基于既有房屋信息系统的安全管理预警技术研究与应用

朱 杰，陈 洋，蔡乐刚,2

(1.上海市房地产科学研究院(上海市住宅修缮工程质量检测中心)，上海 200031;2.上海市建设工程安全质量监督总站，上海 200003)

长期以来，我国房屋安全管理往往侧重于“治危”，近年来房屋倒塌事故频出，如宁波奉化住宅楼倒塌、遵义居民楼垮塌等，全国各城市广泛开展了房屋安全排查，房屋安全管理思想逐渐由“治危”转向“防危”。

预警是对危险状态的一种提前警报，通过预判与分析潜在隐患并警示，为应急措施的制定或统筹规划提供决策支持。当前，预警技术已在社会各行业中得到广泛的研究与应用，如在经济管理[1]、地质灾害监测及管理决策[2-3]、安全生产管理[4]、土壤污染监测[5]、养殖管理[6]和风险预警系统建设[7]等方面均有学者开展了科学研究与实践应用。在建筑结构安全领域，目前主要结合建筑结构安全监测开展了预警技术及预警信息模型的研究。如张其林[8]论述了大型建筑结构健康监测系统的组成，指出可依照指标值是否在设计预期范围内及超出预期值的情况对建筑结构健康状态进行预警；张立宁等[9]建立了基于SVR模型的高层建筑复合式火灾预警系统，并通过仿真模拟验证了所构建的火灾预警系统的可行性与可靠性；王飞[10]运用鱼刺图法和事故树分析法对高层建筑施工风险因素进行识别，研究了高层建筑施工安全评价模型及预警系统；马引祥等[11]针对地铁工程沿线房屋安全问题，结合现有地铁安全管理方式提出了地铁工程周边房屋的报警预警安全管理机制。针对既有房屋安全预警管理，陆珏[12]初步探索了房屋安全预警管理的方法，并结合所建立的上海市城市住宅建筑安全信息系统阐述了其预警功能概要。

由于既有房屋安全管理是城市安全管理的重要内容之一，量大面广，房屋类型多样，截至2015年底，上海市各类房屋面积已达12亿m2，因此城市房屋安全管理不仅需从微观层面监测房屋安全，还需要从宏观层面进行把控。考虑既有房屋安全管理是一个集房屋本体、人使用行为、周围环境以及法规政策、技术标准等多因素综合影响的复杂工作，有必要针对既有房屋安全管理的特征，提炼适当的预警指标与工作机制，通过信息化手段进行落实，并对房屋安全隐患进行警示预报，为制定应急措施及排危工作规划提供决策支持。

1 房屋安全管理预警思路分析

根据典型房屋安全事故致因分析，房屋安全风险因素可分为房屋本体、人使用行为、周围环境和管理四个方面，而安全事故的发生往往是多种因素综合作用的结果。另外，根据上海市老旧房屋安全排查分析，引起房屋安全问题的原因主要可归纳为五类，其中年久失修是最主要因素[13]。

在房屋安全关键风险因素分析的基础上，基于预警技术可监测、可评估的要求，提出了5种典型的房屋安全管理预警类型及其对应的预警指标，详见图1。其中，结构安全监测预警主要通过现场监测，对单体房屋的结构安全性进行监测预警；年久失修预警、房屋损坏行为或损坏状态预警主要从宏观层面即城市全体房屋角度出发进行预警管理，需结合信息系统实现；相邻工程施工影响预警则主要对受单项施工工程影响的房屋进行警报，以便于监控施工工程的影响，一般通过现场监测和信息系统综合运用来实现；自然灾害预警则是在前述房屋安全管理预警的基础上，结合气象灾害如台风、暴雨、暴雪等的预警等级，对存在安全隐患的房屋进行预报警，为快速应急管理提供决策支持。进一步地，当各类预警发现房屋存在安全隐患、且现场复核房屋真实存在结构安全问题时，可通过结构安全监测预警对房屋进行实时监测、诊断和预警管理。

图1 房屋安全管理预警总路线与预警指标Fig.1 Technical route of pre-warning used in existing houses safety management

2 房屋安全管理预警等级划分与工作机制

2. 1 房屋安全管理预警等级划分

房屋安全管理预警主要是实现房屋安全隐患或危险状态提前感知，为制定应急措施和规划排危工作提供决策支持，其预警等级应根据房屋安全风险隐患的严重程度与事故发生所造成的危害程度进行分级，可分为4级预警等级，记为“警情一般”(IV级)、“警情较严重”(III级)、“警情严重”(II级)、“警情特别严重”(I级)，相应地采用蓝色、黄色、橙色和红色进行标识，其分级标准见表1。

