城市軌道交通施工安全風險管理研究范文

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《交大法學》2017年第3期

摘要：為了提高城市軌道交通工程施工的安全風險管理效率和有效性，本文提出了構建基于BIM城市軌道交通施工安全風險管理的云平臺信息系統，對該平臺信息系統的框架，功能和管理流程等方面進行了闡述。最后，以天津一條城市軌道交通線為例，進行風險源管理實證研究和部分模擬研究，使傳統的二維安全管理向以BIM技術為基礎的三維協同方式轉變，體現了對城市軌道交通施工安全風險識別與預警的可行性和優越性。

關鍵詞：BIM；城市軌道交通；施工安全；風險識別

0引言

近年來，我國城市軌道交通進入了高速發展階段，截至2016年初，共有44個城市軌道交通規劃獲批，規劃規模4705km，預計總投資達24287億元。在“十三五”期間，我國還將加大對城市軌道交通的投入，至2020年全國運營里程將達到6000公里以上[1]。城市軌道交通是城市公共交通中最重要的基礎工程設施之一，與一般建設項目不同，具有建設規模大、工期長，地下及地上周邊因素復雜，涉及面廣、施工方眾多等特點，無論是盾構推進，還是車站深基坑，都存在重大危險源，屬于高風險的系統工程。同時，隨著城市軌道交通建設大規模、高速度的建設，設計方案與實際施工計劃的沖突，施工安全管理的復雜性,工程周邊環境因素的影響等，也使得近幾年城市軌道交通建設安全事故時有發生，給社會造成不安全隱患。如2003年7月1日上海軌道交通4號線橫通道透水事故，造成直接經濟損失為1.5億元左右；2007年北京地鐵10號線“3.28”塌方、深圳地鐵1號線“3.10”基坑地表沉陷、2004年廣州地鐵5號線“8.3”地質補勘鉆破煤氣、2008年杭州地鐵一號線“11.15”基坑坍塌等，結果表明：除了一部分施工技術問題，導致這些安全事故發生的主要原因在于工程安全責任體系不健全，安全管理流程不落實，對地下構建的空間定位不準，參與方之間信息傳遞不及時，監管力度不夠等。

1城市軌道交通施工安全風險管理的相關研究

近年來隨著我國城市交通的發展，城市軌道交通工程建設安全管理工作仍處于完善階段，國內學者也都做了大量研究。丁烈云[2]等針對地鐵施工安全風險識別和預警，提出了利用計算機技術從工程圖紙中自動識別施工安全風險和地鐵施工安全風險信息融合與時空耦合的預警方法。郭紅領[3]等通過構建BIM與定位技術（PT）的工人不安全行為預警系統來預防施工安全事故發生。陳帆[4]等構建了基于因子分析與BP神經網絡相結合的地鐵施工安全預警模型。仲青[5]等提出了將BIM與RFID進行集成，并應用于施工現場安全的監控系統，實現施工現場實時可視化、信息自動化、多方協同參與的安全監控。王艷輝[6]等提出了建設基于GIS的城市軌道交通建設安全風險管理信息系統。范斌[7]等討論了地鐵工程建設安全控制管理與信息技術結合的重要性，提出了應用先進信息技術加強地鐵工程建設安全監管的基本途徑和方法。但并沒有文獻在城市軌道交通建設安全管理中對BIM、云平臺集成進行系統化闡述和研究。本文認為，隨著各類技術集成應用在建筑業的不斷發展，提高城市軌道交通建設的安全性，需要建立一個基于BIM云平臺的城市軌道交通建設安全系統用以從宏觀層面上預防、分析、控制安全隱患和風險的管理平臺，最大程度上把控影響城市軌道交通建設安全的信息數據，提高安全風險的預測能力，加強安全主體責任，按照“事先控制、主動控制”的原則，防范和避免施工事故的發生。

2基于BIM云平臺在城市軌道交通施工安全風險管理的必要性

2.1城市軌道交通建設

對于BIM應用的局限性BIM（BuildingInformationModeling），即建筑信息模型，從20世紀90年代提出至今，已經從概念普及進入到應用普及階段[8]，具有三維可視化，協調性，模擬性，優化性和可出圖性等特點。BIM目前在軌道交通上主要是以設計為導向，借助三維模型的工具。近年來，BIM技術逐漸引入到城市軌道交通建設上來。在上海地鐵9號線三期（東延伸）項目中，上海市地下空間設計研究總院有限公司成功地將BIM技術運用到項目設計和施工全過程階段，實現了場地仿真、管線搬遷模擬、交通疏解模擬、管線綜合設計、施工仿真[9]等。中建五局土木工程有限公司在長沙地鐵3號線松雅湖南站的施工過程中也首次應用了BIM技術，如施工動畫漫游、三維動畫交底、施工方案模擬等，減少了建筑質量安全問題和返工。然而，BIM技術在城市軌道交通的應用仍存在一定的局限性[10]，對于BIM技術的深入拓展與其他技術的集成還有待加強。

