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面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程研究

文檔作者：周誠(chéng) 烈云周迎余群舟文檔來(lái)源：華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月10日
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2010 年9 月
第39 卷第9 期
施工技術(shù)
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 17
面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程研究
周誠(chéng)，丁烈云，周迎，余群舟
( 華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074)
［摘要］地鐵工程施工的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性給施工安全帶來(lái)了極大的壓力和挑戰(zhàn)。通過(guò)分析地鐵工程施工安全控制
過(guò)程及其知識(shí)重用的條件、特性和途徑，針對(duì)傳統(tǒng)安全控制過(guò)程中存在的控制黑箱、信息孤島和知識(shí)遺失等問(wèn)題，
提出并建立了面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程模型，研究了施工過(guò)程、安全控制過(guò)程和知識(shí)重用
過(guò)程的集成技術(shù)、安全控制知識(shí)的組織和表達(dá)模型?；谠摷赡Ｐ烷_發(fā)的地鐵工程建設(shè)安全控制系統(tǒng)，在我國(guó)
多個(gè)城市地鐵工程中推廣應(yīng)用并取得良好的應(yīng)用效果，提高了我國(guó)地鐵工程建設(shè)安全管理和知識(shí)重用水平。
［關(guān)鍵詞］地鐵施工;安全風(fēng)險(xiǎn);控制過(guò)程;集成模型;知識(shí)重用
［中圖分類號(hào)］U283. 4 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1002-8498(2010)09-0017-04
Integrated Safety Controlling of Subway Construction
Based on Knowledge Reuse
Zhou Cheng，Ding Lieyun，Zhou Ying，Yu Qunzhou
( School of Civil Engineering ＆ Mechanics，Huazhong University of Science ＆ Technology，Wuhan，Hubei 430074，China)
Abstract:Subway construction is an extremely complicated and dynamic engineering which brings too
much pressure and challenge to the safety controlling. The current disadvantages of the safety controlling
such as the black box，the information silo and the knowledge losing needs to be changed. Authors
systematically analyze the conditions，characteristics and approaches of knowledge reuse in the subway
construction safety controlling. And the integrated safety controlling model of subway construction based
on knowledge reuse is proposed. This paper fulfills the model design and describes the elements and the
mechanism for realizing integration of the construction，the safety controlling and the knowledge reuse
processes. In addition，the organization and description models for the safety controlling knowledge are
proposed. At present the safety controlling system based on these models and information technology have
been widely applied in all kinds of subway construction in China. They play an important role in the
improvement of safety controlling and knowledge reuse in the subway construction.
Key words:subway construction; safety risk; control system; integrated model; knowledge reuse
