面的事故案例211例。案例來源包括國家政府部門網站、新聞媒體、網頁新聞以及公開發表的文獻等。受資料來源所限，本次統計為不完全統計。本文將從事故類型及事故傷亡人數兩個維度分析地鐵施工安全事故。事故類型統計表見表1，事故死亡人數統計表見表2。

通過對建筑施工事故的統計和原因分析，可以深入揭示開展現場安全管理的重點和難點，進而為工程現場安全管理系統的功能需求分析提供數據支持和理論依據。地鐵施工安全管理重點分析內容見圖1。

2.2 基于DEMATLE的安全管理關鍵要素識別

采用DEMATLE方法篩選出基坑工程安全管理系統的關鍵要素，并在此基礎上，結合工程理論，對建筑工程全過程實施智能化和信息化管理，這一過程強調系統化管理和信息技術的應用，以實現建筑工程的安全性評估。DEMATLE法基于圖理論和矩陣法，通過分析要素之間的關系，計算出各要素的中心度、影響度、被影響度及原因度等關鍵指標，從而判定要素的重要性并識別出核心要素。系統的關鍵要素識別步驟見圖2。

依據事故致因理論及建筑事故的統計數據，提煉出10個針對增強安全管理系統及其功能的要素，并根據統計結果將其劃分為人員管理系統與現場監測預警系統兩大類，系統要素劃分見表3。

2.3 DEMATEL模型分析

2.3.1 建立系統要素直接影響矩陣

基于10個安全管理要素（F1～F10），5名專家對系統要素之間的邏輯關系進行了評估，選取出現頻率最高的判斷值作為最終確定值，這一最終確定值被記為各要素之間的邏輯關系數值i。評價標準如下：0表示無影響；1表示影響極微；2表示影響較弱；3表示影響強烈；4表示各要素之間的相互影響較大。如果以矩陣形式表達這些要素之間的邏輯關系，則該矩陣被稱為直接影響矩陣。安全管理要素的直接影響矩陣見表4。

2.3.2 計算規范直接影響矩陣

計算規范直接影響矩陣是對關系矩陣進行量綱處理，通常采用最大值歸一化方法，即各數據除以“要素影響關系值總和”的最大值，其公式如下：

[N=AMax（j=1nAij）]，" " " " " " " "（1）

其中：N為直接影響矩陣，A為各數據，j為列數，i為行數。

規范直接影響矩陣的計算結果見表5。

2.3.3 計算綜合影響矩陣

利用規范直接影響矩陣可進一步計算綜合影響矩陣，其公式如下：

[T=N（I-N）-1] ，" " " " " " " " " " （2）

其中，I為單位矩陣。綜合影響矩陣的計算結果見表6。

表6中的數字代表“兩兩要素作用”在系統中的重要程度，數值越大，表明該“兩兩要素作用”在系統中的地位越高。

2.3.4 計算影響度、被影響度、中心度和原因度

影響度（Di）、被影響度（Ci）、中心度（Mi）、原因度（Ri）的計算公式分別如下：

[Di=j=1nTij，i=1，2，…，n]，" " " " " " " " " "（3）

[Ci=j=1nTji，i=1，2，…，n]，" " " " " " " " （4）

[Mi=Di+Ci]，" nbsp; " " " " " " " " " " "（5）

[Ri=Di-Ci]。" " " " " " " " " " " "（6）

DEMATEL的計算指標值見表7。

2.3.5 計算要素權重

中心度反映要素在系統中的地位，該值越大，代表要素重要程度越高。將該值進行歸一化處理，即可計算各要素在系統中的權重，其計算公式如下：

[Wi=Mi/M]。" " " " " " " " " " " " " "（7）

其中：Wi表示要素權重值，M表示中心度。

要素權重值的計算結果見表8。

表8中的數據顯示，要素權重值中，F2、F3、F4、F7、F8、F9及F10的權重均超過0.1，因此在地鐵施工安全管理中應被視為重點防范對象。運用DEMATLE方法深入分析事故類型及傷亡人數等數據，使關鍵要素得以明確，進而為制定有效的預防和管理措施提供了依據。此方法不僅為工地安全管理系統的信息化、智能化提供了堅實的理論基礎，而且還為預防安全隱患工作奠定了基礎。

