劉林平

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東廣州510010）

地鐵是一種特殊的地下工程，空間狹小、環(huán)境復(fù)雜，隧道在地面建筑設(shè)施和地下施工環(huán)境的影響下時常出現(xiàn)變形，而隨著我國地鐵線路開通數(shù)的增加，相應(yīng)的地鐵事故頻繁發(fā)生，給國家和個人帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為確保地鐵周邊環(huán)境及設(shè)施的安全，使地鐵隧道施工能夠順利進(jìn)行，加強施工過程中的地鐵隧道監(jiān)測和基坑具有非常重要的意義。地鐵隧道變形監(jiān)測具有高精度、高頻率和高時效性的特點，但是地鐵隧道變形監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜，天窗時間段，存在安全隱患，傳統(tǒng)人工作業(yè)模式難以滿足地鐵監(jiān)測的要求。采用全天候、自動化的變形監(jiān)測方式是地鐵隧道監(jiān)測的最優(yōu)方案，全站儀自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)可以對變形監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行全天候、高精度、高頻率、安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集分析，生成變形曲線和變形報告，預(yù)測安全事故、消除隱患，保證地鐵的安全施工和運營。

1 地鐵工程自動化監(jiān)測分析

完整的自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要是指沒有人員干預(yù)的條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)自動化觀測記錄，處理儲存信息，實現(xiàn)報表編制和預(yù)警預(yù)報等功能，通過一系列的軟件、硬件構(gòu)成。基于測量機器人自動化變形檢測系統(tǒng)主要包括以下幾個方面，測量機器人監(jiān)測站、計算機控制系統(tǒng)、CDMA通信網(wǎng)以及英特網(wǎng)、基準(zhǔn)點與變形監(jiān)測點。

1.1 自動化全站儀

在監(jiān)測過程中，自動地開展整平工作，調(diào)焦和正導(dǎo)向觀測，對數(shù)據(jù)自動化記錄，能夠自動化識別以及對準(zhǔn)功能。只要將儀器對目標(biāo)對準(zhǔn)，便能對目標(biāo)棱鏡自動尋找，開展自動瞄準(zhǔn)并進(jìn)行鎖定，實時監(jiān)測，監(jiān)測效率得到了大幅提升。

1.2 自動化實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件

在變形實時監(jiān)測系統(tǒng)過程當(dāng)中SMOS自動化系統(tǒng)軟件，在有線和無線控制儀器基礎(chǔ)上，通式監(jiān)測點和儀器前，對設(shè)置在自然物體上的監(jiān)測點以及目標(biāo)設(shè)施開展動態(tài)化的三維坐標(biāo)監(jiān)測，并通過近距離差分后，使其精度達(dá)到亞毫米級，不僅自動化程度高，而且具有很高的精度，同時非常便捷與自動，還能自動化實時化的處理數(shù)據(jù)。

1.3 結(jié)構(gòu)安全評價

此項工作是通過結(jié)構(gòu)安全評價系統(tǒng)實現(xiàn)，主要包括對數(shù)據(jù)的分析監(jiān)測，歷史數(shù)據(jù)的定期監(jiān)測，對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，分析監(jiān)測結(jié)構(gòu)，如分析建筑物的穩(wěn)定性以及安全性，對全部的結(jié)果進(jìn)行顯示、存檔以及儲存，在此基礎(chǔ)上生成安全檢測報告以及評估報告。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全預(yù)警體系設(shè)計思路

2.1 感知層

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將視頻監(jiān)控、智能測斜管、光電式雙位移計、壓力傳感器、超聲波水位計、空隙水壓力計、應(yīng)力計、軸力計、超聲波測距儀等信息采集設(shè)備按監(jiān)測設(shè)計要求安裝于施工現(xiàn)場監(jiān)測點，用于收集施工現(xiàn)場的各類信息。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層

位于工地前端的信息采集設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)、有線通信和無線通信等，將底層采集到的信息與上層服務(wù)器進(jìn)行連接和交換。

2.3 數(shù)據(jù)處理層

從底層感知層采集到的原始數(shù)據(jù)不僅數(shù)量大，而且含有大量重復(fù)且對用戶無用的，所以需要數(shù)據(jù)處理層對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波降噪、整合處理，并能生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)匯總、分析的報表、圖表等，可以供用戶查詢、使用。

2.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

要實現(xiàn)對工程施工安全的預(yù)警功能，需要對采集到數(shù)據(jù)做特殊處理。例如對于地鐵施工地表沉降問題，可以用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波、ARIMI等模型，構(gòu)建地表沉降預(yù)測模型，使用戶提早掌握沉降的未來走勢，并根據(jù)設(shè)置的閾值實現(xiàn)預(yù)警功能。

2.5 服務(wù)層

利用終端設(shè)備，為用戶提供可視化操作平臺，實現(xiàn)預(yù)警信息的實時響應(yīng)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全預(yù)警架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全預(yù)警架構(gòu)

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的施工安全預(yù)警功能模塊

3.1 地鐵工程本體施工安全風(fēng)險預(yù)警

地鐵工程本體施工安全預(yù)警指標(biāo)主要包括支護(hù)樁（墻）頂部水平（豎向）位移、支撐軸力、錨桿拉力、地表沉降、地下水位、管片結(jié)構(gòu)豎向位移、管片結(jié)構(gòu)凈空收斂、初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂沉降和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)凈空收斂等。通過位移、應(yīng)力等傳感器來獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)中心處理，得出即時變化值及變化速率和預(yù)測的變化值及變化速率，根據(jù)事先設(shè)置好的閾值，進(jìn)行及時預(yù)警。

