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1.內(nèi)容提要 地鐵施工因具有作業(yè)流動(dòng)性大、地下作業(yè)多、施工周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)坍塌、物體打擊、高處墜落等安全事故。傳統(tǒng)安全管理雖然也強(qiáng)調(diào)超前管理、標(biāo)本兼治，但仍存在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不細(xì)致、風(fēng)險(xiǎn)控制措施不到位等問(wèn)題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)大量的地鐵施工安全管理內(nèi)容，僅依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，已無(wú)法滿(mǎn)足工作需要，傳統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理方式亟須改進(jìn)和提高。本書(shū)主動(dòng)將信息技術(shù)全面引入安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別過(guò)程，將規(guī)范中的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別知識(shí)結(jié)構(gòu)化，針對(duì)具體工程的施工信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)狀況；針對(duì)地鐵坍塌事故的可監(jiān)測(cè)前兆信息，建立地鐵施工坍塌事故預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警功能，為預(yù)防地鐵施工安全事故奠定良好的理論基礎(chǔ)。在地鐵實(shí)際施工過(guò)程中，根據(jù)該系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別、預(yù)警的結(jié)果，可采取積極的措施來(lái)預(yù)防地鐵施工安全事故的發(fā)生，最大限度地保證地鐵施工安全。 本書(shū)可供地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究人員和地鐵施工從業(yè)人員參考使用。 2.前言 隨著人口的不斷增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程的不斷加快，大量人流涌入大城市，導(dǎo)致了大城市交通壓力不斷加大。“限行、分流、高架、立交”等措施已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的人流需求。為了解決城市交通堵塞問(wèn)題，倫敦于1863年開(kāi)通了世界上首條地下鐵路系統(tǒng)——倫敦大都會(huì)鐵路。1969年北京開(kāi)通了我國(guó)第一條地鐵線(xiàn)路。雖然地鐵在我國(guó)起步較晚，但由于交通擁堵問(wèn)題和城市人口不斷增加，地鐵在我國(guó)取得了快速發(fā)展，成為緩解城市交通壓力的重要方法和途徑。 中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布的《城市軌道交通2016年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告》指出，截至2016年年底，中國(guó)大陸地區(qū)共30個(gè)城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通，共計(jì)133條線(xiàn)路，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路總長(zhǎng)度達(dá)4152.8公里。其中，地鐵3168.7公里，占76.3％；其他制式城軌交通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度984.1公里，占23.7％。截至2016年年底，共有58個(gè)城市的城軌線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃獲批（含地方政府批復(fù)的14個(gè)城市），規(guī)劃線(xiàn)路總長(zhǎng)達(dá)7305.3公里。在建、規(guī)劃線(xiàn)路規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，投資額持續(xù)增長(zhǎng)，建設(shè)速度穩(wěn)健提升。地鐵的興建和開(kāi)通，不僅提高了土地利用率，也節(jié)省了土地資源，緩解了中心城市交通密度，同時(shí)讓人車(chē)分流，疏導(dǎo)了交通，增加了城市綠地，擴(kuò)充了基礎(chǔ)設(shè)施容量，減少了污染，保持了城市歷史文化景觀，保護(hù)了城市生態(tài)環(huán)境。 雖然我國(guó)城市地鐵建設(shè)取得了巨大的成就，但因地鐵施工作業(yè)流動(dòng)性大、地下作業(yè)多、施工周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)坍塌、水害、火災(zāi)、機(jī)械傷害、物體打擊、爆炸、中毒、觸電、高處墜落等施工安全事故。如2008年11月15日，杭州地鐵湘湖站工地發(fā)生坍塌事故，導(dǎo)致21人死亡，24人受傷，這起事故成為中國(guó)地鐵建設(shè)歷史上最為慘重的一次事故；2009年1月11日，上海地鐵11號(hào)線(xiàn)曹楊路站工地，施工電器線(xiàn)路短路導(dǎo)致火災(zāi)，造成1人死亡，數(shù)人受傷；2009年5月16日，廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)北延段9標(biāo)段工地，發(fā)生中毒事故，導(dǎo)致3名施工人員死亡；2010年9月7日，深圳地鐵4號(hào)線(xiàn)騰龍路紅山站，工人因雨天不慎觸電，導(dǎo)致1人死亡；2011年4月4日，深圳地鐵5號(hào)線(xiàn)上水徑站，幾名工人在將一臺(tái)機(jī)器搬出地鐵隧道時(shí)，發(fā)生物體打擊事故，導(dǎo)致1人死亡，4人受傷；2013年5月6日，西安地鐵3號(hào)線(xiàn)通化門(mén)至胡家廟區(qū)間，左北隧道開(kāi)挖作業(yè)面突然出現(xiàn)暗挖隧道頂部塌方，導(dǎo)致5人死亡，1人受傷。 