轨道交通工程建设双重预防管控数智化实践

2021-11-25赵良云郭丹烽张雄健

现代交通技术 2021年5期

赵良云, 赵焕, 郭丹烽, 张雄健

(1.杭州市地铁集团有限责任公司，杭州 310014；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310014；3.浙江华东测绘与工程安全技术有限公司，杭州 310014)

城市轨道交通工程具有投资大、建设周期长、难度高、技术复杂等特点。在轨道交通高速建设的背景下，现场安全管理力量被摊薄，加之现场施工环境复杂多变，隐藏着巨大的工程建设风险。国家多次发文要求企业建立健全安全风险分级管控和隐患排查治理的工作制度和规范，完善技术工程支撑、智能化管控、第三方专业化服务的保障措施，实现企业安全风险自辨自控、隐患自查自治[1-2]。2021年，中华人民共和国第十三届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过《全国人民代表大会常务委员会关于修改〈中华人民共和国安全生产法〉的决定》[3]，更是明确规定了生产经营单位必须构建安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防体系，健全风险防范化解机制。

信息化、数字化、智慧化管控技术具有远程集中管控、信息共享、海量数据快速处置、反馈及时等优点，可大大提高安全管理效率。目前，国内各轨道交通单位大多引入了安全管理信息系统[4]，而由于轨道交通工程涉及专业众多，建设单位往往需要同时引进各类专业系统以达到安全管控的目的，如风险管理系统、盾构监控系统、视频监控系统、隐患排查治理系统等。在现场实施过程中，各专业系统独立运行，存在信息数据缺少集成、分析不便，现场关联业务割裂等问题。如风险管理与隐患排查治理系统独立运行导致现场实施人员各行其是，隐患排查对象并非工程重点监控风险源的现象，就背离了双重预防管控的初衷。此外，对于地铁建设单位的管理工作而言，需要同时管理三、四个独立运行的专业系统，也增加了协调和管理工作的负担。各专业系统的底层框架、开发语言等方面的差异，导致系统数据在交互融合、升级维护方面无法兼容，增加了系统管理的运维成本。

针对上述问题，为了更好地促进双重预防管控工作协调统一，充分发掘各专业数据的潜在价值，本文依托杭州地铁工程建设开展轨道交通工程双重预防管控数智化研究实践，采用综合集成思路建立统一的系统平台架构，并在此基础上搭建各专业模块，协助提升系统运行维护和现场安全管控的工作，为其他城市开展双重预防管控信息化、数字化、智慧化建设提供参考和借鉴。

1 双重预防管控工作机制建设

双重预防管控工作机制建设是信息系统建设的前提。本文在辨析风险管控与隐患排查相关概念与相互关系的基础上，构建杭州地铁双重预防管控机制，为搭建系统平台功能架构奠定基础。

1.1 双重预防管控理论基础研究

目前，国内已有众多学者针对双重预防管控进行了大量研究，深入辨析和阐述了风险隐患的基本概念以及相互关系[5-8]，国家也出台了相关的指导文件和规范标准。一般认为，危险源是事故发生的源头，包括客观存在的危险物质/能量。事故隐患是针对危险物质/能量的防护措施漏洞，包括人的不安全行为、物的危险状态和管理的缺陷，是导致事故发生的直接原因。

双重预防管控以风险源为纽带，相辅相成，各有侧重。风险分级管控通过辨识、评估识别危险源，在源头上采取预控措施降低事故发生概率；隐患排查治理以风险管控措施为重点，查漏补缺，防止风险演化；两者以事故机理为依据，层层设防以遏制事故发生。

1.2 杭州地铁安全生产管理体系研究与建设

根据杭州市地铁规划，至2022年底将建成长达516 km 的城市轨道交通网络，建设规模大、施工条件复杂、参建单位众多，安全风险管控压力巨大。杭州地铁紧密围绕建设运营安全责任体系、安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防体系、建设运营安全应急抢险体系以及建设运营安全考核、奖惩、责任追究体系四个方面构建安全生产管理体系。

1)安全责任体系

杭州地铁实行由决策指挥层、中间管理层和现场实施层组成的分层、分级管理模式，明确各层级岗位职责，逐级签订安全责任书，并建立一线路一领导、项目管理成员人脸考勤等工作方法，确保各层级人员履职履约。