表1 房屋安全管理预警等级分级标准Table 1 Classfication criteria for the prewarning levels of house safety management

2. 2 房屋安全管理预警工作机制

2.2.1 预警阈值及初始预警等级设置

房屋不同安全隐患的严重程度与危害程度存在差异，其相对应的预警等级将有所不同，可通过设置初始预警等级进行区分。根据房屋安全管理预警类型和预警指标的特征，并结合房屋安全管理需求设置房屋安全管理预警阈值及初始预警等级(见表2)。其中，结构安全监测预警的预警阈值主要根据工程实际情况设置，一般可取相关规范规定限值[14]的70%；相邻工程施工影响预警的预警阈值一般取相关规范规定工程施工影响需监测范围的界限值，

表2 房屋安全管理预警阈值及初始预警等级设计Table 2 Design of pre-warning threshold and initial warning level of house safety management

如地铁盾构施工工程受影响房屋的预警阈值可取隧道中线两侧Wm(W大于隧道底埋深)[15]等。

2.2.2 预警实施路径

不同房屋安全管理预警类型的特征存在差异，其对应的预警实施路径也有所不同，一般需结合信息化手段实现预警信息的全过程管理，具体实施路径如下：

(1) 结构安全监测预警：主要针对单体房屋，通过各类监测设备或感应器件如位移传感器、静力水准仪等对房屋整体、局部损坏部位进行现场监测，实现对房屋结构性能、损伤程度的实时监测、诊断和预警。预警阈值一般可根据相关规范要求和工程特征设置，如房屋倾斜率增量达2‰、墙体裂缝宽度增量达1.0 mm等时，须进行预警提示。

(2) 年久失修预警：主要针对房屋使用时间已超过房屋设计使用年限或房屋未检测、修缮时间已超过周期限值进行预报警。例如以房屋使用时间超过设计使用年限为例，其预警以城市房屋信息数据库为基础，读取房屋建造时间信息，以房屋设计使用年限为预警阈值自动计算，即当达到房屋设计使用年限时，房屋安全管理预警系统会自动生成超设计使用年限的预警信息并显示相应预警标识；生成的预警信息可上报或发送给相关部门或人员，然后再根据处置的反馈情况进行预警信息管理，如解除预警、调整预警等级(见图2)。另外，预警等级的调整可根据房屋安全管理的实际需求进行合理设置，如对于预警信息解除，为保证房屋周期性检查，可设计Y=5，即5 a后该房屋重新生成预警信息并显示相应预警标识，提示需进行房屋安全检查。

图2 房屋使用时间超过设计使用年限的预警Fig.2 Pre-warning of designed service life outlast

(3) 房屋损坏行为或损坏状态预警：主要针对房屋损坏行为或损坏状态进行预报警，可结合房屋安全排查、日常检查及房屋质量检测等工作，将房屋损坏行为或损坏状态输入信息数据库，房屋安全管理预警系统会自动识别并生成预警信息。房屋损坏行为预警管理一般不进行预警等级调整，当预警信息得到已进行有效处置的反馈时，解除预警，并生成预警历史信息。

(4) 相邻工程施工影响预警：主要针对相邻工程施工的影响进行预报警，预警对象主要包括地铁、盾构施工、深基坑施工、市政管网施工等可能造成相邻房屋破损的工程，一般可配合手动输入或导入工程参数如路线路径、开挖深度、范围等，房屋安全管理预警系统自动计算施工工程的影响范围，并生成预警信息；生成的预警信息可上报给相关部门或人员，并根据处置反馈的情况进行预警信息管理，见图3。

图3 相邻工程施工影响的预警Fig.3 Pre-warning of influence of adjacent engineering construction

(5) 自然灾害影响预警：主要针对自然灾害的影响进行预报警，在前述预警的基础上，可结合气象灾害预警等级，对存在安全隐患的房屋进行警报提示，并设计“激活”功能，即当输入气象灾害预警等级时方可使用该预警模块。另外，由于自然灾害影响预警主要对存在预警信息、且未处置的房屋进行警报提示，因此其生成的预警信息是虚拟的。

