超前预警技术在隧道施工风险评估系统中的应用

2019-09-10段绪彬

西部交通科技 2019年5期

段绪彬

摘要：文章从管理、技术、设备和环境等方面，介绍了隧道施工中常见的风险类别，分析了建立隧道施工风险评估系统的必要性，搭建了基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统，阐述了该系统的核心功能，并总结了系统在实际工程应用中的注意事项。

关键词：超前预警;隧道施工;风险;评估

This article introduces the common risk categories in tunnel construction from the aspects of management，technology，equipment and environment，analyzes the necessity of establishing the tunnel construction risk assessment system，builds a tunnel construction risk assessment system based on advance warning mechanism，describes the core functions of this system，and summarize the systems considerations in practical engineering applications.

Advance warning;Tunnel construction;Risk;Assessment

0 引言

作为我国交通领域的重要组成部分，隧道工程的施工具有难度大、周期长、危险因素多等特点，从近年来我国隧道施工发生的一些事故来看，多数是由于施工过程中对安全风险的管控不利所致，没有对隧道施工过程中的全部危险因素进行详细分析。因此，建立隧道施工中的安全风险预警机制显得尤为必要。超前预警机制广泛应用于国民经济的各个领域，如建筑、冶金、地质勘测等方面，这一机制以当前业内领先的传感测量技术、数据处理技术和计算机网络技术为支撑，融合了云计算、大数据等前沿科技，能够根据当前所获取的数据信息来精准评估未来的发展趋势，具有效率高、兼容性好等优势。本文以隧道工程的施工为研究背景，将超前预警机制应用到隧道施工的风险评估系统中，研究内容具有一定的创新性[1]。

1 隧道施工常见风险类别

隧道在施工过程中常见的风险类别如下：

（1）施工管理风险。

施工管理风险主要包括施工企业自身的管理体制和管理机制等问题，也包括施工企业的文化和价值理念等部分。施工管理风险在隧道施工事故中占有很大比重，通过对近年来国内发生的重特大施工事故的分析可以发现，多数是由于施工管理或岗位职责落实不到位所致。

（2）施工技术风险。

施工技术风险一般指施工人员的技能水平。通常情况下施工技术人员应具备特定的施工资质或资格。施工技术风险对工期和工程质量有一定的影响，各施工企业应加大对施工技术人员的培训力度，提升施工队伍整体的技能水平[2]。

（3）施工设备风险。

施工设备风险占隧道施工总风险中的比重较低，但也有发生的概率，例如施工机械设备经过长期的使用后出现老化、故障等情况，如果在这种情况下继续使用，有可能造成因施工设备的故障而引起的伤人事故，对隧道施工的质量也有很大影响。为此，应定期检验施工机械设备，确保其合格后方可使用。

（4）施工环境风险。

施工环境风险一般包括施工现场的作业环境，如地质条件、岩土结构、水文气象因素等。在施工之前应充分做好施工环境的勘测工作，掌握准确的勘测数据，对施工现场的通风、防火情况进行检查，做好相应的措施，杜绝因施工环境而引起的施工事故[3]。

隧道施工常见风险类别及对比如表1所示。

2 建立隧道施工风险评估系统的必要性

隧道施工风险评估系统能够比较直观地反映隧道在实际施工条件下的具体情况，例如施工物料的使用和调配情况、施工人员的分配和部署情况、施工机械设备的运行工况和施工环境的安全情况等。级别较高的隧道施工风险评估系统可通过对历史施工数据进行分析，得出存在安全施工隱患的具体部位和时间点，并对整个隧道工程的工期和质量具有一定的监控作用。此外，隧道施工风险评估系统能为工程技术人员对下一阶段施工方案的制定提供分析依据和决策支持。过去传统的隧道施工现场监测技术对于当前高质量、长周期的大型隧道施工已不适用，这是由于传统意义上的施工监测是通过人为的方式进行的，在这种情况下会很容易发生主观判断上的失误，对整个工程的顺利进行较为不利。隧道施工风险评估系统可以很好地规避因人为因素而引起的各类施工事故，包括施工误报、漏报或其他施工异常情况，在最大程度上保证了隧道工程的施工质量和安全性。因此，建立隧道施工风险评估系统尤为重要[4-5]。

3 基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统

3.1 评估系统核心功能分析

基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统，在核心功能上应具备以下几方面：

（1）系统运行的稳定性。

系统运行的稳定性是指隧道施工风险评估系统应能保证在施工期间不间断运行，系统应配置UPS电源以持续供电，系统架构应带有排风、冷却装置，使系统CPU等硬件能够维持正常运行，应使用正版的、兼容性较好的应用软件，使系统能够稳定运行[6]。

（2）风险评估的准确性。

风险评估的准确性是基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统的基本功能，也是整个系统的核心功能。风险评估的准确性既包括对隧道施工风险部位评估的准确性，也包括隧道施工风险发生时间上的准确性，具体来说是通过系统超前预警机制的特定算法来实现。

（3）决策支持的可行性。

在进行隧道施工风险评估之后，系统会自动生成下一阶段施工的详细方案和计划，为隧道后续的安全、稳定施工提供决策支持。决策支持应以隧道施工的整体进度和工程质量为基本依据，以施工现场的危险点部位及落实情况为根本参考，使决策支持具有可行性[7]。

（4）开发成本的合理性。

基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统在开发过程中应充分结合施工企业自身的实际情况，如施工现场的条件和企业的经济状况等，制定出切实可行的开发计划，在系统开发的成本上应通过调研与业内各服务商进行类比，从而合理控制开发成本[8]。

隧道施工风险评估系统核心功能分析如表2所示。

3.2 建立评估系统模型

基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统主要包括6个核心部分，分别是现场施工数据获取、施工风险模拟组件、施工风险因素权重、施工危险点生成、超前预警机制算法以及施工计划决策支持等。首先获取隧道现场的施工数据，包括施工进度、人员配置、施工材料使用、施工机械设备调配等情况，还包括施工现场的外部环境等;将获取到的各类施工数据经过施工风险模拟组件扫描，转换成模拟信号后进行施工风险因素的权重分析;将权重分析结果按重要程度进行排列，排列的次序代表隧道工程在实际施工中的危险程度，随后生成施工危险点;使用超前预警机制算法将生成的施工危险点进行分析、核算、筛选、汇总，最终得出下一阶段隧道的施工计划。基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统模型如图1所示。

3.3 系统应用注意事项

基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统在应用过程中应注意以下几方面问题：

（1）施工数据获取环节。

在现场施工数据获取部分，应注意施工数据的准确性和全面性，各种类型的施工数据应统一进行存储，建议使用支持结构化和非结构化的数据库来实现。

（2）施工风险因素权重。

在分析施工风险因素权重时，应注意只有同一类型的数据才可以进行比对;在对不同类型的施工数据进行权重分析时，应进行风险阈值的过程换算。

（3）超前预警机制算法。

经过风险模拟组件后的部分施工数据会直接流转到超前预警机制算法中，这类数据一般符合施工危险点中关于数据类型的定义。

4 结语

本文以隧道施工的安全风险因素为基本研究内容，对隧道施工风险评估系统进行了深入讨论，搭建了基于超前预警机制的隧道施工风险评估系统，对系统应具备的核心功能进行了详细分析，本文所搭建的隧道施工风险评估系统，可广泛应用于各类型隧道的施工风险评估中。

參考文献：

[1]JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].