既有線近接施工安全風險評估與智能監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)報告0509

1、既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用理工大學十四局光谷北斗控股2015 年 3 月既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用完成：理工大學十四局光谷北斗控股課題：任胡仲春池秀文課題組成員:任周長進劉明才胡仲春吳 浩張聰瑞侯立波呂均琳池秀文曹玉新李富強安慶李新平任如華劉小果張春陽劉永成張卅卅馮海昀王偉軍周洪文尚億軍金鑫劉軍譚海徐正全楊海燕杜玉星項目總審核：任池秀文目 錄第 1 章1.11.2前言1課題由來1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題31.2.1 安全風險評價研究現(xiàn)狀31.2.2 施工安全監(jiān)測研究現(xiàn)狀7項目研究方法101.31.3.11.3.21.3.3項目研究技術(shù)方案11項目研究內(nèi)容12項

2、目創(chuàng)新13第 2 章2.1既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)15既有線橋涵近接施工辨識152.1.12.1.22.1.3辨識過程15辨識方法16辨識結(jié)果212.2既有線橋涵近接施工風險評價體系232.2.12.2.22.2.32.2.42.2.5既有線近接施工風險識別與分類23風險評價體系建立28計算風險評價指標權(quán)重29灰色綜合評價34風險應對422.3系統(tǒng)模塊設計與實現(xiàn)452.3.12.3.22.3.32.3.42.3.52.3.62.3.7登陸及主界面46無線模塊48地圖管理模塊49基礎信息管理模塊51識別與管理模塊53安全風險評價58事故應急救援模塊632.42.5第 3 章3.13

3、.23.3系統(tǒng)現(xiàn)場應用64本章小結(jié)65既有線列車-便梁-支墩耦合作用分析及動載荷動力響應數(shù)值模擬67工程概況67監(jiān)測點布置68既有線列車-便梁-支墩耦合作用分析683.3.13.3.23.3.3列車-便梁耦合作用過程69列車-便梁-支墩相互作用69數(shù)據(jù)分析713.4動力響應數(shù)值模擬研究753.4.13.4.23.4.3模型的建立75載荷的施加77計算結(jié)果與分析783.5第 4 章4.14.24.3本章小結(jié)84鐵路營業(yè)線橋涵施工防護自動化監(jiān)測系統(tǒng)85工程及地質(zhì)概況85頂進涵施工86系統(tǒng)開發(fā)與應用904.3.14.3.24.3.3系統(tǒng)需求分析90系統(tǒng)監(jiān)測方案設計92系統(tǒng)總體框架1084.4系統(tǒng)模塊

4、設計與實現(xiàn)1094.4.14.4.24.4.34.4.44.4.54.4.64.4.7登錄模塊110數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊111值設置模塊115軌道位移調(diào)整模塊116用戶信息管理模塊118數(shù)據(jù)庫管理模塊118幫助說明模塊1224.5監(jiān)測系統(tǒng)應用1234.5.14.5.24.5.34.5.4驗證123現(xiàn)場測點布置125和128數(shù)據(jù)分析1334.6第 5 章5.1本章小結(jié)135既有線近接施工工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)137系統(tǒng)開發(fā)設計1375.1.15.1.25.1.35.1.45.1.5系統(tǒng)設計的目標137系統(tǒng)的設計原則137系統(tǒng)設計的技術(shù)路線139系統(tǒng)的總體設計140系統(tǒng)工作流程1435.2系統(tǒng)模塊設計與實現(xiàn)

5、1455.2.15.2.25.2.35.2.45.2.55.2.65.2.75.2.85.2.9概述145系統(tǒng)登錄與主界面145無線模塊149數(shù)據(jù)庫管理模塊150地圖游覽模塊156預報信息管理模塊159三維模擬模塊164輔助決策模塊166幫助支持信息1675.3第 6 章本章小結(jié)167結(jié)論169既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用第 1 章前言1.1課題由來鐵路在交通運輸業(yè)中的重要性是不言而喻的，截至 2014 年底，鐵路運營總里程已11 萬公里，僅次于美國；其中高鐵運營總里程超過 1.6 萬公里，位居全球第一。與此同時，我國鐵路的運輸能力、電氣化水平卻有極大的提升空間。截至 2013

6、年底，我國鐵路復線里程僅占總營業(yè)里程的 47%，電氣化里程約占總營業(yè)里程的 54%。近年來，隨著鐵路建設技術(shù)的發(fā)展以及、貨物交通運輸量的不斷增長，鐵路既有線復線建設、電氣化改造項目層出不窮。既有線改建擴能工程大量涉及近接施工，近接施工與營運安全之間的引起了全的廣泛關(guān)注。既有線近接施工在工程上屬于安全風險敏感區(qū)域，已經(jīng)建成并正在運營的線路對變形控制的要求極其嚴格。既要保證既有線鐵路正常不間斷運行，又要確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，安全管控難度大任務重，近接施工過程經(jīng)常伴隨著一些大小事故的發(fā)生。比如地表既有線頂進涵施工過程中采用拉伸鋼板樁支護時，列車容易發(fā)生“晃車”現(xiàn)象，影響營業(yè)線鐵路的安全行駛；在施工接近

7、尾聲時，部分拉伸鋼板樁因土過大而拔不出來，如果強行拔出則會造成鐵路路基失穩(wěn)事故。鐵路既有線工程施工可能造成的鐵路行車事故包括：列車脫軌、掉道；施工機具、材料、車輛侵限并掛碰機車；施工挖斷既有光、電纜，造成行車通信、信號中斷；封閉作業(yè)晚點、頂點，影響正常運輸秩序；施工損壞既有行車設備；施工或改建（已使用但未交工）路基、線路、橋梁、通號、接觸網(wǎng)等設備達不到列車放行條件；施工防護、違章施工、超前作業(yè)等違章事故；施工車輛溜逸；脹軌、跑道等影響列車運行；施工或旅客傷亡事故等。這些事故不僅影響了既有線的正常營運及工程進度，而且危及、設備和的安全，甚至可能造成巨大的經(jīng)濟損失。2008 年 11 月 15 日

