宗秋雷 楊楊 張雨果 毛思晴 何華剛

(1.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 成都 610000； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 武漢 430074)

0 引言

近年來(lái)我國(guó)地鐵工程建設(shè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)，截止2019年1月，中國(guó)大陸軌道總運(yùn)營(yíng)距離為5 027.36 km[1]。然而隨著工程建設(shè)的發(fā)展，地鐵施工安全事故也呈上升趨勢(shì)。其中，盾構(gòu)吊裝作業(yè)作為施工過(guò)程中不可回避的施工難題之一，存在作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、交叉作業(yè)多、作業(yè)盲區(qū)多的特點(diǎn)，致使盾構(gòu)吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高，一旦發(fā)生事故必將造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而B(niǎo)IM技術(shù)具有可視性好、模擬性強(qiáng)、共享性高的特點(diǎn)，通過(guò)三維建模進(jìn)行施工模擬和建筑構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以預(yù)先獲得吊裝作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)信息，完成基于BIM平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)先評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控目標(biāo)。

1 盾構(gòu)吊裝風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)，為全面辨識(shí)盾構(gòu)吊裝作業(yè)中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，本文采用WBS-RBS風(fēng)險(xiǎn)耦合矩陣方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。WBS(Work Breakdown Structure)是指工作分解結(jié)構(gòu)，RBS(Risk Breakdown Structure)是指風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)，將二者交叉構(gòu)建形成耦合矩陣，能夠?qū)γ宽?xiàng)作業(yè)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行一一辨識(shí)[2]，風(fēng)險(xiǎn)耦合矩陣如圖1所示。

圖1中將盾構(gòu)吊裝作業(yè)進(jìn)行工序拆分，共拆分得出包括端頭加固、拖車(chē)吊裝等20道工序。同時(shí)，將盾構(gòu)吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)劃分為設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以作業(yè)工序?yàn)樾?，風(fēng)險(xiǎn)為列，形成矩陣。矩陣中的“1”表示該作業(yè)與該風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)相關(guān)性，“0”表示呈現(xiàn)弱相關(guān)或無(wú)關(guān)，如第一行第一列表示端頭加固存在環(huán)境地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 耦合矩陣

2 盾構(gòu)吊裝風(fēng)險(xiǎn)清單

基于WBS-RBS的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法給出了盾構(gòu)吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)清單的總綱，為進(jìn)一步細(xì)化作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)清單，本文對(duì)近年來(lái)我國(guó)發(fā)生的246起地鐵施工事故進(jìn)行事故類(lèi)型分析，如表1所示，同時(shí)對(duì)上述事故中與盾構(gòu)吊裝作業(yè)有關(guān)的事故調(diào)查報(bào)告進(jìn)行分析，在總體地鐵安全事故的背景下提煉吊裝安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素。

表1 事故類(lèi)型

表1表明地鐵安全事故類(lèi)型近一半為坍塌，其次為高處墜落、物體打擊等。因此在吊裝作業(yè)中需要著重關(guān)注吊車(chē)傾覆以及基坑結(jié)構(gòu)破壞等風(fēng)險(xiǎn)因素。在事故類(lèi)型分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)事故調(diào)查報(bào)告進(jìn)行調(diào)研得出吊裝作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)清單如表2所示。

表2 盾構(gòu)吊裝典型風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)事故調(diào)查報(bào)告調(diào)研分析，在W11—W15中選中部分典型風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行清單展示，結(jié)果顯示吊裝作業(yè)中典型的坍塌、高處墜物等事故與地鐵施工事故類(lèi)型統(tǒng)計(jì)較為符合。

3 基于BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為便于對(duì)吊裝作業(yè)中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行高效防控，需要對(duì)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估并分級(jí)，以便于采取有的放矢的防控策略。本文采用改進(jìn)LEC方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估。如下式所示：

D=L×E×C×R

式中，D為作業(yè)過(guò)程對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)值；L為事故發(fā)生的可能性分值；E為在危險(xiǎn)環(huán)境中暴露的頻繁程度分值；C為可能發(fā)生的事故嚴(yán)重程度的分值；R為修正系數(shù)，與工程項(xiàng)目規(guī)模、現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)程度以及風(fēng)險(xiǎn)承受相關(guān)。

