時間：2022-09-13 05:12:30
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地下鐵道以其土地資源利用率高，高效快捷、運輸量大等優(yōu)點受到城市管理部門的歡迎。國內(nèi)許多大中城市都開始建設地鐵工程。經(jīng)過幾年的發(fā)展，地鐵工程施工技術與管理水平不斷得以提升，日趨發(fā)展成熟。特別是從政府角度出臺了一系列針對于地鐵工程的法律、法規(guī)，促進了地鐵施工的規(guī)范化。但我們也應該看到，在地鐵工程迅速推進的同時，地鐵施工安全問題還非常嚴重。由于地鐵工程施工特點，使其在安全管理方面極為敏感。近年來發(fā)生的多起地鐵工程安全事故，經(jīng)事后調(diào)查其主要原因都包括前期準備不到位、施工過程中安全管理不嚴或者是補救措施不及時等原因。地鐵工程中立項、施工設計、施工等重要環(huán)節(jié)屬于管理而出現(xiàn)問題，導致地鐵施工過程中存在著嚴重的安全隱患。由于地鐵工程施工現(xiàn)場往往位于城市中心附近，人群密集，建筑眾多，使得地鐵工程施工面臨著施工條件復雜，施工場地局促等困難。此外，還有許多不可預知的因素對地鐵施工安全有著重要影響。21世紀初，北京曾發(fā)生過一起嚴重的地鐵施工安全事故，造成多人死亡。導致這起事故的原因主要是工程管理人員和施工人員對施工安全工作的漠視，施工沒有嚴格遵循安全技術規(guī)范，違反工作紀律等。血的教訓告誡我們，必須嚴格落實地鐵工程施工安全管理，切實保障施工安全。
2地鐵施工安全影響因素
分析地鐵工程施工安全影響因素繁多，下面就對其中主要因素逐一進行簡要分析。
2.1環(huán)境方面的影響
地鐵施工屬于戶外工程，自然條件和天氣狀況等環(huán)境因素對于施工過程影響很大。當工程在惡劣的天氣條件或不利的施工環(huán)境下施工時，引發(fā)安全事故的概率就會大幅提升。比如施工現(xiàn)場土壤質(zhì)地、地下水情況、天氣惡劣等都有可能導致事故發(fā)生，常見的事故類型包括塌方、滲漏、涌砂等。這些事故的發(fā)生，不但妨礙了工程的正常進行，對現(xiàn)場附近的建筑和群眾也有著嚴重威脅。
2.2施工現(xiàn)場周邊情況的影響
地鐵工程的實施是為了緩解城市交通壓力，保障城市交通通暢，因此，地鐵工程往往會途徑城市繁華地帶。這些地區(qū)地上建筑繁多，地面以下也有許許多多的管道、管線，水、電、氣等大量城市生活基礎設施給地鐵施工造成較大的妨礙。在進行地鐵施工時，必須小心對已有管線、建筑的破壞，這樣不僅會導致經(jīng)濟上的損失，還有可能引發(fā)安全事故。煤氣管道的泄露和電力線路的破損，所引發(fā)的危害是不可想象的。
2.3施工方案方面的影響
由于地鐵施工條件的復雜性，使得地鐵工程的各個步驟都具有很高的技術要求。在開展每一項作業(yè)前，都要提前制定好科學規(guī)范、符合實際情況的施工方案。但由于地鐵工程情況復雜，在制定方案時難以將所有因素都考慮詳盡，在施工時容易遇到意外情況。如果沒有妥善處理，就容易引發(fā)安全事故。所以，設計人員和技術人員要盡可能地充分全面的收集現(xiàn)場信息，拿出最妥善的施工方案，并針對施工過程中可能出現(xiàn)的異常情況制定科學有效的應對措施。
2.4施工現(xiàn)場管理方面的影響
地鐵施工涉及到人員、設備、材料等方方面面，大量人員物質(zhì)集中在施工現(xiàn)場，多道作業(yè)同時進行施工，彼此間難免會有干擾，這就需要如果工程管理人員進行行之有效的管理，保障工程進展平穩(wěn)有序。此外，現(xiàn)場管理也是安全施工的一個重要影響因素，作業(yè)安全、消防安全和用電安全，都是地鐵施工現(xiàn)場管理的重要部分。規(guī)范化的施工管理，是施工安全的基礎保證。
3做好地鐵施工安全管理的主要措施
3.1切實做好前期地質(zhì)勘測工作
在工程設計階段，設計人員要對項目選址區(qū)域進行全面的地質(zhì)信息勘察，重點采集施工現(xiàn)場的地質(zhì)和水文信息，通過對施工地點土壤內(nèi)部構(gòu)造、組成顆粒粒徑分布、土壤含水量、地質(zhì)穩(wěn)定性等信息的收集整理，同時要對現(xiàn)場地下管線分布情況等相關信息有著較為清晰的掌握，根研判地下管線分布情況及變化規(guī)律，對地鐵工程與管線之間的相對位置進行科學規(guī)劃和正確選擇，確保地鐵工程與地下管線及其他建筑設施和諧共處，彼此間不會產(chǎn)生不良影響。其中，要特別注意周邊建筑設施的抗震能力，對于建造年代久遠、抗震能力差的建筑，要確保地鐵工程在其安全距離以外，防止施工造成的震動對其造成破壞。
3.2建立健全施工安全管理體系
地鐵工程是項系統(tǒng)工程。要保障地鐵施工安全，就必須采用系統(tǒng)論的方法，成立專門的施工安全管理機構(gòu)，制定科學、規(guī)范、符合實際的管理體制和運行機制，完善管理辦法和保障制度，采用科學的方法排查安全隱患，制定安全預案。同時，加強安全生產(chǎn)責任制的落實，從上到下，將安全目標分解到每一個部門、每一個人員，明確責任和完成要求，通過所有人的努力，保障整個體系的安全。
3.3加強施工過程監(jiān)測
地鐵施工是處于不斷變化的動態(tài)過程之中。隨著工程的推進，整個體系自身及對周圍環(huán)境的作用也在不斷發(fā)生著改變。安全情況也隨之變動。原本安全的部分也可能變得不安全。因此，在整個施工過程中，要利用專門的施工檢測技術，對施工過程中項目主體及其周圍環(huán)境進行全方位監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并排除存在的安全隱患和危險因素。
4結(jié)束語
地鐵火災會造成巨大的人員傷亡、財產(chǎn)損失以及嚴重的負面社會影響，而且運營公司還要面對災后地鐵停運、車站、隧道結(jié)構(gòu)修復、新聞等一系列問題。因此，地鐵火災預防是地鐵消防安全工作的重要內(nèi)容之一。
1.1點火源我國對火災原因統(tǒng)計的分類以點火源為指標分為11類:生產(chǎn)作業(yè)、用火不慎、吸煙、玩火、放火、電氣、雷擊、靜電、自燃、其他、不明原因，由此可見點火源在火災事故原因中的重要地位［3］。其中電氣、用火不慎、放火、自燃、吸煙是地鐵火災中非常重要的點火源。在地鐵中，無論是地鐵站還是地鐵列車內(nèi)部都布置了大量的電氣系統(tǒng)、電氣設備和電纜。為了檢修維護的需要，有些電氣設備需要經(jīng)常性的進行操作，比如1500V直流電，檢修時需要經(jīng)常性的切斷。電氣設備和電纜都有一定的使用年限以及使用要求(比如對散熱的要求、環(huán)境濕度的要求)，還有一些電氣設備的操作需要比較嚴格的操作順序。公安部沈陽消防研究所火災技術鑒定中心的資料表明，電氣火災大部分是由短路、漏電、電氣設備超負荷運轉(zhuǎn)、違章操作電氣設備等原因直接或間接造成的。在地鐵中，設置這些電器設備的危險場所主要有:地鐵機車、環(huán)控電控室、信號設備室、電源設備室、控制室、直流開關柜室+35kV開關柜室、400V開關柜室、整流變電室、變電所和一些電纜夾層［4］。用火不慎是地鐵火災中的另一重要因素。地鐵在日常運營中，電氣系統(tǒng)每日都需要進行巡檢和維修，有些維修作業(yè)需要電焊和氣割，要動用明火。
1.2可燃物地鐵裝修雖然大都采用不燃難燃材料，但在實際運營中，主要的設備房、值班室都安排有人員24h值班。晚班人員一般都會將晚上休息用的棉被、躺椅存放在值班室和設備室，這些物品大都由高分子材料制成，屬可燃易燃物，極大的增加了地鐵火災的危險性。另外，地鐵站廳中，都設置有報亭或者便利店，便利店一般都經(jīng)營報刊、雜志、包子、點心以方便乘客和地鐵工作人員，便利店電加熱器具的存在，使得便利店的火災危險性更大。另外，地鐵為了增加收入渠道，軌行區(qū)、站廳層、站臺層都設置有廣告宣傳欄，這些廣告制作材料也是可燃易燃物品，是火災發(fā)展擴大的重要因素。