3 安全管控系統

為更有效地預防安全隱患，本工程應用了人員管理和現場監測預警系統。該系統借助高級監測設備和傳感器實時采集工地數據，并通過數據處理和應用層的分析，預測潛在安全風險，及時發出預警。人員管理系統和現場監測系統的引入，是對DEMATEL模型分析結果的具體實踐和補充，構建了一個全面、高效且智能的施工安全管理網絡。這不僅確保了施工過程中的安全性，實現了管理的現代化，而且還有效預防了事故的發生，提升了整體施工安全管理的科技含量和實際運行效率。

3.1 人員管理系統

（1）“藍牙+GPS”人員定位系統。該系統能夠采集并處理位置信息，形成活動軌跡數據并上傳至管控中心。管控中心支持軌跡查看功能，可精確追溯至特定日期及時間段的活動軌跡，并且支持活動軌跡動畫回放，同時展示地理位置和詳細時間信息。

（2）人臉識別系統。提供直觀、全面的人/車/物實時監控界面，便于快速調取各類設備和通道的視頻信息。系統能自動定位監控中出現的多張人/車/物頁面，實時刷新并抓拍清晰圖像。此外，系統能對檢測區域內的人/車/物進行識別檢測和評分，篩選出最清晰的圖像作為抓拍結果。

（3）實名制管理系統。該系統的主要功能是對關鍵崗位的人員（如現場管理人員、技術員、質檢員、安全員等）進行到崗考勤，確保相關人員按時到崗，監督生產建設工作，保障工程質量。

（4）安全帽監測子系統［10］。通過人臉閘機頭實時檢測進入工地的人員是否佩戴安全帽。結合勞務實名系統，僅當人臉信息匹配且佩戴安全帽時，人行閘機才會開啟。對于人臉信息不匹配或未佩戴安全帽的情況，系統會發出警報提示。相關信息及截圖均可在客戶端或現場信息屏上展示。根據用戶需求，報警信息還可推送給相關管理人員，協助安全生產管理。此外，人行閘機還支持安全帽顏色識別功能。

3.2 現場監測預警系統

3.2.1 AR（增強現實）全景系統

AR全景系統從高點俯瞰地面，將實時視頻場景作為實景地圖，通過AR技術，實現實時視頻中的標簽與其他子系統的聯動。通過聯動低點監控資源，可以構建聯網布控系統，提供全景預覽功能。這一全景視角能監控施工現場范圍內的整體情況，顯著提升施工現場安保人員的感知能力，為施工現場的安全升級提供有力支持。AR全景系統如圖3所示。

3.2.2 環境監測儀及聯動控制系統

該系統能實時監測工地現場的溫度、濕度、PM2.5、PM10濃度、風力、風向及噪音等環境參數，并將數據傳輸至云平臺進行存儲與分析。用戶可通過電腦或手機App實時查看監測數據，同時，現場還配備了LED屏幕以直觀顯示相關數據。此外，系統可與霧炮、噴淋等設備實現聯動控制，當PM2.5濃度超過設定的預警值時，系統會自動啟動噴淋降塵系統，從而迅速降低粉塵濃度，改善施工現場環境。環境監測儀及聯動控制如圖4所示。

3.2.3 火點監測系統

工地中的消防通道、氧氣/乙炔存放庫、材料集中存放區及配電室均屬于高風險易燃易爆區域，警情發生概率極高。火點監測系統采用紅外熱成像前端識別技術，具備火焰、火點及煙霧檢測功能。一旦觸發報警機制，設備會立即將警報信息傳送至監控中心。監控中心根據預設的聯動方案，迅速將警報信息發送給相關負責人，以促使其立即趕赴現場進行處理。同時，監控中心會要求負責人及時反饋處理結果，并將所有信息留檔。

