基于云計算的隧道施工安全風險控制系統(tǒng)研究

植運華

文章介紹了云計算技術的概念和應用范圍，全面總結了隧道施工的風險因素，完成了基于云計算的隧道施工安全風險控制系統(tǒng)的設計，并以河池2#隧道施工為例，對該隧道的施工風險概率進行評估，論證了該風險控制系統(tǒng)設計的正確性。

云計算;隧道施工;風險控制

U458-A-33-113-3

0?引言

作為當前各行業(yè)核心競爭力的基礎，云計算技術在一定程度上影響著行業(yè)的發(fā)展前景，這不僅是因為云計算技術自身擁有強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。云計算技術應用于巖土道橋施工領域是一次全新的探索，特別是在工程的施工風險控制方面，也是一次有益的嘗試[1]。

1?云計算概念與應用范圍

1.1?云計算概念

云計算（cloud computing）技術是伴隨著計算機應用、網(wǎng)絡存儲等發(fā)展起來的一種新技術，該技術依托云存儲等底層設備，采用分布式計算的模式，使分布在云端的各節(jié)點（用戶）根據(jù)自身的實際業(yè)務種類和需求獲取相應的計算資源。這種按需使用云端資源（服務器、數(shù)據(jù)庫及應用軟件等）的模式，優(yōu)化了網(wǎng)絡資源配置，實現(xiàn)了多用戶間協(xié)同、動態(tài)地工作，使用戶無須了解系統(tǒng)底層架構細節(jié)便可進行各類應用的集成部署和使用。

1.2?應用范圍

云計算在當前的各領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)。云計算技術改變了過去傳統(tǒng)的網(wǎng)絡資源使用與交互模式，形成了海量數(shù)據(jù)資源存儲、共享、分析與使用的架構模式，無論是在數(shù)據(jù)的存儲還是計算方面，其效率都是過去常規(guī)算法無法企及的，且在數(shù)據(jù)資源的共享方面也具有較好的實時性和可控性。綜合來講，云計算開辟了多個業(yè)務領域和分支的研究方向，為各類集約化系統(tǒng)服務提供了有力支持。云計算技術的應用范圍及優(yōu)勢分析如下頁表1所示。

2?隧道施工風險因素分析

2.1?超前地質預報部分

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

2.2?隧道洞身開挖部分

開挖方式不當、循環(huán)進尺過大、支護措施不到位、作業(yè)面防護措施不全、爆破施工時缺少安全措施、違規(guī)爆破施工等。

2.3?隧道內(nèi)部裝、卸渣

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

2.4?運輸作業(yè)部分

運輸車輛及設備的管理混亂、運輸方案制定不當、隧道內(nèi)部行車界限問題、臨時支護設施占用車道、警示標志不全、警示信號故障、運輸車輛占用人行道、施工人員占用機動車道、運輸線路遭到損壞、車輛超載超限、人貨混運等。

2.5?支護與加固部分

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)臺失穩(wěn)、防護措施不足、施工機械設備檢驗不合格等。

2.6?襯砌作業(yè)部分

襯砌時間不合理、距開挖面過長、高處作業(yè)平臺失穩(wěn)、防護措施不足、施工機械設備檢驗不合格、存在粉塵及有毒有害氣體等。

2.7?通風與防塵部分

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

2.8?供電、供水部分

施工現(xiàn)場電壓等級不匹配、照明不足、未采用漏電保護裝置、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;施工用水水質不達標、蓄水池無安全防護措施、蓄水池遭到損壞、抽水機械設備故障、電纜漏電短路、供水線路故障、管道破裂等。

2.9?不良地質和特殊環(huán)境施工

施工方案不合理、開挖方式不當、超前預報不充分、地質勘測數(shù)據(jù)不準、初支不及時、支護強度不夠等。

3?隧道施工安全風險控制

3.1?系統(tǒng)主體功能實現(xiàn)

隧道施工具有較高的安全風險，例如突泥涌水、巖體塌方、有毒有害氣體等，上述風險因素在一定情況下可演變?yōu)槭┕な鹿剩瑢κ┕と藛T的人身安全造成一定影響。同時，嚴重的施工事故直接影響到隧道工程的施工周期和成本預算。因此，建立隧道施工安全風險控制系統(tǒng)十分必要。所搭建的風險控制系統(tǒng)核心功能是隧道施工全過程的風險識別和風險管控，既能及時檢測到施工過程中的風險隱患，又能對下一階段施工中可能存在的風險進行預測，即風險因素的識別應具有全面性，風險因素的分析應具有及時性，風險因素的判斷應具有準確性，風險控制措施的制定應具有可行性[3]。隧道施工安全風險控制系統(tǒng)主體功能如表2所示。

