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面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制过程研究

文档作者：周诚烈云周迎余群舟文档来源：华中科技大学土木工程与力学学院		点击数：	更新时间： 2025年05月10日
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2010 年9 月
第39 卷第9 期
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 17
面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制过程研究
周诚，丁烈云，周迎，余群舟
( 华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074)
［摘要］地铁工程施工的复杂性和动态性给施工安全带来了极大的压力和挑战。通过分析地铁工程施工安全控制
过程及其知识重用的条件、特性和途径，针对传统安全控制过程中存在的控制黑箱、信息孤岛和知识遗失等问题，
提出并建立了面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制过程模型，研究了施工过程、安全控制过程和知识重用
过程的集成技术、安全控制知识的组织和表达模型。基于该集成模型开发的地铁工程建设安全控制系统，在我国
多个城市地铁工程中推广应用并取得良好的应用效果，提高了我国地铁工程建设安全管理和知识重用水平。
［关键词］地铁施工;安全风险;控制过程;集成模型;知识重用
［中图分类号］U283. 4 ［文献标识码］A ［文章编号］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
［基金项目］中国博士后面上项目基金(20080440947)
［作者简介］周诚，华中科技大学土木工程与力学学院博士研
究生，湖北省武汉市华中科技大学土木工程与力学学院西六楼
411 室430074，电话: ( 027 ) 87558171，E-mail: hello _ grace @
163. com
0 引言
截至目前，全国已有25 个城市的地铁近期建设规
划获得国务院批复。到2015 年前后，中国将建设87
条地铁线路、总里程2 495 km，总投资9 886 亿元。地铁
工程施工周期长、施工难度大、施工环境复杂，给传统
安全控制管理模式造成极大压力，在建地铁工程几乎
每个城市均有不同程度的建设人员伤亡，重特大事故
时有发生［1-2］，安全形势堪忧。
近年来，地铁工程施工安全控制研究已经取得了
一定进展:钱七虎［3］系统论述了地下工程安全风险管
理的现状和地下工程安全风险管理实践中的问题，针
对性地提出将安全控制管理作为工程施工的必要组成
部分;王梦恕［4］结合具体的地铁工程施工安全事故原
因分析并提出了相应的工程施工安全控制对策;张顶
立［5］在对地层变形及安全事故机理系统分析的基础
上，提出并建立了基于技术主导的五阶段地铁工程安
全风险控制体系。
但是，我国地铁工程中的施工过程与安全控制过
程存在较为严重的脱离，前一阶段施工过程中的安全
18 施工技术第39 卷
问题容易被后续的施工过程掩盖，这种以“安全结果导
向”而非过程控制的传统安全控制模式，在动态复杂的
施工过程中不可避免地带来安全控制的“黑箱”。同
时，施工过程中产生的海量工程安全控制信息，由于责
任主体的博弈、专业的割裂，不仅产生“信息孤岛［6-7］”，
也造成工程安全知识的遗失、扭曲以及获取、重用和共
享困难等问题。
本文在分析地铁工程施工安全控制过程及其知识
重用条件、特性和途径的基础上，建立面向知识重用的
地铁工程施工安全集成控制过程模型，实现对地铁工
程施工安全的动态化、系统化、集成化控制管理，提高
施工安全控制过程的知识重用水平和能力，降低和减
少地铁工程施工安全事故的发生。
1 地铁工程施工安全控制过程的知识重用
1. 1 地铁施工安全控制知识重用的条件
知识重用就是依据类似情境从知识载体中获得需
要的知识内容的过程［8-10］。面向地铁工程施工中的知
识重用必须满足以下条件。
1) 知识载体的可访问性可访问性确保显性及隐
性知识项可以被获取。载体的可访问性要求物质载体
的可用性和人的可联系性。
2) 知识内容的有效性有效性确保知识项的科
学、合理、完备。目前我国地铁工程中某些安全控制知
识不具备有效性，以施工过程中地表沉降的控制值
30mm 为例，在某些风险等级较高的工程中，该取值偏
松，而大部分工程中该取值又偏保守。超过30mm 的
地表沉降控制标准后，多数情况下施工仍可以继续进
行，此时的地表沉降控制值已处于失效状态。
3)知识情境的相似性情境的相似性确保知识项
可以应用于恰当的情境范围。如地铁工程施工中的冷
冻法在很多地铁隧道联络通道施工中均有应用，但在过
江地铁联络通道冻结施工时必须考虑动水条件下的冷
