BIM下城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理探究
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摘要:隨著信息化的迅速發(fā)展，bim技術(shù)被越來越多的行業(yè)采用，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中運(yùn)用BIM技術(shù)可有效管控運(yùn)營(yíng)安全質(zhì)量。從人員、設(shè)備、環(huán)境、管理四個(gè)層面構(gòu)建城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全影響因素指標(biāo)體系，采用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)分析各影響因素之間的關(guān)系。針對(duì)研究結(jié)果，從設(shè)備安全、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究BIM技術(shù)對(duì)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的管理。
關(guān)鍵詞:城市軌道交通;建筑信息模型;解釋結(jié)構(gòu)模型;運(yùn)營(yíng)安全管理
0引言
近年來，我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，城市軌道交通建設(shè)在我國(guó)呈現(xiàn)出高速質(zhì)量發(fā)展的趨勢(shì)。城市軌道交通工程是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，與建筑、車輛和軌道等30多個(gè)學(xué)科高度融合，涉及設(shè)計(jì)和技術(shù)管理人員較多、項(xiàng)目協(xié)調(diào)難等特點(diǎn)［1］。由于城市軌道交通運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，使得運(yùn)營(yíng)突發(fā)安全事故的危險(xiǎn)性和救援緊急性較高，缺少了安全管理信息化平臺(tái)。BIM(建筑信息模型)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，服務(wù)于項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)模型［2］。利用BIM技術(shù)平臺(tái)，有效管控安全隱患，減少運(yùn)營(yíng)事故發(fā)生。本文采用ISM(解釋結(jié)構(gòu)模型)法分析城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全影響因素指標(biāo)體系的多層遞階結(jié)構(gòu)。針對(duì)研究結(jié)果，從設(shè)備安全、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究基于BIM的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理，旨在為相關(guān)運(yùn)營(yíng)管理人員提供幫助，推進(jìn)BIM技術(shù)在城市軌道交通安全管理中的應(yīng)用。
1城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全影響因素指標(biāo)體系
城市軌道交通運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有眾多影響因素且關(guān)系復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)意義上的安全性，依靠可靠的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及研究，能有效預(yù)防且控制一些安全隱患。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)及調(diào)研的基礎(chǔ)上，從“人－機(jī)－環(huán)－管”四個(gè)層面出發(fā)，識(shí)別分析城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全影響因素，并構(gòu)建城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全影響因素指標(biāo)體系，如圖1所示。
1.1人員影響因素
人員因素是軌道交通運(yùn)營(yíng)安全系統(tǒng)中的可控因素，涉及的人員為駕駛員、安檢員、乘客等。人員因素指人員缺乏安全意識(shí)、技術(shù)操作不熟練、大客流聚集等不安全行為而引發(fā)了軌道交通安全事故。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì)，將人員因素匯總為司機(jī)違規(guī)駕駛、人員責(zé)任心差、操作技術(shù)不熟練、人為破壞、攜帶違禁品、蓄意或不慎墜落站臺(tái)、大客流聚集等。
1．2設(shè)備影響因素
城市軌道交通是多個(gè)系統(tǒng)相互作用、相互影響下正常運(yùn)行的，因此所有設(shè)備都應(yīng)保持正常運(yùn)行，不能發(fā)生故障，否則會(huì)影響軌道交通正常運(yùn)轉(zhuǎn)，誘發(fā)安全事故。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì)，將設(shè)備因素匯總為車門故障、車輛設(shè)備檢修頻率、軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、信號(hào)設(shè)備故障、電力電纜老化等。
