城市軌道交通地鐵車站明挖法基坑工程安全管控

摘要：文章以北京某軌道交通工程為依托，通過詳細分析地鐵基坑施工階段的安全事故案例，將安全事故類型歸納為人員管理和現(xiàn)場監(jiān)測兩大類。為探索其中的關鍵因素，運用決策實驗室分析（Decision-making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL）方法進行分析。分析結(jié)果顯示：在人員管理方面（如安全教育培訓）和現(xiàn)場檢測方面（如危大工程和危險作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測等），均存在需要加強管控的環(huán)節(jié)。根據(jù)分析結(jié)果，設計了人員管理系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)并應用于實際工程中，通過實時收集與處理數(shù)據(jù)，能夠有效預測潛在安全風險并即時觸發(fā)預警機制，有效提升了基坑工程施工的安全性與穩(wěn)定性。該研究為城市軌道交通基坑工程提供了一套系統(tǒng)化的安全管理方案。

關鍵詞：軌道交通；基坑工程；工程質(zhì)量；安全管理

中圖分類號：U231.3" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）09-0082-05

0 引言

隨著城市化進程的加速推進，地鐵建設項目不斷增加，對安全管理提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的地鐵車站基坑工程安全管理方法應用于復雜多變的施工環(huán)境時面臨諸多挑戰(zhàn)，亟需借助現(xiàn)代信息技術實現(xiàn)安全管理的優(yōu)化與升級。國內(nèi)外學者對明挖法基坑工程施工的安全影響因素展開了深入研究。鄧小超等［1］、李錦［2］、劉平等［3］、何理等［4］探討了深基坑工程穩(wěn)定性分析的關鍵要點及風險評估方法，并闡述了這些方法在深基坑工程建設中的應用成效。劉曉兵等［5］、靳文兵［6］針對我國深基坑施工安全管理中存在的諸多問題，深入剖析了其具體成因，并提出了相應的解決措施。鄭嚴［7］、王西倫等［8］、李朝智等［9］介紹了深基坑項目在各主要施工階段的特點，分析了施工質(zhì)量、工程監(jiān)測等方面存在的安全管理風險，并提出了針對性的解決方案。上述研究說明了基坑工程安全管理控制的重要性。本文基于2003年至2023年收集的211例地鐵車站基坑工程施工階段安全事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用DEMATLE方法進行了深入分析。以北京某軌道交通工程為例，分別采用人員管理系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)對該工程的人員管理和現(xiàn)場監(jiān)測進行安全管控，旨在消除安全隱患，進一步提升基坑工程施工的安全性和穩(wěn)定性。

1 工程概況

工程項目為北京軌道交通13號線擴能提升工程土建施工06合同段，涵蓋“一站”（文華路站）及“一區(qū)間”（回龍觀西站至文華路站區(qū)間），全長1 026.8 m。文華路站位于回龍觀西大街與文華路交叉口西側(cè)，沿回龍觀西大街東西向設置，為地下兩層一側(cè)一島式車站，采用二層三跨結(jié)構，車站總長378 m，標準段寬24.6 m、高14.05 m，加寬段的寬度分別為31.7 m和31.9 m，高度為15.05 m；設有5個出入口、2條風道、1個緊急疏散口及2個無障礙電梯口。回龍觀西站至文華路站區(qū)間全長648.8 m，于K70+683.348處設有1座聯(lián)絡通道。

本工程面臨距離長、改造體量大、環(huán)境風險高、地下及地面障礙物多等諸多挑戰(zhàn)，特別是在高環(huán)境風險和大規(guī)模改造施工的條件下，安全管理若有疏漏，則易引發(fā)意外和傷害，進而影響施工進度及人員安全。同時，由于工程距離長且障礙物密集，所以必須依賴現(xiàn)場監(jiān)測設備，以實時掌握施工過程中的變化和風險。如果監(jiān)測設備陳舊或技術落后，則難以準確監(jiān)測施工現(xiàn)場狀況，增大事故風險。為確?；庸こ淌┕べ|(zhì)量和安全，需針對工程難點，從人員管理與現(xiàn)場監(jiān)測等方面實施管控措施。本文基于事故案例的數(shù)據(jù)分析，從人員管理、現(xiàn)場監(jiān)測管理的角度出發(fā)，設計并應用相應的管理系統(tǒng)，確保工程項目的施工質(zhì)量和安全得到有效保障。

