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1.内容提要 地铁施工因具有作业流动性大、地下作业多、施工周期长、劳动强度大等特点，经常会出现坍塌、物体打击、高处坠落等安全事故。传统安全管理虽然也强调超前管理、标本兼治，但仍存在对风险辨识不细致、风险控制措施不到位等问题。随着信息技术的发展，面对大量的地铁施工安全管理内容，仅依赖经验丰富的技术人员进行安全风险分析，已无法满足工作需要，传统的安全风险管理方式亟须改进和提高。本书主动将信息技术全面引入安全风险识别过程，将规范中的风险识别知识结构化，针对具体工程的施工信息，通过计算机自动识别风险状况；针对地铁坍塌事故的可监测前兆信息，建立地铁施工坍塌事故预警系统，实现基于监测数据的预警功能，为预防地铁施工安全事故奠定良好的理论基础。在地铁实际施工过程中，根据该系统自动识别、预警的结果，可采取积极的措施来预防地铁施工安全事故的发生，最大限度地保证地铁施工安全。 本书可供地铁施工安全风险相关研究人员和地铁施工从业人员参考使用。 2.前言 随着人口的不断增长，城市化进程的不断加快，大量人流涌入大城市，导致了大城市交通压力不断加大。“限行、分流、高架、立交”等措施已经不能满足日益增长的人流需求。为了解决城市交通堵塞问题，伦敦于1863年开通了世界上首条地下铁路系统——伦敦大都会铁路。1969年北京开通了我国第一条地铁线路。虽然地铁在我国起步较晚，但由于交通拥堵问题和城市人口不断增加，地铁在我国取得了快速发展，成为缓解城市交通压力的重要方法和途径。 中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通2016年度统计和分析报告》指出，截至2016年年底，中国大陆地区共30个城市开通运营城市轨道交通，共计133条线路，运营线路总长度达4152.8公里。其中，地铁3168.7公里，占76.3％；其他制式城轨交通运营线路长度984.1公里，占23.7％。截至2016年年底，共有58个城市的城轨线网规划获批（含地方政府批复的14个城市），规划线路总长达7305.3公里。在建、规划线路规模进一步扩大，投资额持续增长，建设速度稳健提升。地铁的兴建和开通，不仅提高了土地利用率，也节省了土地资源，缓解了中心城市交通密度，同时让人车分流，疏导了交通，增加了城市绿地，扩充了基础设施容量，减少了污染，保持了城市历史文化景观，保护了城市生态环境。 虽然我国城市地铁建设取得了巨大的成就，但因地铁施工作业流动性大、地下作业多、施工周期长、劳动强度大等特点，经常会出现坍塌、水害、火灾、机械伤害、物体打击、爆炸、中毒、触电、高处坠落等施工安全事故。如2008年11月15日，杭州地铁湘湖站工地发生坍塌事故，导致21人死亡，24人受伤，这起事故成为中国地铁建设历史上最为惨重的一次事故；2009年1月11日，上海地铁11号线曹杨路站工地，施工电器线路短路导致火灾，造成1人死亡，数人受伤；2009年5月16日，广州地铁3号线北延段9标段工地，发生中毒事故，导致3名施工人员死亡；2010年9月7日，深圳地铁4号线腾龙路红山站，工人因雨天不慎触电，导致1人死亡；2011年4月4日，深圳地铁5号线上水径站，几名工人在将一台机器搬出地铁隧道时，发生物体打击事故，导致1人死亡，4人受伤；2013年5月6日，西安地铁3号线通化门至胡家庙区间，左北隧道开挖作业面突然出现暗挖隧道顶部塌方，导致5人死亡，1人受伤。 地铁施工安全事故对人民生命健康安全、社会经济和自然环境产生重大危害，导致了人员伤亡、经济损失、环境破坏等重大问题。国内外的研究人员和从业人员一直都在研究如何降低施工安全风险，减少施工现场安全事故的发生。经过长期的安全管理研究及实践发现，安全风险识别与预警是安全管理的重要环节，其目的就在于寻找工程的薄弱环节并建立有效措施，以避免将来的安全事故。传统安全风险管理虽然也强调超前管理、标本兼治，但仍存在对风险辨识不细致、风险控制措施不到位等问题；同时，随着信息技术的发展，面对大量的地铁施工安全管理内容，仅依赖经验丰富的技术人员进行安全风险分析，已无法满足工作需要，传统的安全风险管理方式急需改进和提高。主动地将信息技术全面引入安全风险识别与预警过程，将专家经验、规范中的安全风险知识及现场监测数据结构化，针对具体工程施工信息的输入，运用计算机软件自动识别安全风险并进行现场预警，实现风险管理的信息化与自动化，应是解决这一问题的新思路。 基于这些关键问题，本书将现有研究视角拓展和引申到地铁施工安全风险的前兆信息，提出从人—机—环境的角度分析前兆信息的方法，并确定以施工活动、工作任务、前兆信息为主体的地铁施工安全风险影响因素。