基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的地鐵既有線拆改工程影響因素研究

楊曉梅

（新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

近幾年來，隨著中國城市軌道交通大規(guī)模的建設(shè)投用、線網(wǎng)快速發(fā)展，各個(gè)城市的地鐵改擴(kuò)建工程也隨之增多，主要為了完善車站功能、提升地鐵運(yùn)力、擴(kuò)大車站規(guī)模、根據(jù)周邊項(xiàng)目需求配套能力擴(kuò)建改造、滿足新線車站工程與既有運(yùn)營車站的換乘功能需求等而進(jìn)行地鐵改擴(kuò)建工程。地鐵既有線路擴(kuò)建、改造相對(duì)于地鐵新建工程是一項(xiàng)更為復(fù)雜的工程，且改擴(kuò)建工程和既有線路運(yùn)營一般會(huì)同時(shí)進(jìn)行，需要在保障地鐵既有線運(yùn)營安全的基礎(chǔ)上實(shí)施。

本文選取的實(shí)例為烏魯木齊市地鐵國際機(jī)場(chǎng)站改擴(kuò)建工程，此工程為烏市機(jī)場(chǎng)北區(qū)改擴(kuò)建的市政配套工程，其中新建地鐵線路通過國際機(jī)場(chǎng)站與既有1 號(hào)線連接，然而1 號(hào)線既有站后折返線內(nèi)部分設(shè)施位于1號(hào)線與本期工程聯(lián)絡(luò)線部分，因此在土建實(shí)施前，需對(duì)1 號(hào)線109.896m 范圍既有隧道內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行拆除，由于拆除范圍后88.39m 的1 號(hào)線既有隧道需作為本工程施工通道使用，需考慮工程施工過程中對(duì)該隧道范圍內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備的影響。其中拆除工作已于2022 年3—6 月順利實(shí)施，但事實(shí)證明拆除階段組織協(xié)調(diào)工作難度大，存在多專業(yè)、多工種同時(shí)施工和交叉作業(yè)的情況，既有線運(yùn)營、施工兼并進(jìn)行，而今后類似地鐵區(qū)間改擴(kuò)建工程一開始也不可避免涉及既有線的拆除階段，因此，本文主要以此工程為例選取其拆除階段影響因素進(jìn)行研究。

1 影響因素體系建立

在整個(gè)改擴(kuò)建工程中，一號(hào)線國際機(jī)場(chǎng)站站后拆除階段與既有線運(yùn)營息息相關(guān)[1]，需要做到運(yùn)營、施工兼顧，施工不能影響既有線的運(yùn)營安全和既有系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，需在拆除前期，改變一號(hào)線國際機(jī)場(chǎng)站的行車組織和客運(yùn)組織模式，臨時(shí)停運(yùn)既有1 號(hào)線國際機(jī)場(chǎng)站站后區(qū)間，面對(duì)折返方式、乘車方式變化，運(yùn)營單位需組織制定保障方案，明確機(jī)場(chǎng)站設(shè)備人員、備件的配備，明確新運(yùn)維模式和應(yīng)急流程，確保設(shè)備與新變化相適應(yīng)。在設(shè)備拆除的過程中，運(yùn)營人員還需每日對(duì)設(shè)備變化進(jìn)行檢查，對(duì)人員、機(jī)具出清運(yùn)營線進(jìn)行檢查，確保第二天的運(yùn)營。因此，此工程綜合協(xié)調(diào)工作量很大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工組織要求高，要統(tǒng)籌合理安排，以確保目標(biāo)工期的順利實(shí)現(xiàn)。

地鐵改擴(kuò)建工程中的拆除過程，既有拆除工程對(duì)既有線運(yùn)營的影響，也有既有線運(yùn)營對(duì)拆改工程的進(jìn)行產(chǎn)生的影響，同時(shí)，也體現(xiàn)在人員、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境和運(yùn)營管理這4 個(gè)方面上，這些與拆除工作本身也是相互作用，共同影響。本文先將拆除工程影響因素劃分為以上4 個(gè)子系統(tǒng)，并深入分析各影響因素間的因果作用關(guān)系，為后文系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型研究奠定理論基礎(chǔ)。對(duì)人員、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境、運(yùn)營四大影響因素子系統(tǒng)進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)拆除過程影響因素體系中四大系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的相互作用聯(lián)系。

