安全管理與監控監測信息系統設計與實現

智 鵬，龍宏德，蔡 翔，王 晶

（1.中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，北京100081；2.深圳市地鐵集團有限公司， 深圳518026；3.北京聯合大學，北京100101）

地鐵建設具有投資大、施工周期長、施工項目多、施工技術復雜、不可預見風險因素多和對社會環境影響大等特點。因此，地鐵建設是一項高風險工程，而由于建設規模大、發展快、技術和管理力量難以充分保證的客觀原因，以及對地下工程安全風險認識不客觀，風險管理不科學，風險管理投入不到位等主觀原因，使近幾年來地鐵建設中事故頻發，安全生產形勢嚴峻。

如何利用信息化手段，提高地鐵工程建設項目的管理效率，加強項目質量安全控制，消除安全隱患和降低事故發生，增強綜合組織協調，降低項目建設投入，從而提高綜合經濟效益、創造社會綜合效應，是目前地鐵工程建設的當務之急。

1 系統總體設計

由于安全管理與監控監測信息系統最終是直接面向地鐵工程建設服務的，具有涉及專業多、監控手段多、戶層次多、專業性強等特點，系統整體設計方案既要包含項目軟件、硬件及網絡系統的建立，又要兼顧管理體系的建立。為此該系統主要從系統總體結構、系統數據管理、業務流程、系統結構層次等分別進行設計開發。

1.1 系統總體構成

安全管理與監控監測信息系統主要由安全監測與風險管理子系統、施工監控與視頻會商子系統和工程監控中心3個子系統構成，3個子系統充分共享和交換數據信息，通過工程監控中心實現有機統一和高度應用[2]，如圖1。

1.2 系統結構層設計

安全管理與監控監測信息系統采用4層次結構設計，如圖2。

數據層：實現對信息系統所有信息與數據的集中、有序管理。包括基礎文檔數據、二維與三維GIS、監測數據、視頻錄像以及管理過程產生的信息等。

圖1 系統總體構成圖

圖2 安全管理和監控監測信息系統數據結構層次設計

（1）邏輯層

邏輯層是系統的基礎核心，包括了系統各功能模塊、數據訪問存儲的數據接口、數據安全性檢查機制、用戶認證與權限控制、防止非法入侵與安全控制的安全檢測系統。

（2）表現層

表現層是系統展現給用戶信息的途徑與表現手段，本信息系統涉及的專業廣，數據種類多，表現形式或技術手段包括B/S模式IE瀏覽器、手機及PDA短信、DLP監控大屏、自動化監測終端、二維GIS、三維仿真等。

（3）用戶層

用戶層定義了涉及本信息系統使用的用戶群體，根據不同的用戶群體，系統能夠根據不同層級、不同身份的用戶提供不同的訪問界面以及分配相應的功能與數據權限。本系統涉及的用戶群體包括政府監管層、建設管理層、監控中心層與現場實施層等。

1.3 數據管理設計

信息系統涉及的數據從數據產生時間分類包括了基礎技術文檔、二維GIS、三維仿真圖形等在工程施工前期的靜態數據、施工過程中的動態數據以及施工竣工后形成的技術資料等靜態數據[1～2]；從數據類型分類上包括了地理信息數據、文檔數據、監測數據、監控圖像及圖片以及技術經驗信息；從數據大小分類上包括了視頻與圖像數據、數值以及文字。因此，系統在數據的上傳、存儲、共享、查閱以及下載時需要綜合考慮數據的大小、利用頻度、類型以及檢索效率等，最大限度地保障系統對數據管理的集中、規范與快速響應。數據庫數據存儲方案如圖3。

圖3 安全管理和監控監測信息系統數據庫結構設計

系統在數據管理設計時按照以下原則設計：

（1）監控視頻圖像和其他信息數據大小差異性較大，應在存儲介質與機制上區別設計。

（2）二維地理信息與三維地質模型等GIS圖層數據應能夠滿足網絡響應速度的要求。

（3）基礎技術文檔滿足保密要求，防止技術資料外泄，且滿足網絡查閱打印要求。

（4）用戶信息應滿足保密與靈活的權限控制要求。

1.4 數據流程設計

數據流程反映了系統涉及的數據與系統的功能模塊間的數據流通關系，結合招標文件的項目需求，深圳地鐵5號線安全管理與監控監測信息系統的數據流程設計如圖4。

圖4 安全管理和監控監測信息系統數據流程設計

1.5 業務體系設計

企業信息化建設與工程信息化建設是否能夠發揮實效的影響因素很多，如軟件系統是否成熟、實施經驗是否豐富等，但核心的問題是信息化建設是否與適合企業與工程的管理體系與管理需求相結合。因此，對不同層次用戶的業務內容的分析是安全管理與監控監測信息系統建設的重要環節。

2 系統功能實現

安全管理與監控監測信息系統是利用現代先進技術設計出一套具有監測數據管理、現場巡視、現場實時監控、風險排查、風險評估、風險預告、安全預警、報告報送、新聞發布等功能的一體化綜合信息管理平臺，如圖5。