［收稿日期］2010-04-20
［基金項(xiàng)目］中國(guó)博士后面上項(xiàng)目基金(20080440947)
［作者簡(jiǎn)介］周誠(chéng)，華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院博士研
究生，湖北省武漢市華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院西六樓
411 室430074，電話: ( 027 ) 87558171，E-mail: hello _ grace @
163. com
0 引言
截至目前，全國(guó)已有25 個(gè)城市的地鐵近期建設(shè)規(guī)
劃獲得國(guó)務(wù)院批復(fù)。到2015 年前后，中國(guó)將建設(shè)87
條地鐵線路、總里程2 495 km，總投資9 886 億元。地鐵
工程施工周期長(zhǎng)、施工難度大、施工環(huán)境復(fù)雜，給傳統(tǒng)
安全控制管理模式造成極大壓力，在建地鐵工程幾乎
每個(gè)城市均有不同程度的建設(shè)人員傷亡，重特大事故
時(shí)有發(fā)生［1-2］，安全形勢(shì)堪憂。
近年來(lái)，地鐵工程施工安全控制研究已經(jīng)取得了
一定進(jìn)展:錢七虎［3］系統(tǒng)論述了地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管
理的現(xiàn)狀和地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)踐中的問(wèn)題，針
對(duì)性地提出將安全控制管理作為工程施工的必要組成
部分;王夢(mèng)?。?］結(jié)合具體的地鐵工程施工安全事故原
因分析并提出了相應(yīng)的工程施工安全控制對(duì)策;張頂
立［5］在對(duì)地層變形及安全事故機(jī)理系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)
上，提出并建立了基于技術(shù)主導(dǎo)的五階段地鐵工程安
全風(fēng)險(xiǎn)控制體系。
但是，我國(guó)地鐵工程中的施工過(guò)程與安全控制過(guò)
程存在較為嚴(yán)重的脫離，前一階段施工過(guò)程中的安全
18 施工技術(shù)第39 卷
問(wèn)題容易被后續(xù)的施工過(guò)程掩蓋，這種以“安全結(jié)果導(dǎo)
向”而非過(guò)程控制的傳統(tǒng)安全控制模式，在動(dòng)態(tài)復(fù)雜的
施工過(guò)程中不可避免地帶來(lái)安全控制的“黑箱”。同
時(shí)，施工過(guò)程中產(chǎn)生的海量工程安全控制信息，由于責(zé)
任主體的博弈、專業(yè)的割裂，不僅產(chǎn)生“信息孤島［6-7］”，
也造成工程安全知識(shí)的遺失、扭曲以及獲取、重用和共
享困難等問(wèn)題。
本文在分析地鐵工程施工安全控制過(guò)程及其知識(shí)
重用條件、特性和途徑的基礎(chǔ)上，建立面向知識(shí)重用的
地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵工
程施工安全的動(dòng)態(tài)化、系統(tǒng)化、集成化控制管理，提高
施工安全控制過(guò)程的知識(shí)重用水平和能力，降低和減
少地鐵工程施工安全事故的發(fā)生。
1 地鐵工程施工安全控制過(guò)程的知識(shí)重用
1. 1 地鐵施工安全控制知識(shí)重用的條件
知識(shí)重用就是依據(jù)類似情境從知識(shí)載體中獲得需
要的知識(shí)內(nèi)容的過(guò)程［8-10］。面向地鐵工程施工中的知
識(shí)重用必須滿足以下條件。
1) 知識(shí)載體的可訪問(wèn)性可訪問(wèn)性確保顯性及隱
性知識(shí)項(xiàng)可以被獲取。載體的可訪問(wèn)性要求物質(zhì)載體
的可用性和人的可聯(lián)系性。
2) 知識(shí)內(nèi)容的有效性有效性確保知識(shí)項(xiàng)的科
學(xué)、合理、完備。目前我國(guó)地鐵工程中某些安全控制知
識(shí)不具備有效性，以施工過(guò)程中地表沉降的控制值
30mm 為例，在某些風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的工程中，該取值偏
松，而大部分工程中該取值又偏保守。超過(guò)30mm 的
地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)后，多數(shù)情況下施工仍可以繼續(xù)進(jìn)
行，此時(shí)的地表沉降控制值已處于失效狀態(tài)。
3)知識(shí)情境的相似性情境的相似性確保知識(shí)項(xiàng)
可以應(yīng)用于恰當(dāng)?shù)那榫撤秶?。如地鐵工程施工中的冷
凍法在很多地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中均有應(yīng)用，但在過(guò)
江地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工時(shí)必須考慮動(dòng)水條件下的冷
凍效果，否則在開挖過(guò)程中易出現(xiàn)特大涌水坍塌事故。
1. 2 地鐵施工安全控制知識(shí)重用過(guò)程與途徑
地鐵工程施工安全控制過(guò)程是應(yīng)用安全控制知識(shí)
解決問(wèn)題的過(guò)程，同時(shí)也是安全控制知識(shí)產(chǎn)生創(chuàng)造、組