冻效果，否则在开挖过程中易出现特大涌水坍塌事故。
1. 2 地铁施工安全控制知识重用过程与途径
地铁工程施工安全控制过程是应用安全控制知识
解决问题的过程，同时也是安全控制知识产生创造、组
织存储和检索应用的过程。已完成的A 地铁工程施工
过程中的安全知识经验存储在知识库中，现有B 地铁
工程施工过程中通过情境启发、匹配和检索对其进行
修改后重用，并对安全知识重用的正确性和效率进行
检查，如图1 所示，具体主要体现在以下两种途径。
1) 基于规则推理( rule-based reasoning RBR) 的安
全控制知识重用这类知识重用通常关注共性特征，
通过建立抽象规则或综合模型进行推理，大都是显性
的数值性知识。地铁工程施工过程中应用的基于规则
图1 地铁工程施工安全控制过程的知识重用
Fig. 1 Knowledge reuse in safety controlling
process of subway engineering
推理的安全控制知识主要包括工程危险源辨识与定级
准则、监控指标预报警准则、结构及环境力学模型评判
准则、工程风险巡视评判准则、工程关键问题综合评判
准则等［11-12］。
2) 基于案例推理( case-based reasoning CBR) 的安
全控制知识重用借鉴历史工程安全控制实例的经验
与知识来求解类似工程的安全控制策略与技术问题，
这些大都是隐性的零散分布于工程专家中的经验知
识。地铁工程施工过程中应用的基于案例推理的安全
控制知识主要包括施工影响预测分析、工程风险成因
分析、工程安全综合诊断与预警、安全技术措施制定和
应急决策等。这类知识可以通过具体工程案例描述事
物，具有更丰富的工程个性特征( 属性)。
2 地铁工程施工安全集成控制过程模型
地铁工程施工安全控制过程指基于控制原理的一
系列地铁工程施工安全控制相关活动及其程序。为了
有效解决目前我国地铁工程施工安全控制中存在的过
程黑箱、信息孤岛、知识遗失等问题，建立如图2 所示的
面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制过程模型。
2. 1 施工任务活动与安全控制过程集成
地铁工程施工可按照WBS 结构分解至具体的施
工任务活动层次，施工任务活动之间存在逻辑关系，形
成施工进度的CPM 网络计划。本文借鉴全面质量管
理TQM 的思路，提出基于施工任务活动( construction
activity)［13-14］的安全控制过程。
施工进度CPM 网络计划中每个具体的施工任务
活动是最小的施工活动单元，附着在每个施工任务活
动上的要素都对应该活动执行时所必须的安全控制属
性。每个施工任务活动对应的安全控制属性综合成最
小的安全控制节点( safety control point) ，反之，通过这
2010 No. 9 周诚等:面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制过程研究19
图2 面向知识重用的地铁工程施工
安全集成控制过程模型
Fig. 2 Integrated safety controlling model of subway
construction based on knowledge reuse
些安全控制节点控制相应施工任务活动执行时的安
全，并形成基于地铁任务活动的安全控制网络。
基于施工任务活动的安全控制过程使地铁工程施
工安全控制由传统“结果导向”的“黑箱”型控制模式
转换为兼顾中间过程环节与结果验证的“灰箱”型控
制模式，并体现出“人-机-环境”一体化的安全控制特
点［15］。这种过程可以看作由两个部分组成:一是对于
施工任务活动的安全微控制;另一个则是对施工任务
整体的安全宏控制。宏控制的目的在于建立完整的施
工过程安全控制程序体系，总体可分为地铁工程施工
的事前控制( 前馈控制)、事中控制( 同期控制) 和事后
控制( 反馈控制) 等3 个阶段。
2. 2 知识重用过程与安全控制过程集成
前述的安全控制节点与施工任务活动的集成，已
经包含工程结构、工程环境、施工工艺、人员投入、机械
设备等情境信息，并具备了层次和网络的特征。随着
安全控制节点分解的粒度，附着其上的知识情境形成
变粒度，通过检索算法调用规则知识库、案例知识库中
具有高相似度的安全控制知识，实现地铁工程施工安
全控制知识重用过程。
从系统工程的角度看，地铁工程施工按照WBS 结
构分解至具体的施工任务活动层次，每个施工任务活
动对应于一个最小安全控制节点，如图3a 所示，这种
树状分解结构将整个地铁施工安全控制过程的各种知
识项关联在一起，每个安全控制节点形成一个知识单
元，通过知识单元完成对安全控制知识载体、知识内容
和知识情境等方面的全面描述，如图3b 所示，包括节点
信息、情境知识和领域知识等内容。其中，情境知识是
安全控制节点对应的施工任务活动的要素，包括工程结
构维向量( S1
，S2
，…，Sn
)、工程环境维向量(C1
，C2
，…，
Cn
)、施工工艺维向量(P1
，P2
，…，Pn
)、操作行为维向量
(B1
，B2
，…，Bn
