蒙國往 黃勁松 吳 波,4,5 歐 強

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，530004，南寧；2.廣西大學(xué)工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點試驗室， 530004，南寧；3.湖南大學(xué)巖土工程研究所，410082，長沙；4.東華理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，330013，南昌；5.廣州城建職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院， 510925，廣州∥第一作者，講師)

0 引言

城市軌道交通的發(fā)展十分迅猛，截至2018年底，中國內(nèi)地已有35個城市運營城市軌道交通線路，總長為5 766.6 km[1]。但在城市軌道交通建設(shè)過程中，由于建設(shè)工程的不可預(yù)見性和復(fù)雜性，時常會發(fā)生風(fēng)險事故。如2018年佛山地鐵盾構(gòu)區(qū)間路面坍塌事件,以及2019年廣州地鐵路面塌陷事件等。據(jù)不完全統(tǒng)計，地鐵車站基坑安全事故大部分發(fā)生在施工階段[2]，故為了有效降低施工風(fēng)險，減少各類安全事故發(fā)生，在施工前對施工風(fēng)險進(jìn)行準(zhǔn)確而全面的識別和科學(xué)的評估以及在施工過程中對風(fēng)險進(jìn)行實時動態(tài)管控是十分有必要的。未來在5G(第5代移動通信技術(shù))網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)云、計算技術(shù)的引領(lǐng)下，建設(shè)風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)是必然的趨勢。

文獻(xiàn)[3]基于互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)了利用多源信息的混合數(shù)據(jù)融合模型來模仿專家對風(fēng)險事件進(jìn)行評估和預(yù)警的系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于武漢、沈陽的地鐵建設(shè)項目中。文獻(xiàn)[4]利用自動化監(jiān)測設(shè)備將施工過程中現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和4D(四維)模型進(jìn)行對比分析，建立了一個可視化實時查看施工安全狀態(tài)的模型。文獻(xiàn)[5]構(gòu)建了一個基于案例分析數(shù)據(jù)庫，能自動生成實時安全指標(biāo)，用于支持風(fēng)險決策的安全管理系統(tǒng)。文獻(xiàn)[6]利用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)建立隧道施工風(fēng)險評估的云模型，并成功運用于老虎山隧道ZK3+208—ZK3+300區(qū)間風(fēng)險評估。文獻(xiàn)[7]應(yīng)用模糊熵理論，建立了盾構(gòu)隧道施工安全風(fēng)險綜合指標(biāo)體系，并利用各種因素之間的耦合度開發(fā)了安全風(fēng)險系統(tǒng)。文獻(xiàn) [8]引入BIM(建筑信息模型)技術(shù)，建立基于風(fēng)險事件庫的風(fēng)險識別系統(tǒng)，可自動識別風(fēng)險事件，有效提高風(fēng)險識別效率。上述構(gòu)建的系統(tǒng)或模型，都是針對單一的實用功能進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，而一個完整的系統(tǒng)的科學(xué)的風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)應(yīng)包含從風(fēng)險評估到風(fēng)險管控再到風(fēng)險知識管理的全過程。

圖1 風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)內(nèi)容三維圖Fig.1 3D diagram of risk management information system

目前，尚未有一款功能完善的風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)，許多僅是單個功能的實現(xiàn)應(yīng)用，未能對施工風(fēng)險進(jìn)行有效管控。許多大型的施工企業(yè)或建設(shè)單位等都仍處于信息化系統(tǒng)的探索開發(fā)中。如北京安捷工程咨詢有限公司或上海同是工程科技有限公式等國內(nèi)知名工程風(fēng)險咨詢企業(yè)所研發(fā)的風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)，雖已在國內(nèi)多地城市軌道交通中應(yīng)用，但實際使用效果和功能完備程度均難以讓人滿意。本文基于GB 50652—2011《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》(以下簡為“《規(guī)范》”)，介紹自身團(tuán)隊開發(fā)的風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)(包含靜態(tài)風(fēng)險評估、動態(tài)風(fēng)險管控和風(fēng)險知識管理3大板塊)。風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)內(nèi)容如圖1所示。本文從理論支撐、功能模塊和實現(xiàn)流程等三方面進(jìn)行分析，旨在構(gòu)建一個功能完整且便于使用的風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)，為從事施工安全風(fēng)險管理的工作者提供一些新的想法和思路，為城市軌道交通建設(shè)施工安全保駕護(hù)航。

