超前預(yù)警技術(shù)在隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)中的應(yīng)用

段緒彬

摘要：文章從管理、技術(shù)、設(shè)備和環(huán)境等方面，介紹了隧道施工中常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)類別，分析了建立隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的必要性，搭建了基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)的核心功能，并總結(jié)了系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：超前預(yù)警;隧道施工;風(fēng)險(xiǎn);評(píng)估

This article introduces the common risk categories in tunnel construction from the aspects of management，technology，equipment and environment，analyzes the necessity of establishing the tunnel construction risk assessment system，builds a tunnel construction risk assessment system based on advance warning mechanism，describes the core functions of this system，and summarize the systems considerations in practical engineering applications.

Advance warning;Tunnel construction;Risk;Assessment

0 引言

作為我國(guó)交通領(lǐng)域的重要組成部分，隧道工程的施工具有難度大、周期長(zhǎng)、危險(xiǎn)因素多等特點(diǎn)，從近年來(lái)我國(guó)隧道施工發(fā)生的一些事故來(lái)看，多數(shù)是由于施工過(guò)程中對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的管控不利所致，沒(méi)有對(duì)隧道施工過(guò)程中的全部危險(xiǎn)因素進(jìn)行詳細(xì)分析。因此，建立隧道施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制顯得尤為必要。超前預(yù)警機(jī)制廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如建筑、冶金、地質(zhì)勘測(cè)等方面，這一機(jī)制以當(dāng)前業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的傳感測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，融合了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等前沿科技，能夠根據(jù)當(dāng)前所獲取的數(shù)據(jù)信息來(lái)精準(zhǔn)評(píng)估未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，具有效率高、兼容性好等優(yōu)勢(shì)。本文以隧道工程的施工為研究背景，將超前預(yù)警機(jī)制應(yīng)用到隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)中，研究?jī)?nèi)容具有一定的創(chuàng)新性[1]。

1 隧道施工常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)類別

隧道在施工過(guò)程中常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)類別如下：

（1）施工管理風(fēng)險(xiǎn)。

施工管理風(fēng)險(xiǎn)主要包括施工企業(yè)自身的管理體制和管理機(jī)制等問(wèn)題，也包括施工企業(yè)的文化和價(jià)值理念等部分。施工管理風(fēng)險(xiǎn)在隧道施工事故中占有很大比重，通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)生的重特大施工事故的分析可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)是由于施工管理或崗位職責(zé)落實(shí)不到位所致。

（2）施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)一般指施工人員的技能水平。通常情況下施工技術(shù)人員應(yīng)具備特定的施工資質(zhì)或資格。施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)工期和工程質(zhì)量有一定的影響，各施工企業(yè)應(yīng)加大對(duì)施工技術(shù)人員的培訓(xùn)力度，提升施工隊(duì)伍整體的技能水平[2]。

（3）施工設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。

施工設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)占隧道施工總風(fēng)險(xiǎn)中的比重較低，但也有發(fā)生的概率，例如施工機(jī)械設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用后出現(xiàn)老化、故障等情況，如果在這種情況下繼續(xù)使用，有可能造成因施工設(shè)備的故障而引起的傷人事故，對(duì)隧道施工的質(zhì)量也有很大影響。為此，應(yīng)定期檢驗(yàn)施工機(jī)械設(shè)備，確保其合格后方可使用。

（4）施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)一般包括施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，如地質(zhì)條件、巖土結(jié)構(gòu)、水文氣象因素等。在施工之前應(yīng)充分做好施工環(huán)境的勘測(cè)工作，掌握準(zhǔn)確的勘測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)、防火情況進(jìn)行檢查，做好相應(yīng)的措施，杜絕因施工環(huán)境而引起的施工事故[3]。

隧道施工常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)類別及對(duì)比如表1所示。

2 建立隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的必要性

隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)能夠比較直觀地反映隧道在實(shí)際施工條件下的具體情況，例如施工物料的使用和調(diào)配情況、施工人員的分配和部署情況、施工機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行工況和施工環(huán)境的安全情況等。級(jí)別較高的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)歷史施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出存在安全施工隱患的具體部位和時(shí)間點(diǎn)，并對(duì)整個(gè)隧道工程的工期和質(zhì)量具有一定的監(jiān)控作用。此外，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)能為工程技術(shù)人員對(duì)下一階段施工方案的制定提供分析依據(jù)和決策支持。過(guò)去傳統(tǒng)的隧道施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于當(dāng)前高質(zhì)量、長(zhǎng)周期的大型隧道施工已不適用，這是由于傳統(tǒng)意義上的施工監(jiān)測(cè)是通過(guò)人為的方式進(jìn)行的，在這種情況下會(huì)很容易發(fā)生主觀判斷上的失誤，對(duì)整個(gè)工程的順利進(jìn)行較為不利。隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)可以很好地規(guī)避因人為因素而引起的各類施工事故，包括施工誤報(bào)、漏報(bào)或其他施工異常情況，在最大程度上保證了隧道工程的施工質(zhì)量和安全性。因此，建立隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)尤為重要[4-5]。