（1）人員子系統(tǒng)。人員子系統(tǒng)主要從人員的類型入手，包括建管、運(yùn)營、監(jiān)理、施工、設(shè)計(jì)、乘客，考慮人員的主要影響因素：建管人員的總體溝通協(xié)調(diào)能力，運(yùn)營人員的配合施工、專業(yè)技術(shù)能力、現(xiàn)場(chǎng)盯控能力、應(yīng)急能力、服務(wù)和疏散乘客能力等，監(jiān)理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的有效監(jiān)督，施工人員的專業(yè)素質(zhì)和資質(zhì)、應(yīng)急能力，設(shè)計(jì)人員的現(xiàn)場(chǎng)交底的充分性，以及乘客對(duì)拆除工程可能造成的闖入施工現(xiàn)場(chǎng)的一些不確定因素。

（2）設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)。此工程主要對(duì)通信、信號(hào)、BAS、FAS、軌道、接觸網(wǎng)、給排水、通風(fēng)空調(diào)、動(dòng)力照明、安防等專業(yè)的設(shè)備及設(shè)備管線、支吊架進(jìn)行拆除。首先為保證地鐵電客車正常運(yùn)營，運(yùn)營單位先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況改變?cè)械男熊嚹Ｊ健⒖瓦\(yùn)模式，將原站后折返運(yùn)營模式改為站前折返模式，試運(yùn)行一周后，開展信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)調(diào)試，信號(hào)升級(jí)在夜間運(yùn)營結(jié)束后進(jìn)行調(diào)試和全線跑車作業(yè)，并確認(rèn)各項(xiàng)信號(hào)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，確保白天平穩(wěn)運(yùn)營。拆除階段工程接口界面多而復(fù)雜，組織協(xié)調(diào)工作難度大，前期運(yùn)營準(zhǔn)備與施工介入并行，需要確保準(zhǔn)備工作充分到位，如對(duì)信號(hào)升級(jí)、斷開接觸網(wǎng)、安裝軌道絕緣節(jié)、拆除受流風(fēng)機(jī)、裝卸運(yùn)輸、挪移照明等重要環(huán)節(jié)進(jìn)行明確；對(duì)封堵墻位置、鋸軌位置、斷開接觸網(wǎng)的定位點(diǎn)進(jìn)行定位；對(duì)信號(hào)、通信、供電線纜進(jìn)行標(biāo)記；對(duì)受流風(fēng)機(jī)、消防水管的連接方式進(jìn)行摸底等。

（3）環(huán)境子系統(tǒng)。環(huán)境的影響因素在此拆除階段主要考慮處于隧道區(qū)間內(nèi)，因拆除部分電纜或用電設(shè)備，導(dǎo)致后期無足夠電能供應(yīng)，而在施工環(huán)境照明不足，受限空間作業(yè)導(dǎo)致的通風(fēng)不足、起吊作業(yè)困難，在多專業(yè)、多工種同時(shí)施工和交叉作業(yè)情況下，需要合理安排各專業(yè)進(jìn)場(chǎng)施工順序，同時(shí)，還需要對(duì)車輛運(yùn)輸進(jìn)行交底，對(duì)軌道搬送、擺放、捆綁、行車路徑等運(yùn)輸問題進(jìn)行明確，以及鋸軌等作業(yè)產(chǎn)生的噪聲污染和空氣污染等。

（4）運(yùn)營管理子系統(tǒng)。在拆改階段，還需要考慮天窗時(shí)間的管理，因?yàn)樵诩扔芯€上施工，會(huì)與運(yùn)營其他的重點(diǎn)施工、檢修計(jì)劃產(chǎn)生時(shí)間上的沖突，需要進(jìn)行合理安排[2]。在拆改前，運(yùn)營方需提前做好拆除階段前的行車、客運(yùn)組織，在改變行車組織及對(duì)既有設(shè)備設(shè)施有影響的施工配合中，運(yùn)營方需對(duì)使用增多的設(shè)備增加維護(hù)管理頻次，對(duì)各專業(yè)拆除的設(shè)備存放進(jìn)行記錄管理，同時(shí)應(yīng)做好應(yīng)急管理，進(jìn)行突發(fā)事件應(yīng)急演練。