1 靜態(tài)風(fēng)險評估

1.1 風(fēng)險辨識方法

在進(jìn)行風(fēng)險辨識前需先進(jìn)行風(fēng)險界定。風(fēng)險界定最主要的內(nèi)容是確定建設(shè)工程需要劃分為多少個分部分項工程，采用WBS-RBS法[9]將兩項工作簡化成一個流程：首先，建立分部分項工作的分解結(jié)構(gòu)，如圖2所示；其次，建立風(fēng)險事件庫，即每道施工工序可能存在的所有潛在風(fēng)險事件，參考大量工程實例與文獻(xiàn)，總結(jié)出風(fēng)險事件應(yīng)分成施工風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險、自然風(fēng)險和地質(zhì)風(fēng)險共4類，如圖3所示；再次，在選擇分部分項工程的同時，系統(tǒng)自動匹配相關(guān)的風(fēng)險事件；最后，形成耦合矩陣，生成風(fēng)險事件清單。一般在風(fēng)險辨識中還有專家調(diào)查法、核查表法等常用的方法，但在信息化系統(tǒng)中，WBS-RBS法是最有效、最便捷的實現(xiàn)風(fēng)險辨識的方法，因此推薦使用WBS-RBS法。

圖2 工作分解結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Work breakdown structure diagram

圖3 風(fēng)險事件庫結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 The risk event database structure diagram

1.2 設(shè)置專家權(quán)重指標(biāo)

在風(fēng)險評估中，最有效且便捷的方法就是應(yīng)用專家豐富的個人施工經(jīng)驗對施工風(fēng)險進(jìn)行定量打分評估。然而，因每位專家各自的現(xiàn)場經(jīng)驗、專業(yè)水平不同，對同一風(fēng)險事件的評估有可能會存在較大偏差，從而影響最終評估結(jié)果，因此必須對各位評估專家進(jìn)行權(quán)重分配。在風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)中可設(shè)置專家權(quán)重指標(biāo)。本文團(tuán)隊開發(fā)的風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)從5個指標(biāo)確定專家權(quán)重，具體如表1所示。指標(biāo)內(nèi)容由專家填寫，系統(tǒng)可通過專家填寫信息自動歸一化計算專家權(quán)重，并收集專家信息形成專家數(shù)據(jù)庫。

表1 專家權(quán)重指標(biāo)表Tab.1 Expert weighting index

1.3 風(fēng)險估計算法

在風(fēng)險估計算法中，首先需明確風(fēng)險事件(如隧道及地下工程風(fēng)險R)是風(fēng)險發(fā)生概率P與風(fēng)險發(fā)生損失嚴(yán)重程度C的不利組合[10]，即R=PC。算法主要涉及層次分析法和模糊綜合評價法，具體步驟如下：① 利用層次分析法確定每個風(fēng)險事件權(quán)重[11]；② 根據(jù)《規(guī)范》分別建立風(fēng)險發(fā)生概率和風(fēng)險發(fā)生損失嚴(yán)重程度的評語集和對應(yīng)賦值，如表2所示；③ 專家在系統(tǒng)中對每個風(fēng)險事件進(jìn)行模糊評價，系統(tǒng)根據(jù)模糊評價法的權(quán)重進(jìn)行對應(yīng)的賦分。

表2 評語集及賦值表Tab.2 Rubric set and assignment

1.4 風(fēng)險等級

根據(jù)打分結(jié)果，下一步則是判斷每個風(fēng)險事件的風(fēng)險等級。判定規(guī)則采用模糊推理理論[12]確定，具體流程如圖4所示。首先，建立P、C、R三者的隸屬度函數(shù)，本系統(tǒng)采用最常用的三角模糊數(shù)函數(shù)，因為隸屬函數(shù)的確立帶有主觀性，也可以采用梯形模糊數(shù)或者其他認(rèn)為合理的隸屬函數(shù)；然后，確立模糊規(guī)則，本系統(tǒng)模糊規(guī)則參照《規(guī)范》中的風(fēng)險耦合矩陣建立共25條規(guī)則；最后，輸入P、C的打分結(jié)果，系統(tǒng)根據(jù)模糊推理規(guī)則判定風(fēng)險事件等級。

圖4 模糊推理流程圖Fig.4 Fuzzy reasoning flow chart

2 動態(tài)風(fēng)險管控

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM(建筑信息模型)技術(shù)具備數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化施工的優(yōu)點，但目前我國BIM發(fā)展最大的障礙是沒有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)去實現(xiàn)數(shù)字模型的統(tǒng)一化，所以目前都還在探索研究BIM真正的應(yīng)用方法和應(yīng)用范圍。在風(fēng)險動態(tài)管控過程中，由于施工進(jìn)度的推進(jìn)，風(fēng)險是處于不斷地變化的，此時，要判斷施工風(fēng)險的大小做出風(fēng)險決策就必須結(jié)合現(xiàn)場工況。因此，本系統(tǒng)利用BIM實現(xiàn)2個功能點：① 利用BIM和3D激光掃描建模技術(shù)進(jìn)行模型對比融合，在系統(tǒng)上實時展現(xiàn)現(xiàn)場工況，如圖5所示；② 在BIM中嵌入監(jiān)測點數(shù)據(jù)，并加入數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)達(dá)到監(jiān)測數(shù)據(jù)在模型中呈現(xiàn)的效果，不僅可極大地提高查看監(jiān)測數(shù)據(jù)的效率而且能很好地支持風(fēng)險決策。

