導(dǎo)語：地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

近年來隨著我國地鐵工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，地鐵工程施工安全事故也時有發(fā)生。由于地鐵工程施工環(huán)境復(fù)雜，可以利用的空間十分有限，密集的施工機具，以及施工人員、建筑材料和作業(yè)內(nèi)容容易導(dǎo)致安全隱患。傳統(tǒng)的安全管理技術(shù)難以滿足地鐵工程的施工過程，需要更加高效，高科技的集成管理技術(shù)對地鐵施工項目進行全面的、系統(tǒng)的、現(xiàn)代化的安全管理與控制。建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)是以工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點。BIM可以為地鐵施工的信息化提供基礎(chǔ)，讓地鐵施工控制更加信息化、自動化、科學(xué)化和標(biāo)準(zhǔn)化，在帶動地鐵施工效率提升的同時，也能降低施工安全隱患。基于建筑信息模型的地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新不僅可為施工作業(yè)的全面管理提供依據(jù)，而且對提升施工現(xiàn)場安全水平、消除施工中的安全隱患具有積極的意義。但是，與一般技術(shù)創(chuàng)新活動不同，地鐵工程施工的安全技術(shù)創(chuàng)新需要業(yè)主、設(shè)計院、施工企業(yè)等多個參與者的共同努力才有可能取得良好的效果。BIM技術(shù)的應(yīng)用是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，不能在單個企業(yè)內(nèi)部完成，只有依靠業(yè)主、設(shè)計院、施工企業(yè)和其他機構(gòu)之間的技術(shù)合作才能取得成功。因此地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效具有較高的不確定性，它不僅僅依靠BIM技術(shù)支持，同時與所有參與者的技術(shù)與管理水平有關(guān)，具有一定的風(fēng)險，需要采取一種適當(dāng)?shù)姆椒▽Φ罔F施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效進行分析和評估，但是目前國內(nèi)外關(guān)于該方法的研究還十分缺乏。貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)(BayesianBeliefNetwork，BBN)作為不確定性知識表達和推理的主導(dǎo)技術(shù)，近年來在風(fēng)險分析和績效評價等方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。Martin等通過識別建筑工地上空高處墜落事故的風(fēng)險因素，構(gòu)建了墜落安全風(fēng)險的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，主要采用問卷調(diào)查建筑工人的方式來分析工程施工的不安全因素。Matias等人比較了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和其他專家系統(tǒng)技術(shù)在風(fēng)險分析和預(yù)測方面的功能，得到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具備相對更好的風(fēng)險預(yù)測和解釋能力。EunchangLee等將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)運用到造船工程的風(fēng)險分析，提出一套基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的評價流程。周國華等人以京滬高鐵工程為例，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對工程項目的質(zhì)量控制因素進行了分析。汪濤等人通過分析風(fēng)險事件與風(fēng)險因素之間的關(guān)系，并結(jié)合施工現(xiàn)場的安全管理能力，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)來評估安全風(fēng)險事件發(fā)生的概率。但是，對于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)創(chuàng)新績效分析與評價方面的研究，目前還非常缺乏，僅僅針對狹義的技術(shù)創(chuàng)新方式提出了一種基于動態(tài)樸素貝葉斯網(wǎng)的風(fēng)險識別方法，而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在工程建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新績效分析領(lǐng)域的研究，目前國內(nèi)外尚未有其他相關(guān)文獻報道，我們前期曾利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)提出一種建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評估方法，但還有待進一步的研究。本文采用將專家先驗知識與數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法，建立地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新的貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)模型，為安全績效分析提供一種新方法。