圖5 系統功能圖

（1）該系統不但能實時監測地鐵沿線重點施工區域的地面建筑物沉降、地面建筑結構形變以及風險評估、預報警、風險管理等、二維矢量地圖顯示與交互式應用、三維地質分析和可視化，在此基礎上實現基于巖土體變形機理的專業預測、分級預警、專家評估與診斷和專家在線分析等功能，并建立應急預案庫，積累地區性工程經驗[3]。

（2）該系統能對施工進度和施工現場進行實時視頻監控與記錄，也能滿足各部門的日常監管與溝通要求，以實現“統一指揮、集中控制”等一體化綜合平臺。

（3）實現施工現場多方位多手段的安全監測，促進地鐵工程建設安全風險管理的系統化、規范化和信息化，全面提升地鐵工程建設安全管理及風險評估技術和管理水平，最大限度地減少工程和環境風險。

3 系統實際應用

該系統已經成功應用于深圳地鐵五號線工程，從2008年年底五號線信息化建設第1期實施完畢，到目前系統已穩定運行18個月。這道地下工程的“防火墻”正默默無聞的為深圳軌道交通建設保駕護航，為深圳地鐵五號線工程的安全管理和風險控制發揮著積極的作用。

系統已經覆蓋了深圳地鐵公司、中鐵南方公司、現場施工單位、監理管理單位以及相關政府職能部門等地鐵五號線工程相關參建單位，并能靈活的通過內外網登陸和監管。截止到現在該系統取得了如下主要成果。

（1）系統建設投入運行以來，信息化建設一期項目的11個工點和新增7個高風險工點未發生工程安全事故和造成社會影響較大的工程問題。

（2）截至目前，信息化建設一期項目的11個工點和新增7個工點共發現監測數據異常次數有2 015次，有效預報警次數為529次（其中黃色：485次，橙色：35次，紅色：10次），同時編寫對應的《預報警分析報告》、《數據異常分析報告》、《跟蹤分析報告》，并要求相關單位或部門跟蹤預警處理全過程，通過系統平臺展示并通知相關單位詳細了解存在的風險。

（3）現已完成了368人次的現場風險巡查及踏勘，識別基坑施工風險185次，識別盾構施工風險49次，識別隧道開挖施工風險162次，識別隧道二襯不規范施工47次，同時對高風險工點經常性進行現場巡查，結合現場監測數據進行綜合分析。

（4）編寫風險巡查202份、預報警分析報告7份、系統巡查報告38份、周報77份、匯總性報告77份、專項匯報21份及9份專題報告，通過管理平臺展示及給相關領導口頭匯報的方式及時反饋險情，并跟蹤處理。

（5）分別組織以“安全事故警示”、“五號線洞通后續安全”為主題的講座，以加強五號線參建單位安全管理意識。

（6）已編寫了77期《安全管理與監控監測周報》，闡述每周各工點存在的安全質量問題，并傳達到相關單位的安全質量主管部門。

（7）聯合設計院、施工監測單位、第3方監測單位及地鐵公司和監理單位，共同制定了適合深圳地鐵工程特征的預報警機制，并設置了黃、橙、紅三級預報警警戒值。

（8）施工安全監控系統可以全天候全方位、多角度實時監視施工現場，通過監控系統，發現存在安全隱患及安全施工行為不規范287次，下發整改通知單32次，有效地防范了安全事故發生。

（9）對太安站、布心站、長龍站3個有重大風險源工點進行了三維施工仿真基礎性的開發和嘗試，目前已經取得初步成功，并開始應用到3個站點。能多角度形象化查看施工進度，及數據狀況。

4 結束語

該系統無論在技術先進性、管理創新性以及應用廣泛性都處于國內行業領先地位。該系統不僅適用于地鐵工程建設需要，可進一步應用于高速鐵路、高速公路、客運專線、橋梁、隧道等工程建設的安全監控監測的需要。同時在現有的基礎上，將監控量測自動化數據采集和網絡技術以及計算仿真技術相結合，實現對遠程監控數據的收集整理和反演優化；同時進一步建立適合特定區域性土體本構關系和相應參數標定準則。

工程實際應用證明，該系統成功地實現了對施工現場多方位多手段的安全監測監控與風險管理，促進地鐵工程建設安全風險管理的系統化、規范化和信息化，全面提升地鐵工程建設安全管理及風險評估技術和管理水平，最大限度地減少工程和環境風險。并且該系統對今后同類系統的設計、開發和實現有一定的指導意義和參考價值。

[1] 劉燕，劉濤，劉國斌. 城市軌道交通建設遠程監控管理探索與實踐[J] . 城市軌道交通網，2006（4）：10-13.

[2] 賀躍光，杜年春，李志偉. 基于Web GIS的城市地鐵施工監測信息管理系統研究[J] . 巖土力學，2009，30（1）：265-269.

[3] 肖向軍. 對地鐵施工監測信息管理及安全預警系統的探討[J] . 廣東科技，2009，1（204）：177-178.