某長距離引調(diào)水工程安全預(yù)警管理體系

秦 朋，譚 勇，牛廣利，田亞嶺，李福慶

（1、長江科學(xué)院工程安全與災(zāi)害防治研究所 武漢 430010；2、水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心 武漢 430010；3、國家大壩安全工程技術(shù)研究中心 武漢 430010；4、廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 廣州 510800）

1 工程概況

某長距離引調(diào)水工程設(shè)計流量80 m3/s，設(shè)計規(guī)模17.87億m3/s，輸水線路總長113.1 km，采用深埋隧洞方式在地下平均40～60 m空間建設(shè)輸水隧洞［1］。工程工作井基坑深，輸水隧洞長，分布于人口密集的大型城市，一旦發(fā)生工程安全事故，后果嚴(yán)重［2］。為確保工程施工期和運行期的安全穩(wěn)定，工程采用了先進(jìn)的安全監(jiān)測技術(shù)，并建立了工程安全預(yù)警管理體系。

2 工程安全監(jiān)測

全線共計37個工作井基坑，深度在14.5～74.0 m之間，其中深度在50.0 m以上的有22個。工作井基坑采用地連墻+內(nèi)襯結(jié)構(gòu)支護(hù)，地連墻布置了鋼筋應(yīng)力、深層位移、外側(cè)土壓力等監(jiān)測項目［3］；基坑周邊布置了地表沉降和地下水位監(jiān)測項目。

引水隧洞總長154 km，布置了隧洞收斂、沉降觀測。隧洞施工以盾構(gòu)法為主，采用管片監(jiān)測儀器預(yù)埋技術(shù)，布置了管片鋼筋應(yīng)力、外側(cè)土壓力、外側(cè)滲透壓力監(jiān)測等項目；管片內(nèi)弧面布設(shè)定點式感測光纜和碳纖維復(fù)合基應(yīng)變感測光纜，總長度達(dá)25.3 km，用于監(jiān)測管片應(yīng)力應(yīng)變。

安全監(jiān)測自動化采集裝置與監(jiān)測儀器基本同步安裝，安全監(jiān)測信息化管理系統(tǒng)在項目開工初期已完成基本功能并部署應(yīng)用；結(jié)合無線傳輸技術(shù)，工程實現(xiàn)施工期全面自動化安全監(jiān)測，為工程安全預(yù)警管理奠定了基礎(chǔ)［4］。

3 工程安全預(yù)警管理目的

工程安全預(yù)警管理可以有效地防范未發(fā)生的風(fēng)險工程事故，同時還可以針對已發(fā)生的工程事故及時做好防范［5］。安全預(yù)警管理關(guān)鍵在于提前進(jìn)行事故控制、事前管理［6］。建立工程安全預(yù)警管理體系的主要目的是保證工程施工無論是從組織、制度還是生產(chǎn)上都可以順利進(jìn)行，具體體現(xiàn)在以下3個方面［7］：①提升工程安全管理水平，可以有效地對風(fēng)險進(jìn)行超前預(yù)警，提高風(fēng)險管理效率，減少工程事故率；②明確工程安全預(yù)警各環(huán)節(jié)中各方職責(zé)，統(tǒng)一和規(guī)范工程預(yù)警工作流程；③及時了解工程安全狀態(tài)，減少了傳統(tǒng)的電話詢問、安排工作等環(huán)節(jié)，提高工作效率。

4 工程安全預(yù)警職責(zé)

4.1 建設(shè)單位

建設(shè)單位是工程安全預(yù)警管理責(zé)任主體，主要職責(zé)為：組織制定工程安全預(yù)警、響應(yīng)及消警的規(guī)章制度；督促并檢查監(jiān)理單位、勘察單位、設(shè)計單位、監(jiān)測單位及施工單位開展工程安全監(jiān)測和預(yù)警、響應(yīng)、消警等相關(guān)工作；檢查工程安全預(yù)警應(yīng)急預(yù)案及現(xiàn)場演練情況，協(xié)調(diào)解決預(yù)警、消警工作過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題；參與預(yù)警、消警的分析和論證，督促參建單位響應(yīng)措施的落實，及時消除隱患，做好閉環(huán)管理。

4.2 勘察單位

勘察單位是工程安全預(yù)警管理有關(guān)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的技術(shù)支持單位，主要職責(zé)為：對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境等情況進(jìn)行交底，對不良地質(zhì)狀況作詳細(xì)說明；參與預(yù)警、消警現(xiàn)場分析會和專家論證會，提出工程措施建議；根據(jù)施工單位的需要，指導(dǎo)施工單位進(jìn)行補充勘察。

