摘  要：地铁工程是一项复杂庞大的系统工程，其建设过程中面临着诸多的安全隐患，传统的建设工程安全控制方法已不能很好地满足地铁工程建设安全控制的需要，须采用现代信息技术对地铁安全风险进行控制。结合我国地铁建设面临的问题，阐述安全风险管理信息系统建设的背景及必要性，阐明地铁安全管理信息系统的构建，

以天津市地铁交通建设为依托，对地铁安全风险管理信息系统进行实证研究。

关键词：GIS；地铁工程；建设安全；管理信息系统

 

      对地铁建设过程中的风险进行有效控制， 是保证地铁建设安全的关键。国外在这方面已做了大量研究，并取得了很大的成绩^[1，2]，但由于我国地铁发展历史较短， 在建设中存在着一些不容忽视的问题和不安全因素，并在建设过程中出现过不同程度的工程事故，造成了巨大的经济损失。与一般地面工程相比，地铁建设项目具有规模大、技术要求高、建设周期长、投资大、系统复杂、技术风险大等特点^[3]。因此，需建立一个从宏观层面上控制安全风险的管理平台， 实现对地铁工程施工安全风险的全局化、系统化、标准化的管理。 对施工过程中安全态势的分析、预测、防范和控制，提高重大事故预测预报的及时性与准确率，最大程度降低或避免施工事故的发生，已成为我国地铁建设急需解决的实际问题。

 

      （1）在设计方面，通过体系化的研究，得出系统的建设目标， 为实现地铁工程建设过程中的安全信息系统化、规范化和信息化管理，并及时收集、掌握各工地建设的安全数据信息，降低施工中安全的管理强度，增强安全信息共享程度， 提高施工安全监督业务的工作效率，优化业务工作流程。因此，针对基于GIS的地铁安全风险管理信息系统的建设，提出构建可视化的地铁工程施工安全信息管理与监控系统，该系统可实现安全信息从采集、处理到统计分析的全过程，完成对安全生产形势分析和事故预警的相关任务，为决策层提供决策依据，提高施工过程中的事故防控能力^[4]。

      （2）在应用方面，通过对地铁施工安全信息管理相关业务进行现场调研，分析构建了业主、施工单位、监理单位及第三方不同级别的地铁交通工程安全信息管理与监控系统。该系统以地理信息系统为平台，以信息共享和流程控制为核心，以网络技术和通讯技术、计算机技术、GIS等为手段，遵循分级管理、条块结合的原则， 为施工过程中安全信息管理提供信息共享和科学决策支持平台。

      考虑系统可扩展性、可维护性及伸缩性，采用4层体系架构，分别为数据层、模型层、应用层和表示层（图1）。 数据层负责数据的录入、存储和整理；模型层负责提供对现有数据进行数据挖掘、统计，实现对数据的深层次利用；应用层负责将原始数据和分析结果以多种形式进行综合展示和利用。系统的开发主要采用B ／ S的模式， 结合地理信息系统实现空间数据和属性数据的完美结合， 实现由图到属性和由属性到图的双向操作。 技术架构上采用了目前最先进的AJAX，FLEX等技术，结合Java技术、Spring、Struts、Hibernate以Oracle 10g等技术，具有技术的先进性。

      地铁施工安全风险信息管理系统是面向全局风险管理的综合信息系统。 主要实现对地铁施工前的各种工程资料，施工中产生的各类变更资料、 施工进度信息、风险源信息和监测巡视信息，施工后的竣工资料管理。并在对这些信息进行统计分析的基础上，以多元化的方式直观、全面地进行展示，因此系统应主要包括综合检测管理子系统、基础数据管理子系统、监测数据管理子系统、预警报警管理子系统、统计分析子系统、应急预案管理子系统、风险因素管理子系统、系统维护管理子系统和现场视频管理子系统等9个子系统。

      根据系统的主要功能模块，可将功能划分为以下几部分：

      （1）可视化功能。采用FLEX和ArcGIS等相关软件为技术支持，可对地铁建设的基础信息、标段施工概况信息、施工进度、风险源状态信息进行直观的了解，还可直接对各种专题图层，如测点布置图层、现场图、管线分布图层等进行分析和图形的交互操作，非常直观，实现了监测分析过程的可视化^[5]。

