城市轨道交通建设安全保障技术现状与发展

吕培印

(北京安捷工程咨询有限公司, 北京 100037)

城市轨道交通建设安全保障技术现状与发展

吕培印

(北京安捷工程咨询有限公司, 北京 100037)

结合我国城市轨道交通建设现状,从建设全过程系统地总结安全保障的行业法规、技术标准、风险管理、隐患排查治理、安全保障系统和先进的监测技术。从完善新安全保障技术体系、物联网与大数据的应用、智能故障预警技术和基于BIM+GIS技术的应用4个方面提出建设安全保障技术发展的前景,为正在快速建设城市轨道交通的城市提供借鉴,以期对提高整个行业的安全管理水平有所裨益。

城市轨道交通； 标准法规； 安全风险管理； 安全保障系统； 智能预警； 物联网； 大数据； 监测技术

城市轨道交通大多处于人员和建筑物密集的中心城区,具有施工工法多、地质条件复杂、周边环境敏感、施工难度大等特点。另外,施工行业的装备水平不高,从业人员队伍庞大,仍然以劳动密集型为主,属于高风险工程。前些年,在城市轨道交通建设过程中,相继出现了一些工程结构坍塌和周边建(构)筑物超大变形或破坏的事故案例,造成了人员和财产的损失,引发了强烈的社会关注[1]。

自2007年以来,随着我国城市轨道交通的建设和发展,国家、地方出台了一系列保障地铁建设安全的法规、标准(规范),构建和推行了建设全过程安全风险管理模式和施工过程隐患排查治理模式,不断探索、实践采用高科技和信息化手段,有效识别和控制风险,提升了预防、预控事故的能力和水平,逐步形成了较为完善、有效的城市轨道交通建设安全保障体系和机制。在此对现行的安全保障技术及其发展进行总结,以期对提高整个行业的安全管理水平有所裨益。

1 安全管理体系

1.1 相关法规/标准

为保证城市轨道交通工程建设安全,国家及地方出台了一系列法律、法规和规范。

1.1.1 相关政府文件

《国务院办公厅关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知》(国办发[2003]81号)；

《关于加强地铁建设和运营安全管理工作的紧急通知》(建质电[2007]21号)；

关于印发《地铁及地下工程建设风险管理指南》(试行)的通知(建质[2007]254号)；

《住房和城乡建设部关于进一步加强地铁建设安全管理工作的紧急通知》(建质电[2008]118号)；

《关于加强重大工程安全质量保障措施的通知》(发改投资[2009]3183号)；

《危险性较大分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号);

关于印发《城市轨道交通工程安全质量管理暂行办法》的通知(建质[2010]5号);

《城市轨道交通工程周边环境调查指南》(建质[2012]56号)；

《住房城乡建设部关于印发城市轨道交通工程质量安全检查指南的通知》(建质[2016]173号)；

《住房城乡建设部关于印发城市轨道交通工程设计文件编制深度规定的通知》(建质[2013]160号)；

《住房城乡建设部关于印发城市轨道交通建设工程质量安全事故应急预案管理办法的通知》(建质[2014]34号)；

《住房城乡建设部关于印发城市轨道交通建设工程验收管理暂行办法的通知》(建质[2014]42号)。

1.1.2 相关国家标准

《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》(GB 50652—2011);

《城市轨道交通建设项目管理规范》(GB 50722—2011);

《地铁工程施工安全评价标准》(GB 50715—2011);

《地铁设计规范》(GB 50157—2013);

《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB 50911—2013);

《风险管理术语》(GB/T 23694—2009);

《风险管理原则与实施指南》(GB/T 24353—2009);

《标准化工作指南 第4部分：标准中涉及安全的内容》(GB/T 20000.4—2003)。

1.2 安全风险管理

保证城市轨道交通工程建设工程结构自身和周边环境安全至关重要。从勘察、环境调查、设计、施工等工程建设阶段动态地开展风险辨识、风险分析、风险估计和风险控制,注重从源头上和在过程中把控风险,防止风险转移和聚集,确保工程建设的本质安全。

1.2.1 规划、可研阶段

为保障城市轨道交通建设的安全,规划阶段主要进行规划方案风险评估、重大风险因素识别与分析；可行性研究阶段主要进行勘察与环境调查、可行性方案风险评估与方案比选、重大关键节点工程专项风险评估。

