数智融合解构隧道安全风险

曹秋仙

(三明医学科技职业学院网络技术中心 福建三明 365000)

随着社会不断发展，道路不断增加、延伸、提升等，隧道也随之增加。近年来,全国各地隧道交通事故发生逐年增多，且危害后果相当严重，隧道交通安全管理研究比较薄弱[1]。针对此情况，笔者走访交通公路、公安交警等部门展开调查分析，结合大数据、人工智能、边缘算法等科技手段，积极探索建立“三升三全一机制”隧道治理安全模型（下面以三明为例）。

1 隧道安全风险管理要求

基于对一般施工情况分析，可看到隧道安全风险管理的突出现实意义。其意义既可表现在施工时，也可表现于隧道的后期应用。在隧道施工期间，应基于实际需要进行规范化标准制定，以工程建设各个阶段预期进行合理化安全管理，从而持续改善工程建设质量，科学节约工程建设时间，用于满足各类隧道工程建设需求。隧道工程和当今社会发展密切相关，所以在施工安全管理方面，采用数智融合的质量控制非常重要，这种方法需要运用现代技术手段进行各类施工技术应用的强化，并对建设质量有效控制，以全面提升交通工程建设效率，使工程建设质量符合标准要求[2]。基于风险管理的要求，在各类隧道工程实际施工时，施工人员一般会借助相应施工技术完成加固任务，由此提升隧道工程荷载能力，让工程更加安全和稳固。在此期间，应用数智融合解析隧道安全风险的意义如下。

第一，数智融合对隧道施工区域的地质勘察具有重要的支持作用。部分施工单位对地质勘察不重视，造成了工程建设时的地质危险因素大大增加。数智融合可化解对其产生的不利影响。第二，施工区域具备多变性特点，同时有着不良地质夹层的现象，让风险事故发生的可能性大幅度提升。而利用数智融合技术，可显著提高施工建设的安全系数[3]。第三，一般的隧道施工地点位于山体、河流、溶洞等地区，而同时此类区域往往是“三不通”的，所以，在建设时应对水、电和交通问题加以解决，待这些工作完成后，还应做好施工技术确定和施工方案选择等工作，把这些工作做好需要有数智融合解构的支持。第四，实际隧道工程建设期间，作业空间的低矮、噪声大过、危险系数过高等特点，都可成为隧道状况与安全风险管理要求的重点，并通过数智融合来解决。

2 隧道状况与治理背景

三明市地处福建省中部，国省道总里程数为1 953 km，山高隧道多，全市普通公路隧道共有33 座，隧道总长30 770.3 m，其中特长隧道2 座，长隧道12 座，中隧道9座，短隧道10 座；国省道隧道21 座，快速通道隧道12座。隧道年均日交通量超过10 000 车次，隧道交通事故主要违法行为是违法变更车道、超速、未与前车保持足够安全制动距离等。

隧道治理背景总结如下：三明市石马岬、新城、焦坑岭隧道前3 年来先后发生亡人交通事故，特别是石马岬和新城隧道各发生一次死亡3 人较大交通事故，在社会上造成很大的反响。以数据为基本要素，运用信息通信技术、视频监控、探头以及各类智能传感器收集数据，结合事故深度调查分析，发现隧道内存在灯光照明不足、排风效果不佳、视线诱导设施不足等隐患问题。市委、市政府高度重视，多次组织会商、实地调研，借助平安办、道安办、安办等平台，推动全市隧道隐患治理。充分应用云计算、大数据、人工智能、边缘算法、新型材料等科技手段，积极探索建立隧道AI治理安全模型，全面推动隧道交通安全综合治理工作，树立数字隧道安全智能建设标杆，为交通强国贡献新的智慧和力量。

3 治理安全模型架构

3.1 实施AI驱动，健全安全防控体系

一是建设隧道安全防控体系。根据视频监控覆盖面的特点，建设不间断的车辆变道抓拍系统、视频巡查监控系统和交通测速卡口系统等，并接入公安交通集成指挥平台、南威卡口等数据平台，确保隧道全程视频监管无死角、无盲区、全覆盖。加强对隧道超速、超车、变道、掉头、压线行驶和接拨打电话以及未系安全带等妨碍交通安全违法行为进行实时动态监管，实现隧道全程视频监管、违法照片随时提取，提升隧道交通安全防控能力[4]。二是建设隧道AI应急预警模型。充分利用视频巡查监控系统、交通测速卡口系统和车辆变道抓拍系统，依托公安交通集成指挥和南威卡口等平台与软件，结合隧道长度、限速值、车辆类型、照明度与粉尘浓度等条件研究开发AI应急预警模型，通过使用AI应急预警模型对照片和视频的二次识别、融合计算、分析与处理，实现隧道过往车辆通行异常自动分析与发送预警信息，如违停、交通事故等，做到隧道内24 h 通行情况的实时动态感知预警，迅速出击，第一时间发现和处置隧道内的故障违停、交通堵塞、交通事故等突发事件，确保隧道内通行井然有序。三是建设隧道AI消防安全模型。增设消火栓系统、自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统、灭火器、应急照明和疏散指示标志等，并接入后台数据平台，建立隧道AI 消防安全模型[5]。通过隧道AI消防安全模型可以分析火灾报警位置，通过视频监控系统，可以分析及时制订有效逃生方案，同时可以启用喷水灭火装置，为有效地扑救火灾和人员疏散创造有利条件，从而减少火灾造成人员伤亡和财产损失。

