城軌工程安全監測管理系統應用研究

龍宏德，蔡 翔

（深圳市地鐵集團有限公司，深圳518026 ）

城市軌道交通工程穿行于城市交通要道和人口密集區，工程沿線的建筑物、構筑物、軌道交通設施（含鐵路）、橋梁、地下工程地下管線密集，軌道交通工程建設中很可能對周邊環境的安全產生影響，一旦發生事故，后果極為嚴重。以地下工程為主的城市軌道交通工程屬于高風險工程，具有專業性強、不確定因素多、地質環境復雜、隱蔽工程多、施工難度大等特點[1]。

在城市軌道交通工程施工過程中，必須長期、連續地對工程圍護結構、圍巖和周邊環境進行位移、變形、傾斜、應力等監測，并將信息及時上報和反饋，用以指導優化設計和施工控制，保障工程建設安全?？梢哉f工程監測是地下工程施工的“眼睛”。傳統工程監測數據處理過程，主要是通過excel軟件處理原始數據，生成監測報告，分散保存在個人電腦中；對監測數據報警和預測分析，主要取決于專業工程師的個人水平，難以借助行業專家的經驗[2]。

因此，應用計算機技術、網絡技術和數據庫技術，建立工程安全監測系統來改進傳統的數據處理方式，提高安全風險信息處理效率，已成為行業應用的必然趨勢。

1 行業應用現狀

我國北京、上海、南京、深圳、廣州、武漢等大中城市，已經在軌道交通工程建設過程中采用安全監測系統，以提高數據處理水平和管理效率[3]。這些應用共同的特點：

（1）能夠通過導入和輸入，對施工監測數據和第三方監測數據進行管理。（2）能夠結合具體的安全管理體系和管理流程進行安全風險預警處理，通過電話等進行通知和督辦。

它們的不足主要在于：

（1）工程地圖的功能不足，沿線周邊環境、管線情況難以展示，工程測點分布情況展示不直觀。（2）風險預警的處理流程功能不足，流程展示不直觀，難以靈活配置。

因此，有必要應用地理信息系統（GIS）技術、工作流技術（WorkFlow）來研究新一代的城軌工程安全監測系統。

2 系統業務需求

城市軌道交通工程建設中，安全風險高的工程主要是隧道工程和基坑工程。其監控對象主要分4大類：周邊環境、工程結構、工程地質、水文地質。周邊環境進一步可分為建構筑物、地下管線、路面等。監測量類型可分為變形沉降、應力應變、水位。

具體來說，基坑工程中的監測項目主要包括：地面沉降、建筑物沉降、管線沉降、臨時立柱沉降、連續墻沉降、冠梁沉降、建筑物傾斜、圍護結構傾斜、支撐軸力、圍護結構鋼筋應力、錨桿拉力、地下水位、土壓力等；隧道工程中的監測項目主要包括：地面沉降、拱頂沉降、建筑物沉降、管線沉降、建筑物傾斜、凈空收斂、底板隆起、鋼筋應力、地下水位、土壓力、管片應力等。

針對以上業務需求，本系統設計的主要依據是巖土工程相關的監測規范，如：《建筑基坑工程監測技術規范 GB50497-2009》、《地鐵工程監測技術規程 DB11T490-2007》、《巖土工程監測規范YS5229-1996》、《建筑變形測量規范 JGJ8-2007》、《城市軌道交通工程測量規范 GB50308-2008》、《鐵路隧道監控量測技術規程 TB10121-2007》，這些規范對工程中必測和選測項目以及具體的報警界限都進行了規定。

每個城市軌道交通工程建設的安全管理，都需要根據工程具體的建設管理模式和建設單位的管理特點，建立相應的管理體系。可以說工程安全監測系統就是整個管理體系的一部分，是提升管理效率、保證管理體系高質高效運行的一個信息處理、共享和溝通的平臺。

基于以上業務需求和管理模式的應用，我們設計了符合城市軌道交通行業的工程建設安全管理體系，如圖1。該體系由工程建設主體建設單位（地鐵業主、BT總包、勘察單位、設計單位、監測單位、施工單位、監理單位）、安全監測咨詢單位、政府主管部門等構成，圍繞工程建設安全管理總目標，進行日常安全管理和險情應急處理。