1.3環(huán)境影響因素
內(nèi)部環(huán)境指車站站臺(tái)、行政區(qū)等區(qū)域內(nèi)環(huán)境影響人員的情緒變化、身體問題等。外部環(huán)境分為自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境。社會(huì)環(huán)境指極端恐怖組織侵入、恐怖襲擊等不安全行為。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì)，將環(huán)境因素匯總為暴風(fēng)雨、臺(tái)風(fēng)、恐怖襲擊、人為爆炸、安全區(qū)設(shè)置、緊急出口等。
1.4管理影響因素
管理指對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)涉及的人員和設(shè)施管理，制定具體運(yùn)營(yíng)規(guī)章制度、應(yīng)急預(yù)案等。良好的管理可確保城市軌道交通安全運(yùn)行，減少或避免運(yùn)營(yíng)事故發(fā)生的可能性。通過文獻(xiàn)梳理及事故統(tǒng)計(jì)，將管理因素匯總為安全意識(shí)和能力培訓(xùn)、安全投入資金、運(yùn)營(yíng)延誤時(shí)長(zhǎng)、應(yīng)急演練、應(yīng)急響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)等。
2城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全影響因素的ISM模型
ISM(InterpretationStructureModel)法結(jié)合了離散數(shù)學(xué)、圖論、集合論及社會(huì)科學(xué)等理論，利用有向圖、矩陣等工具對(duì)影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行有效分析和解釋復(fù)雜關(guān)系機(jī)構(gòu)［3］。ISM法運(yùn)行步驟如下。
2.1建立鄰接矩陣
A和可達(dá)矩陣R針對(duì)二級(jí)指標(biāo)因素建立16×16的鄰接矩陣A，元素Sij均在0、1中取值，當(dāng)i=j時(shí)，Sij=0，即i要素對(duì)j要素?zé)o影響;Sij=1，即i要素對(duì)j要素直接影響?？蛇_(dá)矩陣R=(A+I)n，R滿足(A+I)n=(A+I)n+1≠(A+I)n－1，其中I為單位矩陣。由于城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全影響因素指標(biāo)體系過多，利用Matlab運(yùn)行出可鄰接矩陣和可達(dá)矩陣。
2.2因素層級(jí)劃分
層級(jí)劃分基于可達(dá)矩陣R(Si)與先行集Q(Si)和R(Si)的公共集間的關(guān)系，列出每單元的R(Si)、Q(Si)、R(Si)∩Q(Si)，從中刪除R(Si)=R(Si)∩Q(Si)層的元素，以此類推，直到提取出所有元素。計(jì)算得出第1層單元為5、9單元，L1={S5，S9}，在可達(dá)矩陣中去掉該層單元繼續(xù)劃分。以此類推，L2={S4，S6}、L3={S1，S3，S7，S8}、L4={S2，S11，S14，S16}、L5={S10，S13，S15}、L6={S12}。
2.3多層遞階結(jié)構(gòu)分析
在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出解釋結(jié)構(gòu)模型圖，如圖2所示。首先，ISM模型的第一、二層為可誘發(fā)軌道交通運(yùn)營(yíng)安全事故的直接因素。對(duì)于直接影響因素的預(yù)防和消除，要時(shí)刻注意城市軌道交通運(yùn)營(yíng)設(shè)備的安全狀態(tài)，做好檢修工作。其次，第三、四層是影響因素中間層，是保證城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的重難點(diǎn)因素。因此，要規(guī)范管理，加強(qiáng)法制教育、職業(yè)培訓(xùn)和員工安全意識(shí)教育，從根本上提高員工素質(zhì)和操作能力，還需要加強(qiáng)乘客安全乘車意識(shí)，宣傳自救知識(shí)。第五、六層的影響因素是宏觀影響因素。最底層因素不易察覺、易被忽視，但其會(huì)影響中層，成為軌道交通運(yùn)營(yíng)事故發(fā)生的潛在原因。運(yùn)營(yíng)人員應(yīng)制定合理的規(guī)章制度，制定適合不同運(yùn)營(yíng)時(shí)段的安全方案和應(yīng)急計(jì)劃，注重車站及員工周圍工作環(huán)境的變化，加強(qiáng)安全管理，營(yíng)造舒適的工作環(huán)境。
3基于BIM的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理利用
