摘  要：高寒地區(qū)冬季施工面臨極端低溫、冰雪災害、材料性能衰減及復雜地質條件等多重挑戰(zhàn)，亟需系統(tǒng)性、動態(tài)化的安全管理模式。本文結合典型高寒工程實踐，提出“五維三化”協(xié)同管理體系（五維：人員、機械、材料、方法、環(huán)境；三化：標準化、智能化、精細化）。通過引入PDCA循環(huán)、LEC風險矩陣及智慧工地技術，構建覆蓋全要素的安全生產管理框架，并結合實際案例驗證體系有效性。研究表明，該體系可顯著降低事故率與設備故障率，為高寒地區(qū)冬季施工安全管理提供理論依據與實踐指導。

關鍵詞：高寒地區(qū)；冬季施工；五維三化

1引言

高寒地區(qū)冬季施工的復雜性源于極端氣候（如-30℃低溫、凍融循環(huán)、強風雪等），常常與復雜地質條件（如凍脹、坍塌風險等）雙重疊加。因此，高寒地區(qū)混凝土施工作業(yè)一直是我國建筑工程施工的難點之一[1]�；炷�土早期強度偏低[2]，張明奎[3]合理運用相關施工技術，為工程質量提供保障；費立軍[4]對高寒地區(qū)油田地面工程施工管理方法進行探討,對如何搞好工程質量、強化建筑結構、美化裝飾工程的依據方法,及其優(yōu)化控制的科學方法進行研究；馬勇[5]做好“防人身傷害事故、防火災事故、防凍和防滑、防中毒，防交通事故及做好事故應急預案管理”的五防一管理工作，來確保高寒地區(qū)冬季施工安全。

傳統(tǒng)管理模式多聚焦單一風險點，缺乏系統(tǒng)性整合與動態(tài)化管控。本文基于典型工程實踐經驗，結合“五維三化”協(xié)同理論（五維：人、機、料、法、環(huán)；三化：標準化、智能化、精細化），構建覆蓋全要素的安全生產管理體系，為行業(yè)提供可復制的安全管理范式。

2高寒地區(qū)冬季施工風險特征分析

2.1五維風險耦合機制

高寒地區(qū)冬季施工風險并非孤立存在，而是通過“人機料法環(huán)”五維的復雜交互作用形成耦合效應，見圖1。

從人員維度來看，人體在低溫環(huán)境下熱量散失的速度加快，長時間暴露易導致凍傷、肢體麻木，甚至低溫癥，并且未佩戴防寒手套的工人手部有較大的凍傷風險。在工作中，人在低溫環(huán)境中的行為受限，厚重防護裝備大大降低操作的靈活性，特別是在高空作業(yè)時，安全繩結冰增加脫扣風險。最后，人在極端環(huán)境中會加劇疲勞感與判斷失誤率，密閉空間作業(yè)中心理壓力過大，可能引起恐慌情緒從而發(fā)生連鎖事故。

從機械維度來看，由于低溫性能衰減，柴油機啟動困難（-20℃時啟動成功率不足50%），液壓油黏度增加導致泵送壓力異常。低溫環(huán)境下，金屬構件的脆性增強，鋼材在-30℃下沖擊韌性下降40%，焊接接頭易脆斷。電子元件在低溫的環(huán)境中也有失效的風險，傳感器、控制器在低溫下精度漂移，北斗定位系統(tǒng)信號延遲。

從材料維度來看，由于混凝土未及時覆蓋保溫材料，混凝土內部水分結冰膨脹，導致凍害的發(fā)生，強度損失達30%~50%。瀝青在低溫環(huán)境中性能也會劣化，低溫下瀝青延展性下降，路面易開裂。密封材料也有失效的風險，如橡膠密封圈低溫硬化，引發(fā)液壓系統(tǒng)泄漏等。

從方法維度來看，項目安全管理制度脫節(jié)，傳統(tǒng)的安全規(guī)程未針對低溫環(huán)境細化，如未規(guī)定設備預熱時長、冰雪清除頻率等針對性的處理方式。安全管理人員教育培訓過于形式化，安全教育內容缺乏實操性，工人對一氧化碳中毒應急處置知識掌握不足。同時，應急預案實施過程僵化，救援流程未考慮冰雪路面通行限制，延誤黃金救援時間。

