交通土建工程施工安全风险评估与智能化预警系统设计

1.引言

1.1 研究背景

近年来，我国交通基础设施建设持续加快，特别是城市轨道交通、高速公路、跨江大桥等大型土建工程项目不断涌现。然而，这些工程往往具有施工环境复杂、地质条件多变、周边环境敏感等特点，施工过程中存在坍塌、渗漏、火灾、爆炸等多种安全风险。一旦发生事故，不仅会造成人员伤亡和经济损失，还可能引发社会不良影响。因此，如何科学评估施工安全风险，并建立有效的预警机制，成为当前交通土建工程领域亟待解决的重要问题。

1.2 研究意义

传统的施工安全管理多依赖人工巡检和经验判断，存在响应滞后、覆盖不全等问题。随着信息技术的发展，智能化手段为施工安全风险管理提供了新的思路。通过构建智能化预警系统，可以实现对施工全过程的实时监控与风险预测，从而提前采取防范措施，有效降低事故发生概率。本研究旨在结合风险评估理论与智能技术，设计一套适用于交通土建工程的智能化预警系统，为工程安全管理提供技术支撑。

2.分析交通土建工程施工安全风险的主要类型与特点

交通土建工程施工安全风险种类繁多，依据工程类型、施工阶段及环境条件可划分为地质与环境风险、结构安全风险、施工工艺风险、人为与管理风险以及外部环境干扰风险等主要类型。地质与环境风险主要表现为地质灾害如滑坡、塌方、地下水突涌，以及周边环境影响如邻近建筑物沉降、管线破裂等，这类风险在隧道、基坑等地下工程中尤为突出，具有隐蔽性强、突发性高的特点。结构安全风险则集中在施工过程中结构失稳、变形超限或坍塌，如桥梁支架失稳、隧道围岩变形过大等，其特点是后果严重、影响范围广，一旦发生往往造成重大人员伤亡和经济损失。施工工艺风险涉及施工方法不当、设备操作失误、工序安排不合理等，如深基坑开挖未及时支护、盾构掘进参数控制不当等，这类风险与施工管理密切相关，具有较强的可控性。人为与管理风险包括人员违章操作、安全意识薄弱、管理制度不健全等，在各类工程中普遍存在，是导致事故发生的重要因素。外部环境干扰风险如恶劣天气（暴雨、台风）、交通干扰、社会治安等不可控因素，其特点是难以预测，但可通过预案降低影响。总体而言，交通土建工程安全风险具有复杂性、动态性、连锁性和高后果性等特点，必须采取系统化、全过程的风险管控措施，才能有效防范事故发生。

3.探讨风险评估的常用方法及其适用性

在交通土建工程施工安全风险评估中，常用的方法包括定性分析法、半定量分析法、定量分析法以及综合分析法，每种方法在适用场景、数据要求和评估精度上各具特点。定性分析法如安全检查表法（SCL）、故障树分析法（FTA）、事件树分析法（ETA）等，主要依靠专家经验和历史数据进行风险识别与初步评估，适用于工程初期或数据不足阶段，其优点是操作简便、成本低，但主观性较强，难以量化风险等级。半定量分析法如风险矩阵法（L 矩阵）、作业条件危险性评价法（LEC）等，通过将风险发生的可能性和后果严重程度进行分级赋值，进而计算风险值并确定风险等级，适用于施工过程中的阶段性风险评估，兼具定性与定量特点，但在赋值标准上存在一定主观性。定量分析法如概率风险评估法（PRA）、蒙特卡洛模拟法（MCA）等，基于大量统计数据和数学模型对风险进行精确量化，适用于大型复杂工程或关键工序的深度评估，其结果客观可靠，但对数据质量和模型精度要求较高，实施难度大。综合分析法如层次分析法（AHP）、模糊综合评价法（FCE）等，通过构建多层次评价指标体系，结合专家打分与数学模型进行综合评估，适用于多因素、多目标的复杂工程风险评估，能够有效整合定性与定量信息，但在权重确定和模糊处理上仍依赖专家经验。此外，随着信息技术的发展，基于大数据和人工智能的风险评估方法逐渐兴起，如神经网络、支持向量机等，能够通过历史数据训练模型，实现风险动态预测，适用于数据丰富且需要实时监控的工程场景，但模型训练复杂、可解释性差仍是其应用瓶颈。总体而言，风险评估方法的选择应根据工程特点、数据条件和评估目标综合确定，通常采用多种方法结合的方式，以提高评估的全面性和准确性。