3.2?云計算隧道施工風險控制系統(tǒng)核心架構設計

依據(jù)云計算隧道施工風險控制系統(tǒng)的主體功能，進行系統(tǒng)核心架構的設計。云計算隧道施工風險控制系統(tǒng)核心架構如圖1所示。

由該系統(tǒng)核心架構可知，其主要功能為施工數(shù)據(jù)的獲取、分析和施工風險的評估、風險控制措施的制定等。系統(tǒng)架構底層部署有云服務器和云數(shù)據(jù)庫，用來存儲獲取的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)和歷史施工數(shù)據(jù)，云服務器部署相關的操作系統(tǒng)和應用軟件，包括施工監(jiān)測人員的監(jiān)控系統(tǒng)。施工現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)包括文本數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)、數(shù)模轉換數(shù)據(jù)等，由部署在施工現(xiàn)場的眾多傳感器獲取，然后傳送到分布式節(jié)點中進行分析、處理，可根據(jù)各施工企業(yè)自身的實際情況來規(guī)劃分布式節(jié)點的布局。通常使用系統(tǒng)配置較高的多臺PC機來作為分布式節(jié)點，條件允許的企業(yè)可搭建分布式節(jié)點集群，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)點在處理隧道施工數(shù)據(jù)時主要是進行風險分析和風險預判，對比隧道施工的歷史數(shù)據(jù)后實施數(shù)據(jù)的風險識別流程，根據(jù)風險識別、風險分析和風險預判的結果來進行隧道施工的風險評估，提出風險控制措施并生成報告[4]。

4?工程應用與試驗分析

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，設計長度分別是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)過施工前的地質勘測可知，該施工區(qū)域附近的巖性較脆弱，巖體結構穩(wěn)定性較差，隧道施工過程中潛在的風險因素較多，容易發(fā)生施工事故。鑒于此，將云計算風險控制系統(tǒng)應用到該隧道的施工監(jiān)測過程中，通過施工全過程的大數(shù)據(jù)分析，來綜合預判風險較高的施工區(qū)域和施工環(huán)節(jié)，進而采取相應的風險控制措施來避免施工事故的發(fā)生。河池2#隧道施工安全風險控制系統(tǒng)登錄界面如圖2所示。

4.2?風險控制有效性試驗

系統(tǒng)風險控制有效性試驗主要考察了以下四方面的指標：施工人員、施工環(huán)境、施工設備和施工方案。獲取施工現(xiàn)場上述施工風險因素指標，與施工歷史數(shù)據(jù)進行對比，經(jīng)過云計算平臺數(shù)據(jù)分析模塊篩分處理，將上述風險因素指標進行量化展示。具體數(shù)據(jù)分析如圖3所示。

選取四種較為常見且發(fā)生概率較高的風險因素作為試驗對象，通過云計算架構中各施工節(jié)點（分布式節(jié)點）獲取的歷史數(shù)據(jù)可知，河池2#隧道綜合施工風險概率均值在1.2%左右，因施工方案而導致的施工事故占比較低，多數(shù)情況由于施工設備因素所致。由圖3可知，風險概率的評估值與理論值非常接近，證明了基于云計算的隧道施工安全風險控制系統(tǒng)在風險預判方面具有一定的準確性。

5?結語

依托云計算技術分析大量的歷史數(shù)據(jù)和實時在線數(shù)據(jù)，施工企業(yè)能夠對當前隧道工程存在的風險因素加以分析和定位，并對下一階段的施工風險趨勢進行評估和預測，以及時采取必要的預防措施，使隧道施工過程中的風險可控，降低隧道施工事故發(fā)生的概率。

參考文獻：

[1]郝俊鎖. 基于物聯(lián)網(wǎng)的瓦斯隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 隧道建設（中英文），2018，38（Z2）：278-284.

[2]劉?挺. 公路隧道施工安全風險管理研究[D]. 杭州：浙江大學，2013.

[3]劉?穎.大數(shù)據(jù)時代下基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的城市隧道養(yǎng)管信息化初探[J/OL]. 科技展望，2015（4）.

[4]李?濤，仇文革，李?斌，等.基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的隧道掌子面地質信息管理研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術，2016，53（6）：18-24.