2 確定系統(tǒng)邊界并構(gòu)建因果關(guān)系圖和流圖

由于地鐵改擴(kuò)建工程既有線拆改工程較為復(fù)雜，所以有必要對(duì)系統(tǒng)的邊界進(jìn)行劃定，此系統(tǒng)具有復(fù)雜抽象的性質(zhì)，前期已經(jīng)確定本文研究的子系統(tǒng)包括：人員、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境、運(yùn)營管理四大子系統(tǒng)，本文將所有影響因素選為系統(tǒng)邊界，對(duì)于不同專業(yè)拆除統(tǒng)一為既有設(shè)備設(shè)施拆除，系統(tǒng)內(nèi)部由各關(guān)鍵變量以及子系統(tǒng)組成，關(guān)鍵變量包括各影響因素等。在此系統(tǒng)中，采用因果關(guān)系圖的方式，建立分析模型，確定子系統(tǒng)之間影響因素的關(guān)系，通過VENSIM 軟件進(jìn)行影響關(guān)系分析。地鐵既有線拆改工程影響因素因果關(guān)系如圖1所示。

圖1 地鐵既有線拆改工程影響因素因果關(guān)系

根據(jù)上文中對(duì)各影響因素性質(zhì)的分析，將人員、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境、運(yùn)營管理子系統(tǒng)的穩(wěn)定性作為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)模型的狀態(tài)變量，所對(duì)應(yīng)的影響程度增加量或減少量為速率變量，且均由Ri 代表不同子系統(tǒng)的速率變量，其他變量均為輔助變量或常量。基于VENSIM 軟件繪制存量流量如圖2 所示。

圖2 地鐵既有線拆改工程影響因素存量流量

3 控制措施

3.1 人的控制措施

在拆除過程中，各單位、各部門間需要反復(fù)溝通、互相配合，形成合力，集中討論存有問題的解決方案。同時(shí)，明確分工，分級(jí)盯控，各負(fù)其責(zé)，明確施工單位和配合單位的職責(zé)，如在此工程中，運(yùn)營單位也將相關(guān)專業(yè)技術(shù)骨干調(diào)至國際機(jī)場(chǎng)站，增加保障人數(shù)，并組織人員多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘、盯控、配合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和提出施工過程中存在的問題并配合建設(shè)單位進(jìn)行處理，因涉及既有線運(yùn)營，運(yùn)營人員還需負(fù)責(zé)對(duì)每日施工結(jié)束后的設(shè)備變化情況進(jìn)行檢查，對(duì)人員、機(jī)具出清情況進(jìn)行反復(fù)核對(duì)，確保次日的運(yùn)營工作不受影響。

3.2 設(shè)備設(shè)施的控制措施

對(duì)于既有線設(shè)備設(shè)施的拆改，首先需確保信號(hào)升級(jí)的順利實(shí)施，其次對(duì)既有線纜進(jìn)行摸底標(biāo)記，確認(rèn)設(shè)備設(shè)施的拆改方案后明確設(shè)備變化和影響范圍，確保每日施工源頭可控。在本次拆改工作中，各專業(yè)設(shè)備相互交叉，增加了施工的難度。因此，需明確設(shè)備分界及拆除范圍，現(xiàn)場(chǎng)指定負(fù)責(zé)人對(duì)拆除設(shè)備進(jìn)行全過程盯控，確保拆除過程中各專業(yè)設(shè)備零損傷。其次，要嚴(yán)格控制裝卸、起吊、運(yùn)輸作業(yè)方案的編制與審核、先決條件檢查、過程監(jiān)護(hù)等重要環(huán)節(jié)。設(shè)備、材料、機(jī)具等的運(yùn)輸，需根據(jù)物資設(shè)備的特性，確定運(yùn)輸方式，且需明確運(yùn)送通道，配備足夠的作業(yè)人員。在拆改階段，需從運(yùn)營線路運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)送過程的安全性直接影響現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，為保證既有線運(yùn)送工作的安全，需利用軌道車作為運(yùn)送工具，運(yùn)送過程中必須防止物料侵限，損壞運(yùn)營線路設(shè)備[3]。最后在既有線施工范圍內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，必須對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行充分的成品防護(hù)，防止既有設(shè)備受損，可重復(fù)利用的設(shè)備、材料拆除后，應(yīng)放置在指定的安全位置或存儲(chǔ)地點(diǎn)，在施工完成后提交運(yùn)營作為后期備品備件利用，并采取必要的防塵、除塵措施。