)和机械设备维向量(E1
，E2
，…，En
)，通过
5 个维度向量的组合可构成地铁工程施工安全控制节点
中需要获取的知识情境。领域知识包括地铁工程施工
安全控制的规则知识、案例知识等。通过对每个安全控
制节点的知识描述，将不同水平、不同层次的知识组织
起来，并在基于施工过程的3 阶段安全控制中随时被反
复调用，不断交叉传递、流动和创造。
图3 地铁工程施工安全控制知识组织及表达模型
Fig. 3 Organization and description model
of safety controlling knowledge in subway construction
3 工程应用实例
基于面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制
过程模型，构建地铁工程建设安全控制系统，如图4 所
20 施工技术第39 卷
示。系统前台开发采用JAVA 语言，后台采用Oracle9i
数据库，基于J2EE、Web Services 技术构建分布式多层
结构;并运用与平台无关的XML 数据传输和交换技
术，实现安全控制模型与系统实现技术的分离，以提升
控制系统的技术无关性; 同时采用GIS /CAD 平台技
术、智能终端PDA 数据采集技术、VR 可视化技术、多
媒体技术等，较好的从应用层面解决了如何实现面向
知识重用的地铁工程施工安全集成控制过程的问题。
图4 地铁工程建设安全控制系统体系结构
Fig. 4 System structure for subway
construction safety controlling system
地铁工程建设安全控制系统在沈阳地铁1，2 号线
工程、武汉轨道交通2 号线一期工程、郑州轨道交通1
号线一期工程、深圳轨道交通9 号线工程等全国多个
城市多条地铁工程施工中实施应用。通过系统实施建
立起满足各参建主体安全控制需要的安全控制体系，
进行施工安全控制过程和流程再造，改变了传统的安
全控制方式，很大程度上减少了地铁工程施工安全中
存在的控制过程黑箱、信息孤岛、知识遗失现象的发
生，使安全控制过程动态化、系统化、集成化，确保上述
工程建设的安全顺利开展。
4 结语
全国城市轨道交通工程正处在高速发展阶段，地
铁工程施工的动态性和复杂性导致施工安全风险激
增。大量的工程经验教训表明，由于施工安全控制不
力，引发地铁工程施工安全事故，造成了巨大的经济损
失和人员伤亡，产生了严重的社会负面影响。因此，必
须针对传统安全控制过程中存在的控制黑箱、信息孤
岛和知识遗失等问题，解决施工过程、安全控制过程、
知识重用过程的集成关键技术。
通过分析地铁工程施工安全控制过程中存在的问
题，阐述安全控制过程中知识重用的条件、特性和途
径。本文提出并建立了面向知识重用的地铁工程施工
安全集成控制过程模型。该过程模型研究了基于施工
任务活动的安全控制过程集成技术，提出完整的施工
过程安全风险控制程序体系，从施工任务活动和施工
过程整体两个角度实现施工过程与安全控制过程的集
成，消除了安全控制过程黑箱。同时研究了知识重用
过程与安全控制过程集成技术，给出了安全控制知识
的组织和表达模型，为安全控制过程执行创造了有效
的知识重用环境。
基于面向知识重用的地铁工程施工安全集成控制
过程模型开发的地铁工程建设安全控制系统，在我国
多个城市地铁工程中推广应用并取得良好的应用效
果。该集成控制模型的可行性在实际工程中得到了验
证，实现了对地铁工程施工安全的动态化、系统化、集
成化控制管理，提高了施工安全控制过程的知识重用
水平和能力，有力地降低和预防了地铁工程施工安全
事故的发生。
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( 下转第24 页)
24 施工技术第39 卷
单位根据批准的二级计划编制三级计划，并监督其实
施、整改。
4) 三级进度计划须经监( 管) 理单位或投资建设
公司项目经理部审核、批准后方可实施。
5) 对项目经理部、监( 管) 理单位、施工单位等的
检查、评比所得总平均分，为整个项目进度管理的综合
得分。
6) 各级进度计划均须以Project 软件编制的横道
图表示，有条件的可以采用网络图，须标示各工作的逻
辑关系、关键路径。
7) 合同中须有工期要求( 开工时间、完工时间、总
工期) 及因提前或延期完工而奖罚的内容。
8) 投资建设公司项目经理部每次向承包单位付款
时，均要核对其所承包工作或工程的进度控制情况;若
经核实为承包单位的责任而使相关工作或工程进展滞
后，则须按合同予以经济处罚。
9) 参建单位每次工程会议均要通报有关工程的进
展情况，若工作落后于计划，则要研究、提出切实可行
的处理措施，确定实施单位，并记载于会议纪要等相关
文件中。
10) 以分解目标打分的方式对进度计划及其实施
情况进行检查、评价。
11) 根据对进度计划、实施、控制、检查、评比所得
分数，对相关责任方予以奖惩。
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