某长距离引调水工程安全预警管理体系

秦 朋，谭 勇，牛广利，田亚岭，李福庆

（1、长江科学院工程安全与灾害防治研究所 武汉 430010；2、水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心 武汉 430010；3、国家大坝安全工程技术研究中心 武汉 430010；4、广东华隧建设集团股份有限公司 广州 510800）

1 工程概况

某长距离引调水工程设计流量80 m3/s，设计规模17.87亿m3/s，输水线路总长113.1 km，采用深埋隧洞方式在地下平均40～60 m空间建设输水隧洞［1］。工程工作井基坑深，输水隧洞长，分布于人口密集的大型城市，一旦发生工程安全事故，后果严重［2］。为确保工程施工期和运行期的安全稳定，工程采用了先进的安全监测技术，并建立了工程安全预警管理体系。

2 工程安全监测

全线共计37个工作井基坑，深度在14.5～74.0 m之间，其中深度在50.0 m以上的有22个。工作井基坑采用地连墙+内衬结构支护，地连墙布置了钢筋应力、深层位移、外侧土压力等监测项目［3］；基坑周边布置了地表沉降和地下水位监测项目。

引水隧洞总长154 km，布置了隧洞收敛、沉降观测。隧洞施工以盾构法为主，采用管片监测仪器预埋技术，布置了管片钢筋应力、外侧土压力、外侧渗透压力监测等项目；管片内弧面布设定点式感测光缆和碳纤维复合基应变感测光缆，总长度达25.3 km，用于监测管片应力应变。

安全监测自动化采集装置与监测仪器基本同步安装，安全监测信息化管理系统在项目开工初期已完成基本功能并部署应用；结合无线传输技术，工程实现施工期全面自动化安全监测，为工程安全预警管理奠定了基础［4］。

3 工程安全预警管理目的

工程安全预警管理可以有效地防范未发生的风险工程事故，同时还可以针对已发生的工程事故及时做好防范［5］。安全预警管理关键在于提前进行事故控制、事前管理［6］。建立工程安全预警管理体系的主要目的是保证工程施工无论是从组织、制度还是生产上都可以顺利进行，具体体现在以下3个方面［7］：①提升工程安全管理水平，可以有效地对风险进行超前预警，提高风险管理效率，减少工程事故率；②明确工程安全预警各环节中各方职责，统一和规范工程预警工作流程；③及时了解工程安全状态，减少了传统的电话询问、安排工作等环节，提高工作效率。

4 工程安全预警职责

4.1 建设单位

建设单位是工程安全预警管理责任主体，主要职责为：组织制定工程安全预警、响应及消警的规章制度；督促并检查监理单位、勘察单位、设计单位、监测单位及施工单位开展工程安全监测和预警、响应、消警等相关工作；检查工程安全预警应急预案及现场演练情况，协调解决预警、消警工作过程中出现的技术问题；参与预警、消警的分析和论证，督促参建单位响应措施的落实，及时消除隐患，做好闭环管理。

4.2 勘察单位

勘察单位是工程安全预警管理有关工程地质、水文地质的技术支持单位，主要职责为：对工程地质和水文地质条件以及周边环境等情况进行交底，对不良地质状况作详细说明；参与预警、消警现场分析会和专家论证会，提出工程措施建议；根据施工单位的需要，指导施工单位进行补充勘察。

4.3 设计单位

设计单位是工程安全预警管理的设计责任单位，主要职责为：明确珠三角工程实施过程中监测范围、监测项目、监测点布置、监测精度、监测频率、重点监测部位等相关技术要求；明确各监测项目在不同工况条件下的监控指标，结合工程实际情况、反馈的监测数据和预警情况，及时动态调整预警监控指标；参与预警、消警现场分析会和专家论证会，提出工程措施建议和下一步预警及消警的监控指标；参与审查预警降级和消警条件。

