物联网技术下的地铁施工安全风险预警

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了物联网技术下的地铁施工安全风险预警范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：地铁建设工程的周期长、施工环境复杂、施工过程极易存在施工安全风险，加强地铁建设过程的安全风险管控成为地铁建设工程管理的重要课题，而施工过程安全监测是加强地铁施工安全风险管控的重要手段之一。传统的地铁施工安全监测多通过人工完成，存在一定的局限性和时效性，因此，文中提出基于物联网技术的地铁施工安全风险预警体系。实验表明，该体系可实现地铁施工过程的自动监测、实时预警。

关键词：物联网技术；地铁施工；风险预警；施工监测；施工安全管理；实时预警

引言

地铁施工安全风险特征明显，除了工程本体的风险外，还可能诱发诸多的社会风险。2008年杭州地铁一号线工地发生塌方事故[1-2]，导致21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元。一般地，工程风险达到临界状态之前，监测数据的某些特征指标即有明显反应，工程也会出现某些特征现象，可以通过监测这些数据预报警情[3]，所以在地铁施工过程中，监测数据的采集及处理对地铁施工安全风险预警尤为重。物联网技术的出现为解决这个难题提供了支撑。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能，实现物物相连[4-7]。近年来，物联网技术已经在土木工程施工风险监测中得到了一些应用[8-9]。随着信息时代的不断发展，地铁施工安全风险预警将成为物联网应用的重要发展方法，为此，本文提出基于物联网技术的地铁施工安全风险预警技术，实现地下工程施工安全的自动监测、实时预警。

1基于物联网技术的地铁施工安全预警体系设计思路

1.1感知层

利用物联网技术，将视频监控、智能测斜管、光电式双位移计、压力传感器、超声波水位计、空隙水压力计、应力计、轴力计、超声波测距仪等信息采集设备按监测设计要求安装于施工现场监测点，用于收集施工现场的各类信息。

1.2数据传输层

位于工地前端的信息采集设备通过互联网、有线通信和无线通信等，将底层采集到的信息与上层服务器进行连接和交换。

1.3数据处理层

从底层感知层采集到的原始数据不仅数量大，而且含有大量重复且对用户无用的，所以需要数据处理层对原始数据进行滤波降噪、整合处理，并能生产原始数据汇总、分析的报表、图表等，可以供用户查询、使用[4]。

1.4数据应用层

要实现对工程施工安全的预警功能，需要对采集到数据做特殊处理。例如对于地铁施工地表沉降问题，可以用人工神经网络、卡尔曼滤波、ARIMI等模型，构建地表沉降预测模型，使用户提早掌握沉降的未来走势，并根据设置的阈值实现预警功能。

1.5服务层

利用终端设备，为用户提供可视化操作平台，实现预警信息的实时响应。基于物联网技术的地铁施工安全预警架构如图1所示。

2基于物联网技术的施工安全预警功能模块

2.1地铁工程本体施工安全风险预警

地铁工程本体施工安全预警指标主要包括支护桩（墙）顶部水平（竖向）位移、支撑轴力、锚杆拉力、地表沉降、地下水位、管片结构竖向位移、管片结构净空收敛、初期支护结构拱顶沉降和初期支护结构净空收敛等。通过位移、应力等传感器来获取监测数据，并将数据传输给系统中心处理，得出即时变化值及变化速率和预测的变化值及变化速率，根据事先设置好的阈值，进行及时预警。

2.2地铁工程施工设备监测预警

通过对地铁工程施工大型设备安装传感器，实时采集数据，可以实时监测施工现场的大型设备运行情况，需事先设置好阈值，进行及时预警。

2.3地铁工程施工环境监测预警

地铁施工多处于地下，施工环境相对比较密闭，易发生爆炸、中毒等事故。在此通过实时采集施工现场的可燃和有毒有害气体浓度、粉尘、温湿度等数值，进行阈值判断，实现及时预警。