1.3消防設施失效(1)地鐵在建設過程中存在的問題，造成地鐵投入使用后結(jié)構(gòu)漏水，地鐵站和隧道整體環(huán)境潮濕。在這種潮濕的環(huán)境中，火災報警系統(tǒng)的組成器件(火災感煙探測器、手動報警按鈕、消防泵按鈕)極易失效。另外漏水還會造成控制線路盒積水，敷設于其中的線路浸泡在水中，長時間后，線路絕緣層腐蝕、老化，線路短路，系統(tǒng)不能正常使用。更加重要的是，這種隱患隱蔽性非常強，平時很難排查。(2)地鐵消防設施在安裝過程中，一些項目違法分包，使用非專業(yè)技術人員進行安裝操作，加上工期緊，一個技術人員經(jīng)常需要同時負責幾個車站，消防設施的安裝經(jīng)常達不到要求，易出現(xiàn)諸如線路接反、端子排接線不牢固的問題。有些問題在設備投入使用初期不影響正常使用，但它們卻是隱患。況且，有些隱患還具有隱蔽性，投入使用后往往很難發(fā)現(xiàn)。(3)消防系統(tǒng)缺乏標識牌、警告牌。消防設施標識是火災時非消防專業(yè)人員操作消防設施的“燈塔”，是非常重要且必不可少的。以氣體滅火系統(tǒng)為例，地鐵保護單元比較多，組合分配系統(tǒng)是地鐵站應用比較廣泛的結(jié)構(gòu)形式。地鐵站中的氣體滅火系統(tǒng)，啟動方式有自動控制啟動、手動操作啟動、機械應急操作啟動三種。在自動控制啟動失效的情況下，需要進行手動操作、機械應急操作才能開啟氣體滅火系統(tǒng)。如手動啟動氣體滅火系統(tǒng)，撲滅相應的防護區(qū)火災，需要正確開啟相應保護區(qū)的啟動氣瓶。如果是機械應急操作，則需要開啟保護區(qū)對應的選擇閥和相應數(shù)量的滅火劑存儲氣瓶的瓶頭閥。由此可見，氣體滅火系統(tǒng)氣瓶間啟動氣瓶、選擇閥標識以及對應區(qū)域開啟滅火劑存儲氣瓶的數(shù)量標識對于火災撲救是非常重要的。實際上，需要進行應急操作的消防設施的手柄、按鈕附近都需要制作標識、警告牌。
1.4車站人員缺乏消防設施應急操作技能在地鐵運營中，車站控制室是監(jiān)視和處置地鐵火災的控制中心。控制室內(nèi)設置有火災自動報警控制器、氣體滅火控制器、隧道感溫光纖控制器、消防電話主機以及排煙風機、消防水泵、切斷非消防電源的遠程手動按鈕、售票閘機自動釋放按鈕等。在出現(xiàn)故障、預報警、火災確認報警時，監(jiān)視系統(tǒng)(火災報警控制系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、隧道感溫光纖系統(tǒng))的控制器會發(fā)出不同的警告聲音。車站值班人員是接收該信息的第一人，只有對消防設施的作用、基本操作有比較詳細的了解，才能明白各種報警聲音所代表的具體意義，進而采取恰當、有效的事故處置措施。然而一些新開通線路的地鐵運營初期，具有地鐵運營經(jīng)驗的員工數(shù)量非常有限，大多數(shù)都是剛畢業(yè)的應屆畢業(yè)生，加上我國普遍消防意識淡薄，地鐵控制室的值班人員對消防設施操作的理解程度遠遠不能適應地鐵火災應急處置的需要。
1.5乘客對消防設施熟悉程度不夠地鐵人員密度大，在人員高峰期，火災如果發(fā)生在公共區(qū)域，車站值班人員就很難到達起火點，不能第一時間用滅火器將火災撲滅。況且地鐵列車，內(nèi)部根本就沒有配備乘務員。這種情況下就需要起火點附近的乘客形成第一“戰(zhàn)斗力量”，進行火災的初期處置。乘客對滅火器設置地點的了解和對滅火器使用技能的掌握也是地鐵消防安全工作的重要一環(huán)。一項人員對地鐵消防設施的調(diào)查結(jié)果顯示:①樣本中女性不知道列車滅火器設置位置的占總數(shù)的27.37%;不知道滅火器位置的占34.5%;不會用的占32.7%;會用的僅僅占5.5%;②男性不知道列車有滅火器的占12.3%;不知道位置的占27.2%;不會用的占32.1%;會用的占28.4%［5］;從中可以看出，會用滅火器的乘客比例不到30%，更不用說其他的消防應急設施了。另外，地鐵疏散出口有限，站廳層與站臺層只有1～2部自動扶梯、樓梯和電梯?；馂臅r，電梯迫降至1層、自動扶梯停運，人員只能通過自動扶梯、樓梯進行疏散。在這種情況下，由于人員數(shù)量大，乘客需要基本的逃生常識，按照車站工作人員的指引進行有序疏散。這種逃生常識一般是通過社會消防宣傳和培訓獲得。我國在消防宣傳和培訓還存在諸多不足，嚴重影響著疏散的安全性。
2地鐵消防安全管理對策
2.1點火源管理全面分析地鐵火災中的點火源，對比較常見的易引發(fā)火災的點火源要制定嚴格管理措施進行重點管理。①在設計、施工、驗收階段，嚴格執(zhí)行國家相關的技術標準，使用耐火、阻燃電線電纜，合格的電器設備。②要制定電器火災危險場所的管理措施。出入登記、設置警示牌、設備操作規(guī)程。這些危險場所包括:地鐵機車、環(huán)控電控室、信號設備室、電源設備室、控制室、直流開關柜室+35kV開關柜室、400V開關柜室、整流變電室、變電所等。③要制定嚴格的動火審批制度，嚴格動火作業(yè)前的審批、并制定相應的保護措施以及滅火措施。④要對便利店進行重點管理，明確店內(nèi)加熱器具的操作使用注意事項，營業(yè)員在每日營業(yè)后要消除火種、熱源。
2.2可燃物管理對地鐵站要按照相關的國家標準進行內(nèi)部裝修，控制可燃物的數(shù)量。要制定值班室、設備室和物資室每日巡查制度，周檢查制度，消除發(fā)生自燃的條件，保證上述房間可燃物處于安全狀態(tài)。
2.3消防設施管理在地鐵站設計、消防設計審核、施工、驗收階段，嚴格按照國家規(guī)范進行設計、消防設計審核、施工、驗收，防止地鐵投入使用后出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，影響地鐵消防設施的使用。要對火災時需要采取應急操作的設備、按鈕制作標識、警示牌，保證火災時車站工作人員和乘客可以第一時間識別和操作。要按照《機關、團體、企業(yè)、事業(yè)單位消防安全管理規(guī)定》(公安部令第61號)(以下簡稱《管理規(guī)定》)、GB25201－2010《建筑消防設施的維護管理》的要求，對消防設施進行定期維護保養(yǎng)，每年進行一次全面檢測。
2.4消防設施操作技能培訓車站值班人員一般都經(jīng)過消防員培訓和考試，持有消防員證，但持有證書并不能代表就具備了火災應急事故處置技能。要組織培訓來增強車站值班人員的消防意識，提高對消防工作重要性的認識，同時要制定考核制度，使消防設施技能培訓真正落到實處，而非流于形式。
2.5部門間相互協(xié)作地鐵運營的消防設施不是同一個部門來管理，不同部門承擔不同的職責。地鐵消防設施的維護保養(yǎng)一般由機電中心、自動控制中心來負責，但日常消防安全管理制度的制定和實施、消防設施維護保養(yǎng)檔案的制作管理、火災隱患的排查等工作則由安保部門來負責。這些部門之間就需要建立一個信息平臺，實現(xiàn)消防設施信息的共享互通，以便全方位、全天候的掌握消防設施的運行、維護保養(yǎng)信息。消防工作是一項系統(tǒng)性的工作，消防設施的維護保養(yǎng)是消防工作的重要組成部分，部門之間良好的溝通與聯(lián)系是做好消防工作的必要條件。
2.6消防應急演練制定消防應急預案。定期進行消防應急演練。根據(jù)演練的實際情況，不斷的對預案進行改進。消防應急演練是火災情況下保證乘客進行疏散的重要保證，要嚴格按照《管理規(guī)定》的要求，每半年進行一次消防演練。演練要全員性的，除了地鐵相關部門，公安、消防、交通、衛(wèi)生、民防、環(huán)境等相關的機構(gòu)都要參與進來。通過演練增強和提高各單位協(xié)同處置火災事故的能力和效率，保證火災時，地鐵各部門有序響應，人員疏散、火災撲救、傷者救治、公交接駁、新聞、環(huán)境監(jiān)測等工作得到有序開展。
2.7社會消防宣傳與培訓加強社會消防宣傳與培訓，增強群眾的消防意識，提高消防設施操作和逃生技能，推動消防工作的社會化。地鐵消防工作不是一個人、一個單位就能做好的，需要社會大眾的共同努力。只有社會大眾的消防意識增強了，消防法律法規(guī)、以及消防技能培訓才能落實到實處，火災情況下，乘客才能鎮(zhèn)定的使用滅火器撲滅火災，使用自救設施，在車站工作人員的指引下，有序的進行疏散。
2.8消防監(jiān)督與救援公安機關消防機構(gòu)要加強對已開通線路的消防安全監(jiān)督、檢查。重點檢查地鐵單位消防安全制度執(zhí)行情況、消防安全責任制落實情況、消防應急演練情況，疏散出口暢通情況，消防設施維護、保養(yǎng)、檢測情況，掌握地鐵重要部位、消防水源情況，對已查處的消防隱患，要督促地鐵單位及時落實整改。同時，消防機構(gòu)要做好地鐵火災撲救戰(zhàn)術研究和實戰(zhàn)訓練，確保在地鐵火災撲救過程中能根據(jù)火場實際情況，及時的制定出科學合理的作戰(zhàn)方案，降低火災造成的財產(chǎn)和人員傷亡。
