1 绪论
1.1 研究背景
上世纪 60 年代以来，我国人口急剧增长。随着人民受教育程度的不断提高以及各种资源向城市的富集，大量人口涌入城市，造成了城市人口的大幅度增长。人们日益增长的出行需求为城市的路面交通带来了巨大的压力。地铁使得人们的出行由地面向地下转移，大大地缓解了地面交通的拥堵，所以地铁建设是 21 世纪我国解决城市交通问题的必由之路。 “十二五”期间我国加快了综合交通运输枢纽的建设，
累计投入约 3 万 8 千亿元人民币用于轨道交通的建设中，建成总里程达 7395 公里。截至 2020 年，预计我国将有 33 个城市建成共计 177 条地铁线。
“十三五”期间，越来越多的二三线城市也纷纷进入地铁建设的高峰期。二三线城市大力发展地铁建设的同时，北京、上海、广州、深圳、天津这五个一线城市也大规模地扩展城市轨道交通网络建设。据统计，全国目前在建的轨道交通里程数为 4070 公里，其中五个一线城市占据了总量的四分之一。根据北上广深天津这些一线城市轨道交通建设计划的分析，“十三五”期间一线城市轨道交通新增里程数达到1571 公里，并且未来规划都将把城市轨道交通占公共交通比例提高到 50%以上[1]。以上事实表明，在未来的十年内，我国的地铁建设仍然有很大的发展空间。
目前，随着地铁建设规模迅速扩张，安全风险管理压力持续增大。自 2003 年以来，地铁施工安全事故数量仍然居高不下（如图 1-1），造成了巨大的生命与财产损失。如 2003 年 7 月 1 日，上海地铁 4 号线发生渗水，大量流沙涌入而引起地面大幅沉降，此次事故造成直接经济损失达 1.5 亿元；2008 年 11 月 15 日杭州地铁湘湖站发生基坑坍塌事故，造成了 21 人死亡，直接经济损失超过 4900 余万元；最近的一次事故发生在 2018 年 2 月 8 日，佛山轨道交通 2 号线一期工程发生隧道坍塌重大事故，造成 11 人死亡，8 人受伤的惨痛后果。
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1.2 存在问题
虽然大多数地铁施工安全管理中已经采用风险识别、风险评估、风险分析和风险控制的风险管理手段，但是风险管理活动的成功实施，需要依赖大量的实际经验和丰富的理论知识，如现场安全巡视、风险评估和专家咨询[5]。然而，地铁施工安全风险管理是一项复杂的工作，不仅涉及的对象众多，而且参与的主体也涉及多个单位和机构，其管理过程非常复杂。并且由于建设行业从业人员的高流动率，安全风险相关的知识并不能在不同项目间得到充分重用。这种现象已经成为地铁建设工程成功的主要障碍。
为了克服这一障碍，知识管理已经被大多数组织采纳并作为一种利用知识的手段[8-10]。在建设行业中，知识管理的目的是有效地、系统地传递和共享工程师的知识和经验，通过这样的方式可用从以前项目中获得知识并用来解决新项目中的问题，从而有效地鼓励组织建立基于经验、信息和通信技术的连续反馈学习和知识更新的机制[11, 12]。尽管工程建设组织在知识管理方面已经做出了许多努力，但是在安全知识管理活动中，安全知识的获取、表达和再利用仍然存在诸多障碍，而这些障碍可能导致对安全风险的疏忽或安全规则的违反并最终演化成安全事故。因此，地铁施工需要一种方法，能够在安全风险管理框架内有效地解决知识管理的诸多困难。在地铁工程建设过程中安全知识的管理存在的问题主要存在于以下几个方面：
1、缺乏对地铁施工安全风险管理中安全知识流进行可视化的模型。由于地铁施工安全风险管理涉及的对象众多，且地铁工程是一项由多方共同参与的大型工程，因此用于安全风险管理的知识类别复杂、结构繁多、来源各异；然而，目前尚未有能够系统性的解答地铁施工每一项安全风险管理活动中需要什么安全知识的模型，而这样一个模型对于解答为什么在地铁工程项目安全风险管理活动中所需要的安全知识难以获取的现实难题是十分必要的。原因在于只有理解清楚在地铁工程安全风险管理中安全知识流的障碍，才有可能针对这些障碍设计策略来保障安全知识的流动，从而建立一个安全知识“well-known”的文化。因此，将地铁施工安全风险管理活动中的安全知识流可视化是十分必要的。
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2 地铁施工动态安全知识地图