4.4 监理单位

监理单位是工程安全预警管理的监管主体，主要职责为：审批监测单位、施工单位的安全监测实施方案，施工单位的安全预警应急预案；监督监测单位、施工单位开展安全监测工作，并组织验收监测仪器安装埋设；审核监测单位、施工单位提供的监测数据、巡视检查等监测资料，对比分析监测单位、施工单位提交的监测成果；出现异常情况时，及时组织现场巡视和复核；当异常情况达到预警标准时，及时组织召开现场分析会或专家论证会，协助分析处理，综合各方意见，明确是否启动预警、启动预警级别；督促施工单位落实工程措施；审查预警降级、消警条件，组织现场分析会，综合各方意见，明确是否降级、消警。

4.5 监测单位

监测单位是工程安全预警管理的服务第三方，主要职责为：编制安全监测实施方案；按要求开展安全监测工作，出现异常情况，及时通知相关单位；参与异常情况现场巡视与复核；参与预警、消警现场分析会和专家论证会，根据监测数据和巡视信息，对异常情况进行原因分析，提供咨询服务；参与预警降级、消警分析会，为降级、消警提供技术支持。

4.6 施工单位

施工单位是工程安全预警管理的实施主体，主要职责为：开展工程周边环境调查、房屋入户调查；结合调查结果，编制安全监测实施方案和监测预警应急预案；当隧洞穿越建构筑物、公路、铁路、地铁等时，应编制专项监测方案；按要求开展安全监测工作，出现异常情况，及时通知相关单位；参与异常情况现场巡视与复核，针对异常情况采取应急措施，防止异常情况恶化；协助召开现场分析会或专家论证会，对异常情况进行原因分析，提出工程措施方案，经审议后实施；提出预警降级、消警申请，参与预警降级、消警分析会。

5 工程安全预警流程

5.1 预警控制指标

根据监测数据和巡视检查结果、险情或事故发生的紧急程度、发展态势和可能造成的危害程度，本工程安全预警的级别由大到小分为一级、二级、三级［8-9］。设计文件提供了各监测项目的监控指标，设置的各级预警阈值如下：

⑴三级预警阈值为：设计文件中的报警值；

⑵二级预警阈值为：设计文件中的控制值；

⑶一级预警阈值为：在二级预警的工程处置过程中，根据具体工况，由设计单位提出下一步施工各监测项目的控制总量及变化速率。

5.2 预警启动

各级预警启动流程如图1所示。各级预警启动条件不同，组织流程基本相同。

⑴三级预警：当监测数值达到三级预警阈值，监测单位或施工单位立即告知相关单位。监理单位应及时组织各参建单位参与现场巡视，召开现场分析会，对监测数据异常原因进行分析，预测发展趋势，评价工程安全状态，审议工程措施，明确是否启动预警。若启动预警，则立即发布三级预警；若不启动预警，设计单位应提出下一步监控指标，并作为后期启动三级预警的条件之一。

⑵二级预警：三级预警工程措施处置完成后，若现场工况继续恶化，监测数值达到二级预警阈值，或监测数值发生突变，直接达到二级预警阈值，监测单位或施工单位立即告知相关单位。监理组织召开二级预警现场分析会，明确是否启动预警或预警升级。若启动预警或预警升级，则立即发布二级预警；设计单位提出下一步监控指标，作为后期启动一级预警的条件之一。若不启动预警，设计单位提出下一步监控指标，作为后期启动二级预警的条件之一。

⑶一级预警：二级预警工程措施处置完成后，当监测数值达到一级预警阈值，监测单位或施工单位立即告知相关单位。监理组织召开一级预警现场分析会，明确是否启动预警升级。若启动预警升级，则立即发布一级预警；若不启动预警升级，设计单位应提出下一步监控指标，作为后期启动一级预警的条件之一。