2.2BIM云平臺應用于城市軌道交通施工安全風險管理的優勢分析

BIM云平臺實現了BIM技術、云計算與3DGIS之間形成無縫和屬性信息無損綜合集成應用，將豐富的地理空間信息和成熟的應用技術，直接引入建筑信息模型（BIM）的應用中，支持工程項目建設安全風險預警的可視化、精細化、一體化和智能化管理與應用。與傳統城市軌道交通建設安全管理的優勢如下：

2.2.1提高信息安全的存儲能力

城市軌道交通項目從設計到施工，由于工程量大，必定會產生大量的資料信息，傳統BIM技術又只能使用戶在個人終端或個人BIM工作站上進行數據存儲和查閱。而BIM的云平臺系統，以天津超算中心為依托，有強大的運算能力和存儲能力作為支持。經平臺的云端存儲，與工程項目建設安全相關的數據信息使用人員無論何地登錄平臺，可按類按時按需的進行上傳，查閱。

2.2.2優化BIM技術在建設安全管理上的協同能力

城市軌道交通質量管理雖然有較多的地質監測，但由于信息化方面的滯后和缺乏與其他技術的集成，導致施工監測實時而安全問題控制不及時。而BIM云平臺利用BIM技術進行協同設計的同時，3DGIS可表達項目室外周邊環境，各參與方共享同一套工程信息數據，可以通過平臺可視化模型準確定位工程質量安全問題所在，保證了信息的完整性和同一性并且最大程度的利用工程數據信息。

2.2.3提高應急處置的反應效率和速度

城市軌道交通不可避免的要從一些建筑物多，商業繁華，人流量大的敏感區地下穿過，一旦出現危機，很容易造成重大的人員傷亡、財產損失和次生災害。將BIM云平臺中的基礎工程數據信息應用于建設施工事故應急處置以及人員疏散等，可快速控制災害的蔓延，提高工程應急處置力量。

2.2.4加強安全責任體系的落實

落實安全責任體系是城市軌道交通建設的關鍵和根本。當前工程建設過程難免會受到進度、成本和質量等制約，參與建設的任何一方若質量安全管理意識淡薄，都會使得工程安全管理流程和責任制度難以落實。通過BIM云平臺，可實現項目信息安全高速采集、整合到統計分析的全過程，同時建立一個閉環的安全管理流程。

3BIM云平臺框架設計

3.1BIM云平臺系統架構

BIM云平臺的提出首先是一個集合多方管控，基于國家超級計算中心天河云平臺建設，以BIM作為項目相關數字化信息模型基礎，以3DGIS技術作為地理空間支持，關聯工程項目的進度、成本、質量、安全、資源等信息，為工程項目全壽命周期服務的云端平臺。除BIM模型整合服務器外，均使用天河云平臺提供IAAS服務，包括云服務器、可視化云桌面、云存儲和網絡，實現真正意義上的對城市軌道交通建設安全的協同化、系統化和信息化管理。基于該平臺的引入，業主及工程項目各參與方可從前期設計開始將工程圖紙、BIM信息模型、動態信息等上傳于云端，經過云端服務器的處理，將模型和數據進行整合集成存儲于云端。地端用戶可通過網絡即可及時收集、查看、分析和管理工程各個標段的安全數據信息，增強了工程安全信息的共享程度，實現了對安全隱患和風險的預警，為決策者提供決策依據。

3.2基于BIM云平臺的施工安全風險管理的應用集成

城市軌道交通建設的特點決定了其安全管理信息平臺實質上是由技術集成、信息集成、進程集成、主體集成組成。安全技術集成是在平臺強大兼容能力的基礎上，讓不同技術有效融合，BIM技術實現模型可視化，3DGIS則能更好的表達工程周邊建筑環境，給設計方、施工方以直接的空間結構感，有效減少設計和施工安全問題和隱患。安全信息集成使得不同軟件技術的信息能夠全部匯總到平臺，不同階段不同標段的安全信息、安全知識可以通過平臺準確的提供給相關責任主體。安全進程集成是在3DGIS、BIM模型與設計文件、施工資料等動態關聯條件下，實現對項目整體安全信息的動態管理。安全主體集成實現了合理分配不同參與人員使用平臺各個功能的權限，并且進行問題追蹤時，對安全責任主體進行了明確劃分，同時共享安全管理的信息。

