北京軌道交通工程建設安全風險分級管控創新與展望

劉天正, 孫長軍, 王光輝, 林純鵬, 楊志勇, 祝建勛, 楊明宇

(1. 北京市軌道交通建設管理有限公司， 北京 100068； 2. 城市軌道交通全自動運行系統與安全監控北京市重點實驗室， 北京 100068； 3. 中鐵隧道勘察設計研究院有限公司， 廣東 廣州 511458； 4. 廣東省隧道結構智能監控與維護企業重點實驗室， 廣東 廣州 511458； 5. 中國礦業大學(北京)， 北京 100068； 6. 北京安捷工程咨詢有限公司， 北京 100068； 7. 南京坤拓土木工程科技有限公司， 江蘇 南京 210041)

0 引言

城市軌道交通工程建設具有規模巨大、參建單位眾多、施工工法多樣、工程地質各異、周邊環境復雜等特點，也是重大安全事故易發、多發領域。中共中央、國務院要求建立安全預防控制體系[1]，國務院安委辦[2]、住建部[3]、北京市住建委[4]要求進行安全風險分級管控。

20世紀80年代以來，世界各國在城市軌道交通安全風險管控方面進行了很多積極的探索。在國內，廣州[5]、深圳[6]、南京[7]、天津[8]等地根據自身的工程風險特點及需求，按照相關法律法規及規范的規定，開展安全風險預評估、安全風險分級評估、安全風險監控咨詢管理等工作； 但國內存風險管理信息化程度低、時效性差、動態管理能力不足、風險響應及處置效率低等問題。在國外，軌道交通工程建設安全風險管理工作開展較早。Einstein[9]最早提出對地下工程安全進行風險分析；Burland等[10]基于風險評估項目中的規律研究，建立隧道風險對環境影響的評估方法和程序；Reilly[11]認為軌道交通的建設過程就是風險管理和風險分擔的過程，對于軌道交通的風險控制需要貫穿建設的全階段； 但國外軌道交通工程風險管控工作側重于技術方面，存在管控體系較單一、機制不夠完善、風險管理系統性不強等問題。

結合北京市軌道交通工程的建設特點，本文提出一整套安全風險管理體系。體系以“預防預控、技術管理”為核心思想，以風險工程為管控對象，以預警為基礎，以安全風險狀態評價為核心，以履約考核為保障手段； 提高了風險管控的時效性、全面性及系統性，實現了精細化、標準化、信息化管理目標，降低了大規模軌道交通建設的風險管控難度。

1 安全風險分級管控管理體系簡介

風險分級是指在風險辨識的基礎上，對安全風險進行等級評定與風險排序。風險分級標準應根據工程特點、工程地質及水文地質條件、周邊環境條件及可能造成的影響(危害)等，結合建設規模、技術經濟和社會發展水平、建設管理經驗等確定。工程自身風險分為一級、二級和三級，環境風險分為特級、一級、二級和三級[12]。本文的“分級管控”也指北京軌道交通工程建設安全風險管控過程中所采用的公司層(軌道公司安全風險監控中心+安全風險咨詢單位)、項目層(項管中心風險監測部+第三方監測單位)、實施層(監理單位+施工單位)3個層級的分級管理體系。

北京軌道交通始建于1965年。1971年1月15日北京地鐵一期工程開始試運營，北京成為中國第一個擁有地鐵的城市。歷經50多年建設發展，截至2020年底，北京地鐵已開通運營24條線路，覆蓋北京市12個市轄區，運營總里程達727 km，車站數量達428座，其中換乘站64座。

北京軌道交通工程建設安全風險管理經歷了從初步“系統化+信息化”、成熟“系統化+信息化”到“精細化+標準化+信息化”3個階段的迭代發展。目前，北京軌道交通安全風險管理貫穿了風險辨識、風險評估、風險控制3個風險管控階段，從勘察設計、監測、巡視、視頻監控、預警及狀態評價、信息報送、信息平臺、盾構專項、履約考核等9個方面進行管理升級和創新，涵蓋了軌道交通土建工程建設從勘察設計到施工的全過程風險管理工作。

體系以“預防預控、技術管理”為核心思想，以風險工程為管控對象，以預警為基礎，以安全風險狀態評價為核心，以履約考核為保障手段，實現了精細化、標準化、信息化管理目標。

