广州地铁工程建设安全风险管理信息系统研究与应用

刘光武

（广州市地下铁道总公司，广州 510030）

国内各大城市的地铁工程建设都面临着建设规模大，工期紧，设计、施工、勘察队伍不足，专家力量分散，施工风险大的情况。自上世纪90年代至今，由于施工措施不当、施工管理不到位等原因，使国内地铁工程施工中发生安全事故。

这些工程事故的发生都有预兆，预兆事前反映在监控量测数据与巡视信息（如渗水、裂缝）中，但由于地铁工程建设的管理信息化程度低、专家资源紧缺、信息传输渠道不畅、多方快速协调处理风险机制不完善，监测数据与现场作业面的施工征兆不能得到及时分析与反馈，使得工程施工长期处于高风险施工状态。因此，在施工过程中及时对工程异常情况进行判断分析、预警、报警，并决策、启动相应的应急预案对于规避风险、降低工程事故发生的概率，减少工程损失具有重要的意义。

随着国家政府、建设部门高度重视各大城市轨道交通建设的安全工作[2~3]与计算机网络通信传输、无线通信传输、网络数据库高新技术的发展与成熟，在城市轨道建设安全管理工作中，采用信息化手段进行安全风险管理工作的时机已经趋于成熟，建立风险管理信息系统有助于提高施工关键数据的传输与处理速度，实现工程信息的集中、积累与高度共享，从而降低工程施工风险，提高城市轨道交通建设的安全水平。

1 安全风险管理

安全风险管理是基于风险发生和控制技术的研究而具体实施的安全管理。安全风险管理部门通过安全风险识别、风险估计和风险评价，在此基础上采用最经济的方法，优化组合各种风险处理技术,对风险实施有效地控制，以实现最佳安全生产保障的科学管理。

广州地铁工程正在大规模推进，在建线路200多公里，同期在建工点近120个，工期紧，工程管理难度大。大部分工点地处建筑物与人口密集的老城区，周边骑楼等老房危房较多，临近珠江与下穿珠江的工点较多，其中隧道下穿珠江就9次，复杂的地质条件对工程建设安全影响大。地铁工程建设工点多，施工风险大，专家资源有限，信息化程度低，业主与专家越来越难以了解工程现场情况。因此，地铁工程建设迫切需要引进新的安全风险管理机制与手段加强安全管理工作，降低工程施工风险。

根据广州地铁建设工程安全管理体系及工程建设的现状，从全局性和阶段性上找到了引入风险管理的切入点，并可概括为“三评一管”的安全风险管理模式，具体包括：

（1）广州地铁建设工程安全管理体系评估；

（2）广州地铁在建线路土建工程的安全风险评估；

（3）广州地铁建设工程的“四新”安全风险评估；

（4）广州地铁在建线路土建工程重大风险工点施工阶段的安全风险管理。

2 安全风险管理信息系统

我国地铁工程施工管理信息分析与反馈时效性差，施工预警机制落后，大量宝贵工程数据阶段性流失，不能够建立地区性的施工技术数据库，以指导新线的设计与施工，提高行业的设计、施工与管理水平。要达到地铁工程施工管理保证质量、确保安全、降低风险，提高管理水平等目的，迫切需要建立具备数据共享与协同工作的信息化系统作为安全风险管理工作的载体。

2.1 建立安全风险管理信息系统目的

广州地铁建立了安全风险管理信息系统，从而达到以下目的：

（1）保证数据分析与反馈及时、准确、全面；

（2）快捷地传递信息，高度地共享信息；

（3）自动、及时地预警，及时通知提醒；

（4）及时决策处理，化解工程安全风险；

（5）记录预警事件处理过程，可追溯；

（6）方便各类资料整理成册，避免数据流失；

（7）形成地区性、行业性的技术储备库。

安全风险管理信息系统是在地铁施工阶段辅助施工安全风险管理的工具与手段。它利用了地理信息系统（GIS）、网络通信、数据库、无线传输、模型分析等多种技术，综合施工方、监理方、第三方监测方、设计方、咨询方等各方信息，及时对在建工程进行风险评估、监控、预警与处理，是一套集安全风险管理功能与施工技术数据收集、归档的多方协同工作系统。

通过信息系统能够将地铁施工阶段基础资料管理、施工与第三方监测、各方上报工况与巡查、安全分析与评估、预警及处理、GIS等系统集中管理和应急联动，通过信息化技术提高预警与处警能力，从过去单一的事后取证向事前预警与事中控制转变，从而推动地铁工程施工期间安全管理的工作创新。

2.2 系统架构

系统架构如图1所示，系统由数据存储与维护层、业务层以及表现层3个层次组成。数据层由勘察与设计资料数据库、空间数据GIS数据库以及施工监测与安全管理数据库3个数据库构成，涉及到了工程中大量文档数据、地理信息数据以及监测与安全监控数据的分类存储，并相对独立，便于系统的扩展与维护；业务层描述了系统的功能架构与业务流程，与广州地铁开展安全风险管理项目工作的工作流程一致，由数据上报、数据分析、安全评估、预警发布、预警处理等步骤组成；表现层展示了参与信息系统协同工作的参建各方，包括地铁总公司、安全监察部、业主安全风险管理小组、安全风险咨询机构、业主代表、施工方、设计方、监理方与第三方监测方所组成。

2.3 主要功能

广州地铁安全风险管理系统由3个子系统构成，分别为现场监测数据与巡视信息上报子系统（C/S），负责现场层的数据采集，报送与报表生成；信息中心数据处理子系统（C/S），负责工程的信息初始化以及人员的权限管理；安全风险管理协同工作子系统（B/S），为工程参建各方提供数据查询、安全评估与预警处理的协同工作平台。安全风险管理协同工作子系统的主要功能如下：