2)双重预防管控体系

制定、完善包括安全风险管理、关键节点验收、监测管理、预警响应、隐患排查等一系列管理流程与要求，并嵌入系统平台，实现数智化管控。

3)应急抢险体系

通过建立专业应急抢险队伍，制定应急预案、进行日常应急演练，确保能够高效有序地应对各类突发情况。

4)考核奖惩体系

建立履约考核、人员变更管理、黑名单、红黄牌等考核制度，定期对相关部门和人员进行考评，保证相关体系制度有效运行。

1.3 双重预防管控实施流程

1)风险辨识评估

开展全过程风险辨识评估工作，对各类建设风险尽早地进行辨识、分析与预控，建立风险源清单，并在工程各实施阶段对风险进行跟踪记录与更新。

2)建立隐患库

在风险辨识基础上，对照风险源管控措施分析可能存在的隐患，建立隐患库，根据隐患产生后果的严重程度和隐患整改的难易程度划分隐患等级。

3)关键节点验收

在施工准备阶段，对风险较大的分部(或分项)工程的实施条件进行验收把关，技术方案由专家论证，做到关口前移，重心下移，预控风险。

4)动态风险管控

项目实施期间，工程建设风险不断动态变化，因此需引入第三方监测、风险咨询等专业技术单位，通过工程监测、现场巡视、信息化监控等手段进行跟踪管控，综合分析和比对第三方监测单位、施工方监测单位上传的监测数据、巡查报告、工程进度等信息，结合地铁工程建设风险特点及时评估工程安全风险，发布风险提示，采取处置措施，从而有效控制施工期风险。

5)隐患排查治理

以施工监理单位为核心，建设单位强化督导的理念开展管理，各参建单位均可排查上报隐患，施工单位为隐患治理责任单位，监理单位负责响应与复核整改情况；同时建立隐患考核制度，建设单位根据各标段的排查频次、排查是否到位、整改是否到位、节点是否逾期等情况进行打分统计，保证隐患排查治理体系运行的时效性和执行效果。

2 双重预防管控数智系统建设

2.1 系统架构

本文以杭州地铁双重预防管理体系为蓝本，基于综合集成的数字化理念，研发轨道交通工程建设安全风险监控与隐患排查治理系统，为双重预防管控工作提供支持。

系统平台整体架构设计根据轨道交通工程安全管理的体系与业务内容采用分层架构，同时也考虑到系统的可扩展性和易维护等要求[9]，在集成技术方面采用面向服务结构(SOA)的集成方式进行设计，提供多层次的应用开发接口，所有的功能基于系统集成组件的方式进行函数化或过程化，为进一步的应用开发提供接口基础。

应用层功能架构上基于统一的系统平台，根据地铁业务板块建立各个专业子系统，工程建设业务板块主要包括安全风险监控管理和隐患排查治理等子系统，由门户系统统一集成。其中安全风险监控管理子系统有监控量测、盾构信息化、联络通道监控、地铁保护、塌陷防控、管线保护、起重吊装、视频监控等模块；隐患排查治理子系统有隐患库、隐患排查治理系统、隐患考核等模块。二者结合实现安全管理关键数据采集、综合统计分析、流程审核、辅助分析决策等功能。城市轨道交通安全风险监控管理与隐患排查治理系统平台架构如图1所示。

图1 城市轨道交通安全风险监控管理与隐患排查治理系统平台架构

2.2 门户系统

门户系统将安全风险监控管理和隐患排查治理等子系统信息进行综合集成，可整合系统功能，大幅提升系统应用的便捷性。根据建设、施工、监理、第三方监测、远程监控中心等单位不同层级用户的使用权限，集中推送每个子系统和模块的待办事项、待阅事项等，使用人员可以对文档和信息内容进行回复交流，避免在不同页面间来回切换，提高办公效率。门户系统首页如图2所示。

图2 门户系统首页

在杭州地铁工程大规模、高强度、超常规的建设背景下，为便于参建各方实时掌握风险、隐患的变化情况以及工程建设整体进度，利用大数据等信息技术，开发杭州地铁工程建设综合信息大数据可视化大屏界面。该大屏界面包含风险、隐患、盾构、视频四大板块和杭州地铁线路建设GIS(地理信息系统)地图。门户系统可通过GIS地图展示杭州地铁在建各线路、工点的具体地理位置、安全状态等信息，可整体展现线路走向及“红橙黄蓝”四色安全风险空间分布图；并通过通知通告、红黄牌警示、工程报告等板块实现工程关键信息的集中展示。门户系统-GIS地图如图3所示。