圖5 BIM現(xiàn)場工況圖Fig.5 BIM site working diagram

2.2 自動化監(jiān)測

近些年，自動化監(jiān)測技術(shù)在城市軌道交通中開始廣泛應(yīng)用，在天津、杭州等地的地鐵建設(shè)中都有應(yīng)用，尤其在盾構(gòu)隧道工程中也成熟應(yīng)用，但在地鐵深基坑中的功能應(yīng)用還不完善。主要體現(xiàn)在：① 數(shù)據(jù)對接接口不統(tǒng)一，廠家不同自動化監(jiān)測設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)也不同；② 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式不規(guī)范，多以單個二維圖形呈現(xiàn)為主。因此，本風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)對地鐵深基坑工程對監(jiān)測數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化處理，以三維圖形呈現(xiàn)多個監(jiān)測點數(shù)據(jù)，如圖(6)、圖(7)所示(圖中僅展示了樁體水平位移及支撐軸力，其他監(jiān)測指標(biāo)如地表沉降、坑底隆起等均可參照得到)；并可與自動化監(jiān)測設(shè)備廠家合作，數(shù)據(jù)接口與系統(tǒng)接口無縫對接，可實時展示監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖6 樁體水平位移三維示意圖Fig.6 3D diagram of horizontal displacement of pile

圖7 支撐軸力三維示意圖Fig.7 3D diagram of axial force

2.3 智能化預(yù)警

預(yù)警主要指監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)警，它由監(jiān)測控制值決定的，難點在于控制值大小的設(shè)置。由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件不同，會導(dǎo)致控制值也不同。而目前自動化監(jiān)測設(shè)備都是基于國家規(guī)范設(shè)置統(tǒng)一的控制值，并未根據(jù)不同地區(qū)因地制宜來動態(tài)調(diào)整監(jiān)測控制值，導(dǎo)致很多時候預(yù)警情況不明確，阻礙風(fēng)險決策。而在風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)中可參考基于文獻(xiàn)[13]對隧道圍巖位移預(yù)測的方法，采用ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的方法，建立三層神經(jīng)元模型，應(yīng)用BP(誤差反向傳播)算法，選取Sigmoid函數(shù)作為激勵函數(shù)，以當(dāng)?shù)赝惞こ瘫O(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)作為樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)預(yù)測控制值，以達(dá)到動態(tài)調(diào)整控制值，實現(xiàn)智能化預(yù)警的效果。BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)流程如圖8所示。

圖8 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)流程圖Fig.8 BP artificial neural network learning flow chart

2.4 隱患排查治理

早在2015年鐵路工程就開始推進(jìn)風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)的建設(shè)，到2016年國家提出風(fēng)險分級管控和隱患排查治理雙重預(yù)防機制的要求。此后，各地城市軌道交通建設(shè)單位才陸續(xù)建立隱患排查治理體系。該體系建立需解決兩個重點問題：① 隱患分類分級；② 建立責(zé)任排查治理。第一個重點問題，可基于2012年7月中國建筑工業(yè)出版社出版的《城市軌道交通工程質(zhì)量安全檢查指南》(以下簡為《檢查指南》)，參考對地鐵質(zhì)量安全隱患排查機制的研究，將安全隱患分為22個大類，質(zhì)量隱患分為18個大類，因各地施工方法、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等不同，需根據(jù)自身情況進(jìn)行具體的分類，也可借鑒《檢查指南》中的詳細(xì)分類；而隱患分級則基本都分為4個等級(Ⅰ級-Ⅳ級)。第二個重點問題，根據(jù)響應(yīng)機制的設(shè)計，隱患等級不同，響應(yīng)的單位不同，響應(yīng)的職位人員也不同，而如何設(shè)計這一響應(yīng)機制，寧波地鐵對此做了深入研究，并制定響應(yīng)方案，在實際應(yīng)用中取得不錯的效果[14]。施工單位I級隱患響應(yīng)流程，如圖9所示。

