地鐵工程建設應急管理信息系統的設計

王乾坤， 劉昆玉

(武漢理工大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430070)

由于地鐵施工的地域及工藝特殊性、影響因素的復雜性等致使重大安全事故屢有發生，而在建設應急管理過程中，建設管理者承擔應急通訊、分析、決策、指揮、處置和救援的任務，需要利用先進的信息技術建立應急管理信息系統，提高地鐵工程建設管理者的應急管理能力。謝旭陽等研究了應急管理信息系統的應急信息來源、系統架構及功能組成［1］;秦勇等研究了軌道交通運營階段應急管理系統體系框架、組織結構、通信機制、功能設置和工作流程等［2，3］;廖光煊等將 GIS 技術應用于城市重大事故應急救援，研究了城市重大事故應急輔助決策支持系統的設計方法［4］，但未涉及到地鐵工程施工建設階段的應急管理系統總體框架和主要功能。本文針對地鐵工程施工建設階段應急管理，綜合利用GIS技術、XML、數據庫技術、視頻監控技術等先進技術構建地鐵工程建設應急管理信息平臺。

地鐵工程建設應急管理系統主要設計目標如下。

(1)整合地鐵建設應急管理信息的平臺。面向地鐵工程建設安全應急管理全過程，整合應急管理信息，構建地鐵工程建設安全應急管理各參與方的信息共享平臺。

(2)實現地鐵工程建設安全應急迅速響應。通過視頻、網絡、電話等多通道多方式實時采集和迅速響應應急信息，縮短信息傳遞時間，提高信息傳遞的時效性。

(3)增強地鐵工程建設應急決策水平，通過GIS等技術提供應急管理輔助決策分析，并提供專家決策支持接口，緊跟應急決策需求變化，動態科學決策。

(4)實現應急管理中的知識管理，將地鐵工程知識、歷史數據和經驗匯總，并集中存儲、挖掘、整理、標準化、傳遞、共享、沉淀及創新，實現對應急管理知識的跨組織共享和高效的知識管理。

1 系統信息數據管理

1．1 系統信息數據組成

系統信息主要由面向地鐵工程建設應急管理的基礎信息、地理信息和知識庫信息三部分組成。

(1)基礎信息數據。地鐵工程應急管理預防準備階段、監測預警階段、應急響應階段和應急恢復評估階段各主要業務流程工作過程中需要利用的或產生的相關數據和信息。主要有風險源管理信息、應急資源管理信息、應急預案管理信息、監測預警信息、應急響應信息、應急績效評價信息及其他信息數據。

(2)地理信息數據。地理信息數據包括空間數據和屬性數據(表1)，空間數據描述地鐵工程建設應急管理涉及的地理實體的坐標、位置和空間形狀，屬性數據描述地理實體質量和數量特征［5］。其中空間數據包括基礎數據和專題數據，基礎空間數據是顯示和空間查詢分析的基礎，屬性數據可以分為動態數據和靜態數據，動態數據更新、修改和維護較頻繁，如監測值、實際降深，靜態數據錄入后變化較少，如周邊建筑物信息等。

表1 地理信息數據分類

(3)知識庫數據。知識庫數據為地鐵應急管理各參與方提供知識共享和智力支持，根據知識種類將知識庫分為事實知識庫、規則知識庫和規律知識庫［6］。事實性知識是指對已經發生應急管理的事實屬性或狀態的客觀描述，按照事故類型來劃分，包括事故案例、事故成因和事故措施等。規律性知識是指地鐵工程建設應急管理領域的理論知識和經驗知識等，如施工工藝、標準規范、規章制度和法律基礎等，規則性知識是指應急管理業務過程中的行動、動作相聯系的因果關系知識，主要是業務流程中需要用到的分析模型和分析方法規則。知識庫采用文本、多媒體、三維動畫模擬等多方式表達，使地鐵各參與方更高效快捷地獲取相關知識。

1．2 系統信息數據獲取與更新

系統信息數據的獲取主要依賴于系統的組織體系，本系統組織體系分為應急救援決策指揮管理中心和應急管理支持中心。應急救援決策指揮管理中心主要由應急決策層、應急指揮層、應急處置層和應急輔助決策層四部分組成。應急管理支持中心是在應急管理過程中，為應急決策指揮管理中心提供支持保障的機構，其主要任務和工作有應急預案管理、應急資源管理、監測預警管理、事故調查評估管理、信息管理和行政管理。