3.2.4 臨邊預警與禁區進入預警系統

該系統具備在視線覆蓋區域內劃定虛擬界線的功能。一旦有未經授權的人員闖入該區域，系統將自動觸發警報信號，并即時發送至后端平臺，同時彈出報警窗口。對于人員越界行為，監控室會接收到語音報警提醒，確保相關人員能夠及時處理。整個監控與報警的過程實現了智能化的全自動分析，不需要人員值守或手動干預。

3.2.5 基坑監測系統

該系統采用物聯網技術，將多種現場監測儀器與無線傳感器相連，通過主動或被動觸發機制，及時發現工程及其周邊建筑、管線的安全隱患。這一設置有效預防了安全事故的發生，實現了從被動監管到主動監管，以及從事后監督向事前、事中監督的雙重轉變。基坑監測系統如圖5所示。

4 安全管理系統的實施效果

4.1 人員管理系統的實施效果

（1）“藍牙+GPS”人員定位系統：能夠精確追蹤并管理工人的活動軌跡，支持實時查看和回放，有效防止了工時虛假記錄和管理人員值班不到位等問題，顯著提升了施工管理效率和工作質量。

（2）人臉識別系統：可以實時跟蹤監控工地上的工作人員，通過采集位置信息和活動軌跡數據，管控中心能精確掌握每位員工的位置和移動情況，確保危險區域的作業得到及時監控和干預，預防意外事故發生。

（3）實名制管理系統：通過實名制管理，確保僅有授權人員可以進入工地，減少了安全隱患和管理漏洞，同時精確記錄了工人的出入時間和考勤信息，增強了管理的精確度和透明度。

（4）安全帽監測子系統：可以實時監測工人佩戴安全帽的情況，對不符合安全規范的行為即時報警并處理，有效降低了工地安全事故發生率，確保了工人的人身安全。

4.2 現場監測預警系統的實施效果

（1）AR全景系統：通過實時視頻和AR技術，實現對施工現場的高效監控，顯著提升了安保人員的感知能力和施工現場的安全管理水平。

（2）環境監測儀及聯動控制系統：實時監測工地的環境指標（如溫度、濕度、PM2.5等），并根據指標情況自動啟動噴淋降塵系統，有效改善了施工環境質量，提高了工人的工作效率和健康水平。

（3）火點監測系統：對易燃易爆區域進行實時監測，及時發現并處理火災隱患，為工地環境和人員安全筑起了一道堅實的防線。

（4）臨邊預警與禁區進入預警系統：通過虛擬界線和智能分析技術，確保工地安全區域免受非授權人員侵入，有效預防事故發生。

（5）基坑監測系統：通過物聯網技術，監測基坑等重要區域，及時發現并解決安全隱患，最大限度地避免安全事故的發生，提高了工程施工的安全性和穩定性。

5 結語

本文以北京某交通軌道工程為依托，通過深入剖析地鐵施工基坑工程安全事故案例，明確了安全管理中的重點與難點，并據此提出了相應的管理系統和實施措施。通過引入人員管理系統和現場監測預警系統，顯著提升了施工現場的安全管理水平和工程質量。實踐證明，這兩大系統有效預防了安全事故，確保了施工人員的安全及工程順利進行，進而增強了基坑工程施工的安全性和穩定性。

6 參考文獻

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［10］師盼武，馮百明，丁洪文.施工現場安全帽佩戴檢測方法研究［J］.微電子學與計算機，2024，41（10）：45-54.

【作者簡介】汪小龍，男，安徽桐城人，本科，工程師，研究方向：交通工程。

【引用本文】汪小龍.城市軌道交通地鐵車站明挖法基坑工程安全管控［J］.企業科技與發展，2024（9）：82-86.