3.2 实施微改造，提升隧道通行条件

一是应用瓷化纳米新技术。隧道壁涂画纳米材料“瓷化涂料墙”，具有高亮、拒油、拒水、拒尘、抗裂的特点，从而形成一个漫反射表面，避免隧道反光引起驾驶员视觉不适，大大提升隧道照明度，提升率约在10%～20%，有利提高驾驶员行车视线的距离；侧壁反射率达到0.8以上，隧道洞内、外光线差减小了，最大程度地减轻视觉盲的感觉，有利于提升驾驶员行车视觉效果。二是应用智能自动化新设备。对隧道照明、通风等机电设施的升级改造，增加照明和通风设备，安装自动监测控制系统，根据隧道内粉尘、风向和照明情况，实现AI 自动化监测、分析研判及远程控制，自动启停射流风机和照明时序闸，实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行，保持隧道内的清洁度、能见度和照明度[6]。三是应用交通诱导警示设施。增设LED显示屏和LED 指示灯，增设减速标线，增设凸起反光标、轮廓标和轮廓带，增设车道边界线，增加或更换隧道相关标志，重新施画标线，确保隧道轮廓清晰、车道醒目，给驾驶员提供清晰明亮的道路行车环境。

3.3 实施一体化机制，建立“警路联合”工作机制

与公路养护部门创新共建警路联合工作机制，实现信息共享、优势互补、联勤联查、应急处置等隧道安全管理模式，这将保证隧道环境的稳定性[7]。具体操作过程中，理想的做法是实行每月对隧道联勤联动联治进行相互考评制度，每季度进行1次联席会制度，建立隧道维护与保养制度，每年不少于4 次对隧道的灯光进行检测，每日不少于4次对隧道的土建结构、机电设施等的养护进行巡查，每周至少3次路面清洁维护，每周不少于1 次高压水车全面清洗和保养维护，保证隧道舒适、明亮、安全正常的通行环境。事实证明，相关做法可对隧道安全风险防范产生长期支持。

3.4 建立隧道安全基础数据库

对我国各类隧道施工所发生安全事故情况与典型案例进行筛选，得到已完成的隧道工程案例，并据此构建公路、铁路等多种隧道安全基础数据库，并从数据库分析视角出发，以“海恩法则”为参照，做事故出现征兆与苗头的分析识别，再提前采取相应的预防措施[8]。在整个过程中，对于隧道安全管理问题表现及背后原因、解决对策、预警体系的完善都是有必要的。管理者可分析类似的已完工程安全事故，进行对应的规范化整理并给予编码，再结合既往案例对解决对策数据库和预警响应体系进行完善。其中预警响应体系可以划分为3 个级别，如若事故发生可能性在低频率范围内时，可定为一级预警，项目部应采取与之对应的措施；若事故苗头累积增加，可变为二级预警，由项目公司的安全总监进行工作组织，同时会同项目部增加更大范围的响应行动；若事故苗头进一步变化，或者事故征兆显著，便应变为三级预警，将情况上报公司总经理，由公司总经理做安全总监组织，并要求项目部采取共同的响应行动。

下面以隧道边坡溜坡坍塌预防为例，说明建立隧道安全基础数据库和相应预警机制所发挥的重要作用。隧道在开挖时可能造成边坡溜坡坍塌和危岩落石的危险，针对此类风险，采取逐层清理、台阶施工，或者锚网喷支护等方法均具有一定可行性。管理者可基于对数据库中的既往案例分析，分别采取不同程度的不同方法实践。例如：在预警机制初级时，逐层清理的做法较为适用。隧道工程的边坡溜坡坍塌可能性增大，管理者在和既往案例进行对比后便应考虑扩大防范范围，并重点做好防范工作。

4 治理模型实战应用

通过AI隧道治理安全模型应用，全市隧道治理工作取得一定成效。全市隧道交通事故呈断崖式下降，伤亡事故零发生，大大提升了隧道交通安全防控能力。分台阶刷坡施工和锚网喷支护工作。