8、，杭州地鐵基坑近接施工造成基坑坍塌，21 人；2010 年 5 月 23 日，江西滬昆鐵路近接施工公路邊坡，雨后發(fā)生滑坡，造成 K859 次列車脫軌，乘客19 人，傷1既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用71 人，其中重傷 11 人；2013.9.16 蘭新線紅煙段電氣化改造工程發(fā)生打擊事故，造成 1 人；2014.3.31 滬昆鐵路電氣化改造工程發(fā)生事故，造成列車剮蹭，車次延誤 23 分，1 人的嚴重后果。因此，要適應復雜條件下鐵路既有線近接施工實際，及時、合理應對鐵路既有線近接施工中出現(xiàn)的新問題，就必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的施工安全管控方式。北斗導航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三

9、維定位與通信系統(tǒng)（ CNSS ），是除美國的全球（ GPS ）、俄羅斯的（GLONASS）之后第三個成導航系統(tǒng)?？稍谌蚍秶鷥?nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的、導航、授時服務，并兼具短報文通信能力，與 GPS 相比，北斗具有以下 5 點優(yōu)勢：（1）它同時具備與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持，而 GPS 只能；（2）覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)。北斗系統(tǒng)覆蓋了中國及周邊和地區(qū)，不僅可為中國、也可為周邊服務；（3）特別適合于傳輸應用；（4）融合北斗導航用 GPS 使之應用更加豐富；（5）適合關(guān)鍵部門應用。因此，采用北斗用戶大范圍管理和用戶數(shù)據(jù)和增強系統(tǒng)兩大，因此也可利系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)

10、定，性強，導航系統(tǒng)將會是我國工程安全監(jiān)控領域的發(fā)展趨勢。虛擬儀器技術(shù)作為目前新興技術(shù)領域，被廣泛應用于航天科技、自動化控制、電子信息等領域內(nèi)，在工程實踐中不僅大大節(jié)省開發(fā)資金和縮短開發(fā)周期，還能夠事半功倍，取得比傳統(tǒng)儀器更好的測試效果。利用虛擬儀器技術(shù)和LabVIEW 軟件設計的自動化監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在汽車、大壩監(jiān)測、隧道開挖等方面得到廣泛應用，并取得了較好的效果。既有線近接施工工程本身屬于一種典型的地質(zhì)工程，尤其是近年來的長深埋復雜隧道地鐵等既有線近接的施工，常常非常復雜的地質(zhì)環(huán)境和施工要求，這些復雜的地質(zhì)條件往往會誘發(fā)多種地質(zhì)災害，嚴重影響施工進度，造成嚴重的經(jīng)濟損失和傷亡事故。對施工而言，由

11、于技術(shù)局限和經(jīng)費投入的不足，導致對地質(zhì)安全風險源重視不夠，再加上地質(zhì)巖體的千差萬別和復雜多變，僅靠地質(zhì)勘探所得到的地質(zhì)資料非常有限。數(shù)字地圖可讓這些復雜繁多的數(shù)據(jù)更加可視化和形象化，通過數(shù)字地圖特有的影像結(jié)合數(shù)據(jù)管理功能2既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用、管理和綜合分析提供高效，利用 SketchUp 對，實現(xiàn)地質(zhì)信息的可視化和數(shù)字化，方便后期工程的為海量地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的近接工程進行模擬與快速、低成本開展。中國鐵建十四局，是經(jīng)建設部核準的具有綜合施工能力的鐵路特級施工總承包企業(yè)，其前身為鐵道兵第四師，組建于 1947 年，1984 年集體并入鐵道部，2001 年改制為母子公司的管理體制

12、。安全生產(chǎn)工作一直是十四局企業(yè)管理的重點內(nèi)容，堅持“安全第一，預防為主”、“管生產(chǎn)必須管安全，誰主管誰負責”的安全管理原則，把安全生產(chǎn)作為施工生產(chǎn)的永恒主題。為了保證復雜條件下的鐵路既有線近接施工項目安全開展，十四局集團委托以理工大學為牽頭，研發(fā)既有線近接施工安全風險評估與智能。以鐵路既有線近接施工為背景，充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在復雜近接工程施工中的指導作用，研發(fā)了“基于北斗的既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)”、“基于 LabVIEW 的既有線橋涵施工自動化監(jiān)測系統(tǒng)”、“既有線近接施工地質(zhì)信息管理系統(tǒng)”，通過對既有線近接施工全過程施工安全風險評估，發(fā)現(xiàn)風險，風險，風險，從而避免風險。1.2

13、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題1.2.1安全風險評價研究現(xiàn)狀20 世紀 30 年代由于世界性經(jīng)濟風險管理萌芽。1931 年美國管理和研究，并于次年成立紐約經(jīng)紀人的爆發(fā)，美國企業(yè)設立保險部門成為最先提出風險管理概念，并開始進行探討。1938 年后，美國企業(yè)開始采用學術(shù)會議/研究班等科學的方法研究風險管理。20 世紀 50 年代，風險管理形成為一門新興學科，逐漸向系統(tǒng)化、專業(yè)化發(fā)展。1950 年莫布雷（Mowbray）等人在保險學中對“風險管理”概念進行了闡述。1960 年風險管理課程由美國保險管理（ASIM）紐約分社與亞普沙那大學首次開設。1961 年赫奇斯教授主持并風險與保險學課程概念。1963