地鐵施工安全事故對(duì)人民生命健康安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境產(chǎn)生重大危害，導(dǎo)致了人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境破壞等重大問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外的研究人員和從業(yè)人員一直都在研究如何降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，減少施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的安全管理研究及實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)警是安全管理的重要環(huán)節(jié)，其目的就在于尋找工程的薄弱環(huán)節(jié)并建立有效措施，以避免將來(lái)的安全事故。傳統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理雖然也強(qiáng)調(diào)超前管理、標(biāo)本兼治，但仍存在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不細(xì)致、風(fēng)險(xiǎn)控制措施不到位等問(wèn)題；同時(shí)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)大量的地鐵施工安全管理內(nèi)容，僅依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，已無(wú)法滿(mǎn)足工作需要，傳統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理方式急需改進(jìn)和提高。主動(dòng)地將信息技術(shù)全面引入安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)警過(guò)程，將專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范中的安全風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，針對(duì)具體工程施工信息的輸入，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管理的信息化與自動(dòng)化，應(yīng)是解決這一問(wèn)題的新思路。 基于這些關(guān)鍵問(wèn)題，本書(shū)將現(xiàn)有研究視角拓展和引申到地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)的前兆信息，提出從人—機(jī)—環(huán)境的角度分析前兆信息的方法，并確定以施工活動(dòng)、工作任務(wù)、前兆信息為主體的地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素。從標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中獲取風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則，基于規(guī)則推理方法設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別推理機(jī)制和算法，實(shí)現(xiàn)施工安全風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)識(shí)別；針對(duì)地鐵坍塌事故的可監(jiān)測(cè)前兆信息，研究施工安全狀態(tài)及預(yù)警等級(jí)，建立地鐵施工坍塌事故預(yù)警系統(tǒng)，完成預(yù)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警功能，為預(yù)防地鐵施工安全事故奠定良好的理論基礎(chǔ)。安全風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警，一方面有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)階段的安全管理，提醒安全管理部門(mén)盡早部署預(yù)防措施；另一方面可以提高施工階段安全管理的水平，提醒安全管理部門(mén)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)所在區(qū)域盡快采取有效措施。因此，從前兆信息出發(fā)，開(kāi)展安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警方法的研究，對(duì)保障地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)的安全，具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 本書(shū)是在課題組的研究成果上進(jìn)一步完善而來(lái)的，碩士研究生焦海霞、闞潔在本書(shū)的完成過(guò)程中做了大量的研究工作，李啟明教授、張星教授在本書(shū)的完成過(guò)程中一直給予關(guān)心并提供了重要的指導(dǎo)，在此一并表示深深的謝意！ 在本書(shū)的寫(xiě)作過(guò)程中，參考了許多國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者的論文和著作，已在參考文獻(xiàn)中列出，在此向他們表示感謝！對(duì)于可能遺漏的文獻(xiàn)，在此也向作者表示歉意。 對(duì)地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警研究是安全信息化的重要內(nèi)容，如果廣大學(xué)者和地鐵施工安全工作者能在本書(shū)中得到啟發(fā)，作者不勝榮幸。