1.2.2 勘察设计阶段

总体与方案设计阶段：重大风险因素识别、总体设计或方案设计风险分析与评价、重大技术方案风险专项评估或专题研究。

初步设计阶段：初步勘查与环境调查、风险辨识与安全风险评估(全线)、重大环境风险现状检测评估(工程需要时)、重大风险专项初步设计(专项措施)。

施工图设计阶段：详细勘察与环境调查、风险辨识、分级核查与分析(标段或工点)、重大环境现状检测评估(工程需要时)、风险工程设计(含重大风险专项设计)、勘察设计文件交底与风险说明。

1.2.3 施工阶段

施工准备阶段：施工勘察与环境核查、风险辨识、分级核查与分析(分部分项工程)、施工专项方案编制与审查、监测方案、应急预案。

施工过程中：工程监测、现场巡视、视频监控等,工程重要部位和关键节点开工前条件验收、动态风险评估与安全预警、预警响应、处置与消警、突发事件应急[2-3]。

施工后：工后检测评估与恢复(工程需要时)、隧道结构和设施保护[4]。

1.3 安全隐患排查与治理

1.3.1 开展安全隐患排查治理的目标

图1 远程监控、门禁与语音对讲系统拓扑Fig.1 Remote monitoring, access control and intercom system topology

1) 落实参建各方主体责任； 2) 提高安全隐患自查自报的自觉性和主动性,不留死角,过程留痕,防止反复,整改到位,有效防范和遏制安全生产事故的发生； 3) 隐患排查与治理工作达到系统化、标准化和信息化。

1.3.2 安全隐患排查与治理的主要内容

1) 构建安全隐患排查与治理体系； 2) 明确各方排查频次； 3) 明确各方安全隐患响应时限、治理范围及权限； 4) 建立安全隐患工作的考核机制； 5) 制定违约处罚及责任追究。

2 安全保障系统

2.1 安全风险管理系统

以新线建设的安全管理业务为对象,以第三方监测、施工监测、盾构监测、视频监控等数据和图像为信息来源,采用综合分析和专家评判相结合的手段,研制了控制工程自身和周边环境影响的安全管理系统[5]。

系统为参建各方提供了一个协同安全管理平台,有助于各方职责的落实和工作流痕,提高对海量数据的处理、分析能力,提高了风险状态评价、预测和预警等环节的及时性和准确性。规范的界面设计、权限管理引擎集成并融合GIS(地理信息系统),实现了功能的直观展示[6]。

2.2 隐患排查与治理系统

根据建设项目的公司层、项目层以及实施层(施工单位、监理单位等)关键岗位隐患排查项目、排查频率、整改时限和响应处置具体要求,建立业务流程闭环管理的信息系统。系统内置了隐患排查要点与分类分级标准、隐患报送与响应流程、排查与治理信息提示等功能,实现了动态统计分析与报表生成、隐患态势分析和地图实时展示隐患分布,结合灵活的移动巡检平台,既增强了对各方工作考核的客观性和工作效率,又使得隐患排查工作更能落到实处。

2.3 应急管理系统

应急管理系统是集应急预案管理、应急队伍管理、应急物资管理、应急演练管理以及对突发事故评价等的辅助决策系统。在工程发生突发事件时,系统能够以快速的信息获取与直观的信息显示实现对工程基础资料、历史监控记录、应急物资设备与应急队伍分布的查阅与调度指挥,解决过去遇到的应急资源联网管理与调度难、突发事件情况下技术资料获取难和现场抢险监测信息无法共享等问题,并实现突发事件的事后应急恢复设计与施工的过程记录和对突发事件的事故评价。

2.4 远程监控、门禁与语音对讲系统

该系统(见图1)可规范施工工地的安全文明行为,约束施工作业人员的不安全行为,远程发现并及时纠正施工现场的不安全、不文明施工行为,从而减少工程的安全隐患。

远程监控系统(见图2)是以视频监控、门禁监控以及语音对讲设备为基础,依靠有线或无线传输专用网络,达到监控中心与各建设工地现场互联互通,实现监控中心、用户的电脑桌面、手机客户端,实时调阅与控制现场施工作业实时图像以及施工区人员进出情况统计,并能够在第一时间进行监控中心与施工现场监控室、施工作业面的三级语音对讲。

图2 远程监控、门禁与语音对讲系统视频监控页面Fig.2 Video surveillance interface of remote monitoring, access control and intercom system

2.5 施工在线安全监控系统

2.5.1 监测技术

目前城市轨道交通工程建设监测的主要项目如图3所示,通过以下监测项目,可基本保障工程建设的监测需要。

图3 主要监测项目Fig.3 Main monitoring items

随着技术的不断创新,部分传统的人工监测方式已被各种自动化监测新技术(见图4)取代,新技术不仅可以更便捷地完成监测工作,同时也提高了监测的准确度,为整个城市轨道交通建设行业安全管理提供了技术保障[7]。