體系包括管理文件和技術文件33個。其中，二級管理文件1個；三級管理文件22個，包括管理文件13個，技術管理文件9個；四級文件10個，包括標準化管理手冊8個，信息化使用手冊2個。

安全風險技術管理體系針對7個不同的風險管控階段，采取了55項不同的風險管控手段。共設置管控流程69項，形成成果文件149類。管理體系主要架構如圖1所示。

圖1 管理體系主要架構

2 安全風險分級管控管理體系內涵

2007年之前，我國城市軌道交通工程建設安全風險管理還處在探索階段，安全風險管控“明確誰(主體)、依據什么(合法、合規、合約)、抓什么(關鍵要素)、如何做(標準化、信息化)”等問題亟需解決。2007年5月，北京軌道交通建設各方以北京市重大科技專項為切入點，以多條在建地鐵線路為試驗對象，研究建立軌道交通工程建設安全風險分級管控管理體系[13-16]。2008年10月，首次形成了貫穿地鐵建設土建實施全過程(勘察—設計—施工)的安全風險管理體系，開創了國內這一領域的先河。通過十多年不斷探索和3次升級，管理體系逐步完善，明確了軌道交通工程建設各階段的工作任務和管理要求，制定工程風險管理目標，建立了風險管理組織機構，明確了安全風險管理職責、對象、要素和管控手段(包括風險評估、風險監測和預警等)、辦法，并制定了相應的風險管理流程。

體系主要涵蓋以下6個方面：

1)建立了涵蓋軌道交通工程建設全過程與關鍵環節的3層架構和全員參與的風險管控責任體系。該體系以建設單位為龍頭，采用矩陣式組織管理模式，通過合同約定與體系文件、相關管理辦法和技術支持性文件(具體內容為安全風險技術管理組織體系和崗位管理職責、各階段風險管理內容及基本要求、各項技術內容要求等)來明確參建各方在安全風險管控工作中的職責，以提高風險管理和控制水平。

2)構建了設計階段風險分級四級標準及特、一級環境風險工程專項設計及審查論證體系。在總體設計階段，初步識別特、一級風險工程并有針對性地進行風險分析和設計。在初步設計階段，基本明確特、一級風險工程，重點對特、一級風險工程設計的合理性和安全性進行審查、論證。在施工圖設計階段，確保安全風險識別和分級的合理性，對環境現狀評估和特、一級風險工程安全專項施工圖設計的合理性和安全可靠性進行審查、論證。

3)構建了施工單位全面監測、第三方監測單位重點監測的施工階段安全風險監測管理模式。北京軌道交通建設實施的監控量測模式主要是“施工單位全面監測+第三方監測單位重點監測”，輔以第三方監測對局部重要環境實時監測的監測模式。

4)構建了施工階段安全管理的3類三級預警響應體系。北京軌道交通采用了3類預警，即監測預警、巡視預警和綜合預警。各類預警均設置黃色、橙色和紅色3道預警標準，并相應建立預警管理體系。根據不同的預警類別、級別，分別采取不同的預警響應、事務處理方式。

5)建立了第三方監測單位和安全風險咨詢單位協助的風險咨詢、管控保障體系。北京軌道交通建立了安全風險總體咨詢組，以及明挖法、礦山法、盾構法3個專業咨詢組，對全網安全風險進行咨詢、管控，同時由第三方監測單位對所轄線路在建工程進行安全巡視和風險狀態評估。

6)建立了政企互通、多層協調管控的安全風險協調機制。政府層面、公司層面、項目層面、實施層面均有安全風險分析例會，各層級齊抓共管，共同負責。

安全風險分級管控管理體系的建立是有效管控安全風險的前提，可促進軌道交通工程建設安全、高效地開展，對政治敏銳性強、公共安全要求高的城市軌道交通工程建設十分必要且意義重大。

3 安全風險分級管控工作機制

為進一步提高軌道交通工程建設安全風險分級管控工作的效率，提升風險管控能力，建立健全風險管控工作的制度和流程，北京軌道交通提出了一整套集工程監測，現場巡查，視頻監控多途徑、多種類風險信息采集手段，以多源數據融合工程安全評價機制為核心，以分級預警機制為基礎，快速響應處置的安全風險分級管控工作機制。安全風險狀態評價流程如圖2所示。