4.3 設(shè)計單位

設(shè)計單位是工程安全預(yù)警管理的設(shè)計責(zé)任單位，主要職責(zé)為：明確珠三角工程實施過程中監(jiān)測范圍、監(jiān)測項目、監(jiān)測點布置、監(jiān)測精度、監(jiān)測頻率、重點監(jiān)測部位等相關(guān)技術(shù)要求；明確各監(jiān)測項目在不同工況條件下的監(jiān)控指標(biāo)，結(jié)合工程實際情況、反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警情況，及時動態(tài)調(diào)整預(yù)警監(jiān)控指標(biāo)；參與預(yù)警、消警現(xiàn)場分析會和專家論證會，提出工程措施建議和下一步預(yù)警及消警的監(jiān)控指標(biāo)；參與審查預(yù)警降級和消警條件。

4.4 監(jiān)理單位

監(jiān)理單位是工程安全預(yù)警管理的監(jiān)管主體，主要職責(zé)為：審批監(jiān)測單位、施工單位的安全監(jiān)測實施方案，施工單位的安全預(yù)警應(yīng)急預(yù)案；監(jiān)督監(jiān)測單位、施工單位開展安全監(jiān)測工作，并組織驗收監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)；審核監(jiān)測單位、施工單位提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡視檢查等監(jiān)測資料，對比分析監(jiān)測單位、施工單位提交的監(jiān)測成果；出現(xiàn)異常情況時，及時組織現(xiàn)場巡視和復(fù)核；當(dāng)異常情況達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時，及時組織召開現(xiàn)場分析會或?qū)＜艺撟C會，協(xié)助分析處理，綜合各方意見，明確是否啟動預(yù)警、啟動預(yù)警級別；督促施工單位落實工程措施；審查預(yù)警降級、消警條件，組織現(xiàn)場分析會，綜合各方意見，明確是否降級、消警。

4.5 監(jiān)測單位

監(jiān)測單位是工程安全預(yù)警管理的服務(wù)第三方，主要職責(zé)為：編制安全監(jiān)測實施方案；按要求開展安全監(jiān)測工作，出現(xiàn)異常情況，及時通知相關(guān)單位；參與異常情況現(xiàn)場巡視與復(fù)核；參與預(yù)警、消警現(xiàn)場分析會和專家論證會，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和巡視信息，對異常情況進(jìn)行原因分析，提供咨詢服務(wù)；參與預(yù)警降級、消警分析會，為降級、消警提供技術(shù)支持。

4.6 施工單位

施工單位是工程安全預(yù)警管理的實施主體，主要職責(zé)為：開展工程周邊環(huán)境調(diào)查、房屋入戶調(diào)查；結(jié)合調(diào)查結(jié)果，編制安全監(jiān)測實施方案和監(jiān)測預(yù)警應(yīng)急預(yù)案；當(dāng)隧洞穿越建構(gòu)筑物、公路、鐵路、地鐵等時，應(yīng)編制專項監(jiān)測方案；按要求開展安全監(jiān)測工作，出現(xiàn)異常情況，及時通知相關(guān)單位；參與異常情況現(xiàn)場巡視與復(fù)核，針對異常情況采取應(yīng)急措施，防止異常情況惡化；協(xié)助召開現(xiàn)場分析會或?qū)＜艺撟C會，對異常情況進(jìn)行原因分析，提出工程措施方案，經(jīng)審議后實施；提出預(yù)警降級、消警申請，參與預(yù)警降級、消警分析會。

5 工程安全預(yù)警流程

5.1 預(yù)警控制指標(biāo)

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和巡視檢查結(jié)果、險情或事故發(fā)生的緊急程度、發(fā)展態(tài)勢和可能造成的危害程度，本工程安全預(yù)警的級別由大到小分為一級、二級、三級［8-9］。設(shè)計文件提供了各監(jiān)測項目的監(jiān)控指標(biāo)，設(shè)置的各級預(yù)警閾值如下：

⑴三級預(yù)警閾值為：設(shè)計文件中的報警值；

⑵二級預(yù)警閾值為：設(shè)計文件中的控制值；

⑶一級預(yù)警閾值為：在二級預(yù)警的工程處置過程中，根據(jù)具體工況，由設(shè)計單位提出下一步施工各監(jiān)測項目的控制總量及變化速率。

