摘 要 城市轨道交通工程的建设工点多、摊子大、施工的难度和环境保护要求高,近年来在全国各地轨道交通工程建设过程中,时有较大的工程事故发生。如何控制工程的风险成为轨道交通大规模建设迫切需要解决的问题。以具体工程为例,提出用远程监控管理的方法系统地控制工程风险,并阐述实现远程监控管理的要件及其组成。
关键词 轨道交通 地下工程 风险控制
1 引言
中国各大城市的轨道交通建设,从上世纪末开始,处于世界城市轨道交通建设历史上前所未有的建设高峰之中,北京、上海、广州、深圳、南京、天津等城市都陆续展开了大规模的轨道交通建设。然而在建设过程中,各地时有工程事故发生,造成了巨大的损失。如何控制工程建设的风险,已成为城市轨道交通建设目前迫切需要解决的问题。
从工程经验和物理力学规律可知,工程风险在发展成为工程事故之前,往往存在着某些特定征兆和现象,如监测数据的异常反应、地表突然沉降等特殊现象,有经验的工程师能够根据这些状况的产生,及时采取相应对策,往往能避免工程事故发生或减少事故造成的损失。
建设企业通常用于控制工程风险的办法,是派遣大量的有经验的工程师常驻现场,监督工程的进展,保障工程安全、有序的建设。然而,由于工程师的水平不一,对同样的数据可能得到完全相反的结论,而数据评判不正确,可能延误工程抢险的时机,导致不必要的损失。所以,控制工程风险需要建立一个科学评判工程数据的体系,统一分析、评判工程的风险程度。
在今后的几年中,上海年均要完成约40ｋｍ的轨道交通建设。随着建设的大面积铺开,城市轨道交通建设具有工点多、摊子大、时间长的特点。建设过程中对重要建筑物和已建成轨道交通的环境影响,造成施工节点多、施工的工序和难度不断增加,由此发生工程危险和工程事故的概率不断上升。如果还是仅依靠有经验的工程师控制工程风险,在人员的数量和水平上将远远不够。实现分散工程的工程风险统一管理与控制,运用网络化的远程监控手段是最有效的解决方案。
但这在世界轨道交通建设史上并无先例可循。从1999年起,在上海轨道交通4号线建设中,由于意识到这方面的问题,就此展开研究,逐步探索和完善了一整套工程远程监控管理体系。通过收集、传送现场的工程数据到远程的服务器,设置一个专门分析、处理工程数据的职能部门———监控中心,对工程风险进行集约的管理和及时的反馈,从而有效地控制了工程事故的发生。目前,该管理体系已推广到上海轨道交通8号线、6号线等工程,并得到成功应用,发现工程隐患阻止工程事故发生多起,发挥了巨大的作用。
2 实现远程监控管理的基本要求
工程风险的远程监控管理问题,在技术角度上就是如何实现工程现场数据的远程交互的课题。它可以分解为数据的采集、数据的交换、数据的处理和数据的反馈6个层面,解决这些问题的基本要求如下:
(1)标准化信息采集
工程的数据,尤其是监测数据,必须按照固定格式提供或输入,尽量避免以报表文件等用户自由度较大的格式的数据文件,防止由此产生的巨大的数据转换工作量。推荐系统以数据库作为数据存储的平台。
(2)可靠的信息传送功能
对于数据通过网络进行交换的过程,要求所用的软件技术和硬件技术必须稳定可靠,防止由于突然断线等情况而出现系统异常。
(3)实用的信息处理
对于系统获取的数据,不能仅满足于直接将数据发布到相关的人员,需要对获得的数据进行处理,初步判断、提取数据的可信度、数据代表的工程风险程度。某些和工程风险无关,或者依赖于人工反复干预的预测预报技术尽量不要使用。
(4)安全的用户认证和分级的用户授权
不同类别、不同级别、不同工程的用户与系统交互的内容和范围应该受到严格控制,未经许可的用户应无法获取数据。
(5)及时的信息反馈
除依靠人工电话通知等手段外,可以考虑利用ｂｐ机、短信等信息终端发布信息,使用户能在第一时间内,自动获得需要的信息。还可以提供多种形式的数据服务,以满足不同层次用户的需求。
(6)严密的管理制度作为保障
工程风险的远程监控管理体系的各个环节本职工作完成的好坏以及各环节之间配合的好坏,决定了整个管理体系效能。如果其中任何一个环节出现问题,整个管理体系将有失效的危险。所以,必须有严密的管理制度作为整个管理体系的有力保障。
3远程监控管理的系统组成
3.1远程监控管理模式
如图1所示,工程所辖工地的所有工程数据、信息,均使用专用的软件将工程的信息传送到中央数据库,由管理者和监控中心通过网络直接调用;监控中心负责数据的分析处理,每天将数据分析处理的结论以报表文件的形式发送给相关的职能部门和管理者;管理者参照报表和获得的工程信息做出工程决策,指导现场的施工。在这一架构中,现场传送的数据是否及时、真实,以及监控中心是否有可靠的手段分析处理数据,构成了整个远程监控管理成败的决定性因素。
