城市軌道交通安全監控與應急一體化平臺建設研究

■ 張 銘 王 霆

城市軌道交通安全監控與應急一體化平臺建設研究

■ 張 銘 王 霆

針對城市軌道交通建設工程風險隱患多、管理面廣的特點，分析建設安全管理風險監控體系需求，提出安全監控與應急一體化的綜合信息平臺建設框架，并對風險測點、盾構進度監測、隱患排查的信息融合和應急決策的技術應用進行探討。工程應用表明，安全監控與應急一體化平臺可對軌道交通建設安全管理提供有效的技術保障和決策支持。

城市軌道交通；建設安全；風險監控；應急管理；決策支持

0 引言

近年來，我國城市軌道交通建設速度迅猛，預計至2016年，我國將新建軌道交通線路89條，總建設里程2 500 km。由于城市軌道交通工程建設過程覆蓋土建、動車調試、試運行的全過程，大規模建設對軌道交通工程的安全風險技術管理需求迫切，安全保障體系必不可少。應充分利用信息化技術，建設城市軌道交通安全監控與應急一體化平臺，通過軌道交通安全風險監控、隱患排查、調試設備狀態監控，實現監測信息、現場巡查信息等快速傳遞與集中管理，提高安全風險管理與控制的工作效率。同時，通過專項應急管理技術手段，在工程建設和運營中出現突發事件時，能夠快速有效地響應和制定科學的應急處置策略。

1 信息共享需求分析

1.1 信息采集與共享

1.1.1 建設階段

工程建設具有施工現場分散、參建方多、數據量大、數據與現場信息的分析與預警及時性較差、專家對風險的評判與建議范圍有限等特點。建設期間的風險預警、設備安裝調試等信息將作為全生命周期運維管理和資產管理的基本信息。

1.1.2 動車調試和綜合調試階段

在建設后期（設備安裝、單體調試工作基本完成后），通過對各專業系統的綜合調試，達到車輛及設備系統設計功能要求，滿足試運行條件，并對在建線路動車調試進行監督管理。由于涉及專業多、交叉作業頻繁，同一作業地點的時空占用成為矛盾的結合點。通過制定綜合動調作業計劃，實現協調和管控。

1.1.3 試運行階段

通過監控各項設備系統的運行狀況，包括車輛、信號、供電、通風空調、給排水、低壓配電、通信、火災探測器及氣滅系統、屏蔽門、自動售檢票、導向標識和電扶梯、門禁、乘客信息等，及時掌握車輛及設備故障信息，監察系統的相互磨合情況，根據對故障率等相關指標的核算和統計分析，對供貨商和建設效果進行綜合評估，確保整體綜合系統快速進入穩定、安全的運行狀態。

1.2 安全保障體系的要求

城市軌道交通的大規模同步建設，工點多、市內穿插、與市政管網及地面建筑交叉，造成施工難度大，影響因素復雜，風險隱患眾多，事故發生率高。因此，安全保障和應急能力是城市安全管理和處置突發事件必不可少的基礎保障。在建設期，城市軌道交通突發應急事件和重大應急事件時，快速處理、緊急資源調配、疏散救援引導都對安全保障體系提出更高要求，信息共享與融合成為重要的決策支撐。

2 安全監控與應急一體化平臺的構建

城市軌道交通安全監控與應急一體化平臺的構建，主要為所有軌道交通建設期提供數據采集、風險監控、綜合監視、統計分析、應急管理和信息共享等服務。

2.1 建設安全監控體系

土建施工階段，安全管理主要包括施工風險點監察、盾構偏移監控、安全質量隱患排查等，一般通過安裝監測設備、盾構機參數分析、施工視頻監控等手段實現。

2.1.1 施工安全風險監控

風險是人員傷亡、環境影響、經濟損失、社會影響等不利事件發生的概率及其損失的組合。施工風險監控內容包括：地理地質信息分析、監控量測數據對比、巡視巡查報告、工程資料的風險源記錄；通常根據業務不同劃分為綜合預警、巡視預警、監測預警3類。

2.1.2 盾構施工狀態監測

從專業角度進行盾構分析，將從盾構機上采集的數據回傳，通過對盾構機施工數據單元的讀取和分析過濾，對盾構機各項參數進行標定，確定盾構機推進施工的安全性和正確性。

圖1 建設安全監控體系

2.1.3 安全質量隱患排查

以土建工程、裝修與設備安裝工程及試運行的安全質量隱患為管控對象，內置安全質量隱患排查要點，監察對象通常覆蓋現場施工單位、監理單位、監測單位、專業咨詢單位、軌道公司等相關部門，對安全質量隱患專項排查、治理、消除和考核。

2.1.4 施工現場視頻監控

由現場前端監控、線路分控中心及監控中心三級管理構成，對從現場送入監控中心的視頻監控圖像進行控制、管理和顯示操作，實現現場人員施工作業情況、現場安全狀況實時監控。

根據城市軌道交通建設全過程安全管理的需求，面向施工現場多類參建方用戶的非定時訪問，同時在動調及試運行期間向行車、設備監控系統實時采集狀態信息進行綜合監控，快速獲取和反饋突發事件現場應急信息的要求，兼顧多種信息安全等級穿插的復雜性，構建安全監控與應急管理的一體化平臺，實現全面的建設安全管控。

2.2 功能體系

平臺能夠掌握軌道交通在建工程的安全狀況、動車調試和試運行的實時情況，為日常開展各項安全監管工作提供信息支撐，并在突發事件時統一協調指揮，調集救援資源，組織有關部門、協調各運營主體，實現應急聯動。通過數據共享平臺將采集匯總的各類信息，如實時信息、非實時信息、建設期及試運行期的視頻和現場圖像信息、統計分析信息統一處理，提供業務功能所需的基礎信息。