14、年Risk Management inBusiness Enterprise歷史文獻的到全球。1975 年，美國保險管理。20 世紀 70 年代風險管理研究逐漸蔓延（ASIM）更名為風險與保險管理，3既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用標志著風險處理方式從保險方式變?yōu)楣芾矸绞健?983 年，“101 條風險管理準則” 的通過，標志著風險管理發(fā)展到一個新階段，達到更高水平。英國C.B.Chapman 教授在 Risk Analysis for Large Projects: Models, Methods andCases一文中提出“風險工程”概念。1986 年英國將風險分析技術(shù)運用到北海

15、油田輸油管道的鋪設過程中，保證了施工安全，降低了成本。之后，法國、德國、等國都展開對風險管理的研究，建立起風險管理，開設風險管理課程，將其運用到實踐中，取得了豐碩的成果，形成了一系列的理論體系，極大的促進了風險管理學科的發(fā)展。二十世紀五十至六十年代，安全分析與評價技術(shù)首先出現(xiàn)在美國核工業(yè)中，并隨著化工業(yè)生產(chǎn)中頻繁發(fā)生火災、及毒氣泄漏等事故，開始得到全面系統(tǒng)的研究。美國道化學公司首創(chuàng)化工生產(chǎn)度安全評價方法?；馂闹笖?shù)法、蒙德評價法、六階段評價法和化工過程評價法等相繼出現(xiàn)。二十世紀六十年代中期，英國提出故障數(shù)據(jù)庫和可靠性服。1975 年美國原子能委員核電站事故性評價。1981 年，會美國概率性評價指

16、南，以概率風險評估為代表的系統(tǒng)安全分析評價技術(shù)依托航天及核工業(yè)等高技術(shù)領域的發(fā)展而快速發(fā)展。二十世紀七十年代后，系統(tǒng)安全分析評價技術(shù)逐漸推廣到航天、航空、石油、化工、礦山等領域。國外針對鐵路施工風險的研究多集中于風險控制技術(shù)方面，如高速鐵路運營管理系統(tǒng)，德國 ICE 高速列車使用的防災系統(tǒng)（MAS90），法國的列車自動控制系統(tǒng)，然而針對營業(yè)線施工安全風險方面的研究較少。下面介紹部分發(fā)達既有線施工模式。在作業(yè)模式上，國外鐵路發(fā)達多采用開設天窗形式施工，且單次時間較長，一般為 46 小時，甚至更長，如西歐和等國的施工“天窗”一般均在 6 小時以上，而的一些鐵路運輸公司甚至可以通過其它平行徑路安排運

17、輸，從而對某條線路集中多天施工。在作業(yè)時間上，多安排在夜間或凌晨，如新干線以及法國高速鐵路維修天窗時間均是設在 0:006:00，德國則是安排在凌晨 3:306:00，周末夜間通過貨車較少時開設較長時間的天窗進行集中維修，這樣避開列車密度較大的時段,最大限度減少交叉干擾。4既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用在作業(yè)方式上，多采用大型機械化作業(yè),在充足的時間保證業(yè)效率得以充分發(fā)揮,工程質(zhì)量和施工安全可以得到更好的保障。風險管理研究在我國起步較晚，約在二十世紀七十年代末至八十年代初，我國才開始了風險管理相關(guān)研究。開放后，段開齡博士首先將風險管理理論帶入我國。1987 年風險分析與決策的，表示

18、風險研究在我國正式開始。同年，原機械電子部提出在機械制造業(yè)內(nèi)開展工程安全評價，并在 1988 年頒布了機械工廠安全評價標準。二十世紀九十年代，風險管理逐漸進入到工程建所和企業(yè)也相繼對其進行研究。1996 年，雷勝強闡述設領域，各高校、了國際工程中存在的眾多風險，對其進行分析評估，提出風險防范對策。1998年，盧有杰在對項目中存在的風險進行分類識別、評價、應對。1999 ，于九如投資項目風險分析一書中，結(jié)合實例對風險分析理論、方法進行了較全面系統(tǒng)的研究。2001 年中國項目管理知識體系。2002 年，邱苑華將“熵”引入風險評價中。隨后，一系列安全管理條列和安全生產(chǎn)相繼頒布。目前,對安全風險分析的

19、研究工作仍在繼續(xù),并不斷取得進步。國內(nèi)針對鐵路營業(yè)線施工風險體系的相關(guān)研究不斷增多，成果頗豐，保證了鐵路工程的安全，促進了風險管理在鐵路工程領域的發(fā)展。下面對近幾年國內(nèi)學者對鐵路營業(yè)線施工安全所做的相關(guān)研究進行簡要介紹。2012 年孫曉蘇針對既有線電氣化鐵路風險分類，運用層次分析法進行既有線電氣化施工風險評估，經(jīng)計算得出結(jié)論：經(jīng)濟風險和管理風險是既有線電氣化鐵路施工的主要風險。2012 年張小軍在鐵路營業(yè)線施工組織安全風險及控制對策一文中將理論引入營業(yè)線施工組織，通過識別安全風險，分析風險原因，提出強化施工安全基礎管理、強化施工現(xiàn)場作業(yè)控制、施工預備會和總結(jié)會格式化管理、提升車站施工管理信息化

20、水平等風險控制對策。2012 年牛素彥從、材料、機具設備、自然環(huán)境、組織協(xié)作五個方面對鐵路電氣化改造工程施工安全風險進行識別，運用模糊綜合評估法進行風險評估，給出風險應對策率，并提出從風險管理理念、組織、管理技術(shù)、管理人員、制度和政策方面建立風險保障體系。5既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用2012 年劉晨曦從人的不安全行為、物的不安全因素、環(huán)境的不良狀態(tài)、管理的不安全狀態(tài)四個方面對既有線電氣化改造工程施工安全的風險因素進行分析，并針對典型安全事故，分析人、機、環(huán)境、管理對其的影響。從人、機、環(huán)境、管理四個方面構(gòu)建安全指標體系, 運用多層次模糊評價法對安全預警指標進行評價，根據(jù)結(jié)果，采