同時(shí)書(shū)中難免有錯(cuò)漏之處，敬請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正，不勝感激！ 陸瑩 2017年5月于東南大學(xué) 3.目錄 1基于前兆信息的地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析1 1.1地鐵施工活動(dòng)分析1 1.1.1工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）方法概述1 1.1.2基于WBS的地鐵施工活動(dòng)分解1 1.1.3基于WBS地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)法施工分解4 1.2地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)事件分析9 1.2.1地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)事件分類(lèi)9 1.2.2事故致因理論10 1.2.3地鐵施工安全事故原因分析12 1.3地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)前兆信息體系構(gòu)建13 1.3.1前兆信息的概念13 1.3.2前兆信息在安全風(fēng)險(xiǎn)中的應(yīng)用14 1.3.3前兆信息體系構(gòu)建14 2基于本體的地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)構(gòu)建24 2.1本體的相關(guān)研究24 2.1.1本體的內(nèi)涵24 2.1.2本體的分類(lèi)25 2.1.3本體描述語(yǔ)言和建模工具26 2.1.4本體構(gòu)建的方法與步驟28 2.2本體知識(shí)庫(kù)構(gòu)建31 2.2.1目標(biāo)與需求32 2.2.2知識(shí)表示34 2.2.3類(lèi)和類(lèi)的結(jié)構(gòu)關(guān)系定義35 2.2.4對(duì)象型屬性定義37 2.2.5數(shù)據(jù)型屬性定義38 2.2.6實(shí)例創(chuàng)建40 3基于規(guī)則推理的地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研究45 3.1規(guī)則語(yǔ)言（SWRL）概述45 3.1.1SWRL規(guī)則語(yǔ)言發(fā)展45 3.1.2SWRL框架結(jié)構(gòu)45 3.1.3SWRL規(guī)則表達(dá)方式46 3.1.4SWRL構(gòu)建工具46 3.2規(guī)則語(yǔ)言（SWRL）構(gòu)建47 3.2.1屬性規(guī)則構(gòu)建47 3.2.2實(shí)例規(guī)則構(gòu)建49 3.3本體知識(shí)庫(kù)的可視化與查詢(xún)52 3.3.1知識(shí)庫(kù)的可視化52 3.3.2知識(shí)庫(kù)的查詢(xún)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）應(yīng)用55 4基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法研究59 4.1地鐵施工坍塌事故可監(jiān)測(cè)前兆信息分析59 4.1.1PaICFs調(diào)查模型59 4.1.2利用PaICFs進(jìn)行地鐵坍塌事故前兆信息識(shí)別59 4.1.3基于勘察設(shè)計(jì)階段的前兆信息分析61 4.2地鐵坍塌事故前兆信息采集61 4.2.1位置類(lèi)信息的采集62 4.2.2地質(zhì)及環(huán)境類(lèi)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地鐵施工坍塌事故前兆信息預(yù)警機(jī)制67 4.3.1施工現(xiàn)場(chǎng)安全狀態(tài)及預(yù)警等級(jí)68 4.3.2地鐵坍塌事故單指標(biāo)預(yù)警機(jī)制68 4.3.3地鐵坍塌事故多指標(biāo)預(yù)警機(jī)制73 5地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)86 5.1預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)86 5.1.1GIS集成二次開(kāi)發(fā)86 5.1.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)境及需求分析86 5.1.3預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及功能模塊設(shè)計(jì)87 5.2預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)88 5.2.1空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)89 5.2.2屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)91 5.3預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)——以南京某地鐵車(chē)站基坑施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警系統(tǒng)為例93 5.3.1南京某地鐵車(chē)站基坑施工現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)介93 5.3.2南京某地鐵車(chē)站施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)93 5.3.3南京某地鐵車(chē)站施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)94 6結(jié)論100 6.1主要研究工作及其結(jié)論100 6.2研究不足及研究展望101 附錄102 參考文獻(xiàn)103 |
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