織存儲(chǔ)和檢索應(yīng)用的過(guò)程。已完成的A 地鐵工程施工
過(guò)程中的安全知識(shí)經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中，現(xiàn)有B 地鐵
工程施工過(guò)程中通過(guò)情境啟發(fā)、匹配和檢索對(duì)其進(jìn)行
修改后重用，并對(duì)安全知識(shí)重用的正確性和效率進(jìn)行
檢查，如圖1 所示，具體主要體現(xiàn)在以下兩種途徑。
1) 基于規(guī)則推理( rule-based reasoning RBR) 的安
全控制知識(shí)重用這類知識(shí)重用通常關(guān)注共性特征，
通過(guò)建立抽象規(guī)則或綜合模型進(jìn)行推理，大都是顯性
的數(shù)值性知識(shí)。地鐵工程施工過(guò)程中應(yīng)用的基于規(guī)則
圖1 地鐵工程施工安全控制過(guò)程的知識(shí)重用
Fig. 1 Knowledge reuse in safety controlling
process of subway engineering
推理的安全控制知識(shí)主要包括工程危險(xiǎn)源辨識(shí)與定級(jí)
準(zhǔn)則、監(jiān)控指標(biāo)預(yù)報(bào)警準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)及環(huán)境力學(xué)模型評(píng)判
準(zhǔn)則、工程風(fēng)險(xiǎn)巡視評(píng)判準(zhǔn)則、工程關(guān)鍵問(wèn)題綜合評(píng)判
準(zhǔn)則等［11-12］。
2) 基于案例推理( case-based reasoning CBR) 的安
全控制知識(shí)重用借鑒歷史工程安全控制實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)
與知識(shí)來(lái)求解類似工程的安全控制策略與技術(shù)問(wèn)題，
這些大都是隱性的零散分布于工程專家中的經(jīng)驗(yàn)知
識(shí)。地鐵工程施工過(guò)程中應(yīng)用的基于案例推理的安全
控制知識(shí)主要包括施工影響預(yù)測(cè)分析、工程風(fēng)險(xiǎn)成因
分析、工程安全綜合診斷與預(yù)警、安全技術(shù)措施制定和
應(yīng)急決策等。這類知識(shí)可以通過(guò)具體工程案例描述事
物，具有更豐富的工程個(gè)性特征( 屬性)。
2 地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程模型
地鐵工程施工安全控制過(guò)程指基于控制原理的一
系列地鐵工程施工安全控制相關(guān)活動(dòng)及其程序。為了
有效解決目前我國(guó)地鐵工程施工安全控制中存在的過(guò)
程黑箱、信息孤島、知識(shí)遺失等問(wèn)題，建立如圖2 所示的
面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程模型。
2. 1 施工任務(wù)活動(dòng)與安全控制過(guò)程集成
地鐵工程施工可按照WBS 結(jié)構(gòu)分解至具體的施
工任務(wù)活動(dòng)層次，施工任務(wù)活動(dòng)之間存在邏輯關(guān)系，形
成施工進(jìn)度的CPM 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。本文借鑒全面質(zhì)量管
理TQM 的思路，提出基于施工任務(wù)活動(dòng)( construction
activity)［13-14］的安全控制過(guò)程。
施工進(jìn)度CPM 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中每個(gè)具體的施工任務(wù)
活動(dòng)是最小的施工活動(dòng)單元，附著在每個(gè)施工任務(wù)活
動(dòng)上的要素都對(duì)應(yīng)該活動(dòng)執(zhí)行時(shí)所必須的安全控制屬
性。每個(gè)施工任務(wù)活動(dòng)對(duì)應(yīng)的安全控制屬性綜合成最
小的安全控制節(jié)點(diǎn)( safety control point) ，反之，通過(guò)這
2010 No. 9 周誠(chéng)等:面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程研究19
圖2 面向知識(shí)重用的地鐵工程施工
安全集成控制過(guò)程模型
Fig. 2 Integrated safety controlling model of subway
construction based on knowledge reuse
些安全控制節(jié)點(diǎn)控制相應(yīng)施工任務(wù)活動(dòng)執(zhí)行時(shí)的安
全，并形成基于地鐵任務(wù)活動(dòng)的安全控制網(wǎng)絡(luò)。
基于施工任務(wù)活動(dòng)的安全控制過(guò)程使地鐵工程施
工安全控制由傳統(tǒng)“結(jié)果導(dǎo)向”的“黑箱”型控制模式
轉(zhuǎn)換為兼顧中間過(guò)程環(huán)節(jié)與結(jié)果驗(yàn)證的“灰箱”型控
制模式，并體現(xiàn)出“人-機(jī)-環(huán)境”一體化的安全控制特
點(diǎn)［15］。這種過(guò)程可以看作由兩個(gè)部分組成:一是對(duì)于
施工任務(wù)活動(dòng)的安全微控制;另一個(gè)則是對(duì)施工任務(wù)
