基于GIS的地铁建设安全风险管理信息系统的分析与构建

－５５４・　建　筑　技　术　第４２卷第６期２０１１年６月　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１　ｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　基于　刘　戈ｌ’２，崔华兵ｌ＇２　管理　（１．天津城市建设学院管理工程系，３００３８４，天津；２．天津城镇化与新农村建设研究中心，３００３８４，天津）　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，并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　中图分类号：Ｕ２３１　文献标识码：Ｃ　文章编号：１０００—４７２６（２０１１）０６—０５５４—０３　ＦｏＲＭＡＴＩＩｏＮ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＡＮＤ　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ　ＯＦ　ＳＡＦＥＴＹ—Ｒ【ｓＫ—ＭＬＡ　ＮＡＧＥＭＥＮＴ　ＳＹＳＴＥＭ　ＦｏＲ　Ｍ　ＴＲｏ　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　ＢＡＳＥＤ　ｏＮ　ＧＩＳ　ＬｌＵ　Ｇｅ１一．ＣＵｌ　Ｈｕａ—ｂｉｎｇ’，　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａ　ｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，３００３８４，Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｒｕｒａｌ　Ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｉ　ｉｎ，３００３８４，Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｃａｌｅ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ａｎｄ　ｈｕｇｅ．Ｗｅ　ｗｉｌｌ　ｆａｃｅ　ｍａｎｙ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｉｓｓｕｅｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｒｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ＳＯ　ｗｅ　ｍｕｓｔ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｉｓｋｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｕｓｉｎｇ　ｎｌｏｄｅｒｕ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｅｌａｂｏｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ－ｒｉｓｋ－ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｍｅｔｒｏ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ，ｉｎｔｒｅｇｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｗｅ　ｆａｃｅｄ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｄｅｓｃｒｒｉｂｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏ　ｓａｆｅｔｙ－ｒｉｓｋ－ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｆｏｒｎｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｍｐｉｒｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｒｏ　ｓａｆｅｔｙ－ｒｉｓｋ——ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｅｌｙｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｉａｎｊｉｎ　ｍｅｔｒｏ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＩＳ；　ｍｅｔｒｏ　ｐｒｏｊｅｃｔ；　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ；　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｆｏｒｎｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　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Ｉｌ１２１，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　际问题。　１基于ＧＩＳ的地铁建设安全风险管理信息系　统的分析与构建　１系统的目标分析　素，并在建设过程中出现过不同程度的工程事故，造成　１．（１）在设计方面，通过体系化的研究，得出系统的　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　建设目标，为实现地铁工程建设过程中的安全信息系　复杂、技术风险大等特点［３１。因此，需建立一个从宏观层　统化、规范化和信息化管理，并及时收集、掌握各工地　面上控制安全风险的管理平台，实现对地铁工程施工　建设的安全数据信息，降低施工中安全的管理强度，增　安全风险的全局化、系统化、标准化的管理。对施工过　强安全信息共享程度，提高施工安全监督业务的工作　优化业务工作流程。因此，针对基于ＧＩＳ的地铁安　程中安全态势的分析、预测、防范和控制，提高重大事　效率，故预测预报的及时性与准确率，最大程度降低或避免　全风险管理信息系统的建设，提出构建可视化的地铁　施工事故的发生，已成为我国地铁建设急需解决的实　收稿日期：２０１１－－０３—１５　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　基金项目：天津市建委课题“天津市地下轨道交通工程施工安全风险防　范研究”（２０１０软一１１）　决策依据，提高施工过程中的事故防控能力嗍。　（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、　作者简介：刘戈（１９７７一），男，天津市人，系副主任，副教授，博士。