2 安全事故DEMATLE數(shù)據(jù)分析

2.1 地鐵施工安全事故統(tǒng)計分析

本次事故案例收集的是國內(nèi)城市地鐵基坑施工階段的安全事故，時間跨度為2003年至2023年，共收集到信息比較全面的事故案例211例。案例來源包括國家政府部門網(wǎng)站、新聞媒體、網(wǎng)頁新聞以及公開發(fā)表的文獻等。受資料來源所限，本次統(tǒng)計為不完全統(tǒng)計。本文將從事故類型及事故傷亡人數(shù)兩個維度分析地鐵施工安全事故。事故類型統(tǒng)計表見表1，事故死亡人數(shù)統(tǒng)計表見表2。

通過對建筑施工事故的統(tǒng)計和原因分析，可以深入揭示開展現(xiàn)場安全管理的重點和難點，進而為工程現(xiàn)場安全管理系統(tǒng)的功能需求分析提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。地鐵施工安全管理重點分析內(nèi)容見圖1。

2.2 基于DEMATLE的安全管理關鍵要素識別

采用DEMATLE方法篩選出基坑工程安全管理系統(tǒng)的關鍵要素，并在此基礎上，結(jié)合工程理論，對建筑工程全過程實施智能化和信息化管理，這一過程強調(diào)系統(tǒng)化管理和信息技術的應用，以實現(xiàn)建筑工程的安全性評估。DEMATLE法基于圖理論和矩陣法，通過分析要素之間的關系，計算出各要素的中心度、影響度、被影響度及原因度等關鍵指標，從而判定要素的重要性并識別出核心要素。系統(tǒng)的關鍵要素識別步驟見圖2。

依據(jù)事故致因理論及建筑事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提煉出10個針對增強安全管理系統(tǒng)及其功能的要素，并根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果將其劃分為人員管理系統(tǒng)與現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)兩大類，系統(tǒng)要素劃分見表3。

2.3 DEMATEL模型分析

2.3.1 建立系統(tǒng)要素直接影響矩陣

基于10個安全管理要素（F1～F10），5名專家對系統(tǒng)要素之間的邏輯關系進行了評估，選取出現(xiàn)頻率最高的判斷值作為最終確定值，這一最終確定值被記為各要素之間的邏輯關系數(shù)值i。評價標準如下：0表示無影響；1表示影響極微；2表示影響較弱；3表示影響強烈；4表示各要素之間的相互影響較大。如果以矩陣形式表達這些要素之間的邏輯關系，則該矩陣被稱為直接影響矩陣。安全管理要素的直接影響矩陣見表4。

2.3.2 計算規(guī)范直接影響矩陣

計算規(guī)范直接影響矩陣是對關系矩陣進行量綱處理，通常采用最大值歸一化方法，即各數(shù)據(jù)除以“要素影響關系值總和”的最大值，其公式如下：

[N=AMax（j=1nAij）]，" " " " " " " "（1）

其中：N為直接影響矩陣，A為各數(shù)據(jù)，j為列數(shù)，i為行數(shù)。

規(guī)范直接影響矩陣的計算結(jié)果見表5。

2.3.3 計算綜合影響矩陣

利用規(guī)范直接影響矩陣可進一步計算綜合影響矩陣，其公式如下：

[T=N（I-N）-1] ，" " " " " " " " " " （2）

其中，I為單位矩陣。綜合影響矩陣的計算結(jié)果見表6。

表6中的數(shù)字代表“兩兩要素作用”在系統(tǒng)中的重要程度，數(shù)值越大，表明該“兩兩要素作用”在系統(tǒng)中的地位越高。

2.3.4 計算影響度、被影響度、中心度和原因度

影響度（Di）、被影響度（Ci）、中心度（Mi）、原因度（Ri）的計算公式分別如下：

[Di=j=1nTij，i=1，2，…，n]，" " " " " " " " " "（3）

[Ci=j=1nTji，i=1，2，…，n]，" " " " " " " " （4）

[Mi=Di+Ci]，" nbsp; " " " " " " " " " " "（5）

[Ri=Di-Ci]。" " " " " " " " " " " "（6）

DEMATEL的計算指標值見表7。

2.3.5 計算要素權重

中心度反映要素在系統(tǒng)中的地位，該值越大，代表要素重要程度越高。將該值進行歸一化處理，即可計算各要素在系統(tǒng)中的權重，其計算公式如下：

[Wi=Mi/M]。" " " " " " " " " " " " " "（7）

其中：Wi表示要素權重值，M表示中心度。

要素權重值的計算結(jié)果見表8。

表8中的數(shù)據(jù)顯示，要素權重值中，F(xiàn)2、F3、F4、F7、F8、F9及F10的權重均超過0.1，因此在地鐵施工安全管理中應被視為重點防范對象。運用DEMATLE方法深入分析事故類型及傷亡人數(shù)等數(shù)據(jù)，使關鍵要素得以明確，進而為制定有效的預防和管理措施提供了依據(jù)。此方法不僅為工地安全管理系統(tǒng)的信息化、智能化提供了堅實的理論基礎，而且還為預防安全隱患工作奠定了基礎。