3結(jié)束語
隨著我國地鐵建設迅速發(fā)展，加之地鐵工程規(guī)模大，周邊建筑物與地下管線情況復雜，地面交通繁忙，地質(zhì)條件不確定性因素多，而安全管理沒有跟上，缺少實時監(jiān)測和風險評估，安全事故時有發(fā)生。文獻［1］統(tǒng)計了我國2003—2011年地鐵隧道施工事故數(shù)據(jù)資料，坍塌、物體打擊、高處墜落是地鐵隧道施工中的主要事故類型，上述事故約占總數(shù)的40％，同時，事故造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡十分嚴重。安全無小事，細節(jié)決定成敗。目前安全管理比以前有了很大的進步，例如文獻［2－16］介紹了幾款施工安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，主要實現(xiàn)位移監(jiān)測、軸力監(jiān)測、測斜監(jiān)測、視頻監(jiān)測等數(shù)據(jù)的遠程傳輸、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析預警、門禁等功能；文獻［16－18］介紹了施工安全風險自動識別、風險的信息化管理等技術與實現(xiàn)效果；文獻［19］介紹了一款用于應急組織、培訓演練、響應調(diào)度、輔助決策的基于GIS的網(wǎng)絡系統(tǒng)。從查閱的大量文獻來看，目前絕大部分的系統(tǒng)主要實現(xiàn)安全監(jiān)測預警功能，也有關于施工風險的自動識別、應急響應的相關研究，大大降低了地鐵施工風險程度。在信息共享的今天，只有實現(xiàn)多功能的集成，才能發(fā)揮安全管理的效率最大化。目前地鐵施工信息化管理還未實現(xiàn)人員、機械設備、環(huán)境、工程結(jié)構(gòu)物、臨時設施、周圍既有設施設備等的精細化管理，不安全狀態(tài)與不安全行為的智能化評判，以及人－機、機－機、機－建之間等的智能沖突分析，在風險預測預警、隱患辨識等方面也有待進一步研發(fā)。因此，有必要研究開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)人員、機械設備、工程結(jié)構(gòu)物、臨時設施的安全管理，以及沖突分析和可視化動態(tài)監(jiān)測預測預警等功能于一體的地鐵施工安全風險分析與管理遠程網(wǎng)絡系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）。
1系統(tǒng)功能需求
系統(tǒng)應實現(xiàn)以下功能。1）基礎信息管理。①人員安全基礎信息管理。有專家對事故發(fā)生原因進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明人為因素導致的事故占80％以上，而性別、年齡、是否飲酒、睡眠情況、反應敏捷性、性情等有差異的人員發(fā)生安全事故的概率亦有不同，即使是同一個人，其各種狀態(tài)也經(jīng)常變化［20］。因此，系統(tǒng)應能動態(tài)管理施工人員的上述信息。②機械設備安全基礎信息管理。任何一種機械由于自身的性能、結(jié)構(gòu)等特性，都有一定的使用技術要求，機械設備在使用過程中，其性能狀態(tài)是動態(tài)變化的。因此，系統(tǒng)應動態(tài)把握機械設備的性能狀態(tài)。③環(huán)境安全基礎信息管理。工作環(huán)境不僅影響著施工人員的工作質(zhì)量，還會影響施工人員在工作中的精神狀態(tài)。特殊的自然環(huán)境如雨雪天氣、大風天氣、高低溫環(huán)境、密閉空間等對施工人員的安全行為和心理會造成很大的危害和影響［20］。以特殊天氣條件為例：雪天時路面、工程結(jié)構(gòu)物、機械設備上濕滑，設備移動過程中制動困難易發(fā)生沖撞與傾覆事故，工人在工程結(jié)構(gòu)物和機械設備上作業(yè)易發(fā)生高處墜落事故；雨天易發(fā)生城市內(nèi)澇，若排水不暢，車站基坑易積水發(fā)生坍塌事故；若高聳機械設備防雷措施不當，則雷雨天還可能發(fā)生雷擊事故；霧霾天氣能見度變小，也易引發(fā)安全事故；6級強風以上則易引起高聳設備、圍擋被風吹倒并進一步造成路面社會交通事故。因此，系統(tǒng)應能實現(xiàn)對環(huán)境信息的動態(tài)管理。④工程結(jié)構(gòu)物信息管理。工程結(jié)構(gòu)物的三維地理信息、工程進度信息等與安全風險分析有極為密切的關系，因此，系統(tǒng)應能動態(tài)管理工程結(jié)構(gòu)物的基本信息和進度信息。⑤臨時設施信息管理。主要包括施工圍擋、豎井、斜井、施工材料堆放場、臨時辦公與生活用房等。正是由于臨時設施的臨時性，往往易被忽略而引發(fā)安全事故，因此應納入系統(tǒng)進行動態(tài)管理。⑥周邊既有建（構(gòu)）筑物、市政管線、路面等既有設備設施信息管理。2）監(jiān)控信息管理。系統(tǒng)應能為施工開展提供及時的反饋信息，為車站基坑周圍環(huán)境進行及時、有效的保護提供依據(jù)，并將監(jiān)測結(jié)果用于反饋優(yōu)化設計，為改進設計提供依據(jù)；通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論值的比較分析，可以檢驗設計理論的正確性；在施工全過程中，通過對既有地面和地下建（構(gòu)）筑物各項指標的監(jiān)測，將結(jié)構(gòu)變形嚴格控制在標準限值內(nèi)，保證既有建（構(gòu)）筑物的安全等［2－5］。3）不安全狀態(tài)與不安全行為分析評判。人員、機械設備的不安全狀態(tài)和人員的不安全行為是導致施工事故的關鍵［20］，因此，系統(tǒng)應能輔助安全管理人員對人員的不安全狀態(tài)和行為進行分析評判，并將施工人員（尤其是安全人員）安排到最合適的工作崗位上。系統(tǒng)還應能輔助安全管理人員分析機械設備，尤其是高聳機械、大型施工裝備的不安全狀態(tài)，以便對機械設備故障進行有效預防，并對可能的安全事故進行防控。4）沖突風險分析。人員與機械混合作業(yè)、多機混合作業(yè)時，人員與機械設備之間、機械設備與機械設備之間、機械設備與工程結(jié)構(gòu)物之間、機械設備與地面社會交通之間可能發(fā)生沖突事故，系統(tǒng)應能進行三維沖突分析，以便輔助安全管理人員分析高風險點、高風險區(qū)域以及高危作業(yè)的基本情況。5）風險預測與事故預警。6）安全隱患辨識與管理。7）應急處理方案管理與智能選擇。8）事故逃生與救援指揮。
2系統(tǒng)開發(fā)思路
從前述的系統(tǒng)功能需求來看，施工人員、機械設備、工程結(jié)構(gòu)物、既有建（構(gòu)）筑物、既有市政管線、地面社會交通之間的空間沖突分析，人員逃生路線分析，事故救援方案分析，救援物資調(diào)配方案研究等功能的實現(xiàn)，都離不開三維空間位置信息的采集、存儲、管理、描述以及對空間數(shù)據(jù)信息的操作、分析、模擬和可視化顯示。因此，系統(tǒng)應運用三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS）來實現(xiàn)，例如采用ArcGIS3D。因需要進行遠程監(jiān)控與管理，還應采用網(wǎng)絡系統(tǒng)［11］?？梢暬_發(fā)環(huán)境主要考慮系統(tǒng)的反應速度、健壯性以及快速開發(fā)，例如采用C＃，VB．NET等作為集成開發(fā)環(huán)境?？紤]到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的無縫連接，系統(tǒng)宜利用Oracle等大型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。從控制系統(tǒng)開發(fā)成本來考慮，在滿足系統(tǒng)性能基本要求的前提下，也可以采用MicrosoftSQLServer等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對屬性數(shù)據(jù)進行管理，空間數(shù)據(jù)、施工圖和竣工圖等則以文件形式進行管理。