系統應急信息是地鐵工程建設應急管理的基礎，系統信息數據的獲取、整理和更新需要地鐵工程建設應急管理中不同類別、不同層次的各方按照共同約定的流程，在主體協同、信息協同和流程協同的基礎上分工協作。主要包括風險源信息數據、應急預案管理信息數據、應急資源管理信息數據、應急監測預警信息數據和應急管理績效數據的獲取與更新機制，如圖1～5。

2 應急管理處置流程設計

應急管理處置流程主要包括事故接報、趕赴現場、現場踏勘、現場會議、確定應急搶險方案、指揮搶險和后期處置。

2．1 事故接報

地鐵施工項目管理部接到事故報告后，應對事故進行初步判斷，如發生或有可能發生三級及以下事故的，立即上報地鐵公司相關負責人;事故進展情況及時匯報并由辦公室對外統一報告。

圖1 風險源信息數據獲取與更新機制

圖2 應急預案管理數據獲取與更新機制

圖3 應急預案管理數據獲取與更新機制

圖4 應急監測預警信息獲取與更新機制

圖5 應急管理績效信息獲取與更新機制

2．2 趕赴現場

公司負責人接到發生或有可能發生三級事故報告后立即趕赴現場，了解事故情況，研究決定是否啟動預案。若需啟動預案，則由相關部門負責通知專家、搶險及應急救援聯動單位進場。

2．3 現場踏勘

組織有關人員踏勘現場，向上級領導匯報事故簡要情況，必要時通過市應急聯動中心(110)，協調其他單位參加救援。

2．4 現場會議

指示公司相關職能部門落實指揮部現場辦公場所，通知事故單位、技術專家組、救援單位、應急聯動單位(公安、武警、衛生、人防等)以及地方政府等單位領導參加現場會議。

2．5 確定應急搶險方案

聽取事故單位簡要匯報事故，聽取技術專家組和救援單位搶險方案設想，并做出決策確定應急搶險方案。

2．6 指揮搶險

現場應急指揮小組指揮搶險，必要時通過市應急聯動中心(110)、市領導等協調其他力量支援搶險，指揮部辦公室草擬事故快報、新聞統發稿等，協助新聞辦公室統一對外發布事故信息。

2．7 后期處置

根據相關法規組成事故調查組，開展事故調查及查處工作，安排組織測算搶險直接費用，報送事故調查組，計入事故直接經濟損失。

3 系統總體體系架構

從總體角度自下而上，系統平臺體系架構采用多層方案，包括數據層、數據訪問層、應用邏輯層、表現邏輯層和表現層。整個系統在操作系統、無線通訊網絡、視頻監控、視頻會議、GIS系統、OA系統等技術支撐下和國家法律法規、部門規章制度及組織運行機制等保障下，基于統一的技術標準規范，實現多層次、跨部門應急信息系統互聯及授權與訪問控制，面向應急指揮決策中心和應急支持中心等提供應急信息發布、管理和決策支持等服務［7］。

客戶端Web瀏覽器中通過 HTML(頁面內容)和XML(數據內容)從Web服務器下載內容實現。表現邏輯層中的Web服務器平臺采用Apache+Tomcat+JDK，客戶端請求靜態頁面，Apache服務器負責響應請求，客戶端請求動態頁面，Tomcat服務器負責響應請求，JDK負責連接數據庫驅動。應用邏輯程序設計語言為專門設計用于因特網和面向對象編程標準的 Java，采用Spring和Struts開源框架，使用基本JavaBean代替EJB。地理信息系統服務器采用Geoserver，實現空間地理信息在用戶間的迅速共享。數據庫選擇對象-關系型數據庫 PostgreSQL及其內嵌的PostGIS模塊作為整個系統數據存儲和處理，通過JDBC/JNDI實現與應用服務器連接［8，9］，平臺體系架構如圖6。

圖6 系統平臺體系架構

4 系統功能結構設計

地鐵工程建設應急管理系統主要功能模塊分成5部分:基礎信息管理、典型事故模擬管理、響應指揮管理、輔助決策支持管理和信息通訊管理。

4．1 基礎信息管理

基礎信息是在地鐵工程建設應急管理過程中，包括安全狀態下和應急狀態下日常管理中所需要利用到的基礎信息和資源，是應急管理的基礎。基礎信息管理主要包括應急預案信息(應急預案編制、評審和培訓演練信息)、風險源管理信息(風險源識別清單、重大風險源清單、重大風險源跟蹤報告)、應急資源信息(應急資源分布儲備匯總、應急資源巡查報告)、監測預警信息(監測方案、監測數據、預警信息)、勘察設計信息(水文地質資料、施工設計圖紙)、施工組織信息(施工組織設計、施工進度計劃、施工進度形象)、知識庫(規律知識信息、規則知識信息、事故案例知識)等。基礎信息管理可以實現數據添加、刪除、修改和維護等功能。

