蘇 勇

上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

近年來，我國城市市政基礎交通發(fā)展迅猛，在城市建設浪潮中受到極大關注。然而，由于市政基礎設施建設具有投資大、施工周期長、施工技術復雜、不可預見因素多和對社會環(huán)境影響大等特點，其安全風險居高不下，主要表現(xiàn)為地面沉降及塌陷、地下管線嚴重變形及斷裂、鄰近建筑物傾斜與開裂、基坑大面積變形與坍滑、支護失穩(wěn)及工程結構物破壞等。特別是在中心城區(qū)，市政基礎設施建設的空間受到極大制約，處于“見縫插針”式的建造狀態(tài)，工程周邊既有建筑物、地下公共設施眾多，使得工程施工的安全控制難度極大。尤其是經(jīng)過多年的軌道交通建設、地下空間開發(fā)建設和大型市政管網(wǎng)改造建設，維持城市有效運轉的地鐵網(wǎng)絡、大型原水管、干線供電系統(tǒng)、城市防汛系統(tǒng)等城市生命線更是星羅棋布，如果市政工程建設稍有不慎，將會造成災難性后果。因此，中心城區(qū)的市政基礎設施開發(fā)建設，施工風險尤為突出，安全控制和風險管理至關重要[1-3]。

1 工程概況

1.1 工程總體概況

北橫通道新建工程Ⅰ標由4個區(qū)段組成，自西向東分別是：北虹路立交段、中山公園工作井及江蘇路匝道段、長壽路橋改建段、海寧路隧道段（圖1）。

圖1 北橫通道新建工程Ⅰ標總平面示意

北虹路立交為北橫通道與中環(huán)線互通立交，包括主線高架（主線N、主線S）、7條匝道（編號EN、ES、NE、SE、EE、WEX、EWS）和FEI人非橋。

中山公園井位于長寧區(qū)中山公園內，工作井東西向長74.5 m，南北向寬24.2～26.1 m，含2個挖深31 m的盾構井；江蘇路匝道沿長寧路方向，途經(jīng)華陽路、江蘇路，至長寧支路與長寧路口接地，總長1 550 m，里程樁號Z6K0＋00.00～Z6K1＋550.00。

長壽路改建工程為長壽路跨蘇州河中幅橋重建橋梁，起點樁號K0＋135，終點樁號K0＋375，橋梁長度240 m，橋梁寬度16 m，橋梁面積3 840 m2。

海寧路隧道采用單層雙室明挖地道形式，西起晉元路，向東穿越吳淞路后接地，地道長約2.45 km。

1.2 項目技術特點及重大風險點

1）中心城區(qū)、長距離、大體量、綜合性項目工程組織要求高。項目位于長寧、普陀、靜安、虹口等中心城區(qū)，人口密集，交通繁忙。從北虹路立交起始點至通道九龍路接地點，全長逾13 km，跨度范圍極長。工程為包含橋梁、深基坑、盾構隧道等工程的綜合性施工項目，挖土量超過900 000 m3，混凝土使用量超過250 000 m3，綜合體量極大。因此，如何在中心城區(qū)復雜環(huán)境下實現(xiàn)復雜工程的精細化管理成為科學、合理、高效地組織好施工的重中之重。

2）明挖通道上跨運營軌交隧道保護要求高。明挖通道段在西藏北路、河南北路處分別上跨軌道交通8號線、10號線，結構底標高與軌道交通盾構間距分別為6.2、4.8 m（圖2、圖3）。根據(jù)《上海市軌道交通管理條例》的要求：保護范圍為地下車站與隧道外邊線外側50 m內。其變形控制要求為：最大沉降隆起量≤10 mm，保護要求極高。

圖2 明挖通道段上跨穿越軌道交通8號線平、剖面示意

圖3 明挖通道段上跨穿越軌道交通10號線平、剖面示意

3）中心城區(qū)地下工程施工對周邊建（構）筑物、管線保護要求高。工程地處市中心，江蘇路匝道位于長寧路上，明挖通道段位于海寧路上，工程沿線近鄰相對重要的建筑共98棟，其中35棟建筑需動拆遷，在基坑影響范圍內需保護的建筑有63處，22處建筑在1倍基坑挖深范圍內，最近距離6.4 m，需要重點保護（圖4）。

圖4 明挖通道段周邊環(huán)境平面示意

4）中心城區(qū)大跨城市高架橋高空作業(yè)風險高。北虹路立交跨中環(huán)線及蘇州河橋梁跨度大、斜交角度大，周邊條件復雜，難度大，施工極富挑戰(zhàn)性。其中跨越中環(huán)線鋼結構施工，高空作業(yè)風險高、工作量大，EE、主線N、S上跨中環(huán)線，跨徑達72.24 m，為3～4層立交，與中環(huán)線凈空5～10 m（圖5）。中環(huán)線為城市骨架路，具有車速快、車流量大的特點，中環(huán)線鋼結構安裝施工期間要保證中環(huán)線的暢通，施工風險大，對中環(huán)線保護要求高。跨蘇州河水上施工涉及水上支架搭設及鋼箱梁安裝，跨蘇州河鋼箱梁跨徑達148.76 m，水上作業(yè)周期長，蘇州河屬6級航道，施工期間船舶正常通行，水上施工安全風險高（圖6）。

