基于BIM的城市轨道交通运营安全管理研究

　　近年来，我国城镇化发展迅速，城市轨道交通建设在我国呈现出高速质量发展的趋势。城市轨道交通工程是一项复杂而庞大的系统工程，与建筑、车辆和轨道等30多个学科高度融合，涉及设计和技术管理人员较多、项目协调难等特点[1]。由于城市轨道交通运行环境复杂，使得运营突发安全事故的危险性和救援紧急性较高，缺少了安全管理信息化平台。BIM(建筑信息模型)是以三维数字技术为基础，服务于项目全生命周期的数据模型[2]。利用BIM技术平台，有效管控安全隐患，减少运营事故发生。本文采用ISM(解释结构模型)法分析城市轨道交通运营安全影响因素指标体系的多层递阶结构。针对研究结果，从设备安全、安全教育培训、安全应急疏散模拟三方面研究基于BIM的城市轨道交通运营安全管理，旨在为相关运营管理人员提供帮助，推进BIM技术在城市轨道交通安全管理中的应用。

　　1城市轨道交通运营安全影响因素指标体系

　　城市轨道交通运营系统是一个复杂的系统工程，有众多影响因素且关系复杂，难以实现绝对意义上的安全性，依靠可靠的风险识别及研究，能有效预防且控制一些安全隐患。在查阅相关文献及调研的基础上，从“人-机-环-管”四个层面出发，识别分析城市轨道交通的运营安全影响因素，并构建城市轨道交通运营安全影响因素指标体系，如图1所示。

　　1.1人员影响因素

　　人员因素是轨道交通运营安全系统中的可控因素，涉及的人员为驾驶员、安检员、乘客等。人员因素指人员缺乏安全意识、技术操作不熟练、大客流聚集等不安全行为而引发了轨道交通安全事故。通过文献梳理及事故统计，将人员因素汇总为司机违规驾驶、人员责任心差、操作技术不熟练、人为破坏、携带违禁品、蓄意或不慎坠落站台、大客流聚集等。

　　1.2设备影响因素

　　城市轨道交通是多个系统相互作用、相互影响下正常运行的，因此所有设备都应保持正常运行，不能发生故障，否则会影响轨道交通正常运转，诱发安全事故。通过文献梳理及事故统计，将设备因素汇总为车门故障、车辆设备检修频率、轨道结构稳定性、信号设备故障、电力电缆老化等。

　　1.3环境影响因素

　　内部环境指车站站台、行政区等区域内环境影响人员的情绪变化、身体问题等。外部环境分为自然环境和社会环境。社会环境指极端恐怖组织侵入、恐怖袭击等不安全行为。通过文献梳理及事故统计，将环境因素汇总为暴风雨、台风、恐怖袭击、人为爆炸、安全区设置、紧急出口等。

　　1.4管理影响因素

　　管理指对轨道交通运营涉及的人员和设施管理，制定具体运营规章制度、应急预案等。良好的管理可确保城市轨道交通安全运行，减少或避免运营事故发生的可能性。通过文献梳理及事故统计，将管理因素汇总为安全意识和能力培训、安全投入资金、运营延误时长、应急演练、应急响应时长等。

　　2城市轨道交通运营安全影响因素的ISM模型

　　ISM(InterpretationStructureModel)法结合了离散数学、图论、集合论及社会科学等理论，利用有向图、矩阵等工具对影响因素之间的关系进行有效分析和解释复杂关系机构[3]。ISM法运行步骤如下。

　　2.1建立邻接矩阵

　　A和可达矩阵R针对二级指标因素建立16×16的邻接矩阵A，元素Sij均在0、1中取值，当i=j时，Sij=0，即i要素对j要素无影响;Sij=1，即i要素对j要素直接影响。可达矩阵R=(A+I)n，R满足(A+I)n=(A+I)n+1≠(A+I)n-1，其中I为单位矩阵。由于城市轨道交通运营安全影响因素指标体系过多，利用Matlab运行出可邻接矩阵和可达矩阵。

　　2.2因素层级划分

　　层级划分基于可达矩阵R(Si)与先行集Q(Si)和R(Si)的公共集间的关系，列出每单元的R(Si)、Q(Si)、R(Si)∩Q(Si)，从中删除R(Si)=R(Si)∩Q(Si)层的元素，以此类推，直到提取出所有元素。计算得出第1层单元为5、9单元，L1={S5，S9}，在可达矩阵中去掉该层单元继续划分。以此类推，L2={S4，S6}、L3={S1，S3，S7，S8}、L4={S2，S11，S14，S16}、L5={S10，S13，S15}、L6={S12}。