環(huán)境維度：凍脹破壞：凍土層活動導致基坑支護變形，最大位移達12cm（某地鐵站工程因凍脹被迫停工加固）。冰雪荷載：臨時工棚積雪超50cm，結構承載力不足引發(fā)坍塌（某項目工棚垮塌造成5人受傷）。能見度降低：強風雪天氣下可視距離不足10m，車輛碰撞風險激增（某物流區(qū)單日發(fā)生3起運輸事故）。

2.2管理短板實證

通過對某高寒地區(qū)典型工程的3年施工數據進行深度挖掘，以下簡稱H項目，結合實地調研與專家訪談，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)管理模式在五維協(xié)同中存在顯著缺陷，具體短板實證如下：

2.2.1人員管理粗放化

當前高寒地區(qū)施工項目在人員管理方面存在顯著不足，主要表現(xiàn)為防護裝備配置不足、培訓流于形式以及行為監(jiān)管失效等系統(tǒng)性缺陷。H項目初期因未強制配備自加熱裝備，導致凍傷事故率高達28%，其中手部凍傷占比達65%，暴露出個人防護裝備保溫性能嚴重不足的問題。更為嚴峻的是，新進場工人的三級安全教育覆蓋率僅為72%，培訓內容嚴重缺乏針對性，未能涵蓋高寒環(huán)境特有的低溫缺氧急救等關鍵知識，直接導致某隧洞工程發(fā)生3人一氧化碳中毒昏迷的重大事故。在行為監(jiān)管方面，根據H項目統(tǒng)計數據顯示，高空作業(yè)未系安全帶、無證操作設備等違規(guī)行為月均發(fā)生28次，其中70%的違規(guī)事件因監(jiān)控盲區(qū)而未被及時發(fā)現(xiàn)，反映出當前監(jiān)管體系存在嚴重漏洞。

2.2.2機械維護滯后性

機械設備管理在高寒環(huán)境中面臨嚴峻挑戰(zhàn)，防凍措施執(zhí)行不力、維護模式落后以及智能化程度低下等問題相互交織。H項目因未按規(guī)定更換低溫液壓油，繼續(xù)使用夏季L-HM32型號油液，在-25℃環(huán)境下造成63%的設備因油液凝固而停機，單次故障維修時間超過8小時，嚴重影響工程進度。傳統(tǒng)的"故障后維修"模式導致非計劃停機時間占比高達45%，H項目就因未能及時更換磨損軸承而引發(fā)輸送帶斷裂事故，造成直接經濟損失120萬元。更值得關注的是，當前僅有15%的工程項目配備了設備健康監(jiān)測系統(tǒng)，某挖掘機因未安裝振動傳感器而未能預警液壓泵異常振動，最終導致泵體爆裂的嚴重后果。

2.2.3材料管理粗放化

材料管理環(huán)節(jié)的標準化缺失給高寒地區(qū)施工帶來重大隱患。某混凝土攪拌站因未設置保溫庫房，將水泥露天堆放導致結塊率達到8%，造成超過10萬元的經濟損失。在材料選型方面，由于缺乏系統(tǒng)的低溫性能數據庫，支護工程誤選Q235B鋼材，其在-30℃環(huán)境下的沖擊功僅14J，最終導致鋼拱架發(fā)生脆性斷裂并引發(fā)局部坍塌事故。混凝土凍害防控的缺失同樣令人擔憂，某橋梁工程在澆筑后未及時覆蓋保溫層，3天后檢測發(fā)現(xiàn)抗壓強度損失高達42%，不僅需要返工還導致工期延誤22天。

2.2.4方法體系僵化

現(xiàn)有管理方法體系難以適應高寒環(huán)境的特殊要求，表現(xiàn)為應急預案脫離實際、風險評估形式化以及制度更新滯后等突出問題。H項目的《暴風雪應急預案》未能充分考慮山區(qū)道路通行限制，導致暴雪后救援車輛無法及時抵達現(xiàn)場，延誤救援時間達3小時之久。在風險分級方面，LEC法的應用存在嚴重的主觀性，70%的風險值計算偏差超過30%，致使3項重大隱患被錯誤判定為一般風險。更值得警惕的是，有些工程仍沿用5年前制定的安全規(guī)程，未能及時納入新型防凍劑使用規(guī)范，可能會發(fā)生導致混凝土養(yǎng)護溫度失控的風險。