3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計
系統(tǒng)通過對屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問，實現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入和管理，并可對其進行分析統(tǒng)計和查詢，實現(xiàn)不安全狀態(tài)與行為評判、沖突風險分析、特殊天氣風險分析、預測預警、應急處理方案智能選擇、事故逃生救援指揮等功能。除此以外，為了維護系統(tǒng)安全和方便用戶使用，還應設計系統(tǒng)維護功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。1）基礎信息管理。①人員安全基礎信息管理：應包括所屬單位、所屬標段、人員類型（項目經(jīng)理、安全總監(jiān)、安全員、技術人員、施工隊長、施工小組長、普通工人、特種作業(yè)人員等）、出生年月、性別、職務（或工種）、學歷、工作經(jīng)驗、身體狀態(tài)、心理狀態(tài)、安全培訓考核情況、作業(yè)地點（針對作業(yè)人員）等信息。②機械設備安全基礎信息管理：應包括機械設備與裝備的類別（盾構(gòu)機、土石方機械、混凝土機械、起重及運輸機械、鋼筋加工及焊接機械、裝飾裝修機械、腳手架等）、名稱、型號、所屬單位、性能狀態(tài)、責任人、檢修情況、驗收記錄、安全交底情況等信息。③環(huán)境安全基礎信息管理：應區(qū)分自然環(huán)境和社會環(huán)境，自然環(huán)境應包括特殊天氣類型、風力等級、風向、能見度、氣溫、密閉空間含氧量、地下空間潮濕程度等信息，社會環(huán)境應包括項目部安全文化建設情況、安全制度制定情況、安全獎懲制度實施情況、安全交底通暢情況、施工人員之間是否和諧等信息。④工程結(jié)構(gòu)物信息管理：應包括結(jié)構(gòu)物各部位的三維地理信息、工程進度信息、結(jié)構(gòu)強度增長信息等。⑤臨時設施信息管理：應包括臨時設施類型、地理位置、平面布置、高度等動態(tài)信息。⑥既有設備設施信息管理：應區(qū)分建筑物、構(gòu)筑物、路面、市政管線。建（構(gòu)）筑物應包括基礎類型、基礎埋深、結(jié)構(gòu)形式、建筑物高度、建筑物與地鐵水平距離、監(jiān)測斷面距開挖面水平距離、已用年限、裂縫和傾斜度等信息；路面應包括路面類型、路面寬度、交通荷載情況、路面距離基坑邊緣的距離；市政管線則應包括管線材質(zhì)、接頭類型、管線壓力、管線埋深、管線外徑、管線與基坑邊緣水平距離、監(jiān)測斷面與開挖面水平距離以及管線張開角、埋設年代、鋪設方法、截面形狀等信息。2）監(jiān)控信息管理。利用高清音視頻采集、傳輸和處理技術，直觀且全方位地了解施工現(xiàn)場情況，輔助決策和指揮。利用位移傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氧含量傳感器等測得鄰近建（構(gòu)）筑物變形、車站基坑變形、區(qū)間隧道變形、工作環(huán)境溫度、工作環(huán)境濕度、地下空間氧含量等信息，通過光纖等傳輸介質(zhì)實時傳輸給系統(tǒng)。3）不安全狀態(tài)與不安全行為分析評判。利用專家模糊評價法對人員和機械設備不安全狀態(tài)進行分析，根據(jù)變形監(jiān)測信息對基坑坍塌、鄰近建（構(gòu)）筑物開裂傾覆等進行風險分析，采用模糊評價法、計算分析法等評價風險嚴重程度等級和概率等級。4）沖突風險分析。利用3DGIS的空間分析功能，分析某一正進行人工作業(yè)的工人是否位于機械設備（例如挖掘機）的回轉(zhuǎn)半徑、傾覆半徑之內(nèi)，對2個及以上的大型施工裝備（機械）進行回轉(zhuǎn)半徑重疊分析和傾覆半徑?jīng)_突分析，對大型施工裝備（機械）和工程結(jié)構(gòu)物（或臨時設施）之間的沖撞可能性進行分析，對高聳機械設備傾倒半徑與地面社會交通之間進行重疊分析，對事故的多米諾骨牌效應（即某一事故可能引發(fā)一連串事故）風險進行分析，采用模糊評價法、計算分析法等評價風險嚴重程度等級和概率等級。以塔式起重機和履帶式起重機之間的沖撞為例進行分析，當塔式起重機和履帶式起重機同時作業(yè)時，塔式起重機起重臂旋轉(zhuǎn)空域與履帶式起重機吊臂的變幅和轉(zhuǎn)動空域有重疊，如圖2所示。若將GPS接收機OEM板分別安裝于履帶吊和塔式起重機的回轉(zhuǎn)中心（便于安裝且不易損壞的位置），則可即時獲得履帶吊和塔式起重機的回轉(zhuǎn)中心的的坐標，當兩者的距離小到一定值時，履帶式起重機和塔式起重機空間區(qū)域可能有重疊，即兩者存在沖撞的風險。由于信號傳輸需要時間導致OEM版接收數(shù)據(jù)會有滯后性，所以當兩者趨于接近時，就應該觸發(fā)警報，提醒司機注意，若司機未采取相應措施，系統(tǒng)可控制起重機停車。5）特殊天氣風險分析。利用從氣象部門獲取的天氣預報信息，分析特殊天氣可能導致的風險，并分析特殊天氣最不利組合（例如：強風＋暴雨＋雷電、強風＋暴雪、強風＋霧霾）可能導致的風險，采用模糊評價法、計算分析法等評價風險嚴重程度等級和概率等級。6）風險預測、事故預警。系統(tǒng)根據(jù)各種數(shù)據(jù)（基礎信息、監(jiān)測信息、天氣信息、風險嚴重程度等級和概率等級、沖突分析結(jié)果）生成報表、變形曲線圖、變形速率圖等，并對風險進行綜合分析預測，計算各項風險的風險值，與系統(tǒng)預設的分級預警值進行比較，一旦達到預設的某一級別預警值，系統(tǒng)立即發(fā)出相應級別警告，可供選擇的警告方式有：①電腦音響警報（針對系統(tǒng)管理員）；②手機警報（該方式需要與移動通訊服務商簽訂協(xié)議，系統(tǒng)可實現(xiàn)群呼叫。手機內(nèi)設置多種風險語音報警鈴聲，不同類型風險按照通訊錄群組來劃分，不同通訊錄群組設置不同的風險報警鈴聲，一旦系統(tǒng)監(jiān)測或分析出來某種事故征兆或安全隱患，立即自動撥打相應施工人員手機。這種方式用于地下空間時，可能因為信號不暢而需要在地下空間設置手機信號站）；③對講機報警（系統(tǒng)設計網(wǎng)絡模擬對講機功能，一旦系統(tǒng)監(jiān)測或分析出來某種事故征兆或安全隱患，立即通過預設語音自動進行對講機呼叫，也可以由系統(tǒng)管理員手持實體對講機進行呼叫）；④通過埋設在隧道和基坑內(nèi)的警報器發(fā)出報警。7）安全隱患辨識與管理。應包括隱患編號、隱患名稱、狀態(tài)描述、現(xiàn)場照片、危害等級、位置、辨識人、責任人、責任單位、是否解決、解決措施、解決效果等信息。8）應急處理方案選擇。系統(tǒng)應能根據(jù)險情位置、類型等從應急預案庫中自動調(diào)出可供選用的應急預案，安全管理人員可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇合適的應急預案，并由現(xiàn)場具體實施。9）事故逃生與救援指揮。系統(tǒng)能夠指導施工人員在事故前進行緊急避險，指導施工人員在事故發(fā)生后進行安全逃生，并能夠立即調(diào)出救援預案，利用GIS的網(wǎng)絡分析功能為施工救援提供物資調(diào)配、救援人員調(diào)遣等參考信息［19］。10）系統(tǒng)維護。包括系統(tǒng)軟硬件安全維護、用戶權(quán)限等數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)使用幫助。
4與現(xiàn)有系統(tǒng)的對比