案例1：三元石马岬隧道（长2 539 m）隐患整治效果。该隧道宽为9 m，双向2 车道，路面施画有中心双黄线和车道边界线。整治前，隧道内违法压线、变道超车、违法停车、超速等交通违法现象明显，隧道粉尘大，灯光昏暗，标线不明显，视线差，极易发生交通事故。通过模型应用，隧道内两侧墙面涂刷瓷化涂料，安装6套车辆变道抓拍系统、2套视频监控系统和2套测速卡口系统，安装自动除尘通风系统，增加或更换照明设备和标志，设置猫眼路面凸起路标和轮廓标，建立日常维护保养制度。整治后，2020年6月以来，交通事故下降显著，未发生伤亡交通事故；简易程序处理的交通事故由原来每年12起下降至每年1起。

图1 近6年来全市隧道发生交通事故分析图

案例2：沙县焦坑岭隧道（长3 615 m）隐患整治效果。该隧道宽为9 m，双向2 车道，路面施画有中心双黄线和车道边界线。整治前，隧道内违法压线、变道超车、违法停车、超速等交通违法现象明显，隧道内路面颗粒多，粉尘大，灯光昏暗，标志标线不完善，视线差，极易发生交通事故。通过模型应用，设置7个监控点，安装车辆变道抓拍系统和视频监控系统和隧道口两端交通测速卡口系统，安装自动除尘通风系统，设置猫眼路面凸起路标和轮廓标，建立日常维护保养制度，完善标志标线。整治后，2020年6月以来，交通事故下降显著，未发生伤亡交通事故；简易程序处理的交通事故由原来每年9起下降至0起。

5 模型应用推广

在数字信息化技术日新月异的年代，管理者要更新观念，针对交通管理的难题和痛点，以更加开放、更加创新的思维方式，探索数字人工智能在交通管理中的应用，寻找智能交通的解决方案，突破交通管理的瓶颈。通过多维度的数据源融合分析，从车辆识别、人脸识别、人像识别等多渠道采集信息并进行应用，通过人工智能提取数据建模，实现精准预警、精确打击、精准防范和精准控制，解决交通管理的技术问题和应用问题。

6 安全风险管理配合手段

数智融合技术对隧道安全风险的化解有重要作用。该技术需要相关人员的密切配合与相关制度的有效支持。在工作实践中，隧道建设者与管理者应突出施工与使用安全风险管理策略的全面性，从而让数智融合功能发挥到极致。

6.1 清晰责任划分

施工之前要做好相应准备工作，在了解施工环境前提下开展施工设计，同时依实际施工需求做好施工队伍的明确分工，保证工程项目的建设责任能够落实至个人，特别是要对各类施工设备做好检查，让施工设备得以在数智环境下正常运行。同时，在施工准备阶段要基于工程特征做各类危险源的排查，并制订化解危险的紧急预案。

6.2 规范操作流程

为了让每一位操作人员均能熟练掌握操作工艺和规范要求，应加强对相关人员的培训工作，并在此基础上加强相关人员对数智融合技术的认知。可以制定质量奖罚条例，使工作人员的责任感更强。针对可能导致安全风险的二次衬砌保护不合理等问题，要做好相应的质量检查工作和成品保护工作。对于工程材料方面，应当专人保管、专地存放。同时，还应有运输无污染、无损坏的意识，为融合数智及提高工程建设质量创造良好环境。

6.3 强调部门协调

由于隧道工程项目的复杂性特点，因此在进行施工安全管理工作过程中，各部门之间需要有相互密切配合的意识和行动，并且同步增加管理与监督的力度。在实际施工时需要多部门协调管理，并严格依有关规定做好管理的落实，持续完善安全风险管理内容，实现工程建设的预期目标。例如：在工程施工初期、过程之中以及后期，均应有详尽的配合跟踪观察方案，以此避免各类问题的出现。在此期间，设立同数智融合工作方式相统一的监督小组或问题解决小组，以便在问题发生时及时协同解决，切实提高安全管理质量。

6.4 做好预防养护

铁路、公路、桥梁等的隧道工程要进行预防养护。在养护管理方面应跟上智能信息化建设步伐，以便及时对边坡隐患等问题加以整治。例如：在预防养护过程中，可以利用TDR 技术对隧道结构进行实时监测，以提高自动化预警系统的准确性和有效性。同时，也要根据隧道的具体施工情况，不断总结和优化养护方案。例如：在防水板环向缝的焊接过程中，采用双缝自动爬焊机，并注意温度控制、焊缝质量和细微裂缝修补等细节问题，结合现代技术手段提出养护策略，提高养护质量和效率。

7 结语

隧道安全风险管理是一项重要的工作，它不仅关系到施工阶段的安全生产，也关系到隧道的后期运营和使用。管理部门应该根据实际需求，不断创新工作思路和方法，有效预防和解决隧道安全风险问题。该文从数智融合的角度出发，结合具体案例，运用大数据、人工智能、边缘算法等科技手段，分析了隧道安全风险的可能性，并阐明了应用数智融合解决方案的重要性。