3实例分析

由于篇幅有限，本文选取了福州市轨道交通4号线池边站基坑开挖的安全风险预警做分析。

3.1工程概况

福州市轨道交通4号线池边站位于福州市晋安区塔头路道路下方，呈东西走向，站中心位于塔头路与纵二路十字交叉口十字路口中部，塔头路规划宽45m，车站西侧已实现规划，东侧道路未施工，纵二路路规划宽30m，现状道路宽30m。车站周边现状以学校、高层办公楼和高层住宅为主。车站周边规划用地性质以商业、居住用地、教育用地、绿地为主。池边站为单柱2跨（局部双柱3跨）2层站地下建筑。车站起点里程DK31+871.358，终点里程为DK32+061.358，设计总长度为190m，标准宽为19.70m，深16.70～19.00m。车站共设5个出入口，2个风亭，车站两端区间采用盾构法施工，车站小里程端为区间提供盾构吊入条件，大里程端为区间提供盾构吊出条件。

3.2地铁基坑开挖阶段监测点布设

池边站基坑开挖阶段监测点布设情况见表1所列，每个监测项目点布设相应传感器。

3.3监测项目控制值和预警标准

根据城市轨道交通工程监测技术规范[10]，监测项目的控制值见表2所列。监测预警等级判定应根据施工过程中工程监测数据与监测项目控制值（包括变形量、变化速率“双控”值）对比确定，按严重程度由小到大分为黄色、橙色和红色三级，见表3所列[11]。

3.4数据处理

本文选取了该工程2019年9月10日的监测数据，并根据“双控”阈值要求，分别对不同监测项目的根据监测项目的变化速率和累计值进行分析统计，得出本次监测项目变化速率最大测点和累计变化量最大测点，见表4所列。

3.5预警分析

根据三级警戒状态判定表及可视化平台显示，本期池边站各项监测数据变化较为稳定，各监测点位均在预警控制值范围之内，无新增预警点。

3.6结论

（1）地铁施工是一个涉及沿线地质情况、周边构（建）筑物、地下管线等综合性、复杂性的施工过程。本文提出利用物联网技术，自动采集监测数据，实时动态监测走势，实现地铁施工过程的安全预警，确保了施工过程的安全性，减少施工安全事故所带来的损失。（2）利用物联网技术，减少了人工参与的工作量，保证数据正确性的同时提高了工作效率。（3）为确保监测点数据的正常、正确传输，在实际工作中应该做好对检测项目各监测点传感设备的保护工作；同时，应加强日常安全巡视工作，发现周边环境有异常情况，及时反馈信息。

4结语

针对传统监测手段存在的问题，本文提出基于物联网技术的地铁施工安全风险预警。利用物联网技术，自动采集地铁施工过程中的各类信息，进行智能处理，实现地铁工程本体施工、大型设备运行情况、施工环境的自动监测和实时预警，提升地铁施工过程的安全事故防范能力。随着物联网软硬件技术的不断发展，物联网技术在地铁施工安全监测领域的应用将更加广泛。

参考文献

[1]佚名.2008年杭州地铁坍塌事故被认定为重大责任事故[EB/OL].[2010-02-09].

[2]白园.基于物联网的地铁施工过程安全监测系统的设计和实现[D]沈阳：东北大学，2013.

[3]上海市建设工程安全质量监督总站.城市轨道交通工程施工风险控制技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]罗春贺.基于物联网技术的地铁安全监控系统研究[D].大连：大连理工大学，2013.

[5]任江，钟崇光，郭娜.基于物联网技术的施工现场管理深度应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2013，5（5）：40-44.

[6]张玉媛，余琴，杜梦迪.基于物联网技术的装配式建筑施工现场安全管理研究[J].建筑安全，2018，33（4）：41-44.

[7]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2011，31（1）：1-9.

[8]陈永高，单豪良.基于BIM与物联网的地下工程施工安全风险预警与实时控制研究[J].科技通报，2016，32（7）：94-98.

[9]黄奕辉，李旭辉，谢帮华.基于物联网的公路养护施工安全智能监管系统应用研究[J].公路，2019，64（12）：282-285.

[10]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.城市轨道交通工程监测技术规范：GB50911—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[11]罗富荣.北京地铁工程建设工程安全风险控制体系及监控系统研究[D].北京：北京交通大学，2011.

作者：池传树 单位：福建船政交通职业学院