基于3DGIS的地鐵施工安全風險遠程網(wǎng)絡系統(tǒng)與現(xiàn)有可視化監(jiān)控系統(tǒng)（包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、考勤定位系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)、無卡報警系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等）相比，功能進一步拓展，更加智能化、集成化、可視化，具體的功能比較見表1。安全資金投入方面，前者主要增加的投入是3DGIS系統(tǒng)平臺軟件的購買和開發(fā)費用，以ArcGIS3D為例，購買費用約3．1萬元。前者比后者還需要增加系統(tǒng)開發(fā)費用約30萬元，但軟件系統(tǒng)可復制在多個施工項目部使用，因此系統(tǒng)開發(fā)費用是可以接受的。位移、溫度、濕度、氧含量監(jiān)控可采用光纖傳感器，也可采用無線傳輸，所需增加的只有溫度、濕度、氧含量傳感器的購置費用，對資金投入影響不大。適用性方面，前者主要是硬件系統(tǒng)，未實現(xiàn)智能集成，在信息共享方面也有所欠缺，仍需要人員在監(jiān)控室全方位安全監(jiān)視、高強度地分析，人為因素偏大，更不利于安全風險的綜合分析與評判預警；后者則可軟硬件良好配合，軟件系統(tǒng)充分集成各硬件監(jiān)測信息，并將監(jiān)測信息與基礎信息進行綜合管理與分析，可大大減輕監(jiān)視人員的工作強度，提高風險監(jiān)控的工作效率，真正實現(xiàn)“人機環(huán)基礎信息管理—動態(tài)監(jiān)控信息管理—沖突分析—隱患辨識與管理—風險預測預警—事故救援指揮”的全流程、全方位的安全精細化管理。
5結(jié)論與建議
近年來隨著我國地鐵工程建設規(guī)模的不斷擴大，地鐵工程施工安全事故也時有發(fā)生。由于地鐵工程施工環(huán)境復雜，可以利用的空間十分有限，密集的施工機具，以及施工人員、建筑材料和作業(yè)內(nèi)容容易導致安全隱患。傳統(tǒng)的安全管理技術難以滿足地鐵工程的施工過程，需要更加高效，高科技的集成管理技術對地鐵施工項目進行全面的、系統(tǒng)的、現(xiàn)代化的安全管理與控制。建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)是以工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點。BIM可以為地鐵施工的信息化提供基礎，讓地鐵施工控制更加信息化、自動化、科學化和標準化，在帶動地鐵施工效率提升的同時，也能降低施工安全隱患。基于建筑信息模型的地鐵施工安全技術創(chuàng)新不僅可為施工作業(yè)的全面管理提供依據(jù)，而且對提升施工現(xiàn)場安全水平、消除施工中的安全隱患具有積極的意義。但是，與一般技術創(chuàng)新活動不同，地鐵工程施工的安全技術創(chuàng)新需要業(yè)主、設計院、施工企業(yè)等多個參與者的共同努力才有可能取得良好的效果。BIM技術的應用是一個復雜的系統(tǒng)，不能在單個企業(yè)內(nèi)部完成，只有依靠業(yè)主、設計院、施工企業(yè)和其他機構(gòu)之間的技術合作才能取得成功。因此地鐵施工安全技術創(chuàng)新績效具有較高的不確定性，它不僅僅依靠BIM技術支持，同時與所有參與者的技術與管理水平有關，具有一定的風險，需要采取一種適當?shù)姆椒▽Φ罔F施工安全技術創(chuàng)新績效進行分析和評估，但是目前國內(nèi)外關于該方法的研究還十分缺乏。貝葉斯信念網(wǎng)絡(BayesianBeliefNetwork，BBN)作為不確定性知識表達和推理的主導技術，近年來在風險分析和績效評價等方面得到了比較廣泛的應用。Martin等通過識別建筑工地上空高處墜落事故的風險因素，構(gòu)建了墜落安全風險的貝葉斯網(wǎng)絡模型，主要采用問卷調(diào)查建筑工人的方式來分析工程施工的不安全因素。Matias等人比較了貝葉斯網(wǎng)絡和其他專家系統(tǒng)技術在風險分析和預測方面的功能，得到貝葉斯網(wǎng)絡具備相對更好的風險預測和解釋能力。EunchangLee等將貝葉斯網(wǎng)絡運用到造船工程的風險分析，提出一套基于貝葉斯網(wǎng)絡的評價流程。周國華等人以京滬高鐵工程為例，采用貝葉斯網(wǎng)絡對工程項目的質(zhì)量控制因素進行了分析。汪濤等人通過分析風險事件與風險因素之間的關系，并結(jié)合施工現(xiàn)場的安全管理能力，采用貝葉斯網(wǎng)絡來評估安全風險事件發(fā)生的概率。但是，對于貝葉斯網(wǎng)絡在技術創(chuàng)新績效分析與評價方面的研究，目前還非常缺乏，僅僅針對狹義的技術創(chuàng)新方式提出了一種基于動態(tài)樸素貝葉斯網(wǎng)的風險識別方法，而貝葉斯網(wǎng)絡在工程建設技術創(chuàng)新績效分析領域的研究，目前國內(nèi)外尚未有其他相關文獻報道，我們前期曾利用貝葉斯網(wǎng)絡提出一種建筑技術創(chuàng)新風險評估方法，但還有待進一步的研究。本文采用將專家先驗知識與數(shù)據(jù)學習相結(jié)合的方法，建立地鐵施工安全技術創(chuàng)新的貝葉斯信念網(wǎng)絡模型，為安全績效分析提供一種新方法。
2地鐵施工安全技術創(chuàng)新績效的系統(tǒng)分析
對于地鐵施工安全技術創(chuàng)新而言，通常不能由單個施工企業(yè)完成，它不僅受到業(yè)主的極大影響，而且還受到其他參與者的影響。目前我國實際工程中一般由一家專業(yè)技術咨詢公司提供BIM技術支持，業(yè)主負責地鐵項目的全面管理，設計院、施工企業(yè)等其他單位各司其職，共同完成地鐵項目建設與技術創(chuàng)新任務。BIM技術通過三維可視化功能再加上時間維度，可以對地鐵工程進行虛擬施工，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，同時進行有效協(xié)同，設計、施工和業(yè)主都可以對工程項目的各種安全問題和情況及時掌握和溝通協(xié)調(diào)。業(yè)主是技術創(chuàng)新的首倡者、投資者和主導者，同時也是地鐵工程技術創(chuàng)新的直接和主要受益者。業(yè)主一般出于提高地鐵工程安全性的考慮開展技術創(chuàng)新活動并提供資金支持。業(yè)主在技術創(chuàng)新活動中具有主導作用，其他技術創(chuàng)新參與者一般都由業(yè)主選定，業(yè)主在地鐵施工技術方案比較等關鍵事件上都具有決定權(quán)，主導技術創(chuàng)新的全過程。因此，業(yè)主的技術能力和管理能力對BIM技術的應用效果具有重要的影響。但是業(yè)主通常并不能承擔BIM技術創(chuàng)新的具體事務，具體工作必須依賴設計院、施工企業(yè)、BIM技術咨詢公司等技術創(chuàng)新主體來完成。設計院在技術創(chuàng)新過程中發(fā)揮著非常重要的作用，設計院是地鐵工程技術創(chuàng)新中多種技術的集成者，一般情況下，不同的專業(yè)技術難題分別由不同的參與企業(yè)或機構(gòu)來負責，但這些不同的技術成果都需要通過設計院的設計方案來集成和綜合，并轉(zhuǎn)化為設計圖紙才能應用于地鐵工程實踐。就BIM技術而言，BIM最直觀的特點在于三維可視化，利用BIM的三維技術在前期可以進行碰撞檢查，優(yōu)化工程設計，減少在施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，而且優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案。此外，設計院還必須解決地鐵施工安全技術創(chuàng)新過程中與設計相關的重要技術問題，設計院不僅要對設計文件的安全、經(jīng)濟等合理性負責，還需要提出相應的質(zhì)量控制指標，指導和配合施工企業(yè)。因此，設計院的技術能力和管理能力對技術創(chuàng)新績效具有重要的影響。施工企業(yè)是技術創(chuàng)新活動的具體實施者，地鐵施工人員需要利用碰撞檢查和優(yōu)化后的三維設計方案進行地鐵施工交底和施工模擬，提高地鐵施工安全性和與其他參與者的溝通能力。