3 安全管控系統(tǒng)

為更有效地預防安全隱患，本工程應用了人員管理和現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)借助高級監(jiān)測設備和傳感器實時采集工地數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)處理和應用層的分析，預測潛在安全風險，及時發(fā)出預警。人員管理系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的引入，是對DEMATEL模型分析結(jié)果的具體實踐和補充，構建了一個全面、高效且智能的施工安全管理網(wǎng)絡。這不僅確保了施工過程中的安全性，實現(xiàn)了管理的現(xiàn)代化，而且還有效預防了事故的發(fā)生，提升了整體施工安全管理的科技含量和實際運行效率。

3.1 人員管理系統(tǒng)

（1）“藍牙+GPS”人員定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠采集并處理位置信息，形成活動軌跡數(shù)據(jù)并上傳至管控中心。管控中心支持軌跡查看功能，可精確追溯至特定日期及時間段的活動軌跡，并且支持活動軌跡動畫回放，同時展示地理位置和詳細時間信息。

（2）人臉識別系統(tǒng)。提供直觀、全面的人/車/物實時監(jiān)控界面，便于快速調(diào)取各類設備和通道的視頻信息。系統(tǒng)能自動定位監(jiān)控中出現(xiàn)的多張人/車/物頁面，實時刷新并抓拍清晰圖像。此外，系統(tǒng)能對檢測區(qū)域內(nèi)的人/車/物進行識別檢測和評分，篩選出最清晰的圖像作為抓拍結(jié)果。

（3）實名制管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是對關鍵崗位的人員（如現(xiàn)場管理人員、技術員、質(zhì)檢員、安全員等）進行到崗考勤，確保相關人員按時到崗，監(jiān)督生產(chǎn)建設工作，保障工程質(zhì)量。

（4）安全帽監(jiān)測子系統(tǒng)［10］。通過人臉閘機頭實時檢測進入工地的人員是否佩戴安全帽。結(jié)合勞務實名系統(tǒng)，僅當人臉信息匹配且佩戴安全帽時，人行閘機才會開啟。對于人臉信息不匹配或未佩戴安全帽的情況，系統(tǒng)會發(fā)出警報提示。相關信息及截圖均可在客戶端或現(xiàn)場信息屏上展示。根據(jù)用戶需求，報警信息還可推送給相關管理人員，協(xié)助安全生產(chǎn)管理。此外，人行閘機還支持安全帽顏色識別功能。

3.2 現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)

3.2.1 AR（增強現(xiàn)實）全景系統(tǒng)

AR全景系統(tǒng)從高點俯瞰地面，將實時視頻場景作為實景地圖，通過AR技術，實現(xiàn)實時視頻中的標簽與其他子系統(tǒng)的聯(lián)動。通過聯(lián)動低點監(jiān)控資源，可以構建聯(lián)網(wǎng)布控系統(tǒng)，提供全景預覽功能。這一全景視角能監(jiān)控施工現(xiàn)場范圍內(nèi)的整體情況，顯著提升施工現(xiàn)場安保人員的感知能力，為施工現(xiàn)場的安全升級提供有力支持。AR全景系統(tǒng)如圖3所示。

3.2.2 環(huán)境監(jiān)測儀及聯(lián)動控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)能實時監(jiān)測工地現(xiàn)場的溫度、濕度、PM2.5、PM10濃度、風力、風向及噪音等環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺進行存儲與分析。用戶可通過電腦或手機App實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時，現(xiàn)場還配備了LED屏幕以直觀顯示相關數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)可與霧炮、噴淋等設備實現(xiàn)聯(lián)動控制，當PM2.5濃度超過設定的預警值時，系統(tǒng)會自動啟動噴淋降塵系統(tǒng)，從而迅速降低粉塵濃度，改善施工現(xiàn)場環(huán)境。環(huán)境監(jiān)測儀及聯(lián)動控制如圖4所示。

3.2.3 火點監(jiān)測系統(tǒng)

工地中的消防通道、氧氣/乙炔存放庫、材料集中存放區(qū)及配電室均屬于高風險易燃易爆區(qū)域，警情發(fā)生概率極高?；瘘c監(jiān)測系統(tǒng)采用紅外熱成像前端識別技術，具備火焰、火點及煙霧檢測功能。一旦觸發(fā)報警機制，設備會立即將警報信息傳送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)預設的聯(lián)動方案，迅速將警報信息發(fā)送給相關負責人，以促使其立即趕赴現(xiàn)場進行處理。同時，監(jiān)控中心會要求負責人及時反饋處理結(jié)果，并將所有信息留檔。