      （2）基础数据的管理。 基础数据主要包括静态数据和动态数据。静态数据的管理主要是对里程、参建单位、工程概况等基础信息的录入、修改、查询等管理；动态数据管理主要包括对施工过程中产生的各类监测数据、巡视数据及各标段的施工进度数据的录入与查询管理。 基础数据的管理主要包括基础数据管 理子系统和监测数据管理子系统2个子系统，负责为统计分析子系统提供数据。

      （3）统计分析。根据基础数据模块提供的数据，实现对施工工程信息的综合统计分析， 生成各类统计图表，并按实际报表格式生成日报、周报、月报。

      （4）风险源管理。 风险源信息是在工程施工过程中需进行严密监控和关注的重点内容， 对不同级别的风险源建立相应的风险源档案。 此模块主要实现对施工过程中的风险源进行分级动态管理， 以及施工过程中事故险情和隐患的管理^[6]。

      （5）风险预警与控制。 地铁的建设过程是一个由多因素、多变量相互作用的曲折复杂的动态过程^[7]。为保持工程建设的安全与稳定， 不仅要对在建工程做出准确判断，还要对以后工程可能出现的情况做出安全预测。在对地铁施工安全要素进行分析的基础上，结合实际施工中的监测和巡视内容， 通过对施工安全要素相互作用机理的研究，建立综合预警模型，分别对单个安全要素的状态进行预警报警， 以及对多个安全要素共同作用下整个施工工程状态的预警报警，从而科学、全面、动态、直观地掌握地铁在建工程的安全现状，同时系统以各级报警发布的形式重点提示决策者注意建设过程中暴露出的安全隐患和问题。

 

      现以天津地铁2号线东南角站为例，就地铁安全风险管理信息系统的应用作详细介绍。 东南角站位于南马路、通南路与东马路、和平路交叉路口，东西向布置于南马路、通南路行车道下，为2，4号线换乘车站。远期4号线车站呈南北向布置于东马路及和平路下，换乘方式为4号线在上，2号线在下。

      东南角站所处地段属冲积平原，地形较平坦，地面高程一般为3．280～3．900 m。 车站采用14 m站台三层三跨箱形结构形式，总长度为139．0 m，标准段宽度为22．7m，高度为19．96 m，站台中心位置顶板覆土厚度约2．8m，基坑标准段及换乘段开挖深度23 m，盾构井处开挖深度24．7 m。

      东南角站分别在道路交口4个象限内设4个出入口及东南、西南两侧设2组风亭。 1号、4号出入口设于通南路南北两侧，为独立出入口，2号出入口与道路交口西北角的铜锣湾酒店地下室相接，3号出入口与道路交口西南角的拟建2，3号线控制中心合建。 1号风亭组与控制中心合建，2号风亭组设于通南路南侧拆迁地内。

      东南角站两端区间均采用盾构法施工， 车站大小里程端均设盾构掉头井。

      该系统通过对基坑和隧道监测项目的观测， 以及对监测数据的分析处理与计算，进行预测和反馈，达到确保支护结构和隧道稳定及环境安全的目的。

      图2和表1是地铁2号线十七标段的地面沉降监测点示意图与监测数据。

      将系统的累计报警阈值设置为18 mm， 将数据输入系统后，系统会通过分析发现，Q56－1处累计沉降量为－20．3 mm，Q5－2处累计沉降量为－21．0 mm，已超过累计报警值18 mm和允许值20 mm，因此系统要对升级为风险事件的监测数据进行升级。

      若系统自动识别数据超标， 并通过系统界面弹出警报框， 监控人员即向项目部相关部门、 相关施工单位、监理单位及个人反映警情，同时，远程监控系统中心立刻与施工现场监测、 第三方监测核实该项监测数据，确认无误后立即将其升级为黄色预警事件，可及时组织人员进行现场踏勘，并对该处地质、施工工法及近期监测数据作出综合分析。

      结合现场勘查地质资料及监测数据分析，得出地面监测沉降突变的原因是由于地质条件和加固措施不到位造成的。因此，需对支护结构采取保护和加固措施，以确保支护结构和隧道稳定及施工环境安全。

      加固后的监测数据表明沉降监测点沉降明显收敛，沉降速率达到标准值范围内，险情得到有效控制，工程处于可控状态，黄色预警事件宣告结束。