2.2.5環(huán)境監(jiān)測碎片化

環(huán)境監(jiān)測體系的系統(tǒng)性不足給工程帶來潛在風險。如地鐵基坑工程沒有安裝凍脹傳感器，就不能及時發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)導致的支護樁位移，導致后續(xù)成本的增加。在冰雪災害預警方面，高寒地區(qū)的臨時工棚在設計時往往需要充分考慮區(qū)域最大降雪量，使其設計荷載僅能承受50厘米積雪（等效荷載0.75kN/m2），否則當實際積雪達到70厘米時結構就會垮塌，重則造成施工人員受傷的后果。并且，能見度管控的缺失同樣不容忽視，應根據能見度建立強風雪天氣行車限速機制，避免發(fā)生追尾等事故。

2.2.6管理短板根源分析

基于上述實證數據，管理短板的核心成因主要體現(xiàn)在四個方面：首先，標準化體系缺失，高寒環(huán)境專用安全標準尚未建立，部分操作流程仍沿用常溫規(guī)范，導致在設備預熱時長和混凝土養(yǎng)護溫度等方面存在不適應情況。其次，智能化技術的滲透不足，許多項目未充分應用物聯(lián)網監(jiān)測技術，風險識別主要依賴人工巡檢，致使漏檢風險增加。此外，責任落實模糊化也是一大問題，“一崗雙責”的執(zhí)行情況不足，造成安全員與施工員職責交叉，導致支護檢查記錄缺失，未能及時預警潛在風險。最后，資源配置不合理，應急物資的儲備未能滿足實際施工人員的需求，極端天氣情況下出現(xiàn)物資緊缺的問題。這些管理短板的存在，嚴重影響了高寒地區(qū)冬季施工的安全性與有效性。

3“五維三化”協(xié)同管理體系構建

3.1理論框架設計

基于風險管理理論與系統(tǒng)工程方法，構建“五維三化”協(xié)同管理模型，如圖2所示。

圖中，五維管控對象分別覆蓋人員、機械、材料、方法、環(huán)境全要素；三化實施路徑通過標準化、智能化、精細化策略實現(xiàn)動態(tài)風險管控；協(xié)同邏輯以標準化奠定基礎，智能化賦能過程，精細化保障落地，形成“識別—控制—優(yōu)化”的閉環(huán)。

3.2標準化：夯實五維安全基礎

人員標準化：制定《高寒作業(yè)防護裝備配置標準》，明確-30℃以下需配備電加熱服、防滑冰爪等；編制《低溫作業(yè)培訓大綱》，包含凍傷急救、密閉空間逃生等必修課程。

機械標準化：規(guī)定柴油機預熱時長≥30分鐘（-20℃環(huán)境），液壓系統(tǒng)需使用-40℃低溫油液；建立《冬季設備維保清單》，細化潤滑點檢查、蓄電池保溫等要求。

材料標準化：強制使用早強型防凍混凝土（3天強度≥設計值70%），鋼材沖擊功≥27J（-40℃）；制定《低溫倉儲管理規(guī)范》，要求水泥庫房溫度≥5℃、濕度≤60%。

方法標準化：推行“三級動火審批”制度，動火點需配備低溫滅火器與專職監(jiān)護；編制《冰雪災害應急預案》，明確積雪厚度≥30cm時啟動停工機制。

環(huán)境標準化：設定隧洞CO濃度閾值≤24ppm，超標時自動啟動應急通風；要求臨時結構抗雪荷載≥0.5kN/m2，并通過BIM模型驗算。

3.3賦能動態(tài)風險管控

人員行為監(jiān)控：智能安全帽集成UWB定位與體溫監(jiān)測，體溫低于35℃自動報警；AI攝像頭識別未系安全帶、闖入禁區(qū)等違規(guī)行為，實時推送告警。