　　2.3多层递阶结构分析

　　在计算结果的基础上，构建出解释结构模型图，如图2所示。首先，ISM模型的第一、二层为可诱发轨道交通运营安全事故的直接因素。对于直接影响因素的预防和消除，要时刻注意城市轨道交通运营设备的安全状态，做好检修工作。其次，第三、四层是影响因素中间层，是保证城市轨道交通运营安全的重难点因素。因此，要规范管理，加强法制教育、职业培训和员工安全意识教育，从根本上提高员工素质和操作能力，还需要加强乘客安全乘车意识，宣传自救知识。第五、六层的影响因素是宏观影响因素。最底层因素不易察觉、易被忽视，但其会影响中层，成为轨道交通运营事故发生的潜在原因。运营人员应制定合理的规章制度，制定适合不同运营时段的安全方案和应急计划，注重车站及员工周围工作环境的变化，加强安全管理，营造舒适的工作环境。

　　3基于BIM的城市轨道交通运营安全管理利用

　　BIM技术为城市轨道交通运营安全建立运行良好的安全管理信息系统，有效预防和减少轨道交通运营安全事故的发生，提高安全管理水平。在以上研究结果的基础上，结合因素的性质与BIM技术的特点，利用BIM技术有效管控运营安全影响因素。运用BIM技术的可视化、模拟性等特点对设备进行运营安全管理，可有效管控运营中存在的设备隐患;运用BIM技术对人员进行安全教育培训，增强安全意识，减少人员不安全行为，有效预防和减少轨道交通运营安全事故的发生;运用BIM技术进行安全应急疏散模拟，改善运营的应急安全管理，减少安全事故的伤亡损失。本文从轨道交通的设备安全管理、安全教育培训、安全应急疏散模拟三方面研究BIM技术对城市轨道交通运营的安全管理，促进BIM技术在城市轨道交通安全管理中的应用。

　　3.1基于BIM技术的设备安全管理

　　城市轨道交通涉及的设备种类多、使用功能不同等是设备管理的难题。利用BIM技术建立设备管理系统是利用数字化集成管理设备，可直观查看设备运行状态。设备管理系统是在项目初期，将轨道交通涉及的各种设备及相关详细信息录入系统，后期通过不断完善和优化形成。在运维阶段，利用传感器和模型结合可实时监控，查看设备的各种参数信息、设备是否运行正常等。设备管理系统对设备进行规范的分类和编码，输入设备特定编码，即可获取设备制造商、维修知识、保修服务等信息，维修人员实时查看设备维护周期、维护手册等信息进行维护。当设备发生故障时，管理人员可准确定位设备，利用系统中的相关信息快速维护。

　　3.2基于BIM技术的培训安全教育

　　城市轨道交通的工作人员及乘客较多，仅使用宣传短片教育培训不能取得很好的效果;大型实战演练培训需大量的人力、物力、财力，难以实现。采用BIM技术对工作人员进行安全教育培训，解决现存难题。运用BIM技术建立三维车站模型，通过三维漫游让工作人员360°无盲区走进站台及查看模型，熟悉工作场景、流程。BIM模型与VR技术相结合，构建虚拟车站，人员在虚拟站内模拟日常工作或安全练习，检查其操作的正确性。借助BIM动画软件制作安全教育视频，让乘客直观了解一些安全装置的位置和最佳逃生路线。利用VR技术搭建虚拟逃生平台，让乘客真实模拟逃生。

　　3.3基于BIM技术的安全应急疏散模拟

　　城市轨道交通由于空间封闭等特殊特点，当乘客客流量过大，很小的诱因都会引发安全事故。采用BIM技术，利用Path-finder应急疏散仿真软件对应急疏散进行可视化仿真，合理利用应急疏散通道，针对多种因素制定应急疏散方案，为人员安全应急演练提供参考。BIM疏散仿真模型与无线传感器和监控系统结合，在应急现场通过先进的技术将人员信息实时传输到BIM疏散仿真模型中，快速找到最佳逃生路线。通过BIM技术的疏散模拟三维动画，直接观察到不同疏散时刻、不同区域的人员密度情况及各疏散出口的人员流量变化情况等信息，并生成图表数据，分析疏散出口、路径等是否满足人员疏散要求，若不满足，需调整建筑物的出口位置、数量及宽度，优化直至确定最佳安全应急疏散方案为止。

　　4结语

　　我国城市轨道交通当前处于快速发展阶段，运营过程还存在一定的安全事故问题。本文采用ISM法建立多层级影响关系图，分析影响因素之间的关系。针对研究结果，从设备安全、安全教育培训、安全应急疏散模拟三方面研究BIM技术在城市轨道交通运营安全方面的应用，有效管理城市轨道交通运营安全。

　　参考文献:

　　[1]史海欧，袁泉，张耘琳，等.基于BIM交互与数据驱动的多专业正向协同设计技术[J].西南交通大学学报，2021，56(1):176-181.

　　[2]过俊.BIM在国内建筑全生命周期的典型应用[J].建筑技艺，2011(Z1):95-99.

　　[3]尹洪英，徐丽群，权小锋.基于解释结构模型的路网脆弱性影响因素分析[J].软科学，2010，24(10):122-126.

　　《基于BIM的城市轨道交通运营安全管理研究》来源：《技术与市场》，作者:李娜; 凡志凤