图3 门户系统-GIS地图

2.3 安全风险监控管理系统

2.3.1 监控量测模块

监测工作是信息化施工的基础，安全监测数据是工程施工的“眼睛”，是工程安全性判断的重要依据。反馈监测信息必须及时、准确、完整，以便相关单位及时有效地采取措施，确保工程施工安全。

监测管理模块包含数据上传、数据查询、数据对比、数据统计、监测台账等功能，实现人工监测数据自动处理入库、海量数据分析统计，自动绘制相关监测项目或监测断面的监测图表，针对监测数据超限的情况进行短信预警提示。例如针对地铁深基坑监测，监测单位上传监测报表后，可针对地表沉降、墙体深层水平位移、支撑轴力等监测数据，点击地表沉降项目查看各测点的变化速率、累计变化量及变形时程曲线等，随时掌控工点监测数据变形情况，对工点安全状况进行动态评估。监测数据自动统计分析如图4所示。

图4 监测数据自动统计分析

各参建单位可以通过系统平台在线完成包括预警发布、响应和消警的整个报警、处理流程。同时，巡视检查也是监测手段的重要补充，在了解现场工况和监测数据变化情况的基础上，通过现场实地观察，及时发现工程本体及周边环境的异常现象，为工程安全管理提供支持。现场各单位完成日常巡查后，在巡视检查界面中填写巡查内容并上传巡查照片。可综合巡查情况、监测数据、风险源、工况平剖面图等信息对工点给出安全评估结论，在相关评论界面发布安全风险管控指导意见。

2.3.2 盾构信息化模块

地铁隧道工程大多采用盾构法施工，其中盾构机设备状态、施工参数控制是工程安全管理的重点。传统管理手段主要依靠管理人员现场巡视检查，关键穿越节点还需要现场长期驻守跟踪，检查频次低，人力投入大。盾构信息化模块包括盾构参数监控、成型隧道质量管理和盾构设备台账功能，能够实现关键参数远程监控以及盾构机设备维保、管片质量的信息化管理，提升现场安全管理效率，节省管理人力投入。

盾构参数监控通过直接读取盾构机机载工业电脑的相关参数信息，实时显示盾构机掘进的相关参数，实时监控盾构机掘进参数和姿态信息。根据施工经验和地层类型，设置盾构机刀盘压力和姿态参数预警阈值，实现盾构机关键参数自动预警，并结合盾构机出土口、拼装区等现场视频综合判定盾构机安全状态。盾构机参数接入拓扑图如图5所示，盾构机刀盘参数如图6所示。

图5 盾构机参数接入拓扑图

图6 盾构机刀盘参数

此外，成型隧道质量管理功能可以记录成型隧道的缺陷信息修复管理全过程。盾构设备台账功能从盾构机选型、日常养护、设备维修等方面全过程记录。杭州地铁建设高峰期有超过百台盾构机分散各地同时施工，并且涉及穿越钱塘江、铁路、运行地铁等重大风险节点，通过盾构机参数、成型隧道质量和盾构设备台账功能掌握盾构施工安全状况，实现远程集中管理。

2.3.3 联络通道监控模块

杭州地铁联络通道大部分采用冻结法加固施工，冻结壁质量直接关系到施工安全质量，以往主要依靠人工测温手段监控，监测频率低，主观因素影响大。

杭州地铁要求统一在冻结法联络通道采用自动化测温系统，对冻结温度进行实时监控及预报警，在第一时间发现问题，尽可能规避可能存在的风险。联络通道模监控模块共分为综合信息和监控管理两大子模块。综合信息主要展示各线路联络通道总体施工情况，通过绘制环状图及柱状图进行分类统计分析。监控管理中，针对冻结法加固施工的联络通道，可对其冻结温度进行实时监控并绘制温度变化时程曲线，结合人工测温数据进行对比，保证测温数据的真实性、有效性。当温度突破冻结温度上限时，系统将自动发出预警短信，提醒各方排查原因和解决问题。

在实时采集温度数据的基础上，系统嵌入冻结加固经验公式算法，根据冻结孔的冻结时间和冻结孔间距计算冻结发展速率，以冻结发展速率计算冻结半径，绘制冻结帷幕交圈图，模拟推演冻结交圈时间，辅助判断冻结效果。

2.3.4 地铁保护模块

传统地保巡查工作主要以人工跟踪记录为主，无法形成有效的管理，且建成隧道逐渐增多后必将面临管控压力大的问题。杭州地铁充分依托信息化集成管控的优势，加强建成未运营隧道保护区范围内外部施工项目的巡查管理。