機械健康管理：安裝振動傳感器與油液分析儀，AI算法預測軸承壽命（誤差≤5%）；北斗定位+GIS地圖監(jiān)控車輛軌跡，超速時自動限油。

材料狀態(tài)感知：RFID標簽記錄混凝土入模溫度與養(yǎng)護數據，超標時觸發(fā)預警；紅外熱像儀掃描鋼構件，識別低溫脆性導致的微裂紋。

方法優(yōu)化決策：數字孿生平臺模擬凍脹對支護結構的影響，優(yōu)化施工順序；大數據分析歷史事故案例，生成風險防控優(yōu)先級清單。

環(huán)境實時監(jiān)測：分布式溫濕度傳感器組網，繪制凍土溫度場云圖；無人機群巡航監(jiān)測積雪厚度，自動生成除雪路線。

3.4保障措施精準落地

責任精細到崗：推行“一崗一清單”，如安全員每日需完成20項檢查并掃碼上傳；建立“風險管控積分制”，違規(guī)操作扣分與績效工資掛鉤。

流程精細到點：爆破作業(yè)分解為16個步驟，每個步驟需雙人確認并錄像存檔；混凝土澆筑實行“溫度三控”：入模≥10℃、養(yǎng)護≥5℃、拆模溫差≤15℃。

資源精細到物：應急物資按“30分鐘響應”標準配置，包括衛(wèi)星電話、高原制氧機等；設備潤滑油按“型號-溫度-用量”三維編碼管理，杜絕混用錯用。

4五維三化管理實踐與技術創(chuàng)新

4.1人員維度：從“被動防護”到“主動預警”

智能穿戴設備：某項目試用內置石墨烯發(fā)熱片的防寒服，可在-40℃環(huán)境下持續(xù)供熱8小時，配合心率監(jiān)測功能，發(fā)現(xiàn)異常自動呼救。VR沉浸式培訓：通過虛擬現(xiàn)實模擬暴風雪逃生場景，受訓人員應急處置正確率從58%提升至92%。

4.2機械維度：從“事后維修”到“預測維護”

柴油機智能預熱系統(tǒng)：某工程采用WSK-QD300型電加熱套，預熱時間縮短至15分鐘，油耗降低20%。液壓系統(tǒng)健康管理：安裝在線油液顆粒計數器，實時監(jiān)測污染度，提前更換濾芯避免故障。

4.3材料維度：從“經驗選型”到“數據驅動”

混凝土智慧養(yǎng)護：埋入式溫度傳感器+自動噴淋系統(tǒng)，確保養(yǎng)護溫度波動≤2℃（某項目28天強度標準差從3.5MPa降至1.2MPa）。

鋼材低溫數據庫：收錄Q345D等12種鋼材的-60℃~20℃沖擊功數據，指導低溫環(huán)境選材。

4.4從“文件管理”到“流程再造”

電子作業(yè)票系統(tǒng)：動火、高空等危險作業(yè)需掃碼申請，系統(tǒng)自動關聯(lián)風險控制措施（某項目作業(yè)票審批效率提升70%）。應急預案動態(tài)優(yōu)化：基于演練數據修訂預案32處，如增加雪地摩托救援通道、便攜式融雪劑噴灑裝置。

4.5環(huán)境維度：從“人工巡檢”到“智能感知”

地熱融雪系統(tǒng)：某道路工程埋設碳纖維發(fā)熱電纜，融雪能耗較傳統(tǒng)方式降低40%。凍脹預警平臺：光纖光柵傳感器監(jiān)測支護結構應變，結合氣象數據預測凍脹風險等級，具體響應流程如圖3所示。

5結論與展望

本文針對高寒地區(qū)冬季施工的復雜性與安全挑戰(zhàn)，提出了基于“五維三化”協(xié)同管理體系的安全生產管理框架。通過對人員、機械、材料、方法和環(huán)境五個維度的系統(tǒng)性分析與整合，構建了標準化、智能化和精細化的管理策略。這一新型安全管理模式不僅為高寒地區(qū)的施工安全提供了理論依據與實踐指導，還為行業(yè)內的后續(xù)研究與實踐探索奠定了堅實基礎。

隨著科技的發(fā)展及管理理念的不斷創(chuàng)新，高寒地區(qū)冬季施工的安全管理體系將更加智能化和系統(tǒng)化。未來的研究可以圍繞智能化技術的深入應用、標準化制度的進一步完善以及動態(tài)反饋機制的建立展開，從而提升施工現(xiàn)場的安全管理水平。

參考文獻

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