2地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效的系統(tǒng)分析

對于地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新而言，通常不能由單個施工企業(yè)完成，它不僅受到業(yè)主的極大影響，而且還受到其他參與者的影響。目前我國實際工程中一般由一家專業(yè)技術(shù)咨詢公司提供BIM技術(shù)支持，業(yè)主負(fù)責(zé)地鐵項目的全面管理，設(shè)計院、施工企業(yè)等其他單位各司其職，共同完成地鐵項目建設(shè)與技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)。BIM技術(shù)通過三維可視化功能再加上時間維度，可以對地鐵工程進行虛擬施工，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，同時進行有效協(xié)同，設(shè)計、施工和業(yè)主都可以對工程項目的各種安全問題和情況及時掌握和溝通協(xié)調(diào)。業(yè)主是技術(shù)創(chuàng)新的首倡者、投資者和主導(dǎo)者，同時也是地鐵工程技術(shù)創(chuàng)新的直接和主要受益者。業(yè)主一般出于提高地鐵工程安全性的考慮開展技術(shù)創(chuàng)新活動并提供資金支持。業(yè)主在技術(shù)創(chuàng)新活動中具有主導(dǎo)作用，其他技術(shù)創(chuàng)新參與者一般都由業(yè)主選定，業(yè)主在地鐵施工技術(shù)方案比較等關(guān)鍵事件上都具有決定權(quán)，主導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新的全過程。因此，業(yè)主的技術(shù)能力和管理能力對BIM技術(shù)的應(yīng)用效果具有重要的影響。但是業(yè)主通常并不能承擔(dān)BIM技術(shù)創(chuàng)新的具體事務(wù)，具體工作必須依賴設(shè)計院、施工企業(yè)、BIM技術(shù)咨詢公司等技術(shù)創(chuàng)新主體來完成。設(shè)計院在技術(shù)創(chuàng)新過程中發(fā)揮著非常重要的作用，設(shè)計院是地鐵工程技術(shù)創(chuàng)新中多種技術(shù)的集成者，一般情況下，不同的專業(yè)技術(shù)難題分別由不同的參與企業(yè)或機構(gòu)來負(fù)責(zé)，但這些不同的技術(shù)成果都需要通過設(shè)計院的設(shè)計方案來集成和綜合，并轉(zhuǎn)化為設(shè)計圖紙才能應(yīng)用于地鐵工程實踐。就BIM技術(shù)而言，BIM最直觀的特點在于三維可視化，利用BIM的三維技術(shù)在前期可以進行碰撞檢查，優(yōu)化工程設(shè)計，減少在施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，而且優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案。此外，設(shè)計院還必須解決地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新過程中與設(shè)計相關(guān)的重要技術(shù)問題，設(shè)計院不僅要對設(shè)計文件的安全、經(jīng)濟等合理性負(fù)責(zé)，還需要提出相應(yīng)的質(zhì)量控制指標(biāo)，指導(dǎo)和配合施工企業(yè)。因此，設(shè)計院的技術(shù)能力和管理能力對技術(shù)創(chuàng)新績效具有重要的影響。施工企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新活動的具體實施者，地鐵施工人員需要利用碰撞檢查和優(yōu)化后的三維設(shè)計方案進行地鐵施工交底和施工模擬，提高地鐵施工安全性和與其他參與者的溝通能力。對于地鐵工程施工來說，空間是有限的，每一個施工工序在進行的時候必須有足夠的空間來進行施工活動，如機械臂長的旋轉(zhuǎn)半徑，施工人員的活動半徑，如果這兩者在作業(yè)時的空間上產(chǎn)生了沖突，就容易導(dǎo)致安全事故。因此在開工之前可以利用BIM進行動態(tài)施工模擬，預(yù)測可能存在的問題，優(yōu)化機械行進路線和人員活動范圍，減少安全事故發(fā)生的可能性。通過BIM技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，減少地鐵工程質(zhì)量和安全問題。BIM新技術(shù)的應(yīng)用效果最終還要取決于施工企業(yè)技術(shù)能力和管理能力的水平。BIM技術(shù)咨詢公司是該項技術(shù)創(chuàng)新活動最為重要的技術(shù)支持者，一般是接受業(yè)主的委托創(chuàng)建BIM數(shù)據(jù)庫，為業(yè)主、設(shè)計院和施工企業(yè)提供支撐地鐵施工安全管理所需的數(shù)據(jù)信息。BIM數(shù)據(jù)庫包括大量的工程相關(guān)信息，可以為地鐵工程施工提供數(shù)據(jù)后臺的巨大支撐，BIM中的項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以在各參與企業(yè)之間進行協(xié)同和共享，地鐵施工工程信息可以根據(jù)時空維度、構(gòu)件類型等進行匯總、拆分、對比分析等，保證地鐵施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確地提供。為施工企業(yè)制定精確的安全控制計劃提供有效的支撐，使業(yè)主、設(shè)計院和施工企業(yè)的工程技術(shù)人員對各種施工工程信息做出正確理解和高效應(yīng)對，為參建各方提供協(xié)同工作的技術(shù)基礎(chǔ)，從而減小安全風(fēng)險，實現(xiàn)對施工安全風(fēng)險的有效控制。因此，BIM技術(shù)創(chuàng)新績效在很大程度上還取決于BIM技術(shù)咨詢公司的技術(shù)支持水平。根據(jù)以上分析，并結(jié)合我們前期相關(guān)的研究成果，本文提出13個地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效影響因素，見表1。其中安全技術(shù)創(chuàng)新績效是目標(biāo)變量，它是希望通過技術(shù)創(chuàng)新活動影響的最終變量，是希望改進的目標(biāo)?！案深A(yù)變量”是為了達到目標(biāo)變量而施行的技術(shù)創(chuàng)新活動，即BIM技術(shù)支持，包括無BIM技術(shù)支持、一般的BIM技術(shù)支持和良好的BIM技術(shù)支持水平三個等級?！皩嵤┮蛩亍笔侵苯佑绊懓踩夹g(shù)創(chuàng)新活動是否成功施行的變量，包括業(yè)主、設(shè)計院和施工企業(yè)的技術(shù)能力和管理能力，他們的影響會通過中介因素作用于目標(biāo)變量?！爸薪橐蛩亍笔锹?lián)系實施因素、干預(yù)變量和目標(biāo)變量的因素，即實施因素和干預(yù)變量要通過中介因素傳導(dǎo)其作用，而中介因素對目標(biāo)變量有直接影響。就BIM技術(shù)創(chuàng)新而言，它對安全績效的作用主要通過優(yōu)化設(shè)計方案，優(yōu)化施工組織和加強溝通協(xié)調(diào)來完成。“控制因素”是外生變量，不隨干預(yù)而改變，但它對于目標(biāo)變量具有重要的影響，包括項目規(guī)模和項目復(fù)雜性，在模型中需要加以體現(xiàn)