2.2.1 土建安全監控

通過集成施工風險監控、盾構施工、安全質量隱患、施工現場視頻監控等信息，統一分析建設線路的安全監督情況，監測預警。

2.2.2 動調和試運行安全管理

主要對線路動調、試運行期間的行車、設備監控、視頻等信息統一接入和統計，實時反映列車運行、設備運行狀態及故障報警，并對各類故障報警統計分析，以及動調計劃編制管理。

2.2.3 應急平臺

包括日常的安全管理、應急值守、應急資源、預案管理、突發事件接報和應急指揮、事后應急總結等。應急地理信息系統在空間數據庫的基礎上，建立在建線路、動調和試運行線路的GIS圖層，提供地圖基礎操作功能，能夠基于電子地圖對風險監控、報警預警展示、應急資源進行定位查詢，進一步實現可視化應急指揮的功能。

3 平臺應用的關鍵技術

3.1 工程監測的綜合預警

3.1.1 施工風險預警

（1）風險預警：針對導致風險事件發生、發展的各種主、客觀有害因素、不利因素或不利條件發布預先警告措施。

（2）監測預警：依據施工過程中監測點的實際監測值與設計單位提出的監控量測指標值進行比對，確定監測對象不安全程度的預警。按照實際監測值與監控量測指標的接近或超出程度，由小到大，分為黃色、橙色、紅色三級監測預警。

圖2 監測數據融合機制

（3）巡視預警：施工過程中通過現場巡視和分析，對工程自身及周邊環境因存在風險隱患或不安全狀態進行預警。按照其嚴重程度：由小到大分為黃色、橙色、紅色三級巡視預警。

（4）綜合預警：施工過程中通過綜合分析監測預警、巡視預警的分布數目、等級等，通過現場核查、綜合分析和專家論證，及時判定出風險工程安全狀態而進行的預警。按照其嚴重程度：由小到大分為黃色、橙色、紅色三級綜合預警。綜合預警通過監測預警信息和現場監控實施各方上報信息平臺預警評估表，經綜合預警判定后實施報警。

3.1.2 盾構管理

土建施工中的盾構監控信息包括盾構區間位置信息、盾構機位置信息、盾構機詳細信息。主要監控參數如下。

（1）工作狀態。

（2）土壓。土壓過大，可能導致隆起；土壓過低，可能導致坍塌。

（3）刀盤扭矩。扭矩過大，可能導致刀盤的磨損；扭矩過小，可能無法切削土體。

（4）同步注漿。包括同步注漿量和同步注漿壓力。

（5）刀盤中心x、y方向偏移量。偏移量過大容易導致盾構掘進方向偏差較大。

3.1.3 隱患預警

作業場所、設備及設施的不安全狀態，人的不安全行為、管理上的缺陷，都是引發安全事故的直接原因。例如：螺栓斷裂、焊點開焊、有害氣體濃度過高、消防設施配備不齊全等。根據隱患可能導致的人員傷亡、經濟損失、社會影響程度及發生的概率，將隱患分為一級、二級、三級和四級，其中一級到四級隱患嚴重程度逐級降低。

3.2 安全監測數據融合

為了避免數據匯集時產生的不確定性以及來自不同信源的數據難以判斷是關于同一目標或不同目標的證據的相關二義性，采用基于知識庫相應領域知識和數據挖掘的方法，減少和緩解相關分析中的不可控和偏離問題，確保智能數據融合階段數據的可靠性。

3.3 應急管理的智能決策技術

在城市軌道交通設備監控報警、突發事件研究判斷與應急響應、應急預案啟動、處置方案決策、救援資源調配、處置過程循環反饋至處置完畢恢復的全過程中，建立基于知識庫的指揮決策模型。指揮決策的核心是為實現特定的目標而選取和智能制定特定方案，并監控其執行過程，包括“信息融合、態勢評估、決策制定、響應實施”4個階段。

為了解決不確定性對指揮決策系統性能的影響，需要制定針對性的解決方案弱化其影響。指揮決策過程中的不確定性一般包括以下幾點。

（1）信息融合的不確定性。如信息的實時性、監控設備的能力和范圍、各類信息的同步差異、反饋過程的時間延誤等。

（2）態勢評估的不確定性。如信息融合的結果、對事件信息掌握的全面性、事件現場周邊環境和動態變化、風險隱患因素的影響等。

（3）決策過程的不確定性。如當前事件態勢、發展變化、現場條件的局限性、行為對態勢的影響等。

決策過程中充分考慮輸入數據的不確定性及決策實現本身的不確定性，將任一方案的實施過程全過程監控，以便根據變化及時調整。同時，由于知識庫的智能決策推理結果在實際應用中通常受到現場環境復雜、動態變化的影響，其適應性往往大打折扣。因此，采用同類、相似環境的事件的發生、衍化和處置情況的概率方法更具有代表性，用于對初步決策結果的修正。

4 結論

安全監控與應急一體化平臺為城市軌道交通建設工程安全管理與應急的綜合信息服務提供統一的平臺，同時提供安全保障、應急處置提供快速救援手段。該平臺已在國內多個城市軌道交通投入應用。運行效果表明，該平臺能夠有效輔助決策管理人員掌握建設安全管理動態和建設效果評估，提高城軌建設工程事故和突發事件的快速反應能力和決策支持能力。

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張銘：中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，副研究員，北京，100081

王霆：北京市軌道交通建設管理有限公司，高級工程師，北京，100068

責任編輯 苑曉蒙

U239.5

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1672-061X（2015）04-0079-04