圖1 安全監測管理體系

數據的正確處理與快速流轉是工程安全管理體系高質高效運行的根本保障，也是安全監測系統應用的靈魂。其中監測數據信息包括靜態的和動態的2類信息。具體實現流程如圖2。

圖2 安全監測數據處理流程

（1）系統定時對工程監測信息進行人工或自動采集上報；（2）系統自動或半自動對監測數據有效性的判讀和數據挖掘提取過濾，結合巖土工程專業數據分析、曲線顯示、報表輸出等手段；（3）結合相關設計、勘察等靜態資料信息和實時的動態監測數據信息，進行預評估分析和自動預報警處理，形成風險預評估報告和自動預報警事件；（4）根據風險預評估報告和自動預報警事件，進行風險響應處理，進一步動態指導設計，動態優化施工工藝、工法，保證工程建設的安全可靠。

3 主要技術實現

新一代城軌工程安全監測系統，主要采用了地理信息系統技術和工作流引擎技術。

3.1 地理信息系統技術應用

地理信息系統（GIS）是指為收集、管理、操作、分析和顯示空間數據的計算機軟、硬件系統。它是一個以地理坐標為基礎的信息系統，具有強大的處理空間數據的能力，如地圖數字化、矢量和圖像的瀏覽查詢、基于空間數據的分析、三維模擬、虛擬現實、地圖輸出等。

目前地理信息系統技術的應用開發都是基于成熟的GIS平臺。主流的GIS平臺包括MapInfo產品平臺、ArcGIS產品平臺、SuperMap產品平臺以及開源的GIS平臺（比如Geoserve、GRASS等）。根據應用的規模和應用的性能要求選擇合適的產品平臺。作為新一代的城軌工程安全監測系統來說，應該支持不同的產品平臺來適應不同的應用需求。

城軌工程安全監測地理信息系統技術應用，主要目的在于直觀展示工程沿線地形地貌、周邊環境的情況，其實現關鍵在于專題地圖的制作和熱點鏈接的設計。

通過地理信息系統技術的應用，可以很方便地實現以下功能：

（1）直觀顯示城軌工程沿線地形地貌、建構筑物、地下管線的情況。實現地圖的拖動、放大、縮小、搜索等功能。（2）將城軌工程安全監測管理系統的主要信息顯示在工程地圖上，形象直觀。（3）直觀顯示城軌工程安全監測工點測點設計圖，實現監測信息的拖動、放大、縮小、搜索等功能。（4）能夠顯示城軌工程安全監測測點數據超限報警信息，可以查看測點的時程曲線、斷面曲線。

3.2 工作流引擎技術應用

目前，幾乎所有的管理信息系統的開發都應用到工作流技術（WorkFlow）。工作流就是工作流程的計算模型，即將工作流程中的工作如何前后組織在一起的邏輯和規則，在計算機中以恰當的模型進行表示并對其實施計算。工作流要解決的主要問題是：為實現某個業務目標，在多個參與者之間，利用計算機，按某種預定規則自動傳遞文檔、信息或者任務。

圖3 安全監測GIS應用界面

工作流技術的開發主要包括工作流配置管理模塊、工作流實例運行引擎、工作流監控模塊以及工作流數據庫的設計。在城軌工程安全監測管理系統中應用工作流引擎主要實現2方面的功能：

（1）工作會議通知、工作文件的下發和審閱。包括預先定義會議通知下發和文件辦理流程、個人桌面顯示已辦和代辦事物、監控文件的處理情況。（2）風險預警發布、處理流程跟蹤。包括根據預警級別自定義不同的處理流程、與短信模塊和電子郵件模塊集成完成風險預警的迅速發布、個人桌面顯示已辦和代辦的風險預警、風險預警處理情況監控等。

4 結束語

在前期大量研究和工程實踐的基礎上，本系統通過應用地理信息系統技術和工作流引擎技術，對現有城軌工程安全監測管理系統的不足進行了改進，優化完善了其中工程地圖和預警流程辦理的功能，使得系統功能更加直觀形象，符合現場的操作習慣。

下一步的工作主要是對監測數據的深度分析和風險預測評估功能的實現，使得系統功能從數據的采集、匯總和展示向數據的智能分析處理擴展，從而為工程安全管理提供更加有效的手段。

[1] 智鵬，龍宏德，等.安全管理與監控監測信息系統設計與實現[J] . 鐵路計算機應用， 2010，19（10）.

[2] 黃少群，龍宏德，等. 深圳地鐵5號線施工遠程監控管理系統應用研究[J] . 鐵路技術監督， 2010，38（4）.

[3] 王乾坤，等. 城市軌道交通施工安全監控管理信息系統的研究[J] ，武漢理工大學學報， 2010，32（7）.