圖5 跨越中環(huán)線鋼結構施工現(xiàn)場現(xiàn)狀

圖6 跨蘇州河水上施工現(xiàn)狀

2 北橫通道施工安全信息化安全管控技術

2.1 多項目環(huán)境下基于精細化協(xié)同管理的施工風險遠程智能管控平臺

根據(jù)北橫通道新建工程Ⅰ標長距離、大體量、高綜合性的特點，創(chuàng)新建立了基于精細化協(xié)同管理的多項目環(huán)境下施工風險遠程智能管控平臺，通過自動化監(jiān)測技術、信息化數(shù)據(jù)管理和智能預警技術的深度融合，構建了項目綜合信息管理平臺，建立了復雜施工環(huán)境下結構安全狀態(tài)自動化監(jiān)測與智能預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了多項目環(huán)境下施工安全風險的“及時評估、超前預判及快速反饋”。該平臺主要集成的功能模塊如下：數(shù)據(jù)異常管理、CAD圖紙管理、監(jiān)測配置、預報警事件、重置個人密碼、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、異常監(jiān)測項目設置、視頻設備管理、首頁后臺管理、工程配置、安全評估管理、地圖模塊、文檔系統(tǒng)、施工工況等（圖7）。

圖7 系統(tǒng)功能模塊

多項目環(huán)境下基于精細化協(xié)同管理的施工風險遠程智能管控平臺，借助施工監(jiān)控數(shù)據(jù)自動或人工錄入、數(shù)據(jù)無線遠程傳輸、數(shù)據(jù)后臺快速整理將施工現(xiàn)場風險源監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總至施工遠程管理平臺，實現(xiàn)對工程現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)的快速傳遞、匯總與分析；實現(xiàn)對各建設階段安全風險排查、評估、預報與報警信息的及時發(fā)布；實現(xiàn)對工程勘察、設計、施工技術文檔的網(wǎng)絡集中管理與共享，進而實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)管理信息化、安全評估智能化、預警反饋即時化，保證數(shù)據(jù)第一時間傳輸至工程管理人員，便于工程管理決策。

2.2 復雜區(qū)域環(huán)境下施工危險源動態(tài)跟蹤智能安全監(jiān)管技術

北橫通道涉及橋梁、深基坑、盾構隧道等工程，工程規(guī)模大、技術工藝復雜、現(xiàn)場安全監(jiān)管難度大。傳統(tǒng)的監(jiān)督方式由于監(jiān)督人力有限，同時缺乏先進的輔助監(jiān)管設備，導致施工安全監(jiān)管效率低下、不及時、缺乏科學性和規(guī)范性，已經(jīng)不適應新形勢下重大建設工程對安全監(jiān)控管理的要求。

為此，采用視頻監(jiān)控技術、圖像處理技術、網(wǎng)絡技術，將施工中的人、物、環(huán)境等管理信息集成，建立了實時動態(tài)跟蹤監(jiān)護、快速數(shù)據(jù)分析、及時風險預警的復雜區(qū)域環(huán)境下施工危險源動態(tài)跟蹤智能安全監(jiān)管技術，實現(xiàn)了集現(xiàn)場全方位監(jiān)控、全天候預警、管控于一體的目標。

可視化監(jiān)控系統(tǒng)采用IPC（網(wǎng)絡攝像機）/手機端＋NVR（網(wǎng)絡硬盤錄像機）式的純數(shù)字視頻監(jiān)控模式，該模式基于發(fā)展成熟且無處不在的IP網(wǎng)絡實現(xiàn)系統(tǒng)部署。該系統(tǒng)具有監(jiān)控點位不受地域限制、施工簡單快速、布線成本低廉、網(wǎng)絡傳輸自由、圖紙質量無損等特點。可視化監(jiān)控系統(tǒng)主要包括4個組成部分：前臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、后臺實時監(jiān)控及顯示系統(tǒng)、后臺存儲系統(tǒng)等。

2.3 復雜空間結構虛擬拼裝技術

北虹路立交跨中環(huán)線、蘇州河段為復雜空間線型的大曲率鋼箱梁，借助數(shù)字化虛擬拼裝方法和專項技術可以實現(xiàn)復雜橋梁結構的無實體試拼裝，提前發(fā)現(xiàn)工程實際吊裝中存在的問題與風險，提高工程建設效率，強化工程建設質量管控，降低工程建設安全風險。為此，基于虛擬建造理論，采用三維模型技術（如BIM），模擬復雜空間結構分段拼裝過程中構件可能產(chǎn)生的變形和附加內力，預演工程建設過程，及早發(fā)現(xiàn)工程中存在的問題，超前實現(xiàn)復雜空間結構拼裝過程虛擬化建造（圖8）。