21、取相應對策。2013 年林勇研究了既有線提速施工主要技術(shù)以及在施工過程中可能遇到的風險, 結(jié)合現(xiàn)場實際、分析后形成系統(tǒng)、立體既有線提速改造技術(shù)體系以及成套的安全管理辦法。2013 年王巍偉，唐小凡闡明了既有線施工定義，并既有線施工范圍進行界定，并提出從施工前準備，施工中的防護措施，優(yōu)化技術(shù)方案，提高安全意識，加強現(xiàn)場監(jiān)管和巡查力度方面確保既有線施工安全。2014 年田志芳結(jié)合安全系統(tǒng)工程和風險管理理論，從 PDCA 循環(huán)的理念出發(fā)，建立鐵路既有線電氣化改造工程安全保障體系分別從組織職能體系、風險控制體系、安全評價體系以及應急管理體系四方面進行具體分析和介紹。雖然已有眾多學者利用多種評價模型對既

22、有線施工安全風險評價進行了研究，但仍存在一些問題：（1）不注重風險管理，管理缺乏專業(yè)技能，管理方法簡單，管理理念陳舊。沒有相應的安全管理部門，或雖設有安全管理部門都流于形式，缺乏具有安全工程專業(yè)的技術(shù)，管理簡單，不能進行全面系統(tǒng)的辨識，形成完整的風險分析、風險評價、風險控制體系。抓不住風險管理的重點，僅僅以罰款和為員工保險作為風險管理，無法有效的控制事故發(fā)生。（2）辨識不夠全面，既有線施工由于其施工工藝的復雜性，涉及的技術(shù)領域廣泛性，影響因素的多元性，導致安全隱患眾多，辨識工作量加劇。并且，由于施工項目上和專業(yè)技術(shù)的缺乏，識別方法單一，識別結(jié)果不夠全面。（3）風險評價過于簡單，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，風

23、險評價一般采用直接經(jīng)驗法和LEC 評價法。該方法在進行指標取值時主要憑經(jīng)驗和直觀判斷，極易受觀因素影響，很難把握，評價結(jié)果不夠合理、科學、可靠。主6既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用（4）不重視安全培訓教育，鐵路營業(yè)線施工多以農(nóng)民工、臨時工為主。他們一般受教育程度低，大多憑經(jīng)驗做事，缺乏專門教育培訓，安全意識低。而由于施工工期緊張，任務繁重，許多為了能夠按期完工，崗前培訓教育過于簡單，走過場。不注重員工安全教育，不進行營業(yè)線施工安全培訓，導致事故頻發(fā)。（5）事故處理，未嚴格執(zhí)行事故四不放過原則，未對已發(fā)事故原因進行深入徹底的分析，沒能找出其根本原因。沒有吸取教訓，達到教育的效果，導致同

24、類事故反復發(fā)生。因此，深入進行常見事故分析，探索其根本原因很有必要。目前，針對鐵路既有線施工安全風險的研究仍在繼續(xù)，并在不斷深入，但還未形成成理論體系，已有的風險管理方法和還主要依靠人力，未能形成信息化，風險識別和評價主要靠經(jīng)驗，極易受人為影響，還需不斷改進完善，跟上信息化步伐，才能滿足實際需求。1.2.2施工安全監(jiān)測研究現(xiàn)狀隨著科技發(fā)展的昌興和安全施工重視程度的日益提高，國內(nèi)越來越多的既有線近接施工工程在施工過程中采用了高精度的監(jiān)測設備，并在提高施工安全性上取得顯著成效，推動了安全監(jiān)測技術(shù)在鐵路領域的發(fā)展。2008 年建成的京津城際軌道交通、2010 年開始運營的福夏鐵路以及前開通的武廣高鐵

25、、京廣高鐵等，都采用了較為先進的自動化系統(tǒng)，對鐵路沿線的風速、降雨、異物侵入等進行監(jiān)測，保證了鐵路線路的安全。另外，對于鐵路既有線近接施工的安全監(jiān)測與評估，許多學者也做了大量的研究。北京交通大學的李金平等人設計了鐵路施工防護的無線系統(tǒng)，用于解決鐵路線路維修時設置防護區(qū)需要有人進行值守的不便。系統(tǒng)由兩臺發(fā)射機和一臺袖珍接收機組成，實現(xiàn)自動和，保證鐵路維修的安全，同時替代了防護區(qū)值守。系統(tǒng)在防護區(qū)域布置新型的光纖傳感器，利用發(fā)射機進行設置，捕捉到信號后到機，實現(xiàn)功能。李永明等針對客運專線高速行車要求高平順性和舒適性的特點，經(jīng)過分析認為客運專線對結(jié)構(gòu)物的沉降要求較高，指出不均勻沉降或沉降量超限會導致

26、軌道板開裂，進而嚴重的質(zhì)量事故。針對這些問題，提出利用人工測量的7既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用方法進行沉降觀測以保證客運專線的穩(wěn)定性和安全性，并且利用沉降觀測的數(shù)據(jù)，真實反映實際施工情況，通過嚴格的數(shù)據(jù)分析來評估線下結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，以實現(xiàn)客運專線高平順性和舒適性。十三局的柳楊春等針對鐵路施工會造成地表沉降的問題，結(jié)合工程實際和數(shù)據(jù)分析，設計了一套合理的監(jiān)測方案。該方案分別以土、地表沉降為監(jiān)測對象，利用土盒和精密水準儀獲取變化和位移變化數(shù)據(jù)，然后得到數(shù)據(jù)變化時程曲線，進而實現(xiàn)對鐵路施工的實時監(jiān)測，確保施工安全。北京交通大學的郭蒙以京滬高速鐵路某巖溶地段的橋墩樁號為研究對象，利用反射

