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1.內(nèi)容提要 地鐵施工因具有作業(yè)流動性大、地下作業(yè)多、施工周期長、勞動強(qiáng)度大等特點，經(jīng)常會出現(xiàn)坍塌、物體打擊、高處墜落等安全事故。傳統(tǒng)安全管理雖然也強(qiáng)調(diào)超前管理、標(biāo)本兼治，但仍存在對風(fēng)險辨識不細(xì)致、風(fēng)險控制措施不到位等問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，面對大量的地鐵施工安全管理內(nèi)容，僅依賴經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員進(jìn)行安全風(fēng)險分析，已無法滿足工作需要，傳統(tǒng)的安全風(fēng)險管理方式亟須改進(jìn)和提高。本書主動將信息技術(shù)全面引入安全風(fēng)險識別過程，將規(guī)范中的風(fēng)險識別知識結(jié)構(gòu)化，針對具體工程的施工信息，通過計算機(jī)自動識別風(fēng)險狀況；針對地鐵坍塌事故的可監(jiān)測前兆信息，建立地鐵施工坍塌事故預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)警功能，為預(yù)防地鐵施工安全事故奠定良好的理論基礎(chǔ)。在地鐵實際施工過程中，根據(jù)該系統(tǒng)自動識別、預(yù)警的結(jié)果，可采取積極的措施來預(yù)防地鐵施工安全事故的發(fā)生，最大限度地保證地鐵施工安全。 本書可供地鐵施工安全風(fēng)險相關(guān)研究人員和地鐵施工從業(yè)人員參考使用。 2.前言 隨著人口的不斷增長，城市化進(jìn)程的不斷加快，大量人流涌入大城市，導(dǎo)致了大城市交通壓力不斷加大?！跋扌小⒎至?、高架、立交”等措施已經(jīng)不能滿足日益增長的人流需求。為了解決城市交通堵塞問題，倫敦于1863年開通了世界上首條地下鐵路系統(tǒng)——倫敦大都會鐵路。1969年北京開通了我國第一條地鐵線路。雖然地鐵在我國起步較晚，但由于交通擁堵問題和城市人口不斷增加，地鐵在我國取得了快速發(fā)展，成為緩解城市交通壓力的重要方法和途徑。 中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的《城市軌道交通2016年度統(tǒng)計和分析報告》指出，截至2016年年底，中國大陸地區(qū)共30個城市開通運營城市軌道交通，共計133條線路，運營線路總長度達(dá)4152.8公里。其中，地鐵3168.7公里，占76.3％；其他制式城軌交通運營線路長度984.1公里，占23.7％。截至2016年年底，共有58個城市的城軌線網(wǎng)規(guī)劃獲批（含地方政府批復(fù)的14個城市），規(guī)劃線路總長達(dá)7305.3公里。在建、規(guī)劃線路規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，投資額持續(xù)增長，建設(shè)速度穩(wěn)健提升。地鐵的興建和開通，不僅提高了土地利用率，也節(jié)省了土地資源，緩解了中心城市交通密度，同時讓人車分流，疏導(dǎo)了交通，增加了城市綠地，擴(kuò)充了基礎(chǔ)設(shè)施容量，減少了污染，保持了城市歷史文化景觀，保護(hù)了城市生態(tài)環(huán)境。 雖然我國城市地鐵建設(shè)取得了巨大的成就，但因地鐵施工作業(yè)流動性大、地下作業(yè)多、施工周期長、勞動強(qiáng)度大等特點，經(jīng)常會出現(xiàn)坍塌、水害、火災(zāi)、機(jī)械傷害、物體打擊、爆炸、中毒、觸電、高處墜落等施工安全事故。如2008年11月15日，杭州地鐵湘湖站工地發(fā)生坍塌事故，導(dǎo)致21人死亡，24人受傷，這起事故成為中國地鐵建設(shè)歷史上最為慘重的一次事故；2009年1月11日，上海地鐵11號線曹楊路站工地，施工電器線路短路導(dǎo)致火災(zāi)，造成1人死亡，數(shù)人受傷；2009年5月16日，廣州地鐵3號線北延段9標(biāo)段工地，發(fā)生中毒事故，導(dǎo)致3名施工人員死亡；2010年9月7日，深圳地鐵4號線騰龍路紅山站，工人因雨天不慎觸電，導(dǎo)致1人死亡；2011年4月4日，深圳地鐵5號線上水徑站，幾名工人在將一臺機(jī)器搬出地鐵隧道時，發(fā)生物體打擊事故，導(dǎo)致1人死亡，4人受傷；2013年5月6日，西安地鐵3號線通化門至胡家廟區(qū)間，左北隧道開挖作業(yè)面突然出現(xiàn)暗挖隧道頂部塌方，導(dǎo)致5人死亡，1人受傷。 