對于地鐵工程施工來說，空間是有限的，每一個施工工序在進行的時候必須有足夠的空間來進行施工活動，如機械臂長的旋轉(zhuǎn)半徑，施工人員的活動半徑，如果這兩者在作業(yè)時的空間上產(chǎn)生了沖突，就容易導致安全事故。因此在開工之前可以利用BIM進行動態(tài)施工模擬，預測可能存在的問題，優(yōu)化機械行進路線和人員活動范圍，減少安全事故發(fā)生的可能性。通過BIM技術結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，減少地鐵工程質(zhì)量和安全問題。BIM新技術的應用效果最終還要取決于施工企業(yè)技術能力和管理能力的水平。BIM技術咨詢公司是該項技術創(chuàng)新活動最為重要的技術支持者，一般是接受業(yè)主的委托創(chuàng)建BIM數(shù)據(jù)庫，為業(yè)主、設計院和施工企業(yè)提供支撐地鐵施工安全管理所需的數(shù)據(jù)信息。BIM數(shù)據(jù)庫包括大量的工程相關信息，可以為地鐵工程施工提供數(shù)據(jù)后臺的巨大支撐，BIM中的項目基礎數(shù)據(jù)可以在各參與企業(yè)之間進行協(xié)同和共享，地鐵施工工程信息可以根據(jù)時空維度、構(gòu)件類型等進行匯總、拆分、對比分析等，保證地鐵施工基礎數(shù)據(jù)及時、準確地提供。為施工企業(yè)制定精確的安全控制計劃提供有效的支撐，使業(yè)主、設計院和施工企業(yè)的工程技術人員對各種施工工程信息做出正確理解和高效應對，為參建各方提供協(xié)同工作的技術基礎，從而減小安全風險，實現(xiàn)對施工安全風險的有效控制。因此，BIM技術創(chuàng)新績效在很大程度上還取決于BIM技術咨詢公司的技術支持水平。根據(jù)以上分析，并結(jié)合我們前期相關的研究成果，本文提出13個地鐵施工安全技術創(chuàng)新績效影響因素，見表1。其中安全技術創(chuàng)新績效是目標變量，它是希望通過技術創(chuàng)新活動影響的最終變量，是希望改進的目標?！案深A變量”是為了達到目標變量而施行的技術創(chuàng)新活動，即BIM技術支持，包括無BIM技術支持、一般的BIM技術支持和良好的BIM技術支持水平三個等級。“實施因素”是直接影響安全技術創(chuàng)新活動是否成功施行的變量，包括業(yè)主、設計院和施工企業(yè)的技術能力和管理能力，他們的影響會通過中介因素作用于目標變量。“中介因素”是聯(lián)系實施因素、干預變量和目標變量的因素，即實施因素和干預變量要通過中介因素傳導其作用，而中介因素對目標變量有直接影響。就BIM技術創(chuàng)新而言，它對安全績效的作用主要通過優(yōu)化設計方案，優(yōu)化施工組織和加強溝通協(xié)調(diào)來完成?！翱刂埔蛩亍笔峭馍兞?，不隨干預而改變，但它對于目標變量具有重要的影響，包括項目規(guī)模和項目復雜性，在模型中需要加以體現(xiàn)
3模型構(gòu)建
3．1數(shù)據(jù)采集
為了確定各因素和節(jié)點之間的因果關系，我們采用結(jié)構(gòu)性問卷調(diào)查來獲取相關數(shù)據(jù)。調(diào)查以地鐵工程項目為單位，采取郵寄或E-mail的方式來發(fā)放調(diào)查問卷或收集調(diào)研數(shù)據(jù)，然后通過半結(jié)構(gòu)訪談的形式進行補充。調(diào)查對象主要是具有5年以上工程實踐經(jīng)驗的業(yè)主、施工企業(yè)、設計院和咨詢公司的相關工程技術人員，包括全面了解地鐵施工安全技術創(chuàng)新整體狀況的高層管理人員(如總工程師)，以及與工程新技術直接相關的管理人員或技術人員(如工程技術部經(jīng)理或工程師等)。調(diào)查對象的構(gòu)成為業(yè)主方占15%、設計方占18%、施工方占37%、技術服務方占16%、其他占14%。本次調(diào)查共發(fā)放問卷136份，在剔除了連續(xù)雷同或人為固定模式答案等無效的問卷后，共取得有效問卷63份，問卷的有效回收率為46．3%。
3．2貝葉斯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的建立
相關研究表明，利用專家先驗知識的臨時因果關系圖與相關性分析相結(jié)合能夠較為有效的構(gòu)建系統(tǒng)要素之間的因果關系。我們借鑒這種方法來確定技術創(chuàng)新貝葉斯網(wǎng)絡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，首先以文獻調(diào)研與專家調(diào)查為基礎來建立系統(tǒng)要素之間的初步因果關系圖，然后采用數(shù)據(jù)樣本進行相關性分析，依據(jù)相關系數(shù)的大小來鑒別要素間的強聯(lián)系。雖然相關性分析結(jié)果不能直接判定因果關系，但可以作為旁證來降低系統(tǒng)網(wǎng)絡的復雜性。我們通過調(diào)查地鐵施工技術創(chuàng)新的專家知識為基礎，對各個因素的邏輯關系進行了判斷，建立了系統(tǒng)各個要素之間的初步因果關系。
3．3貝葉斯網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)學習
在確定了貝葉斯網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)以后，采用NETI-CA軟件提供的案例學習功能進行案例學習，獲得各個節(jié)點之間的條件概率分布，然后得到完整的貝葉斯網(wǎng)絡模型。
4案例分析
4．1案例背景
某市地鐵1號線某標段工程建設擬采用BIM技術。該標段中的車站工程為該城市軌道交通1號線一期工程的中間站。車站沿街南北方向呈“一”字型布置，道路寬度約為20m，周邊主要為商業(yè)建筑，基本臨街建立，人流量大。有效站臺長118m，標準段總寬為18．7m，車站形式為地下2層9m島式車站，還設有降壓變電所。車站主體的建筑面積為8342m2?；勇裆?8．75m，頂板覆土厚1．5m，不設中柱，橫向為兩層單框架結(jié)構(gòu)。車站工程的主體采用蓋挖逆筑法施工，維護結(jié)構(gòu)工程采用800mm的地下連續(xù)墻，與400mm厚的側(cè)墻疊合形成永久性結(jié)構(gòu)側(cè)墻。車站主體結(jié)構(gòu)的各層板同時作為基坑開挖期間的內(nèi)支撐體系。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和前期巖土工程勘察報告，擬建車站工程的場地斷裂和褶皺不發(fā)育，巖層主要是較緩的單斜構(gòu)造，巖層層面比較穩(wěn)定，產(chǎn)狀比較平緩。該地鐵項目由該市軌道交通集團有限公司投資建設管理，工程設計由中鐵建設集團所屬專業(yè)設計院完成，土建和安裝工程由中國中鐵集團所屬工程公司承擔，由專業(yè)技術咨詢公司提供BIM技術支持。
4．2根節(jié)點參數(shù)確定
該標段工程總投資超過3億元，工期約3年，其中車站總建筑面積超過1萬平方米，項目規(guī)模較大?；庸こ痰燃夹g要求高，施工難度大，巖層層面比較穩(wěn)定、產(chǎn)狀比較平緩，工程地質(zhì)條件較好，項目復雜度一般。該項目業(yè)主為城市軌道交通集團公司，承擔該市軌道交通項目的融資、投資、建設、運營、管理，設立工程建設部、合約部等專業(yè)部門，能適應地鐵建設、管理和投融資工作的需要，管理能力較強。但業(yè)主單位的專業(yè)技術人員數(shù)量不多，且相關經(jīng)驗不足，技術能力一般。工程設計方為鐵路工程專業(yè)設計院，從事過大量同類工程設計，設計人員技術水平高，經(jīng)驗豐富，而且在項目前期初步設計階段就明確將BIM應用于三維綜合管線等設計內(nèi)容，并成立了相應的BIM技術支持部門，與設計人員共同研究技術方案，對重要技術問題進行三維虛擬，進行優(yōu)化和改進，因此設計方的技術能力較強。但該設計團隊的組織結(jié)構(gòu)較為松散，內(nèi)外部協(xié)同不夠，設計部門與技術支持部門缺乏統(tǒng)一的組織和溝通，管理能力一般。工程施工方為中國中鐵所屬工程局，承擔過多個同類地鐵項目的工程施工，技術力量強，施工經(jīng)驗豐富，安全管理能力強，但由于首次采用BIM技術支持，缺乏相應的經(jīng)驗，普通工程技術人員對BIM技術的熟悉和應用能力還需要提高。施工單位為此組織進行了多次BIM技術知識培訓和技術交底，增強了相應的技術能力，因此施工企業(yè)的技術和管理能力一般。技術咨詢方是一家專業(yè)致力于BIM技術研究的企業(yè)，主要以地鐵和大型建筑的三維綜合設計、施工組織優(yōu)化，三維虛擬，碰撞檢查等技術咨詢?yōu)橹饕?jīng)營方向，承接過多項鐵路和地鐵行業(yè)的三維建模和綜合設計項目，承擔過地鐵工程三維虛擬和設計優(yōu)化相關科研項目并通過專家驗收，能夠解決管線碰撞、檢修空間、調(diào)優(yōu)、施工工序、運行維護等難題，因此該技術咨詢公司的BIM技術支持水平較高。
