基于云計(jì)算的隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)研究

植運(yùn)華

文章介紹了云計(jì)算技術(shù)的概念和應(yīng)用范圍，全面總結(jié)了隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)因素，完成了基于云計(jì)算的隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并以河池2#隧道施工為例，對(duì)該隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行評(píng)估，論證了該風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。

云計(jì)算;隧道施工;風(fēng)險(xiǎn)控制

U458-A-33-113-3

0?引言

作為當(dāng)前各行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)，云計(jì)算技術(shù)在一定程度上影響著行業(yè)的發(fā)展前景，這不僅是因?yàn)樵朴?jì)算技術(shù)自身?yè)碛袕?qiáng)大的生命力和良好的適用性，更是其高效的數(shù)據(jù)分析和處理能力所決定的。云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于巖土道橋施工領(lǐng)域是一次全新的探索，特別是在工程的施工風(fēng)險(xiǎn)控制方面，也是一次有益的嘗試[1]。

1?云計(jì)算概念與應(yīng)用范圍

1.1?云計(jì)算概念

云計(jì)算（cloud computing）技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，該技術(shù)依托云存儲(chǔ)等底層設(shè)備，采用分布式計(jì)算的模式，使分布在云端的各節(jié)點(diǎn)（用戶）根據(jù)自身的實(shí)際業(yè)務(wù)種類和需求獲取相應(yīng)的計(jì)算資源。這種按需使用云端資源（服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用軟件等）的模式，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)資源配置，實(shí)現(xiàn)了多用戶間協(xié)同、動(dòng)態(tài)地工作，使用戶無(wú)須了解系統(tǒng)底層架構(gòu)細(xì)節(jié)便可進(jìn)行各類應(yīng)用的集成部署和使用。

1.2?應(yīng)用范圍

云計(jì)算在當(dāng)前的各領(lǐng)域中均有廣泛的使用，如教育、醫(yī)療、航空、鐵路、金融和建筑施工行業(yè)。云計(jì)算技術(shù)改變了過(guò)去傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源使用與交互模式，形成了海量數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)、共享、分析與使用的架構(gòu)模式，無(wú)論是在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)還是計(jì)算方面，其效率都是過(guò)去常規(guī)算法無(wú)法企及的，且在數(shù)據(jù)資源的共享方面也具有較好的實(shí)時(shí)性和可控性。綜合來(lái)講，云計(jì)算開(kāi)辟了多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域和分支的研究方向，為各類集約化系統(tǒng)服務(wù)提供了有力支持。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)勢(shì)分析如下頁(yè)表1所示。

2?隧道施工風(fēng)險(xiǎn)因素分析

2.1?超前地質(zhì)預(yù)報(bào)部分

作業(yè)面坍落、高處作業(yè)架失穩(wěn)、安全防護(hù)措施失效、突泥涌水等。

2.2?隧道洞身開(kāi)挖部分

開(kāi)挖方式不當(dāng)、循環(huán)進(jìn)尺過(guò)大、支護(hù)措施不到位、作業(yè)面防護(hù)措施不全、爆破施工時(shí)缺少安全措施、違規(guī)爆破施工等。

2.3?隧道內(nèi)部裝、卸渣

圍巖脆弱性導(dǎo)致的失穩(wěn)坍落、隧道內(nèi)部施工照明不足、施工機(jī)械設(shè)備導(dǎo)致的人身傷害、存在粉塵及其他有毒有害氣體等[2]。

2.4?運(yùn)輸作業(yè)部分

運(yùn)輸車輛及設(shè)備的管理混亂、運(yùn)輸方案制定不當(dāng)、隧道內(nèi)部行車界限問(wèn)題、臨時(shí)支護(hù)設(shè)施占用車道、警示標(biāo)志不全、警示信號(hào)故障、運(yùn)輸車輛占用人行道、施工人員占用機(jī)動(dòng)車道、運(yùn)輸線路遭到損壞、車輛超載超限、人貨混運(yùn)等。

2.5?支護(hù)與加固部分

作業(yè)面照明不足、圍巖形變失穩(wěn)、工作面坍落、高處作業(yè)臺(tái)失穩(wěn)、防護(hù)措施不足、施工機(jī)械設(shè)備檢驗(yàn)不合格等。

2.6?襯砌作業(yè)部分

襯砌時(shí)間不合理、距開(kāi)挖面過(guò)長(zhǎng)、高處作業(yè)平臺(tái)失穩(wěn)、防護(hù)措施不足、施工機(jī)械設(shè)備檢驗(yàn)不合格、存在粉塵及有毒有害氣體等。

2.7?通風(fēng)與防塵部分

通風(fēng)措施不足、一氧化碳和瓦斯等氣體含量超標(biāo)、粉塵超標(biāo)、通風(fēng)系統(tǒng)遭到損壞等。

2.8?供電、供水部分

施工現(xiàn)場(chǎng)電壓等級(jí)不匹配、照明不足、未采用漏電保護(hù)裝置、線路安全距離不夠、電纜漏電短路、電工防觸電安全措施不足等;施工用水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、蓄水池?zé)o安全防護(hù)措施、蓄水池遭到損壞、抽水機(jī)械設(shè)備故障、電纜漏電短路、供水線路故障、管道破裂等。