图1 系统的总体功能架构图

2.3.1 监测数据分析

监测数据能够首先反映风险源的不安全状态，利用系统对监测数据进行自动分析、自动预警、自动提醒，有助于掌握工点的安全状态。系统通过时态曲线、剖面曲线反映工程监测数据的历史与当前情况，并根据控制指标自动预警；通过曲线对比功能能够对同点监测的施工监测数据与第三方监测数据进行对比分析，从而进行相互验证，保证数据的有效性与准确性。

2.3.2 现场巡查

现场巡视是安全风险分析与控制的重要数据资料，利用工况、现场巡视信息以及监测数据能够综合判定工点的当前安全状态。按照工法的不同（明挖、暗挖、盾构），利用示意图与文字描述相结合的办法，直观地表达工况与巡视信息。

2.3.3 风险评估

咨询专家根据监测数据、施工工况、现场巡视情况，利用经验综合判定风险源或工点的安全状态，通过GIS地理信息系统以红、橙、黄、绿不同预警等级显示安全评估结果，并通过手机短信息及时提醒相关责任人。

2.3.4 安全预警

安全风险预警子系统有3层次预警机制，通过监测点自动预警、工点内风险区域预警以及全网工点预警三个层次的预警系统，达到全面预警监控。每个层次的预警都将通过手机短信平台自动发送提醒短信给相关责任人，及时提醒。

2.3.5 预警处置

咨询专家发布预警并发送事务给相关责任人，相关责任人收到手机短信后，登录平台查看个人事务，了解预警情况，发表处理意见，当工点消警时，形成预警事件处理的历史记录，并不能再进行修改，满足事件可追溯性。

2.3.6 地理信息系统(GIS)

应用地理信息系统（GIS）技术，实现了监测点与风险区域实时预警，监测点属性查询、沿线周边环境属性查询以及地质钻孔剖面图查询等功能。

2.3.7 工程文档管理

工程文档是工程施工安全管理与风险决策的重要资料。工程文档以CAD图、Of f ice文档为主，且文档数量大，权限分配要求严格，因此本系统的文档管理设计在架构上按照国际建筑工程数据交换标准IFC进行设计，解决了分类标准、版本管理与权限分配等问题；在文档格式上采用网络CAD格式与PDF格式大大缩小了文档的大小，使得网络快速在线浏览得以实现。

2.3.8 地区施工技术库

工程竣工后，系统将自动对工程施工过程中积累的数据资料进行分类归档，形成具有地区性的施工技术库，避免了数据的阶段性流失，同时为新线建设与运营管理积累了宝贵的资料。

2.4 数据流程

安全风险管理信息系统数据流程如图2所示，监测数据、现场巡查数据、工况进度数据以及工程文档数据通过客户端系统与Internet连接发送到信息中心数据（仓）库，经由风险咨询机构专家组的综合分析，确定预警、报警等级，预、报警信息通过网络与无线通讯设备进行发布，并对事件处理过程与结果进行自动记录。系统还通过Internet为用户提供查询，报表输出，数据预测、事务管理等操作。

2.5 拓扑结构

安全风险管理信息系统网络拓扑关系是指数据提供层、信息中心与用户使用层各应用层次间的网络连接方式。现场作业层通过公网Internet发送监测巡视数据、报表、文档等信息至信息中心，信息中心对信息进行存储、分析与管理，并响应不同用户层发送的操作事务请求，拓扑关系图如图3。

图2 系统的数据流程图

3 结束语

城市轨道交通工程安全风险管理信息系统在广州地铁2/8号线延长线、6号线与3号线北延线的重大风险工点进行了应用，建立了参建各方的协同工作平台，实现了对全网、全线所有工点的全面管理与重点监控，提高了安全风险隐患的整体水平。

如图4与图5所示，系统应用GIS地理信息技术实现了对广州地铁全网工点预警状态的管理；实现了对东湖站及站前停车线车站主体、基坑以及站前停车线区域监测数据预警、工程文档报送、工况与巡视上报与查询以及专家安全评估等功能。

[1] 北京城建设计研究总院有限责任公司. 广州地铁在建线路土建工程安全风险评估总报告[R]. 2006.

[2] 中华人民共和国住房与城乡建设部. 《城市轨道交通工程安全质量管理暂行办法》[S]. 建质[2010]5号.

[3] 建设部、公安部、国家安全监管局、国家发展改革委、科技部、国家质检总局、铁道部、国家环保总局、国务院法制办. 关于进一步加强地铁安全管理工作的意见[S]. [2003]177 号文件, 2003.

图3 系统网络拓扑关系

图4 广州地铁全网工点预警

图5 广州地铁6号线东湖站及站前停车线安全风险管理

[4] 马 洪，孙尚清. 现代管理百科全书[M]. 北京：中国发展出版社，1991.

[5] IUGS, Working Group on Landslide, Committee on Risk Assessment. Quantitative risk assessment for slope and landslidesthe state of the art [A]. In: D. M. Cruden and R. Fell (eds.),Landslide Risk Assessment [C]. Rotterdam: A. A. Balkema,1997.

[6]Eskesen Soren Degn, Tengborg Per, Kampmann Jorgen, Trine Holst Veicherts. Guidelines for tunneling risk management:International Tunneling Association [J]. Working Group No.2, Tunneling and Underground Space Technology, May, 2004.

[7]郭仲伟. 风险分析与决策[M]. 北京：机械工业出版社，1986.

[8] 卢有杰. 项目风险管理[M]. 北京：清华大学出版社，1998.

[9] 刘光武. 广州地铁开展安全风险管理的探索与实践[J]. 都市快轨交通，2007（20）：21-24.