3 基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

3.1 評(píng)估系統(tǒng)核心功能分析

基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，在核心功能上應(yīng)具備以下幾方面：

（1）系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性是指隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)能保證在施工期間不間斷運(yùn)行，系統(tǒng)應(yīng)配置UPS電源以持續(xù)供電，系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)帶有排風(fēng)、冷卻裝置，使系統(tǒng)CPU等硬件能夠維持正常運(yùn)行，應(yīng)使用正版的、兼容性較好的應(yīng)用軟件，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性是基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的基本功能，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心功能。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性既包括對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)部位評(píng)估的準(zhǔn)確性，也包括隧道施工風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)間上的準(zhǔn)確性，具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)系統(tǒng)超前預(yù)警機(jī)制的特定算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）決策支持的可行性。

在進(jìn)行隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成下一階段施工的詳細(xì)方案和計(jì)劃，為隧道后續(xù)的安全、穩(wěn)定施工提供決策支持。決策支持應(yīng)以隧道施工的整體進(jìn)度和工程質(zhì)量為基本依據(jù)，以施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)點(diǎn)部位及落實(shí)情況為根本參考，使決策支持具有可行性[7]。

（4）開(kāi)發(fā)成本的合理性。

基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)充分結(jié)合施工企業(yè)自身的實(shí)際情況，如施工現(xiàn)場(chǎng)的條件和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況等，制定出切實(shí)可行的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成本上應(yīng)通過(guò)調(diào)研與業(yè)內(nèi)各服務(wù)商進(jìn)行類比，從而合理控制開(kāi)發(fā)成本[8]。

隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)核心功能分析如表2所示。

3.2 建立評(píng)估系統(tǒng)模型

基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)主要包括6個(gè)核心部分，分別是現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)獲取、施工風(fēng)險(xiǎn)模擬組件、施工風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重、施工危險(xiǎn)點(diǎn)生成、超前預(yù)警機(jī)制算法以及施工計(jì)劃決策支持等。首先獲取隧道現(xiàn)場(chǎng)的施工數(shù)據(jù)，包括施工進(jìn)度、人員配置、施工材料使用、施工機(jī)械設(shè)備調(diào)配等情況，還包括施工現(xiàn)場(chǎng)的外部環(huán)境等;將獲取到的各類施工數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)施工風(fēng)險(xiǎn)模擬組件掃描，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后進(jìn)行施工風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重分析;將權(quán)重分析結(jié)果按重要程度進(jìn)行排列，排列的次序代表隧道工程在實(shí)際施工中的危險(xiǎn)程度，隨后生成施工危險(xiǎn)點(diǎn);使用超前預(yù)警機(jī)制算法將生成的施工危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行分析、核算、篩選、匯總，最終得出下一階段隧道的施工計(jì)劃?；诔邦A(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)模型如圖1所示。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用注意事項(xiàng)

基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意以下幾方面問(wèn)題：

（1）施工數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)。

在現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)獲取部分，應(yīng)注意施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性，各種類型的施工數(shù)據(jù)應(yīng)統(tǒng)一進(jìn)行存儲(chǔ)，建議使用支持結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）施工風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重。

在分析施工風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重時(shí)，應(yīng)注意只有同一類型的數(shù)據(jù)才可以進(jìn)行比對(duì);在對(duì)不同類型的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)重分析時(shí)，應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)閾值的過(guò)程換算。

（3）超前預(yù)警機(jī)制算法。

經(jīng)過(guò)風(fēng)險(xiǎn)模擬組件后的部分施工數(shù)據(jù)會(huì)直接流轉(zhuǎn)到超前預(yù)警機(jī)制算法中，這類數(shù)據(jù)一般符合施工危險(xiǎn)點(diǎn)中關(guān)于數(shù)據(jù)類型的定義。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以隧道施工的安全風(fēng)險(xiǎn)因素為基本研究?jī)?nèi)容，對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行了深入討論，搭建了基于超前預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)具備的核心功能進(jìn)行了詳細(xì)分析，本文所搭建的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于各類型隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。

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