2.9?不良地質(zhì)和特殊環(huán)境施工

施工方案不合理、開(kāi)挖方式不當(dāng)、超前預(yù)報(bào)不充分、地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、初支不及時(shí)、支護(hù)強(qiáng)度不夠等。

3?隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1?系統(tǒng)主體功能實(shí)現(xiàn)

隧道施工具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，例如突泥涌水、巖體塌方、有毒有害氣體等，上述風(fēng)險(xiǎn)因素在一定情況下可演變?yōu)槭┕な鹿剩瑢?duì)施工人員的人身安全造成一定影響。同時(shí)，嚴(yán)重的施工事故直接影響到隧道工程的施工周期和成本預(yù)算。因此，建立隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)十分必要。所搭建的風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)核心功能是隧道施工全過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)管控，既能及時(shí)檢測(cè)到施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)隱患，又能對(duì)下一階段施工中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，即風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別應(yīng)具有全面性，風(fēng)險(xiǎn)因素的分析應(yīng)具有及時(shí)性，風(fēng)險(xiǎn)因素的判斷應(yīng)具有準(zhǔn)確性，風(fēng)險(xiǎn)控制措施的制定應(yīng)具有可行性[3]。隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)主體功能如表2所示。

3.2?云計(jì)算隧道施工風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)核心架構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)云計(jì)算隧道施工風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的主體功能，進(jìn)行系統(tǒng)核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)。云計(jì)算隧道施工風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)核心架構(gòu)如圖1所示。

由該系統(tǒng)核心架構(gòu)可知，其主要功能為施工數(shù)據(jù)的獲取、分析和施工風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制措施的制定等。系統(tǒng)架構(gòu)底層部署有云服務(wù)器和云數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)獲取的現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)和歷史施工數(shù)據(jù)，云服務(wù)器部署相關(guān)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，包括施工監(jiān)測(cè)人員的監(jiān)控系統(tǒng)。施工現(xiàn)場(chǎng)的各類數(shù)據(jù)包括文本數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等，由部署在施工現(xiàn)場(chǎng)的眾多傳感器獲取，然后傳送到分布式節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行分析、處理，可根據(jù)各施工企業(yè)自身的實(shí)際情況來(lái)規(guī)劃分布式節(jié)點(diǎn)的布局。通常使用系統(tǒng)配置較高的多臺(tái)PC機(jī)來(lái)作為分布式節(jié)點(diǎn)，條件允許的企業(yè)可搭建分布式節(jié)點(diǎn)集群，這種分布式的數(shù)據(jù)處理方式能夠提升施工數(shù)據(jù)的處理效率。分布式節(jié)點(diǎn)在處理隧道施工數(shù)據(jù)時(shí)主要是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，對(duì)比隧道施工的歷史數(shù)據(jù)后實(shí)施數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判的結(jié)果來(lái)進(jìn)行隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出風(fēng)險(xiǎn)控制措施并生成報(bào)告[4]。

4?工程應(yīng)用與試驗(yàn)分析

4.1?工程概況

河池2#隧道位于廣西河池市金城江區(qū)G78六宜高速百旺段，隧道采用雙向分離式，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度分別是1 540 m和1 308 m，左線最大埋深約為340 m，右線最大埋深約為330 m。經(jīng)過(guò)施工前的地質(zhì)勘測(cè)可知，該施工區(qū)域附近的巖性較脆弱，巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，隧道施工過(guò)程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素較多，容易發(fā)生施工事故。鑒于此，將云計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)應(yīng)用到該隧道的施工監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)施工全過(guò)程的大數(shù)據(jù)分析，來(lái)綜合預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)較高的施工區(qū)域和施工環(huán)節(jié)，進(jìn)而采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施來(lái)避免施工事故的發(fā)生。河池2#隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)登錄界面如圖2所示。

4.2?風(fēng)險(xiǎn)控制有效性試驗(yàn)

系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)控制有效性試驗(yàn)主要考察了以下四方面的指標(biāo)：施工人員、施工環(huán)境、施工設(shè)備和施工方案。獲取施工現(xiàn)場(chǎng)上述施工風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)，與施工歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過(guò)云計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)分析模塊篩分處理，將上述風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)進(jìn)行量化展示。具體數(shù)據(jù)分析如圖3所示。

選取四種較為常見(jiàn)且發(fā)生概率較高的風(fēng)險(xiǎn)因素作為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)云計(jì)算架構(gòu)中各施工節(jié)點(diǎn)（分布式節(jié)點(diǎn)）獲取的歷史數(shù)據(jù)可知，河池2#隧道綜合施工風(fēng)險(xiǎn)概率均值在1.2%左右，因施工方案而導(dǎo)致的施工事故占比較低，多數(shù)情況由于施工設(shè)備因素所致。由圖3可知，風(fēng)險(xiǎn)概率的評(píng)估值與理論值非常接近，證明了基于云計(jì)算的隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判方面具有一定的準(zhǔn)確性。

5?結(jié)語(yǔ)

依托云計(jì)算技術(shù)分析大量的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)，施工企業(yè)能夠?qū)Ξ?dāng)前隧道工程存在的風(fēng)險(xiǎn)因素加以分析和定位，并對(duì)下一階段的施工風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，以及時(shí)采取必要的預(yù)防措施，使隧道施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)可控，降低隧道施工事故發(fā)生的概率。

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