27、波技術(shù)對施工過程中不同深處的巖溶分布情況進行探測，從而實現(xiàn)京滬高速鐵路施工期巖溶地質(zhì)處理效果實時監(jiān)測的目的。范紅波等通過分析以往人工監(jiān)測的缺點，利用靜力水準儀結(jié)合和傳輸技術(shù)，開發(fā)了鐵路施工便梁沉降自動化系統(tǒng)，并成功運用于常州泡桐路下穿立交改造工程中，取得了較好的效果。目前，安全監(jiān)測技術(shù)在鐵路既有線近接施工領域的研究和應用已經(jīng)不斷深入，但尚未形成比較成技術(shù)體系和框架，鐵路已有的安全監(jiān)測體系還需不斷完善，才能適應鐵路不斷提速的要求。對于鐵路既有線近接施工的監(jiān)測，營業(yè)線施工中的安全監(jiān)測更加重要。我國目前鐵路單線較多的現(xiàn)狀決定了今后很長一段時間內(nèi)鐵路的施工都將是單線變復線的情形，許多學者也利用不同的手

28、段和方法對鐵路施工過程進行了監(jiān)測，但是對鐵路既有營業(yè)線施工的安全監(jiān)測研究還實際需求，現(xiàn)代化的監(jiān)測和監(jiān)測設備還未能較好的利用。LabVIEW 軟件和虛擬儀器技術(shù)在自動化、通信、航空航天、半導體以及電路設計和生產(chǎn)領域的廣泛應用，在工程實踐中不僅大大節(jié)省開發(fā)資金和縮短開發(fā)周期，還能夠事半功倍，取得比傳統(tǒng)儀器更好的測試效果。利用虛擬儀器技術(shù)和 LabVIEW 軟件設計的自動化監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在汽車、大壩監(jiān)測、隧道開挖等方面得到廣泛應用，并取得了較好的效果：宋蘊璞等結(jié)合基坑開挖的特性，利用 LabVIEW 平臺建立了服務于基坑開挖的信息監(jiān)測與管理系統(tǒng)。系統(tǒng)將軟件 LabVIEW 和硬件平臺巧妙結(jié)合在8既有線

29、近接施工安全風險評估與智能研究及應用一起，實現(xiàn)對各傳感器的控制，實現(xiàn)實時和顯示，具有數(shù)據(jù)超限的功能，能夠歷史數(shù)據(jù)，便于后期的分析處理和反饋補償。趙利坤等人借助虛擬儀器技術(shù)、PXI平臺及 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境，設計了具有波形數(shù)據(jù)實時顯示、波形數(shù)據(jù)實時處理及等功能的震動實時監(jiān)測系統(tǒng)。Guimei Wang，Qingdong Wang 等人通過分析目前礦山使用的提升系統(tǒng)的不足，利用 LabVIEW 軟件和傳感器技術(shù)建立了一套符合現(xiàn)代礦山開采的提升測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠處理多種信號，克服了傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)準確度低，測試效率低的缺點，最大限度的解決了工人勞動強度高的問題。系統(tǒng)兼容性強，開放性高，有廣泛的

30、應用前景。陳國凡等基于 LabVIEW 開發(fā)了一種實時監(jiān)測和顯示礦井提升機提升速度、趟數(shù)、載重量并具有事故功能的監(jiān)測系統(tǒng)。吳笛設計了一種基于 LabVIEW 的機械故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用聚類分析法和 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡相結(jié)合對機械故障進行診斷推理，利用 LabVIEW 進行設計開發(fā)，取得了比較理想的診斷結(jié)果。系統(tǒng)具有速度快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠?qū)C械設備運行過程中出現(xiàn)的故障進行實時、準確診斷，從而提高了機械設備維修效率。綜上所述，傳統(tǒng)的既有線近接施工過程中，營業(yè)線橋涵施工安全防護監(jiān)測方式主要有：（1）利用傳統(tǒng)的全站儀或水準儀測量支墩變化，從而判斷營業(yè)線的安全性；（2）不定期的利用軌檢車對營業(yè)線

31、軌道進量，確定營業(yè)線軌道的狀態(tài)；（3）施工現(xiàn)場不定期的利用卡尺進量，粗略的判斷營業(yè)線軌道的沉降、傾斜，指導施工進行；（4）利用 GPS對橋涵施工中的營業(yè)線進量，計算變形和沉降；（5）利用單一的傳感器對營業(yè)線橋涵施工中的鐵路軌道的沉降或者變形，或橋涵支墩的等進行單獨監(jiān)測。前三種方法主要以常規(guī)測量進行監(jiān)測，主要是人在現(xiàn)場進行操作，主要缺點為：（1）傳統(tǒng)的人工監(jiān)測受影響較大，精度會因不同的人測量產(chǎn)生微小偏差；（2）需要大量的人力進行現(xiàn)場測量，不能適應當前信息化施工的需要；（3）人為的測量，現(xiàn)場的安全性難以很好的把握，并且不能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時處理和反饋。后兩種方法利用先進的科學技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化監(jiān)9

32、既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用測，但是主要存在以下不足：（1）GPS 精度不夠，鐵路軌道的變形或者沉降都是精確到 mm 級；（2）利用傳感器技術(shù)是當前比較可靠的方法，但是單一類型的傳感器進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析科學性不夠，并且單一類型傳感器設計而成的單一監(jiān)測系統(tǒng)，難以實現(xiàn)多種類型傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測的實時共享分析和度預警，無法實現(xiàn)多類型數(shù)據(jù)的實時融合與處理。因此在自動化程度日益增高的科技發(fā)展下，借助 LabVIEW 和數(shù)字地圖軟件平臺，結(jié)合北斗通訊技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、多傳感器技術(shù)、灰色評價、神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)和無線傳輸，設計開發(fā)基于北斗的既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)、基于數(shù)字地圖的既有線近