3 房屋安全管理预警系统的应用与展示

房屋安全管理预警一般需结合信息化手段，可在城市房屋信息数据库的基础上，构建房屋安全管理预警系统，实现房屋安全预警全过程的管理。根据本研究课题组所构建的房屋安全管理信息系统的架构，其中房屋安全管理预警系统作为房屋安全管理的子系统，本文结合工程实例介绍了预警技术在既有房屋安全管理中的具体应用。其中，房屋安全管理信息系统已采集了部分房屋真实数据，包括房屋属性信息如建造年代和结构类型等、房屋损坏行为信息(主要根据房屋质量检测和鉴定工作以及老旧房屋安全排查结果获取)，并通过上海测绘地图获得该房屋的地理空间数据。

图4为上海某优秀历史建筑超过设计使用年限的预警信息管理。该优秀历史建筑建于1930年，已远超过设计使用年限，故房屋安全管理预警系统自动计算并生成预警信息，其状态显示为未上报，通过

图4 房屋安全管理预警系统预警信息上报与发送Fig.4 Report of early warning information in the pre- warning system for the house safety management

预警上报将该预警信息发送至对应的管理部门，系统提示建议开展检查工作，并确认是否需要修缮和维护，其中上报形式包括基于短信平台、手机客户端和WEB网页3种方式[17]。另外，通过对预警信息处置的反馈信息进行核查和处置的有效性进行评判，可对预警等级进行调整(见图5)，包括维持原预警等级、解除预警等，当评判反馈信息未有效处置时，可重新发送与上报。

图5 房屋安全管理预警系统根据处置情况管理预警信息Fig.5 Management of early warning information in the pre- warning system for the house safety management

某住宅在相邻工程施工影响的预警范围内，且经现场核实发现该房屋存在较严重的开裂现象，为防止该房屋发生突发性事故，对该房屋结构安全实施了现场实时监测与预警管理。图6为对该房屋布设的裂缝计、倾角仪及静力水准仪等监测仪器进行现场监测，通过ZigBee、GPRS无线传感网络将实时监测数据传输至预警系统进行房屋结构安全的实时监测与预警管理，以实时分析房屋结构的安全状况。图7(a)为房屋沉降静力水准仪实时监测数据展示，发现2016年6月6日起房屋沉降监测值超过预警阈值，但现场检测发现房屋沉降并未增大，并于2016年8月15日通过现场检查发现静力水准仪存在漏液现象，即刻重新安装调整，后期恢复了正常；图7(b)为墙体开裂裂缝计实时监测数据展示，发现从2016年6月1日至2017年2月8日期间，所监测的墙体开裂处裂缝宽度增量较小，均小于裂缝宽度预警阈值即增量1.0 mm，表明该房屋无明显继续损坏的扩展趋势。

图6 房屋结构安全的现场监测Fig.6 Site monitoring of housing structure safety

图7 房屋结构安全的实时监测与预警管理Fig.7 Pre-warning management of housing structure safety monitoring

在房屋安全管理预警系统中，自然灾害影响的预警默认为空，需通过“激活”功能方可使用该预警管理模块。预警激活成功后，预警系统自动筛选符合条件的预警信息，若预警激活时输入气象灾害影响区域，则该系统自动筛选其影响区域内的预警信息(见图8)，对预警信息仅作上报处理。

图8 自然灾害影响的预警管理模块Fig.8 Management modules of natural disaster warning

4 结 语

本文分析了既有房屋安全管理预警的关键技术，并通过案例应用，验证了预警技术在既有房屋安全管理中的应用性和可操作性，得到如下结论：

(1) 预警技术应用于既有房屋的安全管理，可提前感知、预警和预报房屋的安全隐患，为及时处置、排危计划制定及应急管理等提供决策支持。

(2) 房屋安全管理预警等级可根据房屋安全风险隐患的严重程度与事故发生所造成的危害程度分为4级，且需通过设置预警阈值及初始预警等级以考虑房屋既已存在的安全隐患特征。

(3) 结合房屋信息数据库或信息系统搭建房屋安全管理预警系统，是实现房屋安全预警管理的重要基础，必要时可进一步结合物联网技术、云技术等构建综合的房屋安全管理信息系统，从而促进城市房屋安全管理的科学化、精细化和智能化。

(4) 不同特征类型房屋如历史建筑、文物建筑、超高层建筑等，其房屋特征及安全管理需求存在差异，因此需进一步研究和细化相适应的预警技术如检测周期、修缮周期、相邻工程施工影响界线参数等，建立相适应的预警模型与预警系统。

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