整體的安全宏控制。宏控制的目的在于建立完整的施
工過(guò)程安全控制程序體系，總體可分為地鐵工程施工
的事前控制( 前饋控制)、事中控制( 同期控制) 和事后
控制( 反饋控制) 等3 個(gè)階段。
2. 2 知識(shí)重用過(guò)程與安全控制過(guò)程集成
前述的安全控制節(jié)點(diǎn)與施工任務(wù)活動(dòng)的集成，已
經(jīng)包含工程結(jié)構(gòu)、工程環(huán)境、施工工藝、人員投入、機(jī)械
設(shè)備等情境信息，并具備了層次和網(wǎng)絡(luò)的特征。隨著
安全控制節(jié)點(diǎn)分解的粒度，附著其上的知識(shí)情境形成
變粒度，通過(guò)檢索算法調(diào)用規(guī)則知識(shí)庫(kù)、案例知識(shí)庫(kù)中
具有高相似度的安全控制知識(shí)，實(shí)現(xiàn)地鐵工程施工安
全控制知識(shí)重用過(guò)程。
從系統(tǒng)工程的角度看，地鐵工程施工按照WBS 結(jié)
構(gòu)分解至具體的施工任務(wù)活動(dòng)層次，每個(gè)施工任務(wù)活
動(dòng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)最小安全控制節(jié)點(diǎn)，如圖3a 所示，這種
樹狀分解結(jié)構(gòu)將整個(gè)地鐵施工安全控制過(guò)程的各種知
識(shí)項(xiàng)關(guān)聯(lián)在一起，每個(gè)安全控制節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)知識(shí)單
元，通過(guò)知識(shí)單元完成對(duì)安全控制知識(shí)載體、知識(shí)內(nèi)容
和知識(shí)情境等方面的全面描述，如圖3b 所示，包括節(jié)點(diǎn)
信息、情境知識(shí)和領(lǐng)域知識(shí)等內(nèi)容。其中，情境知識(shí)是
安全控制節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的施工任務(wù)活動(dòng)的要素，包括工程結(jié)
構(gòu)維向量( S1
，S2
，…，Sn
)、工程環(huán)境維向量(C1
，C2
，…，
Cn
)、施工工藝維向量(P1
，P2
，…，Pn
)、操作行為維向量
(B1
，B2
，…，Bn
)和機(jī)械設(shè)備維向量(E1
，E2
，…，En
)，通過(guò)
5 個(gè)維度向量的組合可構(gòu)成地鐵工程施工安全控制節(jié)點(diǎn)
中需要獲取的知識(shí)情境。領(lǐng)域知識(shí)包括地鐵工程施工
安全控制的規(guī)則知識(shí)、案例知識(shí)等。通過(guò)對(duì)每個(gè)安全控
制節(jié)點(diǎn)的知識(shí)描述，將不同水平、不同層次的知識(shí)組織
起來(lái)，并在基于施工過(guò)程的3 階段安全控制中隨時(shí)被反
復(fù)調(diào)用，不斷交叉?zhèn)鬟f、流動(dòng)和創(chuàng)造。
圖3 地鐵工程施工安全控制知識(shí)組織及表達(dá)模型
Fig. 3 Organization and description model
of safety controlling knowledge in subway construction
3 工程應(yīng)用實(shí)例
基于面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制
過(guò)程模型，構(gòu)建地鐵工程建設(shè)安全控制系統(tǒng)，如圖4 所
20 施工技術(shù)第39 卷
示。系統(tǒng)前臺(tái)開發(fā)采用JAVA 語(yǔ)言，后臺(tái)采用Oracle9i
數(shù)據(jù)庫(kù)，基于J2EE、Web Services 技術(shù)構(gòu)建分布式多層
結(jié)構(gòu);并運(yùn)用與平臺(tái)無(wú)關(guān)的XML 數(shù)據(jù)傳輸和交換技
術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全控制模型與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的分離，以提升
控制系統(tǒng)的技術(shù)無(wú)關(guān)性; 同時(shí)采用GIS /CAD 平臺(tái)技
術(shù)、智能終端PDA 數(shù)據(jù)采集技術(shù)、VR 可視化技術(shù)、多
媒體技術(shù)等，較好的從應(yīng)用層面解決了如何實(shí)現(xiàn)面向
知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制過(guò)程的問(wèn)題。
圖4 地鐵工程建設(shè)安全控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
Fig. 4 System structure for subway
construction safety controlling system
地鐵工程建設(shè)安全控制系統(tǒng)在沈陽(yáng)地鐵1，2 號(hào)線
工程、武漢軌道交通2 號(hào)線一期工程、鄭州軌道交通1
號(hào)線一期工程、深圳軌道交通9 號(hào)線工程等全國(guó)多個(gè)
城市多條地鐵工程施工中實(shí)施應(yīng)用。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)施建