圖2 安全風險狀態評價流程

該工作機制主要涵蓋以下5個方面：

1)創建以安全風險狀態評價為核心，以監測預警、巡視預警為基礎，綜合預警為抓手的預警發布機制； 強化現場預防預控及綜合分析效果，大幅提升風險預警效能。

2)建立全方位履約考評機制，強化日常工作檢查及平臺自動考核監測，確保安全風險管控各項措施有效落實； 在此基礎上，明確各級風險管控單位的監督職責，建立各單位安全風險標準化作業手冊，形成風險齊抓共管、職責分明的管理體系。

3)夯實風險監控信息采集環節，形成工程監測、風險巡視和視頻監控的標準化作業模式，規范安全風險信息采集行為； 同時通過信息化手段，采取監測數據即時上傳、巡視信息即時上報、視頻圖像即時查看、盾構數據即時傳輸、預警信息即時發布等手段，完善信息上報環節，實現安全風險監控信息各層級即時共享，提高了管控效率，有利于及時發現和處置風險。

4)健全安全風險標準化設計系統，將風險工程設計標準、風險工程分級調整程序、設計參與風險管控內容、第三方監測設計標準進行統一設定，提升了安全風險預防預控的效果。

5)建立風險管控動態分級機制，在風險工程靜態分級的基礎上，結合監測、巡視、輔助措施實施效果等動態信息，根據施工不同階段的時間軸綜合研判，進行動態分級及管控，實現了風險管控由靜態管控向動態管控的跨越。

安全風險分級管控工作機制的建立是有效進行安全風險管控的基礎和抓手，明確了城市軌道交通安全風險管控工作各階段的管控目標、管理內容及基本要求，實現了安全風險管控工作的標準化、流程化。

4 安全風險分級管控技術創新

北京軌道交通工程建設過程中開展了大量的技術創新工作，也取得了許多有價值的技術成果，本文簡單介紹與安全風險管控工作關聯緊密的創新成果。

4.1 軌道交通建設工程多源風險信息融合管控平臺

為了進一步提高軌道交通工程建設安全風險分級管控工作的時效性，強化風險管控工作的系統性，北京軌道交通創建了一套基于移動互聯技術的軌道交通建設工程多源風險信息融合管控平臺，實現了風險信息即時傳遞、分析、管理、處置和多源數據實時融合、分析、共享的功能，提出并實現了風險管控兩圖、兩表、分級、分區的信息化技術[17-19]。

4.1.1 管控平臺

基于移動互聯技術，創建智能化、精細化、標準化的風險管控平臺如圖3所示。平臺以工程進度及安全風險地圖為核心，包括風險信息采集、風險狀態分析、風險狀態展示、風險成果報送、控制效果評價等13個子系統和2個APP；全面覆蓋了工程建設全過程安全風險管理工作，實現了多源數據實時融合、分析、共享的功能以及多單位、多層級的綜合研判和動態管理。制定了各類風險信息的統一屬性，為海量信息大數據發掘奠定了基礎。

圖3 北京軌道交通安全風險管控平臺

4.1.2 管控平臺功能

1)提出了軌道交通即時監測的理念和成套技術，在城市軌道交通工程監測工作中首次制定設備協議并開發了軟硬件一體化的應用系統。該系統支持多廠家、多類型監測儀器接入，可實現多種監測類型數據的實時接收處理，并保證數據客觀、準確，人員巡查到位，大幅提高了城市運行安全保障能力。

2)實現了人工采集數據與其他多種監測手段自動采集數據的實時融合管理，實現了各類多源異構數據同構化，為系統智能決策提供數據支撐。

3)利用互聯網、物聯網、無線通信等多種途徑實現信息報送和交互，支持手持設備即時上傳監測數據，避免信息不暢，縮短信息流程，確保信息實時傳遞，大大提高了管理效率。

4)按照精細化管理要求，以工程進度數據、風險工程數據、監測數據、巡視信息等為計算依據，對參建單位與人員的101項風險管控工作自動進行履約考核，促進了日常風險量化管理工作。