5.2 預(yù)警啟動

各級預(yù)警啟動流程如圖1所示。各級預(yù)警啟動條件不同，組織流程基本相同。

⑴三級預(yù)警：當(dāng)監(jiān)測數(shù)值達(dá)到三級預(yù)警閾值，監(jiān)測單位或施工單位立即告知相關(guān)單位。監(jiān)理單位應(yīng)及時組織各參建單位參與現(xiàn)場巡視，召開現(xiàn)場分析會，對監(jiān)測數(shù)據(jù)異常原因進(jìn)行分析，預(yù)測發(fā)展趨勢，評價工程安全狀態(tài)，審議工程措施，明確是否啟動預(yù)警。若啟動預(yù)警，則立即發(fā)布三級預(yù)警；若不啟動預(yù)警，設(shè)計單位應(yīng)提出下一步監(jiān)控指標(biāo)，并作為后期啟動三級預(yù)警的條件之一。

⑵二級預(yù)警：三級預(yù)警工程措施處置完成后，若現(xiàn)場工況繼續(xù)惡化，監(jiān)測數(shù)值達(dá)到二級預(yù)警閾值，或監(jiān)測數(shù)值發(fā)生突變，直接達(dá)到二級預(yù)警閾值，監(jiān)測單位或施工單位立即告知相關(guān)單位。監(jiān)理組織召開二級預(yù)警現(xiàn)場分析會，明確是否啟動預(yù)警或預(yù)警升級。若啟動預(yù)警或預(yù)警升級，則立即發(fā)布二級預(yù)警；設(shè)計單位提出下一步監(jiān)控指標(biāo)，作為后期啟動一級預(yù)警的條件之一。若不啟動預(yù)警，設(shè)計單位提出下一步監(jiān)控指標(biāo)，作為后期啟動二級預(yù)警的條件之一。

⑶一級預(yù)警：二級預(yù)警工程措施處置完成后，當(dāng)監(jiān)測數(shù)值達(dá)到一級預(yù)警閾值，監(jiān)測單位或施工單位立即告知相關(guān)單位。監(jiān)理組織召開一級預(yù)警現(xiàn)場分析會，明確是否啟動預(yù)警升級。若啟動預(yù)警升級，則立即發(fā)布一級預(yù)警；若不啟動預(yù)警升級，設(shè)計單位應(yīng)提出下一步監(jiān)控指標(biāo)，作為后期啟動一級預(yù)警的條件之一。

5.3 預(yù)警響應(yīng)

根據(jù)預(yù)警級別不同，響應(yīng)單位和人員要求不同，級別越高，參與的單位越多，對參與的人員要求也更高。本工程安全預(yù)警響應(yīng)單位及人員如圖1所示。

圖1 工程安全預(yù)警流程Fig.1 Safety Forewarning System

出現(xiàn)異常情況時，施工單位首先采取應(yīng)急措施，防止異常情況惡化。預(yù)警一經(jīng)發(fā)布，施工單位應(yīng)立即啟動安全預(yù)警應(yīng)急預(yù)案，監(jiān)測單位和施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求加密觀測，各參建單位均應(yīng)加強現(xiàn)場巡視檢查，直至消警。預(yù)警級別越高，對應(yīng)的安全預(yù)警應(yīng)急預(yù)案、觀測頻次、巡視檢查要求越高。

三級預(yù)警對應(yīng)的處置措施方案經(jīng)現(xiàn)場分析會審議通過后立即實施，二級預(yù)警、一級預(yù)警對應(yīng)的工程措施方案應(yīng)由專家論證會審議?，F(xiàn)場分析會明確啟動二級、一級預(yù)警后，監(jiān)理單位應(yīng)在6 h、2 h內(nèi)，組織專家論證會，審議施工單位的工程措施方案，會議的形式包含現(xiàn)場會議和網(wǎng)絡(luò)視頻會議。

5.4 預(yù)警降級、消警

預(yù)警降級、消警流程如圖2所示。各級預(yù)警降級、消警必備的條件為預(yù)警部位施工狀態(tài)、周邊環(huán)境無異常情況。監(jiān)測數(shù)值理論上應(yīng)滿足設(shè)計文件中各監(jiān)測項目的監(jiān)控指標(biāo)以及啟動預(yù)警過程中動態(tài)調(diào)整后的監(jiān)控指標(biāo)；當(dāng)預(yù)警監(jiān)測項目累計值無法恢復(fù)至預(yù)警前監(jiān)控指標(biāo)范圍內(nèi)時，可只采用變化速率作為監(jiān)控指標(biāo)，但應(yīng)征求設(shè)計單位意見。