5.3 预警响应

根据预警级别不同，响应单位和人员要求不同，级别越高，参与的单位越多，对参与的人员要求也更高。本工程安全预警响应单位及人员如图1所示。

图1 工程安全预警流程Fig.1 Safety Forewarning System

出现异常情况时，施工单位首先采取应急措施，防止异常情况恶化。预警一经发布，施工单位应立即启动安全预警应急预案，监测单位和施工单位应根据设计要求加密观测，各参建单位均应加强现场巡视检查，直至消警。预警级别越高，对应的安全预警应急预案、观测频次、巡视检查要求越高。

三级预警对应的处置措施方案经现场分析会审议通过后立即实施，二级预警、一级预警对应的工程措施方案应由专家论证会审议。现场分析会明确启动二级、一级预警后，监理单位应在6 h、2 h内，组织专家论证会，审议施工单位的工程措施方案，会议的形式包含现场会议和网络视频会议。

5.4 预警降级、消警

预警降级、消警流程如图2所示。各级预警降级、消警必备的条件为预警部位施工状态、周边环境无异常情况。监测数值理论上应满足设计文件中各监测项目的监控指标以及启动预警过程中动态调整后的监控指标；当预警监测项目累计值无法恢复至预警前监控指标范围内时，可只采用变化速率作为监控指标，但应征求设计单位意见。

图2 工程安全预警降级、消警流程Fig.2 The Process of Early Warning and Eliminating

当施工单位完成一级预警对应的处置措施，预警监测项目变化速率满足一级预警消警条件时，施工单位提交预警降级、消警申请，监测单位、施工单位提交同期监测资料，监理单位审核监测资料后，组织各参建单位召开预警降级、消警会，综合各方意见，明确预警是否降为二级预警。二级预警降级、三级预警消警组织流程与一级预警降级组织流程相同。一级预警只可降为二级预警，不可降为三级预警或消警；二级预警只可降为三级预警，不能消警；仅三级预警可以消警。

6 工程预警管理信息化

为保证工程预警管理的及时性和有效性，本工程在开工初期部署了安全监测信息管理系统（以下简称“监测系统”），并实现施工期自动化测量［10］，自动化及无线传输架构如图3所示。监测系统不仅具备常规的监测数据采集、监测数据整编分析功能，还融合了实时监控报警、文档资料管理、智能巡检、BIM+GIS安全监测可视化场景构建等多样化功能［11］，如图4所示。

图3 施工期安全监测自动化Fig.3 Safety Monitoring Automation in Construction

图4 安全监测信息化管理系统构架Fig.4 The Framework of Safety Monitoring Information Management System

监测系统预警模块的报警功能可以设定设计报警值、控制值，规范报警值、控制值，同类工程经验报警值、控制值等多个静态监控指标，还可以设定超量程、缺数据等故障阈值。根据各类监控指标及工程预警管理流程，用户可以自定义报警源和报警策略，向监测工程师发送超警提醒，根据不同的报警等级，向各单位管理人员发送预警信息，如图5所示。报警方式有站内报警、短信报警、邮件报警等。

图5 监控报警模块报警策略及信息发送Fig.5 The Alarm Strategy and Information Sending of the Monitoring and Alarm Module

监测系统BIM+GIS可视化场景中各工程部位预警状态、预警级别关联了施工BIM模型，预警监测项目各测点的测值分布、过程线等监测成果关联了安全监测BIM模型。监测系统实现了安全预警管理一张图，用户对工程安全预警情况一目了然，如图6所示。本工程安全预警管理体系建立的基础。

图6 基于BIM+GIS可视化场景的预警信息展示Fig.6 Early Warning Information Displaying Based on BIM+GIS Visual Scene

工程针对不同建筑物、不同的施工工艺编制了一套完善的预警管理规章制度；各参建单位均设有工程安全监测机构，并委任一名领导成员分管工程安全预警。规范的管理内容和专业的管理人员是本工程安全预警管理体系应用的保障。

7 结语

某长距离引调水工程采用了先进的监测技术，在开工初期即实现了自动化测量和系统的部署；同时发挥监测单位和施工单位的安全监测作用，实现了监测范围相互补充，监测成果相互校核。先进的安全监测软硬件基础设施和充分的人力资源投入是