2.1 引言
地铁施工安全风险管理活动的成功实施，需要依赖大量的实际经验和丰富的理论知识，如现场安全巡视、风险评估和专家咨询[5]。然而，由于建筑行业从业人员的高流动率，安全知识并不能在不同的项目间得到充分的重用[6, 7]。并且，在地铁施工过程中，无论是组织内还是在各参与方之间，关于安全风险知识的沟通往往也是缺乏的、不完整的和不一致的[68]。这种现象已经成为地铁施工工程成功的主要障碍。正如 Cárdenas 等在文献[6]（P. 92）中所指出的那样，“与地面相关的建设项目失败的主要原因，是可用知识和相关知识的利用不足，而不是未知因素造成的不确定性。这些缺点反映了此类建设项目面临的局面，与建设项目安全相关的隐性知识或显性信息（如技术知识、设计假设、监测记录等）被忽视，未被正确使用，拒绝或在项目中没有流动。”
为了克服这一障碍，知识管理已经被大多数组织采纳并作为一种管理知识的手段[8-10]。在建设行业中，知识管理的目的是有效地、系统地传递和共享工程师的知识和经验，通过这样的方式可用从以前项目中获得知识并用来解决新项目中的问题，从而有效地鼓励组织建立基于经验、信息和通信技术的连续反馈学习和知识更新的机制[11, 12]。尽管工程建设组织在知识管理方面已经做出了许多努力，但是在安全知识管理活动中，安全知识的获取、表达和再利用仍然存在诸多障碍，而这些障碍可能导致疏忽或违规并最终演化成安全事故。
一些学者已经意识到了安全知识对于提升建设安全管理水平的重要性[69, 70]。安全知识的获取、传播和再利用就是对于学到了什么知识和利用所学到的知识来解决实际问题的连续反馈[71, 72]，增强了安全管理主体感知、识别和控制危险的能力。然而，地铁建设是一个知识密集型行业，在其中所创造的知识，参与者之间的交流，以及从外部所吸收的信息多个方面都体现了其知识富集的特性[73]。如果对于安全风险管理活动中需要什么安全知识以及它们之间的相关关系没有清楚的认识，就可能会造成在安全知识使用上的偏差。这一现状使得需要在地铁施工安全管理中使用知识地图来作为知识管理的工具，它使用地图这种可视化的方式揭示了知识源以及它们之间的关系[74]。
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2.2 动态知识地图
通过将经典知识地图与知识流模型相结合，本小节提出动态知识地图，它与经典知识地图的主要区别在于它可以表征知识流动的动态特性。
2.2.1 动态知识地图的维度
经典的知识地图采用节点来表示知识的概念，用边来表示知识之间的依赖关系。为了描述知识的流动特性，笔者将知识地图扩展到三个维度，如图 2-2 所示。
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3 基于专家经验的地铁盾构施工安全风险知识可视化 ....................... (38)
3.1 引言 .................... (38)
3.2 基于专家经验的地铁施工安全知识可视化框架及建模 ............... (40)
4 基于空间数据的地铁工人安全风险知识可视化 ............................... (60)
4.1 引言 ............................ (60)
4.2 基于空间数据的安全风险定量评估方法 ....................................... (63)
5 基于未遂事件时序数据的地铁施工安全知识可视化 ....................... (84)
5.1 引言 ................................. (84)
5.2 未遂事件及其时序数据 ........................ (87)
5 基于未遂事件时序数据的地铁施工安全知识可视化
5.1 引言
安全问题一直都是工程建设行业中一个永恒的话题，许多事故研究报告突出了与其他行业相比，建设行业高比例的安全事故率，不仅导致了项目的延误、成本的超支，严重时甚至还引发了人员的伤亡[150-152]。从事故中学习已经成为施工安全管理的关键，但不幸的是，由于复杂的施工技术、动态的建设环境和多样的管理策略，施工过程中仍然存在很大的不确定性。由事故调查制定的预防策略不能有效的保证事故免于发生，因为从这个角度出发去探寻的事故因素是有限的且制定的事故致因消除策略是静态的；相反，研究人员普遍认为应该将风险分析纳入安全风险的管理框架中。
