李德林，范晓蕾，张恕震

(1.青岛市地铁十三号线有限公司，山东 青岛 266000；2.青岛市地铁六号线有限公司，山东 青岛 266000； 3.青岛市地铁六号线有限公司，山东 青岛 266000)

0 引 言

随着城市化及经济发展速度的不断加快、人口数量不断增多，我国交通与出行压力越来越大。地铁建设能够有效地缓解市内“出行难”的问题，然而，由于地铁工程建设施工的技术较复杂，在建设施工中存在较多危险因素，地铁施工中存有一定安全性与稳定性风险[1]。基于此，本文提出了地铁工程建设施工的危险辨识与坍塌事故应急预案研究。根据危险辨识结果，对施工风险进行评估，并制定相应的施工坍塌事故应急预案，以提高地铁工程建设的稳定性与可靠性。

1 地铁工程建设施工危险辨识

1.1 地铁施工危险源分类

地铁工程建设施工受到环境、人为以及自然因素的影响，存在较多的施工危险源。为了更好地对施工危险进行辨识，首先，对地铁施工危险源进行分类。本文结合能量释放理论，将地铁施工危险源进行了划分，包括第一与第二类危险源两个类别[2]。其中，第一类施工危险源在施工中较为常见，指的是施工过程中受到机械能、热能、化学能的影响，发生意外可能释放对环境与人体不利的能量与物质。第一类危险源在地铁工程建设施工中的表现形式较多，见表1。

表1 地铁施工第一类危险源表现形式

如表1所示，为本文阐述的地铁施工第一类危险源的具体表现形式，不同类别的危险源，在发生意外时，释放的有害能量存在一定的差异，造成的事故影响也不同。第二类危险源具有一定的限制性，通常指的是容易导致危险物质生成的危险源，泛指具有破坏能量的各种危险物质及因素，以人为失误、设备故障以及环境影响等[3]。人为失误主要指施工人员的行为与预期标准要求之间存在偏差，导致对危险源的控制出现失控情况，进而引发了施工安全事故[4]。设备故障是导致施工事故发生的物质与物体条件，例如保险装置缺失、信号强度较低、人机关系存在缺陷等，都是设备的不安全状态[5]。环境影响包括物理、化学与生物因素三个方面，具有一定的不可控性[6]。

经过对地铁工程建设施工危险进行分类可知，危险源之间具有一定的相互关联性，分别影响着事故发生的前提、条件、严重程度，对事故发生的可能性大小具有决定性的意义[7]。

1.2 分解分析法辨识地铁工程危险源

经过上述对地铁工程建设施工危险源的分类，获取了两类危险源的表现形式及相互之间的关系，接下来，对地铁工程的危险源进行辨识。传统的地铁工程危险源辨识多数采用直观经验法，在辨识过程中具有一定的限制性，容易出现遗漏，因此，本文在传统辨识方法的基础上，采用分解分析法，更加全面、系统地辨识地铁工程建设施工危险源。分解分析法在辨识过程中，根据危险源的类别，按照一定的层次顺序进行分解，对每个层次的危险源属性进行合理分析，转换为 RBS 危险源分解结构，进而实现有效的系统辨识[8]。分解分析法辨识危险源的具体流程，如图1所示。

图1 分解分析法辨识危险源流程

如图1所示，首先，将地铁工程建设施工危险分解为工程危险与施工工作危险，按照施工过程、施工空间位置的变化，将划分的作业包逐级分解，直至识别到风险单元。构建风险识别分解结构，基于层次划分理论，判定风险单元所在结构的层次，生成一种具有共性的属性分类。采用模糊分类法处理属性分类，生成分解分析危险源辨识矩阵。将风险识别分解结构中最下层单元作为矩阵的列，中间单元作为矩阵的行，根据矩阵中的各项风险辨识元素，逐一辨识地铁工程建设施工中各个工作单元的危险源变化情况。