3模型構(gòu)建

3．1數(shù)據(jù)采集

為了確定各因素和節(jié)點之間的因果關(guān)系，我們采用結(jié)構(gòu)性問卷調(diào)查來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。調(diào)查以地鐵工程項目為單位，采取郵寄或E-mail的方式來發(fā)放調(diào)查問卷或收集調(diào)研數(shù)據(jù)，然后通過半結(jié)構(gòu)訪談的形式進行補充。調(diào)查對象主要是具有5年以上工程實踐經(jīng)驗的業(yè)主、施工企業(yè)、設(shè)計院和咨詢公司的相關(guān)工程技術(shù)人員，包括全面了解地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新整體狀況的高層管理人員(如總工程師)，以及與工程新技術(shù)直接相關(guān)的管理人員或技術(shù)人員(如工程技術(shù)部經(jīng)理或工程師等)。調(diào)查對象的構(gòu)成為業(yè)主方占15%、設(shè)計方占18%、施工方占37%、技術(shù)服務(wù)方占16%、其他占14%。本次調(diào)查共發(fā)放問卷136份，在剔除了連續(xù)雷同或人為固定模式答案等無效的問卷后，共取得有效問卷63份，問卷的有效回收率為46．3%。

3．2貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立

相關(guān)研究表明，利用專家先驗知識的臨時因果關(guān)系圖與相關(guān)性分析相結(jié)合能夠較為有效的構(gòu)建系統(tǒng)要素之間的因果關(guān)系。我們借鑒這種方法來確定技術(shù)創(chuàng)新貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，首先以文獻調(diào)研與專家調(diào)查為基礎(chǔ)來建立系統(tǒng)要素之間的初步因果關(guān)系圖，然后采用數(shù)據(jù)樣本進行相關(guān)性分析，依據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小來鑒別要素間的強聯(lián)系。雖然相關(guān)性分析結(jié)果不能直接判定因果關(guān)系，但可以作為旁證來降低系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。我們通過調(diào)查地鐵施工技術(shù)創(chuàng)新的專家知識為基礎(chǔ)，對各個因素的邏輯關(guān)系進行了判斷，建立了系統(tǒng)各個要素之間的初步因果關(guān)系。

3．3貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)

在確定了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以后，采用NETI-CA軟件提供的案例學(xué)習(xí)功能進行案例學(xué)習(xí)，獲得各個節(jié)點之間的條件概率分布，然后得到完整的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