4．2 典型事故模擬管理

該模塊提供各種典型事故現場動畫三維模擬仿真，進行典型事故桌面模擬演練培訓。典型事故主要有基坑坍塌、基坑突涌、地面塌陷、坑底隆起、地下管線斷裂、隧道坍塌、隧道突泥涌水、火災、觸電、有毒有害氣體、機械傷害、高空墜落等事故。主要內容包括事故成因、事故措施、指揮調度、應急力量聯動、現場救援及事故影響及后果預測等。系統根據演練培訓的情況進行綜合評估，將演練培訓計劃及演練培訓完成情況編制成報表存儲上報，并根據演練培訓效果動態修改調整應急預案。

4．3 響應指揮管理

該模塊主要功能是滿足應急救援過程中迅速響應、統一聯動和跟蹤搶險的需要，集成了突發事件接警、應急響應、應急預案應用、應急資源調度、應急力量聯動、聯動指揮和事故恢復評估等信息，并通過通信信息平臺的電話、郵箱、短信和視頻等通信方式決策指揮中心進行統一調度、全局指揮。

4．4 輔助決策支持管理

輔助決策支持模塊包括計算機輔助決策和專家輔助決策，是綜合利用系統基礎信息數據、地理信息數據和知識庫數據，對事故成因、動態發展、事故后果、事故評估等進行分析和預測，為應急決策指揮中心提供指揮調度方案的決策依據。主要包括地鐵事故點定位、應急專家搜索、應急資源分布、事故影響區域分析、事故后果模擬、交通警戒區域分析、人員疏散分析、最佳救援路線分析和專題地圖輸出等［10］。

4．5 信息通訊管理

信息通訊模塊是保障應急管理各項工作迅速有效開展的基礎，主要包括遠程音頻平臺、遠程視頻平臺、短信平臺和郵件平臺。通過在地鐵施工現場施工關鍵部位安裝遠程監控系統，應急決策指揮中心安裝多通道大屏幕視頻系統，實現常態和應急狀態下對關鍵部位的遠程實時監控管理;通過短信和郵件平臺在日常管理和應急管理中將應急管理信息，如預警信息、響應信息和調度信息等迅速及時發送到指定人員，保障信息通訊快速和暢通。

5 結語

地鐵工程建設應急管理信息系統是面向地鐵工程施工建設階段應急管理全過程、多層次、跨部門和跨專業的管理信息平臺，本文分析了系統設計目標和應急信息數據的組成、獲取與更新機制，設計了應急管理處置流程，建立了系統平臺總體體系架構，并全面闡述應急管理信息系統功能組成，本文將有助于指導地鐵工程建設管理者建立應急管理信息系統，完善應急管理機制，提高地鐵工程建設管理者應急管理能力和科學決策水平。

［1］ 謝旭陽，鄧云峰，李 群，等．應急管理信息系統總體架構探討［J］．中國安全生產科學技術，2006，2(6):27-30．

［2］ 秦 勇，王 卓，賈利民．軌道交通應急管理系統體系框架及應用研究［J］．中國安全科學學報，2007，17(1):57-65．

［3］ 徐瑞華，張 銘，王志強．基于工作流的軌道交通應急管理系統設計與實現［J］．同濟大學學報(自然科學版)，2008，36(6):754-759．

［4］ 廖光煊，翁 韜，朱霽平，等．城市重大事故應急輔助決策支持系統研究［J］．中國工程科學，2005，7(7):6-13．

［5］ 李建松．地理信息系統原理［M］．武漢:武漢大學出版社，2006．

［6］ 高洪深．決策支持系統理論與方法［M］．北京:清華大學出版社，2009．

［7］ 王延章，葉 鑫，裘江南，等．應急管理信息系統［M］．北京:科學出版社，2010．

［8］ 曾 侃．基于開源數據庫PostgreSQL的地理空間數據管理方法研究［D］．杭州:浙江大學，2007．

［9］ Wang Qiankun，Wang Shuqiang．Discussion of Safety Monitoring Management Information System for Metro Engineering Construction［C］//The 6th International Conference on Innovation and Management．Wuhan:Wuhan University of Technology Press，2009:1529-1533．

［10］ 郭召松．火電廠應急救援決策支持系統研究［D］．武漢:中國地質大學，2010．