地鐵施工安全事故對人民生命健康安全、社會經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境產(chǎn)生重大危害，導(dǎo)致了人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境破壞等重大問題。國內(nèi)外的研究人員和從業(yè)人員一直都在研究如何降低施工安全風(fēng)險，減少施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生。經(jīng)過長期的安全管理研究及實踐發(fā)現(xiàn)，安全風(fēng)險識別與預(yù)警是安全管理的重要環(huán)節(jié)，其目的就在于尋找工程的薄弱環(huán)節(jié)并建立有效措施，以避免將來的安全事故。傳統(tǒng)安全風(fēng)險管理雖然也強(qiáng)調(diào)超前管理、標(biāo)本兼治，但仍存在對風(fēng)險辨識不細(xì)致、風(fēng)險控制措施不到位等問題；同時，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，面對大量的地鐵施工安全管理內(nèi)容，僅依賴經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員進(jìn)行安全風(fēng)險分析，已無法滿足工作需要，傳統(tǒng)的安全風(fēng)險管理方式急需改進(jìn)和提高。主動地將信息技術(shù)全面引入安全風(fēng)險識別與預(yù)警過程，將專家經(jīng)驗、規(guī)范中的安全風(fēng)險知識及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，針對具體工程施工信息的輸入，運用計算機(jī)軟件自動識別安全風(fēng)險并進(jìn)行現(xiàn)場預(yù)警，實現(xiàn)風(fēng)險管理的信息化與自動化，應(yīng)是解決這一問題的新思路。 基于這些關(guān)鍵問題，本書將現(xiàn)有研究視角拓展和引申到地鐵施工安全風(fēng)險的前兆信息，提出從人—機(jī)—環(huán)境的角度分析前兆信息的方法，并確定以施工活動、工作任務(wù)、前兆信息為主體的地鐵施工安全風(fēng)險影響因素。從標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中獲取風(fēng)險識別規(guī)則，基于規(guī)則推理方法設(shè)計風(fēng)險自動識別推理機(jī)制和算法，實現(xiàn)施工安全風(fēng)險的自動識別；針對地鐵坍塌事故的可監(jiān)測前兆信息，研究施工安全狀態(tài)及預(yù)警等級，建立地鐵施工坍塌事故預(yù)警系統(tǒng)，完成預(yù)警系統(tǒng)的總體設(shè)計、模塊設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計，實現(xiàn)基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)警功能，為預(yù)防地鐵施工安全事故奠定良好的理論基礎(chǔ)。安全風(fēng)險的自動識別與預(yù)警，一方面有利于優(yōu)化設(shè)計階段的安全管理，提醒安全管理部門盡早部署預(yù)防措施；另一方面可以提高施工階段安全管理的水平，提醒安全管理部門對風(fēng)險所在區(qū)域盡快采取有效措施。因此，從前兆信息出發(fā)，開展安全風(fēng)險自動識別與預(yù)警方法的研究，對保障地鐵施工現(xiàn)場的安全，具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用價值。 本書是在課題組的研究成果上進(jìn)一步完善而來的，碩士研究生焦海霞、闞潔在本書的完成過程中做了大量的研究工作，李啟明教授、張星教授在本書的完成過程中一直給予關(guān)心并提供了重要的指導(dǎo)，在此一并表示深深的謝意！ 在本書的寫作過程中，參考了許多國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者的論文和著作，已在參考文獻(xiàn)中列出，在此向他們表示感謝！對于可能遺漏的文獻(xiàn)，在此也向作者表示歉意。 對地鐵施工安全風(fēng)險自動識別與預(yù)警研究是安全信息化的重要內(nèi)容，如果廣大學(xué)者和地鐵施工安全工作者能在本書中得到啟發(fā)，作者不勝榮幸。同時書中難免有錯漏之處，敬請各位讀者批評指正，不勝感激！ 陸瑩 2017年5月于東南大學(xué) 3.