立起滿足各參建主體安全控制需要的安全控制體系，
進(jìn)行施工安全控制過(guò)程和流程再造，改變了傳統(tǒng)的安
全控制方式，很大程度上減少了地鐵工程施工安全中
存在的控制過(guò)程黑箱、信息孤島、知識(shí)遺失現(xiàn)象的發(fā)
生，使安全控制過(guò)程動(dòng)態(tài)化、系統(tǒng)化、集成化，確保上述
工程建設(shè)的安全順利開展。
4 結(jié)語(yǔ)
全國(guó)城市軌道交通工程正處在高速發(fā)展階段，地
鐵工程施工的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性導(dǎo)致施工安全風(fēng)險(xiǎn)激
增。大量的工程經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，由于施工安全控制不
力，引發(fā)地鐵工程施工安全事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損
失和人員傷亡，產(chǎn)生了嚴(yán)重的社會(huì)負(fù)面影響。因此，必
須針對(duì)傳統(tǒng)安全控制過(guò)程中存在的控制黑箱、信息孤
島和知識(shí)遺失等問(wèn)題，解決施工過(guò)程、安全控制過(guò)程、
知識(shí)重用過(guò)程的集成關(guān)鍵技術(shù)。
通過(guò)分析地鐵工程施工安全控制過(guò)程中存在的問(wèn)
題，闡述安全控制過(guò)程中知識(shí)重用的條件、特性和途
徑。本文提出并建立了面向知識(shí)重用的地鐵工程施工
安全集成控制過(guò)程模型。該過(guò)程模型研究了基于施工
任務(wù)活動(dòng)的安全控制過(guò)程集成技術(shù)，提出完整的施工
過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)控制程序體系，從施工任務(wù)活動(dòng)和施工
過(guò)程整體兩個(gè)角度實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程與安全控制過(guò)程的集
成，消除了安全控制過(guò)程黑箱。同時(shí)研究了知識(shí)重用
過(guò)程與安全控制過(guò)程集成技術(shù)，給出了安全控制知識(shí)
的組織和表達(dá)模型，為安全控制過(guò)程執(zhí)行創(chuàng)造了有效
的知識(shí)重用環(huán)境。
基于面向知識(shí)重用的地鐵工程施工安全集成控制
過(guò)程模型開發(fā)的地鐵工程建設(shè)安全控制系統(tǒng)，在我國(guó)
多個(gè)城市地鐵工程中推廣應(yīng)用并取得良好的應(yīng)用效
果。該集成控制模型的可行性在實(shí)際工程中得到了驗(yàn)
證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地鐵工程施工安全的動(dòng)態(tài)化、系統(tǒng)化、集
成化控制管理，提高了施工安全控制過(guò)程的知識(shí)重用
水平和能力，有力地降低和預(yù)防了地鐵工程施工安全
事故的發(fā)生。
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24 施工技術(shù)第39 卷
單位根據(jù)批準(zhǔn)的二級(jí)計(jì)劃編制三級(jí)計(jì)劃，并監(jiān)督其實(shí)
施、整改。
4) 三級(jí)進(jìn)度計(jì)劃須經(jīng)監(jiān)( 管) 理單位或投資建設(shè)
公司項(xiàng)目經(jīng)理部審核、批準(zhǔn)后方可實(shí)施。
5) 對(duì)項(xiàng)目經(jīng)理部、監(jiān)( 管) 理單位、施工單位等的
檢查、評(píng)比所得總平均分，為整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度管理的綜合
得分。
6) 各級(jí)進(jìn)度計(jì)劃均須以Project 軟件編制的橫道
圖表示，有條件的可以采用網(wǎng)絡(luò)圖，須標(biāo)示各工作的邏
輯關(guān)系、關(guān)鍵路徑。
7) 合同中須有工期要求( 開工時(shí)間、完工時(shí)間、總
工期) 及因提前或延期完工而獎(jiǎng)罰的內(nèi)容。
8) 投資建設(shè)公司項(xiàng)目經(jīng)理部每次向承包單位付款
時(shí)，均要核對(duì)其所承包工作或工程的進(jìn)度控制情況;若
經(jīng)核實(shí)為承包單位的責(zé)任而使相關(guān)工作或工程進(jìn)展滯
后，則須按合同予以經(jīng)濟(jì)處罰。
9) 參建單位每次工程會(huì)議均要通報(bào)有關(guān)工程的進(jìn)
展情況，若工作落后于計(jì)劃，則要研究、提出切實(shí)可行
的處理措施，確定實(shí)施單位，并記載于會(huì)議紀(jì)要等相關(guān)
文件中。
10) 以分解目標(biāo)打分的方式對(duì)進(jìn)度計(jì)劃及其實(shí)施
情況進(jìn)行檢查、評(píng)價(jià)。
11) 根據(jù)對(duì)進(jìn)度計(jì)劃、實(shí)施、控制、檢查、評(píng)比所得
分?jǐn)?shù)，對(duì)相關(guān)責(zé)任方予以獎(jiǎng)懲。
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