地铁保护模块主要采用人脸识别、GPS(全球定位系统)定位等技术实现现场施工单位地保巡查任务的在线派发与执行，巡查过程中实时定位巡查人员活动轨迹，落实现场施工、监理单位地保巡查主体责任，解决监管难的问题。同时结合监测数据、巡查信息、隧道病害、视频监控等多方面信息实时监控地铁隧道及保护区施工项目安全状态，集成手机App及短信平台，实现预警信息分级、分角色推送管理。通过建立建设期地铁保护系统，强化信息化管控能力，为杭州地铁工程建设保驾护航。

2.3.5 塌陷防控模块

地铁基坑施工或盾构掘进施工过程中会对周边地层造成扰动，导致地层疏松、脱空，出现空洞等地质病害，进而造成路面塌陷、管线外破等事故，对工程施工及周边环境、行人安全都造成了严重影响。为尽可能减少此种事故的发生，杭州地铁要求施工单位根据实际施工进展组织地下空洞探测工作，同时配套研发了塌陷防控模块，紧密结合现场空洞探测工作，通过上传地下探测成果信息，实现现场探测、缺陷处置等工作信息化档案式管理，依托“Web-GIS”技术进行可视化展示，辅助地铁工程安全管理。

2.3.6 视频监控模块

杭州地铁要求所有在建工点在基坑开挖、盾构始发接收等关键作业面安装监控设备，实时监控工程现场的人员操作行为、机械作业状态等。

视频监控模块包括远程实时监控、前端设备控制和视频录制功能。在远程实时监控的基础上，前端设备控制功能可远程控制摄像头旋转操作，进行全面观察、视频录制功能可录制现场不安全行为和隐患，留存影像资料。

在应急抢险等关键时刻，视频监控还可以为现场领导、专家决策和制定处置措施提供现场实时画面支持。

2.3.7 管线保护模块

地下管线是一个城市的脉络，随着城市发展，地下管线变得错综复杂，甚至有部分管线因年代久远，已无资料可查。在地铁工程施工中，动土开挖作业导致未探明管线外破的事故较为突出。在此背景下，杭州地铁要求首先加强落实地铁工程涉地下管线动土作业“动土令”制度；同时依托系统平台子系统以及手机App加强信息化管理，主要体现在“动土令”流程的在线申请、审批，发动现场施工、监理、业主代表等人员通过线上操作、无纸化办公提高工作效率。其次要强化作业过程管理，动土作业期间要求旁站人员上传动土作业旁站视频以及人员定位信息，确保涉及地下管线保护的动土作业安全可控。

2.3.8 起重吊装模块

在建筑施工行业，起重吊装作业事故时有发生。地铁建设过程中用到的起重设备种类、数量众多。杭州地铁结合自身建设实际情况和安全管控需要开发起重吊装模块，包括起重设备库、作业人员库、进出场管理和吊装作业检查等功能。起重设备库和作业人员库要求监理单位在设备、人员进场前进行审核，通过后方可录入系统库中，同时建立黑名单库，禁止不合格的设备和人员进入地铁施工现场。

吊装作业检查功能要求监理单位在吊装作业前对作业场地、安全措施、作业人员等安全作业条件进行核查。起重吊装子系统通过人员设备进场和现场吊装作业条件两道审核，规范起重吊装施工。

2.4 隐患排查治理系统

隐患排查治理系统包括隐患库、隐患排查、隐患治理、隐患督办和隐患考核等模块。隐患库是隐患排查治理系统的基础数据库，根据住房城乡建设部《城市轨道交通工程质量安全检查指南》(建质〔2016〕173号)、相关施工验收规范及杭州地铁建设实际情况建立，分为土建、机电两大类。同时根据隐患危害的大小和整改难易程度，将隐患级别从高到低分为一级隐患、二级隐患和三级隐患。

隐患排查、隐患治理模块包括排查、上报、响应、整改和复核流程，采用无纸化线上办公，提高管理工作效率，通过现场施工、监理单位的自查自纠工作实现隐患整改督办闭环信息化管理。隐患考核模块嵌入隐患考核标准，通过记录统计隐患排查频次、响应整改时限、复核结果等实现自动量化考核，并与杭州地铁红黄牌考核奖惩制度挂钩。隐患督办是以建设单位为主体，通过线上发起整改单，督促现场施工监理进行整改回复，实现隐患整改单的在线派发、一键抄送、整改全过程溯源留档等功能。