在实际操作中,通过分级授权管理、数据流向和数据安全方面的设计,确保了数据的收集、传送、存放、调用等各个环节,均有可靠的安全保障。
3.2 工程数据的远程监控管理
工程数据的远程监控管理包括车站和区间隧道两个方面。根据输入工程信息单位的不同,工程数据的远程监控管理可分为:甲方管理、施工总包、监理单位、监测单位4个不同版本,不同版本的输入和查阅信息的权限各自不同。
由于有专门的授权软件,并且通过专用的软件输入、传输、查阅数据,工程数据可分级调用,数据的安全性得到保证。另外,由于使用ｉｎｔｅｒｎｅｔ传送数据,避免了建设专用网络的巨大投资,也方便管理者随时随地获得工程的信息。
3.3工程视频的远程监控管理
现场上传的数据一般存在一定时间的滞后,在需要察看到工程实时进展的状况时,采用远程的视频监看是一个有效的手段。由视频的查看,可以直观地获得工程现场的影像,对于不合规范的操作和现象,均能通过照片、录像存档,作为依据,责成现场单位限期整改。
4 控制工程风险的职能部门———监控中心
监控中心是负责控制工程风险控制的具体职能部门,由建设企业项目公司总工程师负责,并设有专职的管理人员完成日常工作。监控中心根据获得的工程数据,研判工程所处的状态,发现其中存在的工程隐患和工程危险,并以书面报告的形式告知相关部门;并且它负责远程监控的日常管理,保障整个管理体系能够正常、有序的运转。
所以,监控中心应该具有以下功能:
(1)根据工程数据分析工程风险的能力
上海轨道交通建设已经积累了大量的关于工程风险判断的经验,由工程数据分析判断其中存在的工程风险,并做出短期的预警,在技术上已经解决。
(2)快速获取工程相关数据的能力
由于工程数据的远程监控管理应用了数据库技术,所有资料均以通用格式保存在服务器上,为实现工程状态的自动判断提供了方便。
(3)发现工程隐患后,及时告知相关责任人员的能力
当发现工程隐患后,是否能及时处理取决于相关信息能否在第一时间内到达相关责任人员。对于监控中心,不能仅满足于提交报告告知工程的风险。电话联系或者手机短信等多种手段,甚至自动化的信息发送均可应用。
(4)工程资料存档,并提供相关人员方便的查阅相关资料的功能
远程监控管理所获得的工程数据是海量的数据,其中有可能夹杂错误数据,若要重复利用,则在资料存档阶段应作进一步的处理,如剔除错误数据、转成ｅｘｃｅｌ报表等等。经处理后的数据,将方便工程相关人员的研究工作。
监控中心是对整个远程监控管理起决定性作用的部门,它的作用发挥的好坏,决定了整个管理体系是否能正常运转。同时,由于是集约化的工程风险管理,监控中心的设立大大提高了管理的效率,保证了所有工程在统一标准下控制工程风险,避免工程师水平不一而导致的误判、遗漏情况的发生。
5工程实例
某车站围护结构为 850ｓｍｗ工法桩,桩长21ｍ;设有3道φ609钢管支撑,采用明挖顺作法施工。在开挖过程中,该基坑测斜数据出现明显的踢脚现象,至2005-03-07,处于同一横断面的ｃｘ31和ｃｘ32孔墙脚出现明显位移,呈加速破坏情况。最大变形和最大变形速率分别达到85.73ｍｍ、28.27ｍｍ/ｄ和70.14ｍｍ、30.79ｍｍ/ｄ,见图2、图3、图4所示。根据以往的工程经验和数据挖掘的成果判断,基坑处于十分危险的状况。再由当天的测斜数据,反算型钢弯矩得到ｃｘ31和ｃｘ32的型钢抗弯安全储备只有14.3%和13.3%,接近设计弯矩,与数据评判的最危险点相符,验证了该处存在工程危险。
正因为采取了远程监控管理,工程现场及时传送数据,监控中心科学地处理数据,能及时发现异常,通过管理体系告知相关的职能部门,启动预警机制,马上停工处理工程危险,成功有效地阻止了工程事故的发生。之后工程顺利进展,该点的变形趋向稳定。
6 结语
实践证明,使用远程监控管理是目前对工程风险管理的有效手段,它是解决目前轨道交通大规模建设的风险控制问题、高效发挥稀缺的专家资源的必然途径。
工程风险的远程监控管理还需要不断完善,从而更好地控制工程风险。需要逐步实现自动化分析、处理海量数据,实现工程风险的自动判别。同时,需要扩大工程风险管理的范围,将设计单位纳入工程风险的管理体系,参与工程风险的管理;并充分发挥现场监理单位及相关协作单位在风险管理体系中的作用,在各方面保障工程安全、高效的进展。
参考文献
1 刘建航、侯学渊.基坑工程手册.中国建筑工业出版社,1997.
2 刘国彬、王洪新.上海浅层粉砂地层承压水对基坑的危害及治理.岩土工程学报,2002(6):790-792
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