BIM下城市軌道交通運營安全管理探究
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摘要:隨著信息化的迅速發(fā)展，bim技術被越來越多的行業(yè)采用，城市軌道交通運營中運用BIM技術可有效管控運營安全質量。從人員、設備、環(huán)境、管理四個層面構建城市軌道交通運營安全影響因素指標體系，采用解釋結構模型(ISM)分析各影響因素之間的關系。針對研究結果，從設備安全、安全教育培訓、安全應急疏散模擬三方面研究BIM技術對城市軌道交通運營安全的管理。
關鍵詞:城市軌道交通;建筑信息模型;解釋結構模型;運營安全管理
0引言
近年來，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，城市軌道交通建設在我國呈現(xiàn)出高速質量發(fā)展的趨勢。城市軌道交通工程是一項復雜而龐大的系統(tǒng)工程，與建筑、車輛和軌道等30多個學科高度融合，涉及設計和技術管理人員較多、項目協(xié)調難等特點［1］。由于城市軌道交通運行環(huán)境復雜，使得運營突發(fā)安全事故的危險性和救援緊急性較高，缺少了安全管理信息化平臺。BIM(建筑信息模型)是以三維數(shù)字技術為基礎，服務于項目全生命周期的數(shù)據(jù)模型［2］。利用BIM技術平臺，有效管控安全隱患，減少運營事故發(fā)生。本文采用ISM(解釋結構模型)法分析城市軌道交通運營安全影響因素指標體系的多層遞階結構。針對研究結果，從設備安全、安全教育培訓、安全應急疏散模擬三方面研究基于BIM的城市軌道交通運營安全管理，旨在為相關運營管理人員提供幫助，推進BIM技術在城市軌道交通安全管理中的應用。
1城市軌道交通運營安全影響因素指標體系
城市軌道交通運營系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)工程，有眾多影響因素且關系復雜，難以實現(xiàn)絕對意義上的安全性，依靠可靠的風險識別及研究，能有效預防且控制一些安全隱患。在查閱相關文獻及調研的基礎上，從“人－機－環(huán)－管”四個層面出發(fā)，識別分析城市軌道交通的運營安全影響因素，并構建城市軌道交通運營安全影響因素指標體系，如圖1所示。
1.1人員影響因素
人員因素是軌道交通運營安全系統(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、技術操作不熟練、大客流聚集等不安全行為而引發(fā)了軌道交通安全事故。通過文獻梳理及事故統(tǒng)計，將人員因素匯總為司機違規(guī)駕駛、人員責任心差、操作技術不熟練、人為破壞、攜帶違禁品、蓄意或不慎墜落站臺、大客流聚集等。
1．2設備影響因素
城市軌道交通是多個系統(tǒng)相互作用、相互影響下正常運行的，因此所有設備都應保持正常運行，不能發(fā)生故障，否則會影響軌道交通正常運轉，誘發(fā)安全事故。通過文獻梳理及事故統(tǒng)計，將設備因素匯總為車門故障、車輛設備檢修頻率、軌道結構穩(wěn)定性、信號設備故障、電力電纜老化等。
1.3環(huán)境影響因素
內部環(huán)境指車站站臺、行政區(qū)等區(qū)域內環(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)境和社會環(huán)境。社會環(huán)境指極端恐怖組織侵入、恐怖襲擊等不安全行為。通過文獻梳理及事故統(tǒng)計，將環(huán)境因素匯總為暴風雨、臺風、恐怖襲擊、人為爆炸、安全區(qū)設置、緊急出口等。
1.4管理影響因素
管理指對軌道交通運營涉及的人員和設施管理，制定具體運營規(guī)章制度、應急預案等。良好的管理可確保城市軌道交通安全運行，減少或避免運營事故發(fā)生的可能性。通過文獻梳理及事故統(tǒng)計，將管理因素匯總為安全意識和能力培訓、安全投入資金、運營延誤時長、應急演練、應急響應時長等。
2城市軌道交通運營安全影響因素的ISM模型
ISM(InterpretationStructureModel)法結合了離散數(shù)學、圖論、集合論及社會科學等理論，利用有向圖、矩陣等工具對影響因素之間的關系進行有效分析和解釋復雜關系機構［3］。ISM法運行步驟如下。
2.1建立鄰接矩陣
A和可達矩陣R針對二級指標因素建立16×16的鄰接矩陣A，元素Sij均在0、1中取值，當i=j時，Sij=0，即i要素對j要素無影響;Sij=1，即i要素對j要素直接影響?？蛇_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營安全影響因素指標體系過多，利用Matlab運行出可鄰接矩陣和可達矩陣。
2.2因素層級劃分
層級劃分基于可達矩陣R(Si)與先行集Q(Si)和R(Si)的公共集間的關系，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。計算得出第1層單元為5、9單元，L1={S5，S9}，在可達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多層遞階結構分析