33、接施工工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)、基于 LabVIEW 的鐵路營業(yè)線橋涵施工防護自動化監(jiān)測系統(tǒng)，合理布置監(jiān)測點位置和設置監(jiān)測頻次，設置可靠的值，并進行現(xiàn)場的施工安全風險評估和地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入，保證既有鐵路線的正常營運和施工順利開展，達到營運、施工兩不誤的預期目標。1.3項目研究方法從復雜條件下的鐵路既有線近接施工地質(zhì)條件的復雜性、施工要求的嚴格性和安全監(jiān)測的時效性三個角度出發(fā)，通過北斗通訊硬件與 C#、軟件開發(fā)集成的，研制開發(fā)一套適用于各種施工形式的既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過信息網(wǎng)絡，由北斗獲得項目評估點的實時高精度位置坐標，可限制用戶在某一工程設定區(qū)域范圍內(nèi)進行評估，確保安全

34、檢查的科學性與有效性。通過層次分析和灰色理論確定風險源和權(quán)重，研發(fā)一套集施工風險現(xiàn)場、安全信息管理、施工風險自動評估于一體的具有定時功能的既有線近接施工評估系統(tǒng)。為了實現(xiàn)自動化高精度監(jiān)測，實時把握頂進施工支墩安全風險狀況，運用多傳感器技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)、信號智能識別技術(shù)和數(shù)據(jù)過濾處理技術(shù)等構(gòu)件系統(tǒng)的硬件和軟件部分，搭建基于 LabVIEW 軟件開發(fā)平臺的既有線近接施工自動化監(jiān)測系統(tǒng)，讓容易變形失穩(wěn)部位在整個施工過程中得到度的實時監(jiān)測和評估，相互驗證，提高施工風險源的可見性和精度，及時發(fā)現(xiàn)并提供施工調(diào)整建議或援救措施。10既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用由于現(xiàn)場工程地

35、質(zhì)條件復雜，采用軟件工程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)與地質(zhì)工程相結(jié)合，在數(shù)字地圖軟件平臺上進行二次開發(fā)，在 C#平臺上進行系統(tǒng)的集成， 并利用 SketchUp 建模軟件構(gòu)建既有線近接施工模型，研發(fā)工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)信息的可視化和數(shù)字化，并進行實時動態(tài)更新，便于施工過程管理和后期地質(zhì)概況服務等。1.3.1項目研究技術(shù)方案圖 1- 1 研究技術(shù)路線圖11既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用本項目采取合作開發(fā)的模式實施，采用的技術(shù)路線是：識別既有線近接施工->建立指標體系與評價模型->確定監(jiān)測項目及位置->研發(fā)安全風險評估和智能硬件平臺->研發(fā)基于北斗的既有線近接施工

36、智能移動安全風險評估軟件系統(tǒng)->研發(fā)基于 LabVIEW 的既有線橋涵施工自動化監(jiān)測軟件系統(tǒng)->研發(fā)基于數(shù)字地圖的既有線近接施工地質(zhì)信息管理軟件系統(tǒng)->綜合凝練既有線近接施工安全風險評估與智能。1.3.2項目研究內(nèi)容對各種既有線近接施工工藝和流程進行分析和歸納，總結(jié)其相同點和不同點，借助 LabVIEW 和數(shù)字地圖軟件平臺，結(jié)合北斗技術(shù)、多傳感器技術(shù)、灰色評價理論、層次分析法、通訊技術(shù)、虛擬儀器與無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)設計研發(fā)基于北斗的既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)、基于 LabVIEW 的鐵路營業(yè)線橋涵施工防護自動化監(jiān)測系統(tǒng)、基于數(shù)字地圖的既有線近接

37、施工工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，保證既有鐵路線的正常營運和施工順利開展，項目研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）基礎理論分析分析當前鐵路既有線近接施工自動化監(jiān)測現(xiàn)狀以及利用 LabVIEW 建立自動化監(jiān)測系統(tǒng)的研究狀況；總結(jié)鐵路既有線近接施工的分類及概況，確認施工工藝以及施工過程的特點、隱患，分析常見的對策；結(jié)合系統(tǒng)工程、安全工程、層次分析和灰色理論，掌握 C#結(jié)合、SQL Server 數(shù)據(jù)庫、Office 等編程；根據(jù)既有線近接施工的特點，對軌道發(fā)生位移的變化規(guī)律進行分析，并利用數(shù)學方法推導出軌道位移調(diào)整公式；結(jié)合力學理論知識，對鐵路既有線近接施工中的列車移動載荷進行分析，并提出移動載荷的處理

38、和監(jiān)測；采用 ANSYS 有限元分析軟件，數(shù)值模擬研究列車動載荷對鐵路既有線近接施工的影響，給出了各影響因素與支護主體穩(wěn)定性間的關(guān)系曲線，并給出鐵路既有線近接施工期列車行車建議；12既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用集成數(shù)字地圖軟件的功能和 SketchUp 輔助設計平臺，利用數(shù)字地圖提供的數(shù)字地形和影像圖片，與既有線近接施工地質(zhì)信息相結(jié)合，并在 SketchUp 中進行既有線和施工線的三維模擬，實現(xiàn)既有線近接施工地質(zhì)信息的可視化和數(shù)字化，為監(jiān)測、管理和施工提供技術(shù)支持。（2）三大系統(tǒng)設計根據(jù)既有線近接施工的特點，確定安全隱患、評估對象和監(jiān)測項目，將現(xiàn)場試驗和理論分析相結(jié)合確定傳感器的

39、布設位置及數(shù)量；結(jié)合北斗、系統(tǒng)工程、安全工程、層次分析和灰色理論，利用C#結(jié)合、SQL Server 數(shù)據(jù)庫、Office 等設計一套集施工風險現(xiàn)場、安全信息管理、施工風險自動評估于一體的定時定點可智能移動既有線近接施工安全防護評估系統(tǒng)，即基于北斗的既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)；利用網(wǎng)絡技術(shù)和技術(shù)，設計研發(fā)安全監(jiān)測自動化儀，實現(xiàn)多類型傳感器信號的智能識別和數(shù)據(jù)傳輸；利用 LabVIEW 軟件開發(fā)設計監(jiān)測系統(tǒng)軟件界面，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)對施工現(xiàn)場既有線近接施工的自動化監(jiān)測和控制，即基于 LabVIEW 的鐵路營業(yè)線橋涵施工防護自動化監(jiān)測系統(tǒng)；研發(fā)既有線近接施工地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，建立了既