4案例分析

4．1案例背景

某市地鐵1號線某標(biāo)段工程建設(shè)擬采用BIM技術(shù)。該標(biāo)段中的車站工程為該城市軌道交通1號線一期工程的中間站。車站沿街南北方向呈“一”字型布置，道路寬度約為20m，周邊主要為商業(yè)建筑，基本臨街建立，人流量大。有效站臺長118m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬為18．7m，車站形式為地下2層9m島式車站，還設(shè)有降壓變電所。車站主體的建筑面積為8342m2。基坑埋深18．75m，頂板覆土厚1．5m，不設(shè)中柱，橫向為兩層單框架結(jié)構(gòu)。車站工程的主體采用蓋挖逆筑法施工，維護結(jié)構(gòu)工程采用800mm的地下連續(xù)墻，與400mm厚的側(cè)墻疊合形成永久性結(jié)構(gòu)側(cè)墻。車站主體結(jié)構(gòu)的各層板同時作為基坑開挖期間的內(nèi)支撐體系。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和前期巖土工程勘察報告，擬建車站工程的場地斷裂和褶皺不發(fā)育，巖層主要是較緩的單斜構(gòu)造，巖層層面比較穩(wěn)定，產(chǎn)狀比較平緩。該地鐵項目由該市軌道交通集團有限公司投資建設(shè)管理，工程設(shè)計由中鐵建設(shè)集團所屬專業(yè)設(shè)計院完成，土建和安裝工程由中國中鐵集團所屬工程公司承擔(dān)，由專業(yè)技術(shù)咨詢公司提供BIM技術(shù)支持。

4．2根節(jié)點參數(shù)確定

該標(biāo)段工程總投資超過3億元，工期約3年，其中車站總建筑面積超過1萬平方米，項目規(guī)模較大?；庸こ痰燃夹g(shù)要求高，施工難度大，巖層層面比較穩(wěn)定、產(chǎn)狀比較平緩，工程地質(zhì)條件較好，項目復(fù)雜度一般。該項目業(yè)主為城市軌道交通集團公司，承擔(dān)該市軌道交通項目的融資、投資、建設(shè)、運營、管理，設(shè)立工程建設(shè)部、合約部等專業(yè)部門，能適應(yīng)地鐵建設(shè)、管理和投融資工作的需要，管理能力較強。但業(yè)主單位的專業(yè)技術(shù)人員數(shù)量不多，且相關(guān)經(jīng)驗不足，技術(shù)能力一般。工程設(shè)計方為鐵路工程專業(yè)設(shè)計院，從事過大量同類工程設(shè)計，設(shè)計人員技術(shù)水平高，經(jīng)驗豐富，而且在項目前期初步設(shè)計階段就明確將BIM應(yīng)用于三維綜合管線等設(shè)計內(nèi)容，并成立了相應(yīng)的BIM技術(shù)支持部門，與設(shè)計人員共同研究技術(shù)方案，對重要技術(shù)問題進行三維虛擬，進行優(yōu)化和改進，因此設(shè)計方的技術(shù)能力較強。但該設(shè)計團隊的組織結(jié)構(gòu)較為松散，內(nèi)外部協(xié)同不夠，設(shè)計部門與技術(shù)支持部門缺乏統(tǒng)一的組織和溝通，管理能力一般。工程施工方為中國中鐵所屬工程局，承擔(dān)過多個同類地鐵項目的工程施工，技術(shù)力量強，施工經(jīng)驗豐富，安全管理能力強，但由于首次采用BIM技術(shù)支持，缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗，普通工程技術(shù)人員對BIM技術(shù)的熟悉和應(yīng)用能力還需要提高。施工單位為此組織進行了多次BIM技術(shù)知識培訓(xùn)和技術(shù)交底，增強了相應(yīng)的技術(shù)能力，因此施工企業(yè)的技術(shù)和管理能力一般。技術(shù)咨詢方是一家專業(yè)致力于BIM技術(shù)研究的企業(yè)，主要以地鐵和大型建筑的三維綜合設(shè)計、施工組織優(yōu)化，三維虛擬，碰撞檢查等技術(shù)咨詢?yōu)橹饕?jīng)營方向，承接過多項鐵路和地鐵行業(yè)的三維建模和綜合設(shè)計項目，承擔(dān)過地鐵工程三維虛擬和設(shè)計優(yōu)化相關(guān)科研項目并通過專家驗收，能夠解決管線碰撞、檢修空間、調(diào)優(yōu)、施工工序、運行維護等難題，因此該技術(shù)咨詢公司的BIM技術(shù)支持水平較高。