2 地铁施工坍塌事故应急预案设计

基于上述地铁工程建设施工中各项危险源辨识结束后，接下来，本文针对存在的危险源以及坍塌事故进行应急预案设计，降低地铁施工中存在的风险。

2.1 建立施工坍塌事故监测指标

地铁施工坍塌事故应急预案的效果与坍塌事故监测指标建立得是否合理具有重大关系。本文在建立施工坍塌事故监测指标中，采用层层分解细化的方式，将施工规范与标准进行分类，构建坍塌危害矩阵。在坍塌危害矩阵中，横坐标表示事故的严重性类别，纵坐标表示事故发生的概率，通过横、纵坐标的具体数值，确定坍塌事故的危害程度，将事故危害程度进行排序处理。为了提高坍塌事故监测的准确性，在建立监测指标时，需要综合考虑自然灾害事故以及突发事件，融合第一、第二类危险源的辨识结果，分析坍塌事故的可控度范围，共同建立坍塌事故监测指标。

结合事故优先数法，将坍塌事故危害程度根据相应的评价标准进行打分，设置坍塌事故的严重程度为S、事故的发生概率为O、事故应急处理难度为D，将三者的打分结果相乘，获取最终的施工坍塌事故监测指标，公式为：

RPN=S×O×D

(1)

地铁施工坍塌事故监测指标对后续计算坍塌事故的可控度具有重要意义，为地铁工程建设施工的安全监测提供了一定的基础。

2.2 计算监测指标警度与可控度

基于上述地铁施工坍塌事故监测指标建立结束后，对监测指标警度与可控度进行相关计算。首先，对坍塌事故监测指标阈值进行等级划分，包括坍塌无警、坍塌轻警、坍塌中警与坍塌重警等四个等级。结合海因里希事故法则，计算监测指标的可控度。建立地铁建设施工坍塌监测指标警度矩阵：

(2)

式中：Ii为坍塌警度；Ci1为第i级坍塌警度下第1个坍塌监测指标；Vi1为Ci1对应的特征值域。根据监测指标警度矩阵，获取警度与监测指标之间的变化关系，当监测指标在区间中无公共端点时，计算坍塌监测指标的关联函数，公式为：

(3)

式中：X0为坍塌风险经典域；lx为X0的长度；x为坍塌监测有限实区中的节点。通过计算地铁工程建设施工坍塌监测指标的关联函数，确定监测指标警度权重λij，结合专家评分法，计算坍塌监测指标的可控度，公式为：

K(Ii)=∑μijλij

(4)

式中：μij为地铁工程建设施工中坍塌监测指标的节余域权重；i、j分别为监测指标警度层级与节点层级。通过坍塌监测指标可控度计算结果，判断坍塌事故发生警情。

当K(Ii)≥0时，表示此事坍塌事故警情处于完全可控状态；当-1≤K(Ii)≤0时，表示K(Ii)处于坍塌事故发生可拓域之间，此事坍塌事故警情处于可控状态，K(Ii)越趋近于0，坍塌事故警情越容易控制，相反，K(Ii)越趋近于1，则表明坍塌事故警情越加不容易控制；当-1≥K(Ii)时，表示此时地铁施工中坍塌事故警情已经达到不可控状态。

根据坍塌事故警情的可控度计算结果，本文结合坍塌事故等级比例，将警情的可控性进行了具体划分：K(Ii)⊂(0，-0.7]表示坍塌事故可以高度控制；K(Ii)⊂(-0.7，-0.9]表示坍塌事故可以进行中度控制；K(Ii)⊂(-0.9，-1)表示坍塌事故的可以控制的程度较低。通过计算坍塌监测指标的警度与可控度，能够获取地铁工程建设施工坍塌事故警情的具体情况，为制定应急预案措施提供保障。