40、有線近接施工地質(zhì)信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫。以數(shù)字地圖為可視化及二次開發(fā)平臺，并利用 SketchUp 對既有線近接工程進行模擬與，構(gòu)建既有線近接施工工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)信息的可視化和數(shù)字化管理。（3）三大系統(tǒng)的驗證應用與完善在對系統(tǒng)功能進行驗證后，將監(jiān)測評估方案和系統(tǒng)硬件、軟件應用于十四局寧啟復線施工某工程中，實現(xiàn)鐵路既有線近接施工的現(xiàn)場監(jiān)測評估及指導施工，完善各個系統(tǒng)，保障既有線及施工安全運行。1.3.3項目創(chuàng)新（1）利用北斗，建立了一套集“施工風險現(xiàn)場、安全信息管理、施工風險自動評估”于一體的具有定時功能的既有線近接施工評13既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用估系統(tǒng) ，實現(xiàn)了安全檢

41、查在特定時間段、特設項目地點完成安全檢查與評價，避免安全檢查工作流于形式。（2）綜合應用力學分析、現(xiàn)場測試以及數(shù)值模擬計算方法，揭示了列車運行靜-動載荷耦合作用規(guī)律，運用正交極差分析法分析了各影響因素對既有線近接施工支護主體的影響大小，為既有線近接施工智能提供參考依據(jù)。（3）設計并開發(fā)了一套具有“數(shù)據(jù)智能并識別、數(shù)據(jù)無線傳輸并過濾、實時、軌道參數(shù)科學調(diào)整”等功能的鐵路營業(yè)線橋涵施工防護多傳感器自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了重點監(jiān)測部位的度實時監(jiān)測、評估及。（4）通過理論分析以及三角函數(shù)幾何關(guān)系推導出了支護便梁上任一鉸接點的沉降位移及水平位移值的科學計算公式。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部軟件數(shù)學計算可為鐵

42、路維護部門提供一個準確的便梁鉸接點和軌道位移調(diào)整參考值。（5）綜合利用數(shù)字地圖、SketchUp 構(gòu)建基于數(shù)字地圖的既有線近接施工工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)信息數(shù)字化管理，為后續(xù)施工提供支持，提高施工組織管理水平。14既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用第 2 章既有線近接施工智能移動安全風險評估系統(tǒng)2.1既有線橋涵近接施工辨識辨識是進行風險管理的首要步驟，是風險評價的基礎。充分、全面合理的識別出系統(tǒng)中存在的，才能找出系統(tǒng)可能發(fā)生的風險，有針對性的制定控制措施，有效的事故的發(fā)生。識別的數(shù)量越多、范圍越廣、深度越深，系統(tǒng)發(fā)生事故的概率越小，系統(tǒng)安全水平越高；反之，識別的越少，隱含的越多

43、，越容易發(fā)生事故，系統(tǒng)安全水平越低。2.1.1辨識過程既有線近接工程的風險識別主要是對與工程項目相關(guān)的各種已經(jīng)存在的以及潛在的風險進行系統(tǒng)的分類和全面的識別。進行辨識可分為四個階段：收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料及歷史資料、識別分析各種不利因素、風險因素及度排序、編制風險源識別。具體既有線近接施工風險識別工作流程圖如圖2- 1：圖 2- 1 既有線近接施工辨識流程圖15既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用（1）收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料及歷史資料風險識別工作的基礎是工程數(shù)據(jù)和概況資料。數(shù)據(jù)和資料越多，發(fā)現(xiàn)風險因素就越容易。通過查閱被評估工程設計和施工文件、工程施工環(huán)境方面的數(shù)據(jù)資料、以及類似工程的歷史、驗收等資

44、料，并進行現(xiàn)場勘察，從而對整個既有線施工工藝，施工過程中各類參數(shù)的選取，施工環(huán)境狀況，如地質(zhì)環(huán)境、水文情況、氣象條件等進行了解和分析。（2）識別分析各種不利因素收集數(shù)據(jù)和信息資料之后，可開始對施工項目進行不確定性分析，也就是找出項目隱含的風險因素。采用一定的分析分析風險因素，可以從施工的不同階段入手考慮，如按照施工過程從工作坑開挖、橋涵主體工程施工、線路加固、路基開挖及頂進施工、路基回填、現(xiàn)場防護和監(jiān)測等不同時間段對風險因素進行列舉和；也可以從工程中的不同主體進行考慮，如施工工作、施工機械設備、施工環(huán)境、施工等方面。又或者以不同的風險后果出發(fā)進行風險因素分析，如可能造成墜落后果的可能有高處作業(yè)

45、、施工機械材料堆放侵限、施工機械、施工觸電、施工現(xiàn)場火災事故、施工挖斷電纜線、下穿便梁失穩(wěn)、下穿施工便梁失穩(wěn)、施工影響交通安全等；還有以不同目標為出發(fā)點的分析方法和工程結(jié)構(gòu)角度的分析方法。（3）風險因素及度排序識別出來之后，可以根據(jù)一定的安全評價方法對這些風險因素能夠?qū)е碌娘L險程度進行估算分級，劃分出，進而針對這些危險源提出可靠的控制措施，預防和減少事故發(fā)生。（4）形成辨識辨識完成后，將結(jié)果匯總，進行綜合整理，形成近接施工辨識清單，進行管理，以便相關(guān)進行查閱，并對風險進行動態(tài)跟蹤。2.1.2辨識方法一般常用的分析方法可分為兩大類：直接判斷法和安全評價法。16既有線近接施工安全風險評估與智能研究

