物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的地鐵施工安全風險預警
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摘要：地鐵建設工程的周期長、施工環(huán)境復雜、施工過程極易存在施工安全風險，加強地鐵建設過程的安全風險管控成為地鐵建設工程管理的重要課題，而施工過程安全監(jiān)測是加強地鐵施工安全風險管控的重要手段之一。傳統(tǒng)的地鐵施工安全監(jiān)測多通過人工完成，存在一定的局限性和時效性，因此，文中提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全風險預警體系。實驗表明，該體系可實現(xiàn)地鐵施工過程的自動監(jiān)測、實時預警。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；地鐵施工；風險預警；施工監(jiān)測；施工安全管理；實時預警
引言
地鐵施工安全風險特征明顯，除了工程本體的風險外，還可能誘發(fā)諸多的社會風險。2008年杭州地鐵一號線工地發(fā)生塌方事故[1-2]，導致21人死亡，24人受傷，直接經(jīng)濟損失4961萬元。一般地，工程風險達到臨界狀態(tài)之前，監(jiān)測數(shù)據(jù)的某些特征指標即有明顯反應，工程也會出現(xiàn)某些特征現(xiàn)象，可以通過監(jiān)測這些數(shù)據(jù)預報警情[3]，所以在地鐵施工過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集及處理對地鐵施工安全風險預警尤為重。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)為解決這個難題提供了支撐。物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能，實現(xiàn)物物相連[4-7]。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在土木工程施工風險監(jiān)測中得到了一些應用[8-9]。隨著信息時代的不斷發(fā)展，地鐵施工安全風險預警將成為物聯(lián)網(wǎng)應用的重要發(fā)展方法，為此，本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全風險預警技術(shù)，實現(xiàn)地下工程施工安全的自動監(jiān)測、實時預警。
1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全預警體系設計思路
1.1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、應力計、軸力計、超聲波測距儀等信息采集設備按監(jiān)測設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。
1.2數(shù)據(jù)傳輸層
位于工地前端的信息采集設備通過互聯(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器進行連接和交換。
1.3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[4]。
1.4數(shù)據(jù)應用層
要實現(xiàn)對工程施工安全的預警功能，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、卡爾曼濾波、ARIMI等模型，構(gòu)建地表沉降預測模型，使用戶提早掌握沉降的未來走勢，并根據(jù)設置的閾值實現(xiàn)預警功能。
1.5服務層
利用終端設備，為用戶提供可視化操作平臺，實現(xiàn)預警信息的實時響應?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵施工安全預警架構(gòu)如圖1所示。
2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的施工安全預警功能模塊
2.1地鐵工程本體施工安全風險預警
地鐵工程本體施工安全預警指標主要包括支護樁（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、初期支護結(jié)構(gòu)拱頂沉降和初期支護結(jié)構(gòu)凈空收斂等。通過位移、應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測的變化值及變化速率，根據(jù)事先設置好的閾值，進行及時預警。
2.2地鐵工程施工設備監(jiān)測預警
通過對地鐵工程施工大型設備安裝傳感器，實時采集數(shù)據(jù)，可以實時監(jiān)測施工現(xiàn)場的大型設備運行情況，需事先設置好閾值，進行及時預警。
2.3地鐵工程施工環(huán)境監(jiān)測預警
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，進行閾值判斷，實現(xiàn)及時預警。
3實例分析
由于篇幅有限，本文選取了福州市軌道交通4號線池邊站基坑開挖的安全風險預警做分析。
3.1工程概況
福州市軌道交通4號線池邊站位于福州市晉安區(qū)塔頭路道路下方，呈東西走向，站中心位于塔頭路與縱二路十字交叉口十字路口中部，塔頭路規(guī)劃寬45m，車站西側(cè)已實現(xiàn)規(guī)劃，東側(cè)道路未施工，縱二路路規(guī)劃寬30m，現(xiàn)狀道路寬30m。車站周邊現(xiàn)狀以學校、高層辦公樓和高層住宅為主。車站周邊規(guī)劃用地性質(zhì)以商業(yè)、居住用地、教育用地、綠地為主。池邊站為單柱2跨（局部雙柱3跨）2層站地下建筑。車站起點里程DK31+871.358，終點里程為DK32+061.358，設計總長度為190m，標準寬為19.70m，深16.70～19.00m。車站共設5個出入口，2個風亭，車站兩端區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，車站小里程端為區(qū)間提供盾構(gòu)吊入條件，大里程端為區(qū)間提供盾構(gòu)吊出條件。
3.2地鐵基坑開挖階段監(jiān)測點布設
池邊站基坑開挖階段監(jiān)測點布設情況見表1所列，每個監(jiān)測項目點布設相應傳感器。
3.3監(jiān)測項目控制值和預警標準
根據(jù)城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[10]，監(jiān)測項目的控制值見表2所列。監(jiān)測預警等級判定應根據(jù)施工過程中工程監(jiān)測數(shù)據(jù)與監(jiān)測項目控制值（包括變形量、變化速率“雙控”值）對比確定，按嚴重程度由小到大分為黃色、橙色和紅色三級，見表3所列[11]。
3.4數(shù)據(jù)處理
本文選取了該工程2019年9月10日的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)“雙控”閾值要求，分別對不同監(jiān)測項目的根據(jù)監(jiān)測項目的變化速率和累計值進行分析統(tǒng)計，得出本次監(jiān)測項目變化速率最大測點和累計變化量最大測點，見表4所列。
3.5預警分析
根據(jù)三級警戒狀態(tài)判定表及可視化平臺顯示，本期池邊站各項監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較為穩(wěn)定，各監(jiān)測點位均在預警控制值范圍之內(nèi)，無新增預警點。
3.6結(jié)論
（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，在實際工作中應該做好對檢測項目各監(jiān)測點傳感設備的保護工作；同時，應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)的地鐵施工安全風險預警。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，進行智能處理，實現(xiàn)地鐵工程本體施工、大型設備運行情況、施工環(huán)境的自動監(jiān)測和實時預警，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)測領域的應用將更加廣泛。
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作者：池傳樹 單位：福建船政交通職業(yè)學院