圖9 施工單位I級隱患響應(yīng)流程圖Fig.9 The first level hidden response flow chart

2.5 應(yīng)急管理

2014年12月新修訂的《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》明確規(guī)定：生產(chǎn)經(jīng)營單位對危險源應(yīng)當(dāng)?shù)怯浗n，并進(jìn)行定期檢測、評估和監(jiān)控；制定應(yīng)急預(yù)案；告知從業(yè)人員和相關(guān)人員在緊急情況下應(yīng)當(dāng)采取的應(yīng)急措施等。但在城市軌道交通建設(shè)中風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)建設(shè)中一直是薄弱環(huán)節(jié)，相關(guān)的規(guī)范和研究也較少，尚未制定統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)。本研究認(rèn)為應(yīng)急管理功能模塊應(yīng)具備以下四點功能：① 應(yīng)急物資設(shè)備儲備統(tǒng)計，即每個施工單位在施工現(xiàn)場所配備的應(yīng)急物資情況，在信息化系統(tǒng)中定時上報統(tǒng)計結(jié)果，并由專人進(jìn)行督查整改；② 應(yīng)有明確的應(yīng)急流程，即現(xiàn)場發(fā)生任何等級的風(fēng)險事故均可在信息化平臺上查看應(yīng)對措施和流程，避免在發(fā)生事故時出現(xiàn)不知所措的情況，浪費應(yīng)急搶險的寶貴時間；③ 應(yīng)具備完整的應(yīng)急通訊錄，并定時更新添加到應(yīng)急流程中，包括政府建設(shè)管理部門、市級搶險單位、市級就近醫(yī)院等相關(guān)聯(lián)系信息；④ 應(yīng)設(shè)置應(yīng)急演練考核制度，由建設(shè)單位和施工單位定期組織展開現(xiàn)場施工應(yīng)急演練，邀請相關(guān)專家進(jìn)行評分考核，并記錄于信息化系統(tǒng)中形成應(yīng)急演練案例供各參建單位學(xué)習(xí)借鑒。風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)管控流程及包含的功能模塊如圖10所示。

圖10 信息化系統(tǒng)管控流程圖Fig.10 Information system control flow chart

3 風(fēng)險知識管理

3.1 風(fēng)險知識培訓(xùn)

在城市軌道交通建設(shè)過程中，70%～80%的風(fēng)險事故起因都是由于人的不安全行為導(dǎo)致的[15]。因此可見，領(lǐng)導(dǎo)者的管理水平和施工人員的安全意識在風(fēng)險管控過程中顯得尤為重要。文獻(xiàn)[16]中指出，目前我國城市軌道交通施工管理人員普遍存在知識缺乏、經(jīng)驗不足的情況。在風(fēng)險管理過程中需要管理人員根據(jù)現(xiàn)場狀況、歷史經(jīng)驗、知識推理最終做出風(fēng)險判斷與決策，這過程中要求管理人員具備相應(yīng)的包括管理、技術(shù)、經(jīng)濟等學(xué)科的綜合知識才能做出正確的風(fēng)險決策。故風(fēng)險知識管理也是信息化系統(tǒng)中重要的一環(huán)，系統(tǒng)中應(yīng)定期對各參建單位管理人員與施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，并施行考核制度，以提高學(xué)習(xí)風(fēng)險知識的積極性和主動性。

3.2 案例推送

系統(tǒng)還應(yīng)向APP(應(yīng)用程序)客戶端定期更新推送國內(nèi)外發(fā)生的城市軌道交通建設(shè)風(fēng)險事故，包括事故經(jīng)過、事故傷亡、事故救援、事故處置、事故原因調(diào)查等相關(guān)內(nèi)容，給管理人員起到警示和學(xué)習(xí)的作用。并可設(shè)置專家線上交流討論區(qū)，對于案例有疑惑的或者對正在施工的工程項目有技術(shù)難題的都可給專家留言咨詢，以充分利用專家資源，更好地幫助管理人員完成風(fēng)險決策。

4 結(jié)語

本文主要結(jié)合自身團(tuán)隊開發(fā)的信息化系統(tǒng)全面分析了一個完整的城市軌道交通建設(shè)安全風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)應(yīng)如何實現(xiàn)開發(fā)應(yīng)用，同時梳理風(fēng)險管理工作內(nèi)容，具體體現(xiàn)在以下幾點：

1) 明確了風(fēng)險管理信息化系統(tǒng)由三大部分組成，分別為靜態(tài)風(fēng)險評估、動態(tài)風(fēng)險管控、風(fēng)險知識管理。

2) 提供了幾種用于實現(xiàn)信息化系統(tǒng)開發(fā)的理論方法，如層次分析法、模糊綜合評價法、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。

3) 說明了信息化系統(tǒng)開發(fā)所需的技術(shù)設(shè)備以及如何利用這些技術(shù)設(shè)備提升信息化系統(tǒng)的應(yīng)用性和實用性，如BIM技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、自動化監(jiān)測設(shè)備等，可根據(jù)各自不同技術(shù)特點制定對應(yīng)實現(xiàn)方案。