3.3基于BIM云平臺的安全管理的流程集成

傳統的安全質量管理一般多采用手工方式管理，缺乏有效的質量安全管理流程方式，很難實現安全問題的有效跟蹤，本平臺以WBS（工作任務分解）為主線、以工作包為單位[11]，按照城市軌道交通工程開展的時間進度，建立了一個閉環的管理流程，以安全問題的發現，安全問題確認，安全問題修正，安全問題驗證，安全問題關閉為一個閉環，從而保證促進工程建設安全問題的快速、有效解決[12]。

4基于BIM云平臺的功能設計與實現

本文以天津市某條城市軌道交通線為例。該交通線串接濱海新區南北片區與核心區的骨干線路，總長約43.7公里，各個區段于2017年逐步啟動建設，最終在2020年實現通車試運營。該交通線一期工程就引進了BIM應用技術，在該項目中，通過云平臺，將BIM模型與3DGIS結合，實現了三維模型和地理信息系統無縫和信息無損結合，實現3D瀏覽和3D漫游、距離測量等工程，并且將會把BIM技術應用到建設以及后期運營維護過程中。由于該工程剛剛開工建設，下面以風險源管理為重點，以針對該交通線平臺的功能設計為例，來介紹和探討BIM云平臺對于項目建設質量安全管理的功能架構。

4.1風險源管理

風險源管理是在項目建設過程中需進行嚴密監控和關注的重點內容之一，對不同類別的風險源信息（包括風險源區域、分類，等級和影響關系等）進行歸類匯總。此模塊主要實現對施工前和施工中的安全風險預警，以及事故險情和安全隱患的管理。

4.2管線切改

基于BIM云平臺，在設計圖紙完成后，通過BIM三維可視化技術手段，對地下隱藏的各類管線進行可視化展示，規避施工風險。

4.3復雜節點施工方案模擬

3DGIS技術可將復雜節點專項施工方案模擬數據整合，并關聯相關模型構件以定位復雜節點的具體空間位置。平臺支持單獨顯示關聯的構件和復雜節點相關資料，通過專項施工模擬，對地下施工環境有著很好的指導和可預見性，能避免很多施工安全風險和隱患，實現設計和施工的高效精準。

4.4進度管理平臺

將施工進度計劃與施工BIM模型進行整合，形成5D（包括3D可視化、時間，成本）施工模型，模擬項目整體施工計劃進度安排，施工單位上報施工進度計劃至該平臺，平臺自動化的對比出現場實際進度，輔助業主單位及施工單位對現場施工進度進行整體的把控。圖7顯示的是工程實際施工進度。圖8所示為各個工作包的實際進度與計劃進度的偏差分析，實際施工時間，結束時間通過平臺統一顯示。這種雙模型的對比，通過檢查施工工序銜接，可減少由于施工方不按計劃施工而帶來的安全風險隱患。對于直接關系到建設安全的關鍵步驟，安全責任主體能更及時的得到回饋并做好風險預警和安全控制工作。

4.5監控量測本模塊

主要基于BIM、3DGIS和軌道綜合監控系統進行項目建設監測，對監測數據進行統計分析和數據報警（用戶可以自行配置檢測功能的報警值和責任人，系統會自動發郵件和短信進行報告）。對于已建立的安全隱患排查流程，如果該流程由該用戶開始，可根據該流程新建流程任務，并在進行處理后，發送到下一個流程節點負責人處。如圖9，圖10所示。

4.5結論

影響城市軌道交通施工安全的因素復雜多變，建立BIM云平臺可實現科學、全面、動態、直觀地掌握地鐵在建工程的安全現狀，推進城市軌道交通建設質量安全信息化和集成化程度。本文通過分析總結現有城市軌道交通建設安全事故特征和安全管理現狀的基礎上，提出了基于BIM云平臺對城市軌道交通建設安全的管理。BIM天河云平臺在天津某條城市軌道交通線設計階段的成功應用，有效實現了對城市軌道交通建設安全風險自動識別和預警，同時，平臺中存儲的BIM模型和相關安全信息數據也會為今后工程建設的安全風險識別和預警提供有效的支持。今后的研究中將在BIM云平臺的應用激勵機制以及BIM與其他技術集合等方面進行深一步的探討和完善，以期為城市軌道交通建設質量安全管理提供參考建議，促進工程建設的發展，保障城市軌道交通建設的安全。

參考文獻：

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[12]許碧華.基于GIS的地鐵保護區信息管理系統應用研究[J].中國安全生產科學技術，2016（06）：175-179.

作者：劉維躍1；曹溥晶1；曾敏2；徐海林3；崔留強3 單位：1天津城建大學經濟與管理學院，，2北京經濟技術開發區建設發展局，3天河大成建筑云科技（天津）有限公司