圖2 工程安全預(yù)警降級、消警流程Fig.2 The Process of Early Warning and Eliminating

當(dāng)施工單位完成一級預(yù)警對應(yīng)的處置措施，預(yù)警監(jiān)測項目變化速率滿足一級預(yù)警消警條件時，施工單位提交預(yù)警降級、消警申請，監(jiān)測單位、施工單位提交同期監(jiān)測資料，監(jiān)理單位審核監(jiān)測資料后，組織各參建單位召開預(yù)警降級、消警會，綜合各方意見，明確預(yù)警是否降為二級預(yù)警。二級預(yù)警降級、三級預(yù)警消警組織流程與一級預(yù)警降級組織流程相同。一級預(yù)警只可降為二級預(yù)警，不可降為三級預(yù)警或消警；二級預(yù)警只可降為三級預(yù)警，不能消警；僅三級預(yù)警可以消警。

6 工程預(yù)警管理信息化

為保證工程預(yù)警管理的及時性和有效性，本工程在開工初期部署了安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)（以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”），并實現(xiàn)施工期自動化測量［10］，自動化及無線傳輸架構(gòu)如圖3所示。監(jiān)測系統(tǒng)不僅具備常規(guī)的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測數(shù)據(jù)整編分析功能，還融合了實時監(jiān)控報警、文檔資料管理、智能巡檢、BIM+GIS安全監(jiān)測可視化場景構(gòu)建等多樣化功能［11］，如圖4所示。

圖3 施工期安全監(jiān)測自動化Fig.3 Safety Monitoring Automation in Construction

圖4 安全監(jiān)測信息化管理系統(tǒng)構(gòu)架Fig.4 The Framework of Safety Monitoring Information Management System

監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警模塊的報警功能可以設(shè)定設(shè)計報警值、控制值，規(guī)范報警值、控制值，同類工程經(jīng)驗報警值、控制值等多個靜態(tài)監(jiān)控指標(biāo)，還可以設(shè)定超量程、缺數(shù)據(jù)等故障閾值。根據(jù)各類監(jiān)控指標(biāo)及工程預(yù)警管理流程，用戶可以自定義報警源和報警策略，向監(jiān)測工程師發(fā)送超警提醒，根據(jù)不同的報警等級，向各單位管理人員發(fā)送預(yù)警信息，如圖5所示。報警方式有站內(nèi)報警、短信報警、郵件報警等。

圖5 監(jiān)控報警模塊報警策略及信息發(fā)送Fig.5 The Alarm Strategy and Information Sending of the Monitoring and Alarm Module

監(jiān)測系統(tǒng)BIM+GIS可視化場景中各工程部位預(yù)警狀態(tài)、預(yù)警級別關(guān)聯(lián)了施工BIM模型，預(yù)警監(jiān)測項目各測點的測值分布、過程線等監(jiān)測成果關(guān)聯(lián)了安全監(jiān)測BIM模型。監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了安全預(yù)警管理一張圖，用戶對工程安全預(yù)警情況一目了然，如圖6所示。本工程安全預(yù)警管理體系建立的基礎(chǔ)。

圖6 基于BIM+GIS可視化場景的預(yù)警信息展示Fig.6 Early Warning Information Displaying Based on BIM+GIS Visual Scene

工程針對不同建筑物、不同的施工工藝編制了一套完善的預(yù)警管理規(guī)章制度；各參建單位均設(shè)有工程安全監(jiān)測機構(gòu)，并委任一名領(lǐng)導(dǎo)成員分管工程安全預(yù)警。規(guī)范的管理內(nèi)容和專業(yè)的管理人員是本工程安全預(yù)警管理體系應(yīng)用的保障。

7 結(jié)語

某長距離引調(diào)水工程采用了先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，在開工初期即實現(xiàn)了自動化測量和系統(tǒng)的部署；同時發(fā)揮監(jiān)測單位和施工單位的安全監(jiān)測作用，實現(xiàn)了監(jiān)測范圍相互補充，監(jiān)測成果相互校核。先進(jìn)的安全監(jiān)測軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施和充分的人力資源投入是