3.2 地鐵工程施工設(shè)備監(jiān)測預(yù)警

通過對地鐵工程施工大型設(shè)備安裝傳感器，實時采集數(shù)據(jù)，可以實時監(jiān)測施工現(xiàn)場的大型設(shè)備運行情況，需事先設(shè)置好閾值，進(jìn)行及時預(yù)警。

3.3 地鐵工程施工環(huán)境監(jiān)測預(yù)警

地鐵施工多處于地下，施工環(huán)境相對比較密閉，易發(fā)生爆炸、中毒等事故。在此通過實時采集施工現(xiàn)場的可燃和有毒有害氣體濃度、粉塵、溫濕度等數(shù)值，進(jìn)行閾值判斷，實現(xiàn)及時預(yù)警。

3.4 地鐵工程施工注意事項

（1）地鐵施工是一個涉及沿線地質(zhì)情況、周邊構(gòu)（建）筑物、地下管線等綜合性、復(fù)雜性的施工過程。本文提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時動態(tài)監(jiān)測走勢，實現(xiàn)地鐵施工過程的安全預(yù)警，確保了施工過程的安全性，減少施工安全事故所帶來的損失。

（2）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，減少了人工參與的工作量，保證數(shù)據(jù)正確性的同時提高了工作效率。

（3）為確保監(jiān)測點數(shù)據(jù)的正常、正確傳輸，在實際工作中應(yīng)該做好對檢測項目各監(jiān)測點傳感設(shè)備的保護(hù)工作；同時，應(yīng)加強日常安全巡視工作，發(fā)現(xiàn)周邊環(huán)境有異常情況，及時反饋信息。

4 安全風(fēng)險管理

以深化設(shè)計模型為基礎(chǔ)，根據(jù)施工安全風(fēng)險管理體系增加風(fēng)險監(jiān)測點模型和風(fēng)險工程等信息，建立安全風(fēng)險管理模塊，利用BIM數(shù)據(jù)集成與BIM信息化建設(shè)管理平臺建立環(huán)境模型與安全風(fēng)險監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)對施工安全風(fēng)險的可視化動態(tài)管理。集模型集監(jiān)測對象、監(jiān)測點、監(jiān)測方案和檢測數(shù)據(jù)等功能于一體，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化預(yù)警和自動推送。安全風(fēng)險管理應(yīng)形成適用于既有車站不停運改擴(kuò)建工程的專項施工方案、技術(shù)交底方案、設(shè)計交底方案、危險源辨識計劃、施工安全策劃書等。

4.1 施工安全模擬

運用數(shù)字化技術(shù)，依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，實時更新施工安全設(shè)施配置模型，對危險源進(jìn)行動態(tài)辨識和動態(tài)評價。通過對實際施工方案、實施過程模擬進(jìn)行交底，直觀展示各施工步驟、施工工序之間的邏輯關(guān)系，使現(xiàn)場技術(shù)人員、施工人員對工程項目的技術(shù)要求、質(zhì)量要求、安全要求、施工方法等有透徹理解。

對施工人員進(jìn)行安全教育，對高發(fā)危險事件進(jìn)行預(yù)演模擬，結(jié)合系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置好的人員疏散路線信息、救援路線信息、攝像頭位置點信息、救援設(shè)備位置點信息等，在人員疏散逃離及救援人員進(jìn)入現(xiàn)場時給予正確的處置參考信息，便于科學(xué)組織施工，提高施工人員安全意識，避免技術(shù)質(zhì)量事故的發(fā)生。

4.2 施工監(jiān)測管理

施工監(jiān)測管理是利用信息傳感設(shè)備、視頻監(jiān)測設(shè)備，或其他數(shù)字化監(jiān)測手段對施工現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的管理方式。對于人流量密集區(qū)域、車站商業(yè)連接區(qū)域或其他危險區(qū)域進(jìn)行重點跟蹤監(jiān)測。采用互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)，及時將現(xiàn)場存在的問題反饋至模型，便于檢查驗收、整改責(zé)任認(rèn)定和跟蹤解決。施工安全設(shè)施配置模型應(yīng)完善安全防護(hù)等安全設(shè)施配置信息，除不停運改擴(kuò)建工程信息外，還應(yīng)包括腳手架防護(hù)、基坑支護(hù)、模板工程、消防疏散分區(qū)、安全通道平面布置、施工升降安全、塔吊、起重吊裝安全、施工機具安全、施工現(xiàn)場文明生產(chǎn)安全等信息。同時，由模型輸出相關(guān)的視圖照片、問題跟蹤記錄輔助編制施工質(zhì)量檢查與安全分析報告。

5 結(jié)語

針對傳統(tǒng)監(jiān)測手段存在的問題，本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全風(fēng)險預(yù)警。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動采集地鐵施工過程中的各類信息，進(jìn)行智能處理，實現(xiàn)地鐵工程本體施工、大型設(shè)備運行情況、施工環(huán)境的自動監(jiān)測和實時預(yù)警，提升地鐵施工過程的安全事故防范能力。隨著物聯(lián)網(wǎng)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地鐵施工安全監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。