硕士　生导师。ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｇｅ０５０３＠１６３．ｃｏｍ．　２０１１年６月　刘戈，等：基于ＧＩＳ的地铁建设安全风险管理信息系统的分析与构建　・５５５・　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　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［５１。　（２）基础数据的管理。基础数据主要包括静态数　决策支持平台。　１．２系统的体系结构分析　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　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。　预控ｌ检测｝｝析管理ｆ　ｆ统计分ｌ　　Ｉ数据ｌ管理｝Ｉ管理ｌｌ　Ｊ风险源Ｊ　　Ｉ管理Ｉ｝管理ｌ急预案Ｊ　ｆ现场视频ｌ广——］　　ｌ　旦堡Ｉ　统计分析ｌ　ｌ时间序列『Ｉ灰色系统』　ｌ模糊　模型Ｉ　Ｉ模型ｆ　Ｉ模型　Ｉ『数学　数喜据｝　｝Ｉ数据ｌ　『数据ｆ　Ｉｌ妻数　据Ｊ　Ｉ数据｝ｌＩ　数嘉Ｉ据『　】Ｊ数据『Ｌｆ圆　二二．　图１系统逻辑结构图　１．３　系统的功能结构设计　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　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同。　（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　。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。　２实例研究　２．１工程概况　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２２．７　・５５６・　建筑技术　第４２卷第６期　ｍ，高度为ｌ９．９６　ｍ，站台中心位置顶板覆土厚度约２．８　ｍ．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。　东南角站分另ｑ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　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。　２．４警情处理　结合现场勘查地质资料及监测数据分析，得出地面　路南北两侧，为独立出入口，２号出入口与道路交口西北　监测沉降突变的原因是由于地质条件和加固措施不到　角的铜锣湾酒店地下室相接，３号出入口与道路交口西　位造成的。因此，需对支护结构采取保护和加固措施，以　南角的拟建２，３号线控制中心合建。ｌ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。　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。　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。　２．２数据分析　３结语　将ＧＩＳ技术应用到城市地铁交通的管理中，可动态　地维护和更新地铁工程地质勘查资料，为地铁检测信　图２和表ｌ是地铁２号线十七标段的地面沉降监测　息分析反馈提供完善的数据支持阐；提高轨道交通管理　的信息化水平，为地铁建设、管理和运行的安全风险管　理节省大量资金和时间的投入；通过ＧＩＳ的空间分析与　点示意图与监测数据。　可视化，更好地为地铁设计和建设提供辅助决策，保障　围　图２十七标段的地面沉降监测点不意　地铁建设的安全。　参考文献　［１１　Ｈ．Ｈ．Ｅｉｎｓｔｅｉｎ．Ｒｉｓｋ　ａｎｄ　ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ｒｏｃｋ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊｌ・　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６．　［２】　Ｂ．Ｎｉｌｓｅｎ，Ａ．ｐａｌｍｓｔｒｏｍ，Ｈ＿ＳｔｉＵｅ．Ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ａ　ｓｕｂｓｅａ　ｔｕｎｎｅｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ【Ｊ】．Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　２１ｓｔ　Ｃｅｎｔｕｒｙ，１９９２，１３７～１４５．　将系统的累计报警阈值设置为１８　ｍｌＴｌ，将数据输　ｆ３１姜英洲，江明军．浅谈地铁工程质量安全风险管理与对策【ＪＪ．经济技　术协作信息，２００９，（２１）：２０３－２０３．　『４１张成满，罗富荣．地铁工程建设中的环境安全风险技术管理体系【Ｊ】　．入系统后，系统会通过分析发现，Ｑ５６—１处累计沉降量　为一２０－３　ｈｉｍ，Ｑ５—２处累计沉降量为一２１．０ｆｉｌｍ，已超过累　计报警值１８　ｍｍ和允许值２０ｍｍ，因此系统要对升级为　风险事件的监测数据进行升级。　２．３预警响应　土建技术，２００７，２０（２）：６３－６５．　【５】田鹏，陈景燕，杨松林．地铁施工变形监测管理分析ＧＩＳｔ￣应用研究　与开发ｍ．地铁勘查，２００５：３６－３８．　ｆ６】林晓晨．地铁施工建设中的风险管理Ｌ玎．山西建筑，２００９，３５（１６）：　２２３—２２４．　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　【７】张鸿，刘优平，黎剑华，等．基于模糊理论的隧道施工安全预警模型　研究及应用【Ｊ１．中国安全科学学报，２００９，１９（４）：５－１０．　ｆ８】杜年春．地铁施工检测信息管理及安全预警系统的设计【Ｊ】．工程建　设．２００５：３７－－４０．　表１十七标段的地面沉降监测数据　测点编号　初始高程　／ｍｍ　３５４２．８Ｏ　４３８８．６０　３７７０．８９　３８９４．５Ｏ　上次高程　／ｍｍ　本次高程　／ｍｍ　本次沉降量　／ａｍ　ｒ沉降速率　／（ｍｍ／ｄ）　累计沉降量　／ｍｍ　ＱＩ－１　Ｑ１－２　Ｑ１－３　Ｑ５６－１　３５３６．２Ｏ　４３６５．２Ｏ　３７５５．９Ｏ　３８７５．６ｏ　３５３６．２０　４３６５．２Ｏ　３７５５．９ｏ　３８７４．２０　０．０　Ｏ．０　Ｏ．Ｏ　一１．４　０．Ｏ　０．Ｏ　Ｏ．０　—０．５　—６．６　—１７．４　一ｌ５．０　—２０－３　Ｑ５２－１　Ｑ５－１　Ｑ５－２　Ｑ５－３　３８８４．２Ｏ　３４６９．ｏｏ　４３５３．６Ｏ　３９３１．２０　３８７３．２０　３４５８．６ｏ　４３２６．５８　３９１５－３Ｏ　３８７３．６９　３４５８．２Ｏ　４３２５．６０　３９１５．６９　Ｏ．５　－０．４　—１．Ｏ　ｏ．４　Ｏ．２　—０．１　—０．３　Ｏ．１　—１０．５　—１０．８　—２１．Ｏ　—ｌ５．５　注：允许值２０ｍｍ，累计报警值１８ｍｍ，日报警值２ｍｍ，正值回弹，负值下沉。