3.2.4 臨邊預警與禁區(qū)進入預警系統(tǒng)

該系統(tǒng)具備在視線覆蓋區(qū)域內(nèi)劃定虛擬界線的功能。一旦有未經(jīng)授權的人員闖入該區(qū)域，系統(tǒng)將自動觸發(fā)警報信號，并即時發(fā)送至后端平臺，同時彈出報警窗口。對于人員越界行為，監(jiān)控室會接收到語音報警提醒，確保相關人員能夠及時處理。整個監(jiān)控與報警的過程實現(xiàn)了智能化的全自動分析，不需要人員值守或手動干預。

3.2.5 基坑監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術，將多種現(xiàn)場監(jiān)測儀器與無線傳感器相連，通過主動或被動觸發(fā)機制，及時發(fā)現(xiàn)工程及其周邊建筑、管線的安全隱患。這一設置有效預防了安全事故的發(fā)生，實現(xiàn)了從被動監(jiān)管到主動監(jiān)管，以及從事后監(jiān)督向事前、事中監(jiān)督的雙重轉(zhuǎn)變?；颖O(jiān)測系統(tǒng)如圖5所示。

4 安全管理系統(tǒng)的實施效果

4.1 人員管理系統(tǒng)的實施效果

（1）“藍牙+GPS”人員定位系統(tǒng)：能夠精確追蹤并管理工人的活動軌跡，支持實時查看和回放，有效防止了工時虛假記錄和管理人員值班不到位等問題，顯著提升了施工管理效率和工作質(zhì)量。

（2）人臉識別系統(tǒng)：可以實時跟蹤監(jiān)控工地上的工作人員，通過采集位置信息和活動軌跡數(shù)據(jù)，管控中心能精確掌握每位員工的位置和移動情況，確保危險區(qū)域的作業(yè)得到及時監(jiān)控和干預，預防意外事故發(fā)生。

（3）實名制管理系統(tǒng)：通過實名制管理，確保僅有授權人員可以進入工地，減少了安全隱患和管理漏洞，同時精確記錄了工人的出入時間和考勤信息，增強了管理的精確度和透明度。

（4）安全帽監(jiān)測子系統(tǒng)：可以實時監(jiān)測工人佩戴安全帽的情況，對不符合安全規(guī)范的行為即時報警并處理，有效降低了工地安全事故發(fā)生率，確保了工人的人身安全。

4.2 現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)的實施效果

（1）AR全景系統(tǒng)：通過實時視頻和AR技術，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的高效監(jiān)控，顯著提升了安保人員的感知能力和施工現(xiàn)場的安全管理水平。

（2）環(huán)境監(jiān)測儀及聯(lián)動控制系統(tǒng)：實時監(jiān)測工地的環(huán)境指標（如溫度、濕度、PM2.5等），并根據(jù)指標情況自動啟動噴淋降塵系統(tǒng)，有效改善了施工環(huán)境質(zhì)量，提高了工人的工作效率和健康水平。

（3）火點監(jiān)測系統(tǒng)：對易燃易爆區(qū)域進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并處理火災隱患，為工地環(huán)境和人員安全筑起了一道堅實的防線。

（4）臨邊預警與禁區(qū)進入預警系統(tǒng)：通過虛擬界線和智能分析技術，確保工地安全區(qū)域免受非授權人員侵入，有效預防事故發(fā)生。

（5）基坑監(jiān)測系統(tǒng)：通過物聯(lián)網(wǎng)技術，監(jiān)測基坑等重要區(qū)域，及時發(fā)現(xiàn)并解決安全隱患，最大限度地避免安全事故的發(fā)生，提高了工程施工的安全性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

本文以北京某交通軌道工程為依托，通過深入剖析地鐵施工基坑工程安全事故案例，明確了安全管理中的重點與難點，并據(jù)此提出了相應的管理系統(tǒng)和實施措施。通過引入人員管理系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測預警系統(tǒng)，顯著提升了施工現(xiàn)場的安全管理水平和工程質(zhì)量。實踐證明，這兩大系統(tǒng)有效預防了安全事故，確保了施工人員的安全及工程順利進行，進而增強了基坑工程施工的安全性和穩(wěn)定性。

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【作者簡介】汪小龍，男，安徽桐城人，本科，工程師，研究方向：交通工程。

【引用本文】汪小龍.城市軌道交通地鐵車站明挖法基坑工程安全管控［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（9）：82-86.