BIM技術(shù)為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全建立運(yùn)行良好的安全管理信息系統(tǒng)，有效預(yù)防和減少軌道交通運(yùn)營(yíng)安全事故的發(fā)生，提高安全管理水平。在以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合因素的性質(zhì)與BIM技術(shù)的特點(diǎn)，利用BIM技術(shù)有效管控運(yùn)營(yíng)安全影響因素。運(yùn)用BIM技術(shù)的可視化、模擬性等特點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營(yíng)安全管理，可有效管控運(yùn)營(yíng)中存在的設(shè)備隱患;運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，增強(qiáng)安全意識(shí)，減少人員不安全行為，有效預(yù)防和減少軌道交通運(yùn)營(yíng)安全事故的發(fā)生;運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行安全應(yīng)急疏散模擬，改善運(yùn)營(yíng)的應(yīng)急安全管理，減少安全事故的傷亡損失。本文從軌道交通的設(shè)備安全管理、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究BIM技術(shù)對(duì)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全管理，促進(jìn)BIM技術(shù)在城市軌道交通安全管理中的應(yīng)用。
3.1基于BIM技術(shù)的設(shè)備安全管理
城市軌道交通涉及的設(shè)備種類多、使用功能不同等是設(shè)備管理的難題。利用BIM技術(shù)建立設(shè)備管理系統(tǒng)是利用數(shù)字化集成管理設(shè)備，可直觀查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備管理系統(tǒng)是在項(xiàng)目初期，將軌道交通涉及的各種設(shè)備及相關(guān)詳細(xì)信息錄入系統(tǒng)，后期通過不斷完善和優(yōu)化形成。在運(yùn)維階段，利用傳感器和模型結(jié)合可實(shí)時(shí)監(jiān)控，查看設(shè)備的各種參數(shù)信息、設(shè)備是否運(yùn)行正常等。設(shè)備管理系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行規(guī)范的分類和編碼，輸入設(shè)備特定編碼，即可獲取設(shè)備制造商、維修知識(shí)、保修服務(wù)等信息，維修人員實(shí)時(shí)查看設(shè)備維護(hù)周期、維護(hù)手冊(cè)等信息進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，管理人員可準(zhǔn)確定位設(shè)備，利用系統(tǒng)中的相關(guān)信息快速維護(hù)。
3.2基于BIM技術(shù)的培訓(xùn)安全教育
城市軌道交通的工作人員及乘客較多，僅使用宣傳短片教育培訓(xùn)不能取得很好的效果;大型實(shí)戰(zhàn)演練培訓(xùn)需大量的人力、物力、財(cái)力，難以實(shí)現(xiàn)。采用BIM技術(shù)對(duì)工作人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，解決現(xiàn)存難題。運(yùn)用BIM技術(shù)建立三維車站模型，通過三維漫游讓工作人員360°無盲區(qū)走進(jìn)站臺(tái)及查看模型，熟悉工作場(chǎng)景、流程。BIM模型與VR技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建虛擬車站，人員在虛擬站內(nèi)模擬日常工作或安全練習(xí)，檢查其操作的正確性。借助BIM動(dòng)畫軟件制作安全教育視頻，讓乘客直觀了解一些安全裝置的位置和最佳逃生路線。利用VR技術(shù)搭建虛擬逃生平臺(tái)，讓乘客真實(shí)模擬逃生。
3.3基于BIM技術(shù)的安全應(yīng)急疏散模擬
城市軌道交通由于空間封閉等特殊特點(diǎn)，當(dāng)乘客客流量過大，很小的誘因都會(huì)引發(fā)安全事故。采用BIM技術(shù)，利用Path-finder應(yīng)急疏散仿真軟件對(duì)應(yīng)急疏散進(jìn)行可視化仿真，合理利用應(yīng)急疏散通道，針對(duì)多種因素制定應(yīng)急疏散方案，為人員安全應(yīng)急演練提供參考。BIM疏散仿真模型與無線傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通過先進(jìn)的技術(shù)將人員信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)紹IM疏散仿真模型中，快速找到最佳逃生路線。通過BIM技術(shù)的疏散模擬三維動(dòng)畫，直接觀察到不同疏散時(shí)刻、不同區(qū)域的人員密度情況及各疏散出口的人員流量變化情況等信息，并生成圖表數(shù)據(jù)，分析疏散出口、路徑等是否滿足人員疏散要求，若不滿足，需調(diào)整建筑物的出口位置、數(shù)量及寬度，優(yōu)化直至確定最佳安全應(yīng)急疏散方案為止。
4結(jié)語(yǔ)
我國(guó)城市軌道交通當(dāng)前處于快速發(fā)展階段，運(yùn)營(yíng)過程還存在一定的安全事故問題。本文采用ISM法建立多層級(jí)影響關(guān)系圖，分析影響因素之間的關(guān)系。針對(duì)研究結(jié)果，從設(shè)備安全、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬三方面研究BIM技術(shù)在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全方面的應(yīng)用，有效管理城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全。
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作者:李娜 單位:天津城建大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院