3.3 環(huán)境控制措施

環(huán)境主要為作業(yè)環(huán)境，需對(duì)噪音較大的機(jī)械設(shè)置消音降噪裝置，控制施工噪音，以免干擾施工地段附近居民休息。對(duì)于既有線運(yùn)營來說，與地鐵既有運(yùn)營交界處，應(yīng)當(dāng)設(shè)圍擋進(jìn)行完全封閉。定期進(jìn)行場(chǎng)地清潔和灑水降塵，做好施工現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量及環(huán)境的管控工作，及時(shí)做好施工現(xiàn)場(chǎng)除塵、排氣、排水、防火等工作，以免煙塵、施工用水、地下水等侵入運(yùn)營線路。且運(yùn)營區(qū)域發(fā)現(xiàn)灰塵大面積飄散后應(yīng)及時(shí)處理。夜間施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)燈光照明，確保燈光能夠滿足施工需求，尤其是夜間施工對(duì)人員、機(jī)具、材料的確認(rèn)，嚴(yán)禁侵入行車限界或工料具遺留施工現(xiàn)場(chǎng)，做到“工完料清”，確保白天的行車安全。

3.4 管理控制措施

施工現(xiàn)場(chǎng)必須嚴(yán)格按照既定施工計(jì)劃組織施工，同既有線運(yùn)營相關(guān)的隧道內(nèi)施工進(jìn)度也要與既有線運(yùn)輸計(jì)劃相匹配，如在拆改階段，還需考慮到運(yùn)營天窗的管理，除了夜間維修天窗時(shí)間，還有其他重點(diǎn)施工占用的天窗點(diǎn)或軌道車運(yùn)輸作業(yè)，因此，排好軌道車運(yùn)料時(shí)間，也充分利用返空軌道車，及時(shí)清理施工廢料，保證施工作業(yè)面整潔有序。制訂計(jì)劃安排時(shí)，還需做到不同專業(yè)既銜接配合，又整體交叉推進(jìn)，涉及不同專業(yè)交叉作業(yè)的情況，須做到統(tǒng)籌兼顧，重點(diǎn)考慮時(shí)間上的銜接，實(shí)施場(chǎng)地安排以及設(shè)備、材料的運(yùn)輸，做到切合符合工程的實(shí)際的情況。在實(shí)施時(shí)需及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目進(jìn)度和面臨問題并有效調(diào)配資源，防止問題堆積進(jìn)而影響工期和質(zhì)量[4]，確保施工的順利開展。同時(shí)，因涉及既有線運(yùn)營，需加強(qiáng)客運(yùn)和行車風(fēng)險(xiǎn)管控，在實(shí)施過程中，將對(duì)地鐵的運(yùn)營干擾降到最低。完善客流組織模式，加強(qiáng)行車盯控、線路巡視，以確保行車安全。

4 結(jié)語

地鐵改擴(kuò)建工程，是一個(gè)影響因素眾多且因素間作用關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)[5]，本文以烏市國際機(jī)場(chǎng)地鐵站既有線拆改工程為研究對(duì)象，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，并進(jìn)一步梳理和分析，將此工程劃分為人、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境、運(yùn)營管理四大子系統(tǒng)，在建立地鐵既有線拆改工程影響因素體系后，對(duì)影響因素子系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，并得出影響因素之間的因果關(guān)系，隨后建立各因素之間的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖。從而得出各系統(tǒng)間的聯(lián)系以下結(jié)論：通過對(duì)地鐵改擴(kuò)建工程的研究，提高工程管理效率和水平，以及管控的全面性、高效性和準(zhǔn)確性，確保管控過程中既有線的正常運(yùn)行，規(guī)避影響運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)拆改工程中主要影響因素以及后期對(duì)改擴(kuò)建工程拆改的整體把控具有指導(dǎo)意義，為后續(xù)越來越多出現(xiàn)的同類改造工程，以及更深入、更專業(yè)的研究工作提供參考。