在計算結果的基礎上，構建出解釋結構模型圖，如圖2所示。首先，ISM模型的第一、二層為可誘發(fā)軌道交通運營安全事故的直接因素。對于直接影響因素的預防和消除，要時刻注意城市軌道交通運營設備的安全狀態(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營安全的重難點因素。因此，要規(guī)范管理，加強法制教育、職業(yè)培訓和員工安全意識教育，從根本上提高員工素質和操作能力，還需要加強乘客安全乘車意識，宣傳自救知識。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，但其會影響中層，成為軌道交通運營事故發(fā)生的潛在原因。運營人員應制定合理的規(guī)章制度，制定適合不同運營時段的安全方案和應急計劃，注重車站及員工周圍工作環(huán)境的變化，加強安全管理，營造舒適的工作環(huán)境。
3基于BIM的城市軌道交通運營安全管理利用
BIM技術為城市軌道交通運營安全建立運行良好的安全管理信息系統(tǒng)，有效預防和減少軌道交通運營安全事故的發(fā)生，提高安全管理水平。在以上研究結果的基礎上，結合因素的性質與BIM技術的特點，利用BIM技術有效管控運營安全影響因素。運用BIM技術的可視化、模擬性等特點對設備進行運營安全管理，可有效管控運營中存在的設備隱患;運用BIM技術對人員進行安全教育培訓，增強安全意識，減少人員不安全行為，有效預防和減少軌道交通運營安全事故的發(fā)生;運用BIM技術進行安全應急疏散模擬，改善運營的應急安全管理，減少安全事故的傷亡損失。本文從軌道交通的設備安全管理、安全教育培訓、安全應急疏散模擬三方面研究BIM技術對城市軌道交通運營的安全管理，促進BIM技術在城市軌道交通安全管理中的應用。
3.1基于BIM技術的設備安全管理
城市軌道交通涉及的設備種類多、使用功能不同等是設備管理的難題。利用BIM技術建立設備管理系統(tǒng)是利用數(shù)字化集成管理設備，可直觀查看設備運行狀態(tài)。設備管理系統(tǒng)是在項目初期，將軌道交通涉及的各種設備及相關詳細信息錄入系統(tǒng)，后期通過不斷完善和優(yōu)化形成。在運維階段，利用傳感器和模型結合可實時監(jiān)控，查看設備的各種參數(shù)信息、設備是否運行正常等。設備管理系統(tǒng)對設備進行規(guī)范的分類和編碼，輸入設備特定編碼，即可獲取設備制造商、維修知識、保修服務等信息，維修人員實時查看設備維護周期、維護手冊等信息進行維護。當設備發(fā)生故障時，管理人員可準確定位設備，利用系統(tǒng)中的相關信息快速維護。
3.2基于BIM技術的培訓安全教育
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不能取得很好的效果;大型實戰(zhàn)演練培訓需大量的人力、物力、財力，難以實現(xiàn)。采用BIM技術對工作人員進行安全教育培訓，解決現(xiàn)存難題。運用BIM技術建立三維車站模型，通過三維漫游讓工作人員360°無盲區(qū)走進站臺及查看模型，熟悉工作場景、流程。BIM模型與VR技術相結合，構建虛擬車站，人員在虛擬站內模擬日常工作或安全練習，檢查其操作的正確性。借助BIM動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技術搭建虛擬逃生平臺，讓乘客真實模擬逃生。
3.3基于BIM技術的安全應急疏散模擬
城市軌道交通由于空間封閉等特殊特點，當乘客客流量過大，很小的誘因都會引發(fā)安全事故。采用BIM技術，利用Path-finder應急疏散仿真軟件對應急疏散進行可視化仿真，合理利用應急疏散通道，針對多種因素制定應急疏散方案，為人員安全應急演練提供參考。BIM疏散仿真模型與無線傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)結合，在應急現(xiàn)場通過先進的技術將人員信息實時傳輸?shù)紹IM疏散仿真模型中，快速找到最佳逃生路線。通過BIM技術的疏散模擬三維動畫，直接觀察到不同疏散時刻、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急疏散方案為止。
4結語
我國城市軌道交通當前處于快速發(fā)展階段，運營過程還存在一定的安全事故問題。本文采用ISM法建立多層級影響關系圖，分析影響因素之間的關系。針對研究結果，從設備安全、安全教育培訓、安全應急疏散模擬三方面研究BIM技術在城市軌道交通運營安全方面的應用，有效管理城市軌道交通運營安全。
參考文獻:
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［3］尹洪英，徐麗群，權小鋒．基于解釋結構模型的路網脆弱性影響因素分析［J］．軟科學，2010，24(10):122－126．
作者:李娜 單位:天津城建大學經濟與管理學院