4．3結(jié)果分析

將案例工程的根節(jié)點狀態(tài)分析結(jié)果輸入已經(jīng)建立好的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析模型后，結(jié)果如圖4所示，BIM技術(shù)創(chuàng)新對項目組織溝通和協(xié)調(diào)的改善效果為H的概率是42．7%，M的概率是35．5%，L的概率是21．8%，效果良好;對設(shè)計優(yōu)化為H的概率是63.2%，M的概率是28．4%，L的概率是8．4%，很有效。對施工組織優(yōu)化為H的概率是37．9%，M的概率是50．6%，L的概率是11．5%，有一定效果。案例工程的技術(shù)創(chuàng)新績效為H的概率是53．3%，M的概率是30．9%，L的概率是15．7%，因此綜合評估結(jié)果為High，績效良好。實際情況是該工程在建設(shè)過程中，在業(yè)主單位的主導(dǎo)下，一直嚴(yán)格按照BIM技術(shù)要求和安全管理規(guī)范控制施工安全。技術(shù)咨詢公司創(chuàng)建的BIM數(shù)據(jù)庫為業(yè)主、設(shè)計院和施工企業(yè)提供支撐項目安全管理所需的數(shù)據(jù)信息，項目組織利用BIM數(shù)據(jù)庫提供的協(xié)同工作為基礎(chǔ)，對工程的進展情況和各種安全問題及時掌握和溝通協(xié)調(diào)，有效的改善了項目組織的溝通和協(xié)調(diào)水平。設(shè)計單位利用BIM的三維技術(shù)在設(shè)計階段就進行了碰撞檢查，優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案，優(yōu)化工程設(shè)計，減少了在施工階段可能存在的安全隱患。施工單位通過BIM三維可視化功能再加上時間維度，在開工前和施工過程中不斷進行動態(tài)施工模擬，預(yù)測可能存在的問題，優(yōu)化機械的行進路線和人員活動的范圍，減少了安全事故發(fā)生的可能性。雖然在項目前期由于各參與方對BIM技術(shù)的理解與應(yīng)用水平不齊，在基坑開挖過程中曾經(jīng)出現(xiàn)安全管理問題，但通過及時協(xié)調(diào)業(yè)主、設(shè)計和施工企業(yè)的技術(shù)合作以及BIM咨詢公司的持續(xù)改進和技術(shù)支持，這些問題都已順利解決，同時還也培養(yǎng)了一批專業(yè)技術(shù)人員。目前該項目已經(jīng)進入工程收尾階段，并即將組織工程驗收，在工程施工過程中沒有出現(xiàn)大的安全事故，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型分析的結(jié)果與實際情況相比具有較好的符合性。

5結(jié)語

本文引入基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的知識表達和不確定性推理，構(gòu)建了地鐵工程施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效分析的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，并通過問卷調(diào)查數(shù)據(jù)的擬合得到了模型各節(jié)點的后驗概率分布，模型分析結(jié)果與案例工程實際具有較好的符合性，研究表明:

1)基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效分析方法以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的概率來表達技術(shù)創(chuàng)新影響因素的不確定性，從而能夠非常直觀和明確地推導(dǎo)出地鐵施工安全技術(shù)創(chuàng)新績效的定量分析結(jié)果。該方法可以比較充分地利用專家的先驗知識和地鐵施工數(shù)據(jù)，能夠使推理在工程施工數(shù)據(jù)不完備的基礎(chǔ)上進行，具有良好的工程應(yīng)用前景。

2)BIM技術(shù)支持水平對安全技術(shù)創(chuàng)新績效的產(chǎn)生最為重要的影響，對目前我國地鐵工程施工安全控制具有重要的改善作用;施工企業(yè)的技術(shù)能力、業(yè)主的管理能力和設(shè)計院的技術(shù)能力對安全技術(shù)創(chuàng)新績效產(chǎn)生比較重要的影響;施工方的管理能力、業(yè)主的技術(shù)能力和設(shè)計方的管理能力也對安全技術(shù)創(chuàng)新績效產(chǎn)生一定影響，他們在一定程度上影響了BIM新技術(shù)的創(chuàng)新效果。

作者:陳帆謝洪濤單位:湖南科技大學(xué)昆明理工大學(xué)