目錄 1基于前兆信息的地鐵施工安全風(fēng)險分析1 1.1地鐵施工活動分析1 1.1.1工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）方法概述1 1.1.2基于WBS的地鐵施工活動分解1 1.1.3基于WBS地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)法施工分解4 1.2地鐵施工安全風(fēng)險事件分析9 1.2.1地鐵施工安全風(fēng)險事件分類9 1.2.2事故致因理論10 1.2.3地鐵施工安全事故原因分析12 1.3地鐵施工安全風(fēng)險前兆信息體系構(gòu)建13 1.3.1前兆信息的概念13 1.3.2前兆信息在安全風(fēng)險中的應(yīng)用14 1.3.3前兆信息體系構(gòu)建14 2基于本體的地鐵施工安全風(fēng)險知識庫構(gòu)建24 2.1本體的相關(guān)研究24 2.1.1本體的內(nèi)涵24 2.1.2本體的分類25 2.1.3本體描述語言和建模工具26 2.1.4本體構(gòu)建的方法與步驟28 2.2本體知識庫構(gòu)建31 2.2.1目標(biāo)與需求32 2.2.2知識表示34 2.2.3類和類的結(jié)構(gòu)關(guān)系定義35 2.2.4對象型屬性定義37 2.2.5數(shù)據(jù)型屬性定義38 2.2.6實例創(chuàng)建40 3基于規(guī)則推理的地鐵施工安全風(fēng)險自動識別系統(tǒng)研究45 3.1規(guī)則語言（SWRL）概述45 3.1.1SWRL規(guī)則語言發(fā)展45 3.1.2SWRL框架結(jié)構(gòu)45 3.1.3SWRL規(guī)則表達(dá)方式46 3.1.4SWRL構(gòu)建工具46 3.2規(guī)則語言（SWRL）構(gòu)建47 3.2.1屬性規(guī)則構(gòu)建47 3.2.2實例規(guī)則構(gòu)建49 3.3本體知識庫的可視化與查詢52 3.3.1知識庫的可視化52 3.3.2知識庫的查詢52 3.4推理引擎（Jess）推理54 3.4.1推理引擎（Jess）概述54 3.4.2推理引擎（Jess）應(yīng)用55 4基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的地鐵施工安全風(fēng)險預(yù)警方法研究59 4.1地鐵施工坍塌事故可監(jiān)測前兆信息分析59 4.1.1PaICFs調(diào)查模型59 4.1.2利用PaICFs進(jìn)行地鐵坍塌事故前兆信息識別59 4.1.3基于勘察設(shè)計階段的前兆信息分析61 4.2地鐵坍塌事故前兆信息采集61 4.2.1位置類信息的采集62 4.2.2地質(zhì)及環(huán)境類信息的采集62 4.2.3其他信息的采集66 4.2.4信息的第三方采集66 4.3地鐵施工坍塌事故前兆信息預(yù)警機(jī)制67 4.3.1施工現(xiàn)場安全狀態(tài)及預(yù)警等級68 4.3.2地鐵坍塌事故單指標(biāo)預(yù)警機(jī)制68 4.3.3地鐵坍塌事故多指標(biāo)預(yù)警機(jī)制73 5地鐵施工安全風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)86 5.1預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計86 5.1.1GIS集成二次開發(fā)86 5.1.2系統(tǒng)開發(fā)運行環(huán)境及需求分析86 5.1.3預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計及功能模塊設(shè)計87 5.2預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計88 5.2.1空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計89 5.2.2屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計91 5.3預(yù)警系統(tǒng)的實現(xiàn)——以南京某地鐵車站基坑施工現(xiàn)場預(yù)警系統(tǒng)為例93 5.3.1南京某地鐵車站基坑施工現(xiàn)場簡介93 5.3.2南京某地鐵車站施工現(xiàn)場預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計93 5.3.3南京某地鐵車站施工現(xiàn)場預(yù)警系統(tǒng)功能模塊設(shè)計94 6結(jié)論100 6.1主要研究工作及其結(jié)論100 6.2研究不足及研究展望101 附錄102 參考文獻(xiàn)103 |
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