圖8 北虹路立交BIM建模虛擬分析

2.4 基坑圍護變形智能控制技術

基坑圍護變形智能控制采用深基坑圍護結構變形控制自適應支撐系統(tǒng)，實現(xiàn)對圍護體結構變形全程實時監(jiān)控。該系統(tǒng)主要通過圍護結構位移變形智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控圍護體系變形并反饋到軸力自動補償系統(tǒng)，軸力自動補償系統(tǒng)通過液壓伺服裝置對鋼支撐施加軸力，從而有效控制和減小基坑的變形，確保高敏感環(huán)境下管線與建筑物的安全（圖9）。

圖9 基坑圍護變形智能控制系統(tǒng)支撐布置

以海寧路為例，隧道處于靜安、虹口市中心鬧市區(qū)，道路兩側建筑物林立，在基坑影響范圍內的建筑約50處，部分建筑緊鄰基坑圍護外邊線，為此對基坑開挖影響范圍內的重要建筑/管線有針對性地布置基坑圍護自適應支撐系統(tǒng)，降低基坑開挖期間的圍護體系變形，減小因圍護體系變形引發(fā)的建筑地基變形，有效控制建筑的附加變形或者不可逆損傷等。

3 工程應用效果

目前，北橫通道新建工程Ⅰ標中的北虹路立交段、中山公園工作井已開建，通過以上安全信息控制技術的應用，確保了工程建設的順利進行，具體應用效果如下：

1）多項目環(huán)境下基于精細化協(xié)同管理的施工風險遠程智能管控平臺的應用，通過使用基于信息化集成平臺的安全管理系統(tǒng)，能夠有效掌握施工階段的安全信息，將工程安全監(jiān)控技術以業(yè)務流程為主線，以多項目環(huán)境下相關部門為單位，連結成為有機整體，使工程安全信息在不同業(yè)務和不同環(huán)節(jié)中得到快速、準確的傳遞，避免信息在傳遞過程中的“失真”，杜絕出現(xiàn)安全“信息孤島”，消除安全隱患，實現(xiàn)了中山公園工作井和北虹路立交的安全建設。以中山公園工作井為例，順利實現(xiàn)了在鄰近周邊建筑、地層復雜多變環(huán)境下，71 m以深的超深地下連續(xù)墻施工，攻克了開挖面穩(wěn)定、⑨層地下水安全降排難題（圖10）。

2）通過復雜區(qū)域環(huán)境下施工危險源動態(tài)跟蹤智能安全監(jiān)管技術，能夠有效地監(jiān)控項目的施工安全狀態(tài)，對各個工程的不同施工階段能夠通過網(wǎng)絡信息平臺進行查詢、監(jiān)控，實現(xiàn)了已開工的中山公園工作井和北虹路立交安全施工的可視化管理。

3）通過復雜空間結構虛擬拼裝技術的應用，制訂了上跨中環(huán)線（跨徑72 m）及蘇州河（跨徑148 m）鋼結構高空安裝方案，采用大跨度鋼箱梁懸臂拼裝跨越中環(huán)線可實現(xiàn)不設支架、不影響現(xiàn)有交通路網(wǎng)，完成最長6 h內大節(jié)段整體跨越中環(huán)線，有效避免施工對既有城市快速路的影響（圖11、圖12）。

圖10 中山公園71 m以深地下連續(xù)墻施工

圖11 北虹路立交跨越中環(huán)線鋼結構虛擬拼裝

4 結語

圖12 北虹路立交跨蘇州河水上鋼結構虛擬拼裝

以上海在建中心城區(qū)北橫通道新建工程Ⅰ標為依托，針對長距離、大體量、綜合性高、組織難度大、環(huán)境保護苛刻以及重大工程建造項目安全風險大、預警嚴重滯后等難題，開發(fā)了多項目環(huán)境下基于精細化協(xié)同管理的施工風險遠程智能管控平臺，形成了復雜區(qū)域環(huán)境下施工危險源動態(tài)跟蹤智能安全監(jiān)管技術、復雜空間結構虛擬拼裝技術和基坑圍護變形智能控制技術[4-6]。通過安全監(jiān)控關鍵參數(shù)的獲取、施工過程中安全監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集及傳輸方式的確定，建立了重大工程施工安全風險智能化監(jiān)控成套技術，實現(xiàn)了施工安全監(jiān)控信息化、遠程化、風險即時評定及建筑企業(yè)協(xié)同管理模式，將帶動建筑工程施工過程控制及安全風險預警進入信息化時代，開啟建筑業(yè)信息化管理平臺，推動建筑業(yè)相關產(chǎn)業(yè)升級。