图4 监测新技术Fig.4 New monitoring technologies

2.5.2 盾构在线监测系统

盾构机参数具有较强的专业性,系统地从盾构机获取关键参数信息后,进行分类、分析处理,并在显示页面上直观地提示管理人员掌握盾构机的施工状态、安全状态以及姿态控制情况(见图5)。

图5 盾构在线监控系统页面Fig.5 The online monitoring system interface of a shield tunneling machine

系统可对盾构推进过程中的各项施工参数(包括盾构姿态控制情况)实现在线实时监测、预警、报警,方便施工管理人员掌控盾构区间整体风险状况,不必进入到盾构机操作室。

通过本系统的应用,既能实现对轨道交通工程建设盾构施工参数的过程监控与预警管理,还能将盾构施工数据永久保存,为研究与提高盾构法施工技术的可靠性与针对性提供数据依据[8-9]。

3 建设安全保障技术发展前景

据中国城市轨道交通协会统计,“十三五”期间我国城市轨道交通新建成投运线路将超过3 000 km,预计投资规模达到1.7万～2万亿元[10]。新一轮大规模的城市轨道交通建设给安全保障技术的发展提出了新的要求，为安全保障技术开拓了新的前景。

1) 通过深入分析未来城市轨道交通建设的特点,不断完善和丰富保障城市轨道交通建设安全的核心政策与制度[11],运用系统安全理论和智能化、信息化技术发展科学的安全保障技术体系。

2) 运用物联网技术,对工程现场人、机、料等,实时智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。一旦发生预警,第一时间通过APP提示、手机短信等,将险情及位置通知相关人员,启动应急预案,实现及时、高效和规范地处理应急事件。此外,通过对大数据的收集、存储、分析和可视化处理,建立监测预警分析模型,对于事前监测与预警、事中处置与响应,以及事后分析与评估,大数据可发挥保障安全、提高管理水平的重要作用[12]。

3) 通过挖掘现场施工设备运行数据库和海量历史数据,分析处理创建动态智能模型,得到最真实反映设备运行规律的设备动态数据模型和设施设备参数之间的耦合关系。结合设备状态智能预警技术,建立设备早期故障监测预警系统,可有效地将传统的系统设备事后预警转变成更加先进的事故事前预警[13]。

4) 基于BIM(建筑信息模型)+GIS技术的应用(见图6),可在模型中标记结构自身风险、周边环境风险，展现其分布及空间位置关系,区分风险等级；展现进度与报警点之间的空间位置关系,在复杂节点可细化到工序级；应用动画报警风险源的专项处置方案,明确处置程序、资源调配和技术准备,达到安全风险直观化、精细化管理的目的[14]。

图6 基于BIM技术的基坑施工4D监测系统Fig.6 Four-dimensional foundation pit construction monitoring system based on BIM

4 结论

城市轨道交通工程建设安全管理作为建设过程中重要的工作之一,需基于城市轨道交通建设安全管理体系,同时运用安全保障系统和监测技术等最大限度地降低工程建设的安全风险。日益完善的行业法规、技术标准、各阶段风险评估管理技术、隐患排查治理技术、安全风险管理系统、隐患排查与治理系统、应急管理系统、远程监控、语音与对讲系统、施工在线安全监控系统、盾构在线监控系统、物联网与大数据应用技术、智能故障预警技术和基于BIM+GIS技术及先进的监测技术等安全保障技术,对于强化人员的安全意识、规范管理、辅助决策和提升效率具有重要的支撑作用,也将为城市轨道交通建设安全管理的标准化、科学化和高效化起到巨大的推动作用。

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(编辑：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

吕培印,男,博士后,教授级高级工程师,从事城市轨道交通安全管理咨询及相关研究工作,peiyin_lu@163.com

北京市科委项目(Z161100 001016003)

U231;

A

1672-6073(2017)01-0007-05

编者按 2016年12月9日，中共中央国务院发布了《关于推进安全生产领域改革发展的意见》，这是新中国成立以来第一个以党中央、国务院名义发布的安全生产工作的纲领性文件，对推动城市轨道交通建设和运营安全生产管理具有里程碑式的重大意义。本期《热点研讨》选登了4篇文章交流在建设安全方面的研究成果，期望为城市轨道交通建设安全的研究分析提供借鉴，以促进城市轨道交通建设的健康发展。