4．3結(jié)果分析
將案例工程的根節(jié)點狀態(tài)分析結(jié)果輸入已經(jīng)建立好的貝葉斯網(wǎng)絡分析模型后，結(jié)果如圖4所示，BIM技術創(chuàng)新對項目組織溝通和協(xié)調(diào)的改善效果為H的概率是42．7%，M的概率是35．5%，L的概率是21．8%，效果良好;對設計優(yōu)化為H的概率是63.2%，M的概率是28．4%，L的概率是8．4%，很有效。對施工組織優(yōu)化為H的概率是37．9%，M的概率是50．6%，L的概率是11．5%，有一定效果。案例工程的技術創(chuàng)新績效為H的概率是53．3%，M的概率是30．9%，L的概率是15．7%，因此綜合評估結(jié)果為High，績效良好。實際情況是該工程在建設過程中，在業(yè)主單位的主導下，一直嚴格按照BIM技術要求和安全管理規(guī)范控制施工安全。技術咨詢公司創(chuàng)建的BIM數(shù)據(jù)庫為業(yè)主、設計院和施工企業(yè)提供支撐項目安全管理所需的數(shù)據(jù)信息，項目組織利用BIM數(shù)據(jù)庫提供的協(xié)同工作為基礎，對工程的進展情況和各種安全問題及時掌握和溝通協(xié)調(diào)，有效的改善了項目組織的溝通和協(xié)調(diào)水平。設計單位利用BIM的三維技術在設計階段就進行了碰撞檢查，優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案，優(yōu)化工程設計，減少了在施工階段可能存在的安全隱患。施工單位通過BIM三維可視化功能再加上時間維度，在開工前和施工過程中不斷進行動態(tài)施工模擬，預測可能存在的問題，優(yōu)化機械的行進路線和人員活動的范圍，減少了安全事故發(fā)生的可能性。雖然在項目前期由于各參與方對BIM技術的理解與應用水平不齊，在基坑開挖過程中曾經(jīng)出現(xiàn)安全管理問題，但通過及時協(xié)調(diào)業(yè)主、設計和施工企業(yè)的技術合作以及BIM咨詢公司的持續(xù)改進和技術支持，這些問題都已順利解決，同時還也培養(yǎng)了一批專業(yè)技術人員。目前該項目已經(jīng)進入工程收尾階段，并即將組織工程驗收，在工程施工過程中沒有出現(xiàn)大的安全事故，貝葉斯網(wǎng)絡模型分析的結(jié)果與實際情況相比具有較好的符合性。
5結(jié)語
本文引入基于貝葉斯網(wǎng)絡的知識表達和不確定性推理，構(gòu)建了地鐵工程施工安全技術創(chuàng)新績效分析的貝葉斯網(wǎng)絡模型，并通過問卷調(diào)查數(shù)據(jù)的擬合得到了模型各節(jié)點的后驗概率分布，模型分析結(jié)果與案例工程實際具有較好的符合性，研究表明:
1)基于貝葉斯網(wǎng)絡的地鐵施工安全技術創(chuàng)新績效分析方法以網(wǎng)絡節(jié)點的概率來表達技術創(chuàng)新影響因素的不確定性，從而能夠非常直觀和明確地推導出地鐵施工安全技術創(chuàng)新績效的定量分析結(jié)果。該方法可以比較充分地利用專家的先驗知識和地鐵施工數(shù)據(jù)，能夠使推理在工程施工數(shù)據(jù)不完備的基礎上進行，具有良好的工程應用前景。
在國際范圍內(nèi)事實上對管線形變控制標準較少并且相關標準并不統(tǒng)一，一般是根據(jù)當前的工程標準進行編改所得到。筆者結(jié)合一些實際工程標準對管線形變標準進行了分析，具體如下:(1)柔性管道形變標準:若管線直徑為D則其最大豎向位移不得超過0．0005D。(2)煤氣管線形變標準:煤氣管線的沉降位移、水平位移以及變形位移不得超過1公分，而位移速率不得超過0．2公分/日。(3)供水管道形變標準。供水管道沉降位移、水平位移以及變形位移不得超過3公分，位移速率不得超過0．5公分/日。(4)水管接頭位移標準。柔性(承插式)接頭水管接頭間局部傾斜值小于0．25%，剛性(焊接)接頭水管接頭間局部傾斜值小于0．6%，剛性(焊接)煤氣管接頭間局部傾斜值小于0．2%，另外允許管線水平變形為0．6毫米/米，傾斜變形為1至2毫米/米。
2管線安全風險因素分析
管線安全風險因素主要包括了以下幾個方面:(1)管線本身影響。對于管線本身而言管線的承受荷載以及形變抵抗能力是維持管線能否正常工作的基本前提，另外管線的腐蝕情況、滲漏情況對管線的安全也會帶來一定程度的影響。(2)施工影響。施工管理是影響管線安全風險的主觀原因之一，在施工過程中必然會對管線周圍的土體平衡狀態(tài)產(chǎn)生破壞從而使得重力重新分布并造成沉降影響，這就會給管線帶來附加壓力讓其應力出現(xiàn)變化并造成附加形變。(3)土質(zhì)參數(shù)影響。由于管線都是以網(wǎng)絡形式存在，即便是在同一個區(qū)域內(nèi)的管線如果土質(zhì)層參數(shù)不同則對管線的影響也會產(chǎn)生一定的差異。在衡量安全風險的過程中主要以內(nèi)摩擦角、彈性模量以及粘聚力來作為評定標準。(4)相對位置。相對位置主要是指管線與地鐵的相對豎直距離以及相對水平距離，而管線變形情況與距離則表現(xiàn)為反比關系。
結(jié)合以上風險因素筆者總結(jié)出了以下安全風險等級評價:1級，管線沉降極小，煤氣管線沉降低于5毫米，供水管線沉降小于10毫米，排水管線沉降值小于20毫米;2級，管線沉降較小，煤氣管線沉降在5至8毫米之間，供水管線沉降在10至20毫米之間，排水管線沉降在20至30毫米之間;3級，管線沉降正常，煤氣管線沉降在8至10毫米之間，供水管線沉降在20至30毫米之間，排水管線沉降在30至40毫米之間。4級:管線沉降較大，煤氣管線沉降在10至20毫米之間，供水管線沉降在30至40毫米之間，排水管線沉降在40至50毫米之間;5級:管線沉降極大，煤氣管線沉降超過20毫米，供水管線沉降超過40毫米，排水管線沉降在超過50毫米。
3管線安全風險管理控制措施
當風險等級在1級、2級時管路基本處于安全狀態(tài)，只需要進行簡單的保護即可，對管路沉降進行監(jiān)控，另外在坑洞內(nèi)采取一般性保護措施來對管路進行保護。當風險等級達到3級時此時已經(jīng)較為危險，此時就需要在土體和隧道施工過程中采取針對性的保護，在施工過程中對施工參數(shù)進行有效的控制同時加強安全監(jiān)測并對土體進行加固。當風險等級達到4級時需要進行專業(yè)性保護，施工前將影響管線的荷載消除，并對管線采取支撐體來進行加固，可對周邊的松散土體進行注漿加固。風險等級為5級時除了上述的專項保護措施以外還需要制定出專項性的緊急預案，對管線荷載進行徹底清除，用注漿加固和鋼板隔離加固的方式來強化管線，特別需要對施工參數(shù)進行密切觀察，加強管線固定。（本文來自于《江西建材》雜志?！督鹘ú摹冯s志簡介詳見。）
4結(jié)語
（1）很多城市的地鐵工程均為緩解城市中心區(qū)交通壓力所建，因此城市地鐵工程多數(shù)均處于人口稠密的居民區(qū)或商業(yè)區(qū)，在施工過程中難免會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響與制約，甚至施工中的任何微小差錯和閃失都會對城市公共環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。具體說來，地鐵施工對城市所產(chǎn)生的不利影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①地鐵施工對公共環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，包括施工過程中可能會引起的地表下沉，對地下管道線路產(chǎn)生影響，對地鐵沿線毗鄰建筑物產(chǎn)生影響，及對已建成的地鐵線路的影響等。②地鐵施工可能會產(chǎn)生的安全問題，如施工引起的塌陷、涌水涌砂、機械事故、火災等。因此，加強地鐵施工過程中的安全質(zhì)量管理力度，是各項工作的重中之重。