5)提出“全網風險管理1張圖”的理念，將風險工程設計圖與衛星地圖相融合，實現瀏覽器和移動APP即時查閱全網風險工程實況，增強了安全風險管控決策的可視化效能。

4.2 盾構施工遠程實時監控和自動預警機制

首次提出了盾構施工全過程進行遠程實時監控和自動預警機制，研發盾構施工安全風險實時監控系統，對盾構施工全過程進行遠程實時監控和自動預警，對盾構施工參數進行全過程分析，對盾構施工中耗材進行統計分析，對盾構施工成本和質量進行控制，顯示工程進度和風險工程的影響區域，實現風險預告、風險提醒。結合北京地區地層特性和盾構施工特點，首次提出北京地鐵盾構隧道安全風險組段劃分方法，并在此基礎上首次得出不同組段盾構主要施工參數控制范圍，為盾構施工過程的安全風險控制提供了新理論和新方法；建立了單參數及多參數預警體系，提出了盾構施工風險管控參數提示范圍、預警觸發條件及預警判斷時間，提出了盾構持續掘進3 min土壓控制范圍或盾構推進10 cm土壓控制范圍2項關鍵指標。

4.3 基坑隧道工程安全風險預警測判方法

通過層次分析、模糊綜合評判等方法，挖掘分析了基坑隧道工程監測數據及其預警指標、預警數量等多項影響因素，在此基礎上建立多種影響因素下的安全狀態判別方法?？朔斯こ贪踩L險預警等級判定的單一性、主觀性和延遲性，能夠有效指導工程的信息化施工、安全風險動態控制與預警、響應及處置；實現了基坑隧道施工中工程安全風險預警的科學性、合理性和標準化；提高了基坑隧道施工的安全風險預控及管理水平。

軌道交通建設工程多源風險信息融合管控平臺、盾構施工遠程實時監控和自動預警機制、基坑隧道工程安全風險預警測判方法等技術成果是北京軌道交通工程安全風險管控工作實現信息化和初步智能化的基礎和關鍵，為北京軌道交通安全風險管控工作提供了有力保障，以上技術成果已在國內多個城市的軌道交通建設過程中得到推廣應用。

5 北京軌道交通工程建設安全風險分級管控效果

5.1 總體情況

截至2020年底，北京軌道交通累計納入安全風險分級管控線段26條，里程501.94 km，其中車站268座，區間352條，累計識別風險工程17 421項。已完成約361 km建設，通過風險工程11 760項，其中特級風險工程有66項，整個建設過程中未發生較大級別以上安全事故，管控效果顯著。其成果也已直接推廣應用到烏魯木齊、濟南等城市軌道交通建設。

5.2 預警情況

截至2020年底，北京軌道交通建設累計發布監測預警293 915項，其中紅色預警9 536項，橙色預警147 406項，黃色預警136 973項。累計發布巡視預警8 681項，其中紅色預警71項，橙色預警961項，黃色預警7 649項。發布黃色綜合預警2項，巡視預警發布后，88%的預警在7 d之內完成處置并消警，快速降低了現場風險。按照企業安全管理的海恩法則，每一起嚴重事故的背后，必然有29起輕微事故和300起未遂先兆以及1 000起事故隱患。通過發揮安全風險監控平臺的巨大作用，減少了人員傷亡事故，取得了良好的社會與經濟效益。通過應用創新，成功避免一般安全事故71起，及時避免較大安全事故2起，合計避免經濟損失約8億元。

6 結論與展望

北京軌道交通工程建設安全風險技術管理體系于2008年12月正式實施，經過2013年、2018年2次升級，實現了風險體系管控“精細化”和“信息化”。實施近13年來，北京軌道交通工程建設安全風險分級管控取得了良好效果，基本達到了“三杜絕，一減少”的安全管理目標。

隨著城市發展向地下空間持續擴展，軌道交通工程建設也將呈現更加復雜化的趨勢，而隨著“人文、科技、綠色”等理念日益深入人心，也對安全風險管理提出了更高的要求?？梢灶A見，城市軌道交通工程建設安全風險管理必然會向 “智能化”方向發展，全面即時監測、數字地下空間(透明地質)、地下水智能管控、安全風險動態智能評估、盾構施工無人化作業等新技術有望取得重大突破。北京市軌道交通安全風險管控團隊將持續不斷地開展安全風險管理創新、技術創新和應用創新工作，進一步完善、豐富、發展安全風險技術管理體系，不斷為首都軌道交通工程建設做出更大貢獻。