风险分析需要从数据中进行概率估计。然而，尽管建设行业事故率较高，但是事故仍然是罕见事件，特别是当需要在局部尺度上进行分析时（例如，特定的项目或工点，而不是整个行业）。由于数据稀少的问题，基于事故数据直接对风险概率进行估计通常不是一件容易的事，甚至有时候是不可行的。为了解决这些局限性，近年来学者们提出了基于事故前兆的概率风险分析方法。一般情况下，事故前兆具有比实际事故更高的发生频率，且事故前兆与事故本身具有共同的原因，只是由于发生的偶然性或控制得及时，而不会造成严重的后果所以事故前兆为事故本身的风险分析提供了丰富的数据集并可以产生可靠的结果。地铁工程施工过程中的安全未遂事件是一类特殊的事故前兆事件，它非常接近于事故的结束状态。根据海因里希的事故金字塔法则，300 起未遂事件的发生可能会引发 29 起轻伤事故和 1 起重大事故。因此，这些异常事件虽然是比事故代价小的学习机会，但是从其中却可以创造出宝贵的安全知识，以识别潜在的事故致因并设计预防措施。
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6 结论与展望
6.1 全文总结
地铁施工安全关乎一座城市的人民生命财产安全及社会经济活动的正常进行。而现阶段制约地铁施工安全管理水平的关键不再是施工技术的落后问题，而在于在涉及对象众多，管理过程复杂，从业人员流动率高等问题普遍存在的情况下，与安全风险相关的知识是否能够在项目内或项目间流动起来，并得到充分的重用。然而，地铁施工作为一个典型的知识密集型行业，对于安全知识管理的探索仍然处于初期阶段，安全知识的获取、表达和再利用仍然存在诸多障碍。鉴于此，本文提出了地铁施工动态安全知识地图及可视化研究，提出地铁施工动态安全知识地图，对安全风险管理中的知识流进行可视化，进而分析了在安全知识流动的过程中存在的障碍，并在后续的章节中分别提出了基于专家经验、空间数据和时间数据的安全知识可视化方案，以图式化的方式表达复杂的安全知识并形成安全风险评估工具，对安全管理决策提供动态支持。本文的主要研究结论如下：
1、第 2 章中提出了地铁施工动态安全知识地图，实现了对地铁施工安全风险管理活动中安全知识流的可视化。基于地铁施工动态安全知识地图，得出安全知识特征障碍、接受者障碍、语境障碍和机制障碍是影响地铁施工安全知识流动和重用的主要因素，为第 3、4、5 章提出基于三种典型地铁施工安全知识源的安全知识可视化方案，克服安全知识流障碍对安全知识共享的阻碍提供基础。本文将经典的知识地图与知识流模型结合，构建了三维的动态知识地图。并将动态知识地图与地铁安全风险管理工作流程结合，构建了地铁施工动态安全知识地图，回答了在每一项安全风险管理活动中需要哪些知识，相应的安全知识可以在哪里找到以及在获取过程中存在哪些障碍等问题，实现了地铁施工安全风险管理中安全知识流动态特性的可视化。2、第 3 章提出了基于专家经验的地铁盾构施工安全风险评估模型，实现了对专家经验这一隐形知识的可视化，克服了知识特征障碍对安全知识在地铁施工安全风险管理中重用的阻碍。主要采用了结构化的专家判断来对专家经验进行提取，并利用了贝叶斯网络在不确定性知识建模方面的优越性，以及 Copula 函数在构建多变量不确定性联合概率分布问题的便利性，构建了地铁盾构施工安全风险模型。首先通过文献和事故案例报告构建出定性模型，然后采用一对一的访谈形式来提取专家对于模型中变量及变量之间相关关系的定量描述，即其概率分布，最后利用实际事故/事件案例数据验证了模型的合理性。该模型可以定量评估不同场景下安全风险因素（如盾构操作响应时间）对安全的影响程度，或者各种安全风险因素组合所产生的预期后果，能够为地铁盾构隧道施工过程中安全策略的制定提供定量依据。该模型利用图式化的方式，将文献、事故案例调研结果和专家判断集成起来，形成地铁盾构隧道施工安全风险评估工具，能够直接运用于安全风险评估中，消除知识特征障碍对于地铁施工安全风险管理水平提升的制约。
参考文献（略）