2.3 制定应急预案措施

在地铁工程建设施工中，受到各项施工因素与环境因素的影响，包括各类危险源，其中坍塌事故为最重大的危险源，一旦出现坍塌事故，会极大程度地对周边环境与施工人员造成安全隐患。结合上述计算得到的施工坍塌监测指标可控度与警度结果，获取到了施工坍塌事故警情的具体情况。接下来，本文采用一定的方式，对地铁施工坍塌事故中的危险源进行了分析，结构如图2所示。

图2 地铁工程施工坍塌事故危险源结构

如图2所示，坍塌事故主要受到开挖与支护过程的影响，包括地面塌陷、管线断裂、土体塌陷、建筑物倒塌、支撑失稳等表现形式。本文针对以上危险源表现形式，研究了相应的应急预案措施。首先，应当设置坍塌事故应急指挥的相关机构，具体划分坍塌救援小组应急指挥结构，如图3所示。

图3 坍塌救援小组应急指挥结构

如图3所示，当土体塌方较少时，救援小组根据具体的指挥结构，进行地质勘察与检测，找出建筑物下沉位置，启动应急决策，防止土体出现二次坍塌。

本文认为，还应当在地铁工程施工中，安装应急电子报警装置，当工程施工结构不稳定、存在坍塌安全隐患时，应急报警装置会对安全隐患进行权重分析，并根据坍塌隐患权重的等级，发出相应的警告，有效地预防坍塌事故的发生，提高地铁工程建设施工安全。

3 对比分析

为了验证本文提出的地铁施工危险辨识与应急预案的有效性，进行了如下实验分析。本次实验以某地铁施工项目为研究对象，该项目位于X街与Y街的交叉口，车站的结构为岛式车站，整体包括两层：站厅层与站台层，地铁车站的宽度为15.24 m，长度为237.08 m，车站包含4个出入口、1个通道，整体建筑面积约为12 430.5 m2，主体建筑面积为8 264.5 m2。地铁工程总体建设施工环境良好，施工人员均具有施工资质。根据相关的工程勘察报告可知，该工程建设施工中混凝土、钢筋混凝土结构中使用的钢筋均符合相关建设标准，均无腐蚀性。首先，利用本文设计的地铁施工危险源辨识方法，对第一类危险源的结构进行分解处理，构建危险源分解分析矩阵，在此基础上，获取第二类危险源，并对危险源的严重程度与表现形式进行判断。基于危险辨识结果，获取地铁施工坍塌风险评价指标，经过相应的计算，得出坍塌风险评价指标的权重，综合考虑坍塌风险评价指标中致险因子发生的概率，确定坍塌风险等级。根据危险源辨识结果与坍塌风险等级，获取危险元素所在施工位置，通过划分坐标系的方式，在存在风险位置安装应急电子报警装置，当危险源发出安全风险预警时，装置会自动发出报警。本次实验采用对比实验的方式，设置本文提出的地铁施工危险辨识与应急预案为实验组，传统的施工危险辨识与应急预案为对照组，对比两种地铁施工危险辨识与应急预案的成功率，结果见表2。

表2 地铁施工危险辨识与应急预案成功率对比

根据表2可知，本文提出的地铁工程建设施工危险辨识，辨识测量的距离与实际距离误差较小，最小辨识误差为0.02，传统的辨识结果误差最小为0.52，两者存在较大的差距，且坍塌事故应急预案的成功率中，本文提出的应急预案成功率均在98%以上，较传统方法相比更加具有优势，能够有效地对坍塌事故做出预警，降低坍塌事故发生的概率。

4 结束语

综上所述，随着城市人口数量的不断增长，交通与出行压力逐渐增大，地铁工程建设能够有效地减小出行压力。在地铁工程施工过程中，危险源与安全风险隐患较多。基于此，本文从地铁施工中潜在的危险源出发，提出了危险源辨识，根据辨识结果，制定了应急预案。本文的研究改善了传统工程施工危险辨识方面存在的不足，能够在一定程度上降低地铁施工坍塌事故发生的概率，提高地铁工程建设的安全。