46、及應用直接判斷法指通過評判、詢問交談、現(xiàn)場觀察、查閱相關(guān)、類比法等方法直接找出存在的。該類方法具有簡單、方便、快捷的優(yōu)點，但是直接判斷法主要依靠人的經(jīng)驗和判斷，極易受的影響，且由于人的認知能力有限，容易出現(xiàn)識別不全面，判斷確的情況。安全評價法即應用系統(tǒng)安全工程分析法來識別。該類方法主要適用于沒有事故經(jīng)驗可供借鑒的復雜新系統(tǒng)。項目風險識別中常用的幾種方法的特點如下表 2- 1 所示：表 2- 1 常用安全評價方法方法特點適用范圍優(yōu)缺點按要求事先編制檢查表，然后逐項檢查， 進而發(fā)現(xiàn)問題各類系統(tǒng)的各個方面，具有很強的通用性簡單易掌握，編制檢查表難度和工作量較大簡單易行，特別適用基層班組和崗位，對于流

47、體性物料的生產(chǎn)過程不太適用在每項作業(yè)之前進行，可以和作業(yè)一起應用安全檢查表（SCL）選定作業(yè)活動，對活動中的每一步的風險進行分析，往往要和其他方法配合使用各類生產(chǎn)作業(yè)活動，具有很強的通用性工作危害分析法（JHA）工作安全分析法（JSA）事先或定期對某項工作任務進行風險評價各類生產(chǎn)作業(yè)活動，適應性較強各類系統(tǒng)物料、裝置、工藝設 計，生產(chǎn)維修前的概率分析，為FTA、ETA 等方法提供依據(jù)對能力要求分析系統(tǒng)存在的危害因素，觸發(fā)條件事故類型，用較少的費用或時間就能進行改正較高，要求其熟悉系統(tǒng)，有豐富的知識和實踐經(jīng)驗預先性分析法（PHA）受影響大，歸納法，由初始推導出系統(tǒng)可能發(fā)生的事故各類局部工藝過程、

48、設備和裝置分析樹(ETA)概率獲取有難度，主要用做風險分析工藝、設備等復雜系統(tǒng)分析，主要風險的深入分析演繹法，由事故邏輯推斷出導致事故的根本原因精確、工作量事故樹（FTA）大、求高能力要17既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用方法特點適用范圍優(yōu)缺點某建設項目或工業(yè)裝置在研究、設計、建設、操作、維修的開發(fā)階段應對工藝熟悉，通過提問來發(fā)現(xiàn)可能潛在的事故隱患，缺乏完整性是通過有經(jīng)驗對故障假設分析（WI）系統(tǒng)工藝過程或操作過程中可能發(fā)生的事故、結(jié)果進行識別對能力要求分析工藝或操作步奏可能出現(xiàn)的變化、變化原因、后果及對整個系統(tǒng)的影響與可操作煉油、化工、熱力、水利等流體性物料系統(tǒng)較高、要求其熟悉系統(tǒng)

49、，有豐富的知識和實踐經(jīng)驗性分析（HAZOP）又稱智力激勵法或自由思考法， 幾乎不受行業(yè)、專業(yè)或階段的限制，通常要與其他方法一同使用針對系統(tǒng)提出盡可能多的可能存在的問 題，然后對提出的問題逐一進行懷疑，分析其可能發(fā)生的方法極易操作執(zhí)行， 非常具體地體現(xiàn)了集思廣益的優(yōu)點，從而高效率的解決問題頭腦風暴法（BS）要通過定量計算明確后果嚴重程度，為采取何種防護措施提供參考將可能的事故發(fā)后果分析法（CA）生對設施、社可提供關(guān)于事故的后果信息區(qū)、環(huán)境造成的后果進行定量的描述歷史資料和數(shù)據(jù)要可靠，存在一定規(guī)律和趨勢； 的環(huán)境在過去和未來要相似；常用于事優(yōu)點是簡單易 行，但對事故之間的因果關(guān)系沒有考慮，事故預測

50、的準確度不 高，對歷史數(shù)據(jù)要求高可以直觀的提供事故發(fā)生發(fā)展的一般特點及規(guī)律，可進行類比分析，為進行事故預測做準備，主要用于中、短期統(tǒng)計圖表分析法故、分析的統(tǒng)計根據(jù)近接工程的特點，借鑒相關(guān)工程安全風險識別方法，課題進行安全風險識別具體方法可概括如下：（1）現(xiàn)場、咨詢與交流通過到施工現(xiàn)場進行實地，跟蹤實習，觀察各類場地和設施，收集評估項目施工和設計方案、水文地質(zhì)資料，相關(guān)類似項目和已經(jīng)竣工項目安全管18既有線近接施工安全風險評估與智能研究及應用理資料，與施工現(xiàn)場的管理、技術(shù)和施工進行交流探討，分析現(xiàn)場的操作行為和安全管理狀況，從而獲取資料。（2）安全檢查表根據(jù)施工過程中涉及的施工、設備、設施及有關(guān)作業(yè)場所、工藝流程制定安全檢查表。運用該安全檢查表對整個橋涵施工，按不同的施工過程對橋涵施工項目過程中存在的風險因素進行辨識。制定的安全檢查表包括：駐站聯(lián)絡員檢查表、現(xiàn)場防護員作業(yè)檢查表、施工現(xiàn)場安全防護檢查表、營業(yè)線施工安全檢查表、基坑支護施工檢查表、滿堂支架施工檢查表、墩身施工檢查表、模板施工檢查表、施工現(xiàn)場腳手架施工檢查表、施工現(xiàn)場用電檢查表、大型施工機械安全管理工作檢查表、混凝土泵車施工檢查表等。（3）作業(yè)條件性評價法通過現(xiàn)場調(diào)研、咨詢與交流以及