从标准、规范中获取风险识别规则，基于规则推理方法设计风险自动识别推理机制和算法，实现施工安全风险的自动识别；针对地铁坍塌事故的可监测前兆信息，研究施工安全状态及预警等级，建立地铁施工坍塌事故预警系统，完成预警系统的总体设计、模块设计和数据库设计，实现基于监测数据的预警功能，为预防地铁施工安全事故奠定良好的理论基础。安全风险的自动识别与预警，一方面有利于优化设计阶段的安全管理，提醒安全管理部门尽早部署预防措施；另一方面可以提高施工阶段安全管理的水平，提醒安全管理部门对风险所在区域尽快采取有效措施。因此，从前兆信息出发，开展安全风险自动识别与预警方法的研究，对保障地铁施工现场的安全，具有重要的理论意义和广泛的应用价值。 本书是在课题组的研究成果上进一步完善而来的，硕士研究生焦海霞、阚洁在本书的完成过程中做了大量的研究工作，李启明教授、张星教授在本书的完成过程中一直给予关心并提供了重要的指导，在此一并表示深深的谢意！ 在本书的写作过程中，参考了许多国内外相关专家学者的论文和著作，已在参考文献中列出，在此向他们表示感谢！对于可能遗漏的文献，在此也向作者表示歉意。 对地铁施工安全风险自动识别与预警研究是安全信息化的重要内容，如果广大学者和地铁施工安全工作者能在本书中得到启发，作者不胜荣幸。同时书中难免有错漏之处，敬请各位读者批评指正，不胜感激！ 陆莹 2017年5月于东南大学 3.目录 1基于前兆信息的地铁施工安全风险分析1 1.1地铁施工活动分析1 1.1.1工作分解结构（WBS）方法概述1 1.1.2基于WBS的地铁施工活动分解1 1.1.3基于WBS地铁盾构掘进法施工分解4 1.2地铁施工安全风险事件分析9 1.2.1地铁施工安全风险事件分类9 1.2.2事故致因理论10 1.2.3地铁施工安全事故原因分析12 1.3地铁施工安全风险前兆信息体系构建13 1.3.1前兆信息的概念13 1.3.2前兆信息在安全风险中的应用14 1.3.3前兆信息体系构建14 2基于本体的地铁施工安全风险知识库构建24 2.1本体的相关研究24 2.1.1本体的内涵24 2.1.2本体的分类25 2.1.3本体描述语言和建模工具26 2.1.4本体构建的方法与步骤28 2.2本体知识库构建31 2.2.1目标与需求32 2.2.2知识表示34 2.2.3类和类的结构关系定义35 2.2.4对象型属性定义37 2.2.5数据型属性定义38 2.2.6实例创建40 3基于规则推理的地铁施工安全风险自动识别系统研究45 3.1规则语言（SWRL）概述45 3.1.1SWRL规则语言发展45 3.1.2SWRL框架结构45 3.1.3SWRL规则表达方式46 3.1.4SWRL构建工具46 3.2规则语言（SWRL）构建47 3.2.1属性规则构建47 3.2.2实例规则构建49 3.3本体知识库的可视化与查询52 3.3.1知识库的可视化52 3.3.2知识库的查询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）应用55 4基于监测数据的地铁施工安全风险预警方法研究59 4.1地铁施工坍塌事故可监测前兆信息分析59 4.1.1PaICFs调查模型59 4.1.2利用PaICFs进行地铁坍塌事故前兆信息识别59 4.1.3基于勘察设计阶段的前兆信息分析61 4.2地铁坍塌事故前兆信息采集61 4.2.1位置类信息的采集62 4.2.2地质及环境类信息的采集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地铁施工坍塌事故前兆信息预警机制67 4.3.1施工现场安全状态及预警等级68 4.3.2地铁坍塌事故单指标预警机制68 4.3.3地铁坍塌事故多指标预警机制73 5地铁施工安全风险预警系统的设计与实现86 5.1预警系统的设计86 5.1.1GIS集成二次开发86 5.1.2系统开发运行环境及需求分析86 5.1.3预警系统总体设计及功能模块设计87 5.2预警系统数据库的设计88 5.2.1空间数据库的设计89 5.2.2属性数据库的设计91 5.3预警系统的实现——以南京某地铁车站基坑施工现场预警系统为例93 5.3.1南京某地铁车站基坑施工现场简介93 5.3.2南京某地铁车站施工现场预警系统总体设计93 5.3.3南京某地铁车站施工现场预警系统功能模块设计94 6结论100 6.1主要研究工作及其结论100 6.2研究不足及研究展望101 附录102 参考文献103 |
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