（2）當前，各城市的地鐵建設正逐步向大規(guī)模、長工期方向發(fā)展，安全質(zhì)量管理難度也相應增加。尤其是在施工過程中，建設單位為盡早實現(xiàn)投入運營，使工期節(jié)點大大提前，安全質(zhì)量管理工作更加復雜。但越是如此，越不可掉以輕心，必須深入貫徹落實安全生產(chǎn)責任制，建立健全相應的安全質(zhì)量管理體系。
（3）由于地鐵建設規(guī)模的不斷拓展，行業(yè)主管部門往往對施工檢查力不從心，甚至流于形式，既沒有從整體施工設計、技術方案、安全措施等方面進行嚴謹嚴密的審查，也沒有組織有效的專項安全檢查，監(jiān)管范圍未進行明確劃分，存在嚴重的職責不清的現(xiàn)象。因此，必須抓好地鐵施工安全質(zhì)量管理工作，密切與行業(yè)主管部門之間的聯(lián)系，促進施工檢查的長效推進。
（4）地鐵施工一線作業(yè)人員大多為農(nóng)民工，他們文化程度偏低、缺乏安全與質(zhì)量意識，直接導致工程事故頻發(fā)和工程質(zhì)量下降，加之施工企業(yè)的安全質(zhì)量培訓普遍缺乏有效性和針對性，導致一線作業(yè)人員安全質(zhì)量意識差。必須在地鐵施工過程中融入安全質(zhì)量管理工作，推動一線作業(yè)人員主動保質(zhì)量保安全的意識，為建設精品地鐵項目夯實基礎。
2地鐵施工安全質(zhì)量管理工作的對策
2.1完善組織機構(gòu)，落實職責管理
在地鐵施工過程中，要有序地進行總體施工組織，針對制約工期的關鍵工程進行有效的控制，堅持基礎力量建設，不僅要建立健全的組織機構(gòu)、加強人員配備，而且要積極落實職責分工，及時開展技術指導及生產(chǎn)工作。為了發(fā)揮組織機構(gòu)及人員效能，必須在內(nèi)部形成“分工明確、責任清晰”的組織機構(gòu)。同時，進一步落實職責管理，明確領導班子的職責分工、各部門的職責范圍及每名員工的崗位職責，有效推進地鐵施工的順利開展。
2.2加強人員配備，完善管理制度
在深入分析承接地鐵項目實際需要的基礎上，要重視各類人才的引進，加強人力資源配置，科學選拔具備豐富地鐵施工經(jīng)驗、責任心強、年富力強、政治素質(zhì)過硬的精英入駐參與項目施工。同時，積極加強制度建設，從工作職責、工作程序、日常巡查、工程監(jiān)督、安全管理等方面建章立制，并在實踐中不斷加以完善，實現(xiàn)規(guī)范化和管理的有序性，關注執(zhí)行，嚴格落實，為地鐵項目的順利推進保駕護航。
2.3嚴控安全隱患，強化安全意識
安全是確保完成地鐵工程的前提和基礎，是必須常抓不懈的重點工作。在施工過程中，要加強施工管理，嚴格落實安全責任制，以培訓教育等方式強化各類人員的安全意識，促使全體員工逐步將“安全責任重于泰山”的理念內(nèi)化于心。同時，多措并舉嚴控安全隱患，做好安全防護管理。一方面，制定了完善的安全施工方案，加大安全生產(chǎn)檢查及隱患排查力度；另一方面，重視施工現(xiàn)場的標準化建設，嚴格落實安全生產(chǎn)工作職責，購置基本安全設施，并加強對機械設備的專業(yè)性安全檢查。
2.4加強學習培訓，提升管理水平
要進一步加強項目施工全方位培訓力度，激勵員工汲取國內(nèi)外優(yōu)秀地鐵項目建設經(jīng)驗，通過各類有效培訓不斷增強自身業(yè)務技能和素質(zhì)水平，以積極向上的工作態(tài)度和令人欽佩的工作能力投入到工作之中。同時，力爭在各項培訓的激勵下，促進全體人員嚴格根據(jù)技術細則進行施工，嚴格根據(jù)技術規(guī)范做好本職工作，為提升地鐵工程的質(zhì)量夯實基礎。
3結(jié)語
我國是世界上地下工程大國，國家對地下工程的建設也是相當?shù)闹匾?，在上個世紀末，我國已開始陸續(xù)開展關于地下工程安全風險的研究活動，一些專家學者也提出了很多地下結(jié)構(gòu)抗風險的設計理念，例如，同濟大學地下建筑與工程系教授、博導黃宏偉對地下工程安全風險工作作出了巨大的貢獻，2005年中國土木工程學會召開了中國第一次全國范圍的地下工程安全風險分析研討會，推動了地下工程安全風險研究的全面開展。總而言之，自上世紀末至今我國地鐵安全風險管理有了實質(zhì)性的進步，但從近幾年地下工程安全事故數(shù)據(jù)來看，仍存在著許多不足，與西方發(fā)達國家相比還存在一定的差距。
2地鐵工程建設安全管理存在的幾點問題
1）地鐵工程建設安全風險管理體制不完善。
在我國現(xiàn)行的一些城市軌道交通工程建設相關性法律文件，并沒有明確指向?qū)Φ罔F工程建安全風險的相關法律文件，這一塊仍存在很大的漏洞。例如，從近些年關于安全事故的評估中可以看出，對事故的發(fā)生只是做簡單的分析，沒有從多方面去分析事故發(fā)生的可能性，這種片面的評估實質(zhì)上是排除了一些存在的風險，然而，地下工程的建設過程中的安全風險是一個動態(tài)過程，很有可能由于某種原因?qū)е潞雎缘囊蛩厣墳橹饕?，導致事故發(fā)生造成巨大的損失。
2）安全風險責任機制不合理，缺乏先進的管理經(jīng)驗。
在我國的工程建設體系中主要有施工方、監(jiān)理方和業(yè)主三方面構(gòu)成，在我國目前的工程建設管理中，安全風險責任的主要承擔者是施工方，監(jiān)理和業(yè)主負責監(jiān)督存在較小一部分的責任。但在實際的地下工程的事故中，安全風險是由多方面引起的，并不是單一的是施工方的責任,同時，缺乏先進的管理理念，陳舊的管理機制已經(jīng)完全不能適應地鐵工程建設的發(fā)展。
3）缺乏專業(yè)性人才。
近年來，我國城市軌道交通得到了快速的發(fā)展，總量大、增長速度快，而技術支持和管理理念并沒有完全跟上，安全管理人才和評估監(jiān)理人才嚴重缺少，工程監(jiān)測市場比較復雜。在實際的地鐵工程建設中，安全監(jiān)測和評估監(jiān)理人員工作有著重要的地位，在地下工程的建設中，加強工程的監(jiān)測和安全評估，可以最大限度的規(guī)避安全風險，即使有風險存在，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決，減少損失。因此，加強地下工程人才隊伍的建設也是規(guī)避地鐵工程建設安全風險的重中之重。
3地鐵工程建設中安全風險管理實踐中存在問題的有效解決方法
1）加強地下工程安全風險管理的法律法規(guī)建設，完善體制。
國家相關部門應該建立具體詳細的關于地下工程建設安全風險的法律文件，具有一定的指向性和強制性。尤其是在工程建設中的安全風險評估體系，要全面而細致，同時還要建立專項的安全風險管理資金，確保在評估過程中安全風險因素得到準確合理的評估，從而從客觀上去規(guī)避和減少事故的發(fā)生。
2）建立完善的工程安全責任機制，學習和引進西方先進的管理理念。
地鐵工程建設的風險因素是存在多方面的，而且還處于不斷的變化之中，要改變我國建筑工程合同制將責任完全歸結(jié)于施工方的局面，要將責任合理的分配到相關的各個部門，形成高效的安全管理責任機制。同時，還要不斷的去學習和借鑒西方先進的管理理念和管理制度，再結(jié)合我國的地下發(fā)展的情況，形成一套獨特的管理方式。
3）加強地鐵工程人才隊伍的建設。
首先，國家應該重視地鐵工程人才的培養(yǎng)，加大培養(yǎng)資金的投入，建立與高校合作的機制，鼓勵創(chuàng)新；其次，建立嚴明的獎懲制度和考核制度，同時提高地下工程部門人員的薪資，對地下工程相關部門進行嚴格的管理，每年進行知識技能考核，對表現(xiàn)優(yōu)秀的予以一定的精神物質(zhì)獎勵，對知識技能不過關的予以淘汰；最后，引進西方優(yōu)秀的管理人才和技術人才，定期到高校和相關工作部門進行講座，同時建立專項資金，鼓勵學生和員工學習。
4結(jié)語