4.设计智能化预警系统的总体架构与功能模块

智能化预警系统的总体架构设计应遵循“全面感知、智能分析、精准预警、协同处置”的原则，采用分层架构设计，包括感知层、传输层、平台层和应用层。感知层负责通过各类传感器（如位移计、应力计、水位计、摄像头等）实时采集施工现场的物理参数和环境数据，实现风险源的全面感知。传输层通过有线（光纤、以太网）或无线（4G/5G、LoRa、NB-IoT）网络将感知层数据稳定传输至平台层，确保数据传输的实时性和可靠性。平台层是系统的核心，包括数据存储与处理模块、风险分析模块、智能预警模块、应急联动模块、数据管理模块和系统管理模块。数据存储与处理模块采用分布式数据库和大数据技术，实现海量数据的存储、清洗与预处理；风险分析模块基于历史数据和实时数据，采用机器学习算法（如随机森林、LSTM）进行风险预测，支持多维度风险评估；智能预警模块设定多级预警阈值（如蓝、黄、橙、红），根据风险等级自动触发预警，预警方式包括短信、APP 推送、声光报警等；应急联动模块内置不同风险类型的应急预案，支持一键启动，并与现场广播、疏散指示、视频监控等系统联动，实现自动化应急响应；数据管理模块支持历史数据查询、统计分析和报表生成，提供数据备份与恢复功能；系统管理模块包括用户权限管理、设备管理、日志记录等，确保系统安全稳定运行。应用层面向不同用户（如项目经理、安全员、监理单位等）提供可视化界面和决策支持功能，通过Web 端、移动端等多终端实现风险信息的实时展示与交互。技术支撑方面，系统依托物联网技术实现设备互联与数据采集，大数据技术支撑海量数据的存储与处理，人工智能技术提升风险识别与预测的准确性，BIM/GIS 技术实现施工过程的可视化与空间分析。通过上述架构与模块设计，智能化预警系统能够实现对交通土建工程施工安全风险的全面感知、智能分析与高效处置，为工程安全管理提供有力支撑。

5.结论

本文系统分析了交通土建工程施工安全风险的主要类型与特点，探讨了风险评估的常用方法及其适用性，并设计了智能化预警系统的总体架构与功能模块。研究表明，交通土建工程安全风险具有复杂性、动态性和高后果性，需采用科学的风险评估方法进行精准识别。传统方法如 LEC 法、AHP 法和故障树法适用于不同场景，而结合 BIM 与数值模拟的现代化方法可提升评估精度。智能化预警系统通过物联网、大数据与人工智能技术，实现了风险实时监测、智能分析与多级预警，构建了“感知—分析—预警—处置”的闭环管理机制。该系统不仅提高了施工安全管理的主动性与预见性，也为工程决策提供了科学依据。未来，随着技术的不断进步，智能化预警系统将在交通土建工程安全管理中发挥更加重要的作用，推动行业向数字化、智能化方向发展。

参考文献

[1]俞素平,肖冰.交通土建工程安全风险评估与控制[M].厦门大学出版社:202204:309.

[2]贾俊峰,梁青槐.WBS-RBS 与 AHP 方法在土建工程施工安全风险评估中的应用[J].中国安全科学学报,2005,(07):101-103+107-1.