在確定風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方式之后，進(jìn)行基于BIM平臺(tái)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，即在三維模型構(gòu)建完畢后，對(duì)每項(xiàng)作業(yè)活動(dòng)對(duì)象進(jìn)行L、E、C、R的參數(shù)設(shè)計(jì)，使得項(xiàng)目管理人員能夠?qū)ψ鳂I(yè)對(duì)象進(jìn)行參數(shù)賦值，作業(yè)對(duì)象在BIM平臺(tái)中具有與風(fēng)險(xiǎn)因素相關(guān)的類(lèi)型參數(shù)，如表3所示。

表3 刀盤(pán)參數(shù)化設(shè)計(jì)

表3中以刀盤(pán)構(gòu)件為例進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)，當(dāng)項(xiàng)目管理人員根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)評(píng)估之后，刀盤(pán)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值信息自動(dòng)生成，實(shí)現(xiàn)BIM平臺(tái)上的風(fēng)險(xiǎn)信息集成，在信息錄入之后可利用BIM明細(xì)表功能生成施工場(chǎng)地內(nèi)所有風(fēng)險(xiǎn)信息明細(xì)表，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)信息的明細(xì)化管理。圖中分值依據(jù)參照現(xiàn)有LEC評(píng)價(jià)法研究[3]。

4 基于BIM平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控

在完成盾構(gòu)吊裝作業(yè)分析、風(fēng)險(xiǎn)清單辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作后，為有效預(yù)防吊裝作業(yè)中的潛在重大風(fēng)險(xiǎn)，將構(gòu)建的三維模型導(dǎo)入Navisworks中，建立BIM 4D模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊裝作業(yè)全過(guò)程的施工模擬[4]。同時(shí)，針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，對(duì)各項(xiàng)作業(yè)可能導(dǎo)致的事故做出預(yù)先防控措施，以文本文檔、圖片、視頻等信息形式，借助BIM中的外部鏈接功能實(shí)現(xiàn)吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)與BIM平臺(tái)的結(jié)合，如圖2所示。

圖2 BIM 4D風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控平臺(tái)

圖中以刀盤(pán)為例，左側(cè)為盾構(gòu)機(jī)三維模型，右側(cè)包括外部鏈接下的刀盤(pán)實(shí)圖、風(fēng)險(xiǎn)控制措施信息以及Navisworks中構(gòu)建的吊裝作業(yè)時(shí)間序列，上述模塊共同構(gòu)成了BIM 4D風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控平臺(tái)。結(jié)果顯示，該平臺(tái)在施工模擬模塊驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了吊裝全過(guò)程模擬，在模擬過(guò)程中通過(guò)外部鏈接模塊實(shí)現(xiàn)了施工工藝、盾構(gòu)體實(shí)圖以及風(fēng)險(xiǎn)信息的查閱，據(jù)此能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)控制方案的不足，完善相應(yīng)控制手段，實(shí)現(xiàn)BIM平臺(tái)上的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)先控制目標(biāo)。

5 結(jié)論

(1)運(yùn)用WBS-RBS風(fēng)險(xiǎn)耦合矩陣法對(duì)盾構(gòu)吊裝的風(fēng)險(xiǎn)清單進(jìn)行了系統(tǒng)的辨識(shí)，同時(shí)對(duì)地鐵施工事故案例與調(diào)查報(bào)告進(jìn)行分析，細(xì)化了盾構(gòu)吊裝風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)清單，為基于BIM平臺(tái)的吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

(2)利用BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)完成了對(duì)三維模型的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息集成，同時(shí)搭建BIM 4D平臺(tái)完成了對(duì)盾構(gòu)吊裝作業(yè)的施工模擬，通過(guò)預(yù)先演練相應(yīng)的施工流程，優(yōu)化盾構(gòu)吊裝施工組織及流程，完善現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)防控方案存在的缺陷與不足，完成對(duì)吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)先防控，為做好信息化風(fēng)險(xiǎn)防控指明了方向。