城市軌道交通安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)建設(shè)研究

■ 張 銘 王 霆

城市軌道交通安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)建設(shè)研究

■ 張 銘 王 霆

針對(duì)城市軌道交通建設(shè)工程風(fēng)險(xiǎn)隱患多、管理面廣的特點(diǎn)，分析建設(shè)安全管理風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控體系需求，提出安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化的綜合信息平臺(tái)建設(shè)框架，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)點(diǎn)、盾構(gòu)進(jìn)度監(jiān)測(cè)、隱患排查的信息融合和應(yīng)急決策的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討。工程應(yīng)用表明，安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)可對(duì)軌道交通建設(shè)安全管理提供有效的技術(shù)保障和決策支持。

城市軌道交通；建設(shè)安全；風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控；應(yīng)急管理；決策支持

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)速度迅猛，預(yù)計(jì)至2016年，我國(guó)將新建軌道交通線路89條，總建設(shè)里程2 500 km。由于城市軌道交通工程建設(shè)過(guò)程覆蓋土建、動(dòng)車調(diào)試、試運(yùn)行的全過(guò)程，大規(guī)模建設(shè)對(duì)軌道交通工程的安全風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)管理需求迫切，安全保障體系必不可少。應(yīng)充分利用信息化技術(shù)，建設(shè)城市軌道交通安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)，通過(guò)軌道交通安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、隱患排查、調(diào)試設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息、現(xiàn)場(chǎng)巡查信息等快速傳遞與集中管理，提高安全風(fēng)險(xiǎn)管理與控制的工作效率。同時(shí)，通過(guò)專項(xiàng)應(yīng)急管理技術(shù)手段，在工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，能夠快速有效地響應(yīng)和制定科學(xué)的應(yīng)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(shè)階段

工程建設(shè)具有施工現(xiàn)場(chǎng)分散、參建方多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)信息的分析與預(yù)警及時(shí)性較差、專家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)判與建議范圍有限等特點(diǎn)。建設(shè)期間的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、設(shè)備安裝調(diào)試等信息將作為全生命周期運(yùn)維管理和資產(chǎn)管理的基本信息。

1.1.2 動(dòng)車調(diào)試和綜合調(diào)試階段

在建設(shè)后期（設(shè)備安裝、單體調(diào)試工作基本完成后），通過(guò)對(duì)各專業(yè)系統(tǒng)的綜合調(diào)試，達(dá)到車輛及設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求，滿足試運(yùn)行條件，并對(duì)在建線路動(dòng)車調(diào)試進(jìn)行監(jiān)督管理。由于涉及專業(yè)多、交叉作業(yè)頻繁，同一作業(yè)地點(diǎn)的時(shí)空占用成為矛盾的結(jié)合點(diǎn)。通過(guò)制定綜合動(dòng)調(diào)作業(yè)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和管控。

1.1.3 試運(yùn)行階段

通過(guò)監(jiān)控各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，包括車輛、信號(hào)、供電、通風(fēng)空調(diào)、給排水、低壓配電、通信、火災(zāi)探測(cè)器及氣滅系統(tǒng)、屏蔽門、自動(dòng)售檢票、導(dǎo)向標(biāo)識(shí)和電扶梯、門禁、乘客信息等，及時(shí)掌握車輛及設(shè)備故障信息，監(jiān)察系統(tǒng)的相互磨合情況，根據(jù)對(duì)故障率等相關(guān)指標(biāo)的核算和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)供貨商和建設(shè)效果進(jìn)行綜合評(píng)估，確保整體綜合系統(tǒng)快速進(jìn)入穩(wěn)定、安全的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 安全保障體系的要求

城市軌道交通的大規(guī)模同步建設(shè)，工點(diǎn)多、市內(nèi)穿插、與市政管網(wǎng)及地面建筑交叉，造成施工難度大，影響因素復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)隱患眾多，事故發(fā)生率高。因此，安全保障和應(yīng)急能力是城市安全管理和處置突發(fā)事件必不可少的基礎(chǔ)保障。在建設(shè)期，城市軌道交通突發(fā)應(yīng)急事件和重大應(yīng)急事件時(shí)，快速處理、緊急資源調(diào)配、疏散救援引導(dǎo)都對(duì)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(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)的構(gòu)建

城市軌道交通安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)的構(gòu)建，主要為所有軌道交通建設(shè)期提供數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、綜合監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)急管理和信息共享等服務(wù)。

2.1 建設(shè)安全監(jiān)控體系

土建施工階段，安全管理主要包括施工風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)監(jiān)察、盾構(gòu)偏移監(jiān)控、安全質(zhì)量隱患排查等，一般通過(guò)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備、盾構(gòu)機(jī)參數(shù)分析、施工視頻監(jiān)控等手段實(shí)現(xiàn)。

2.1.1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控

風(fēng)險(xiǎn)是人員傷亡、環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響等不利事件發(fā)生的概率及其損失的組合。施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控內(nèi)容包括：地理地質(zhì)信息分析、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比、巡視巡查報(bào)告、工程資料的風(fēng)險(xiǎn)源記錄；通常根據(jù)業(yè)務(wù)不同劃分為綜合預(yù)警、巡視預(yù)警、監(jiān)測(cè)預(yù)警3類。

2.1.2 盾構(gòu)施工狀態(tài)監(jiān)測(cè)

從專業(yè)角度進(jìn)行盾構(gòu)分析，將從盾構(gòu)機(jī)上采集的數(shù)據(jù)回傳，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工數(shù)據(jù)單元的讀取和分析過(guò)濾，對(duì)盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，確定盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工的安全性和正確性。

圖1 建設(shè)安全監(jiān)控體系

2.1.3 安全質(zhì)量隱患排查

以土建工程、裝修與設(shè)備安裝工程及試運(yùn)行的安全質(zhì)量隱患為管控對(duì)象，內(nèi)置安全質(zhì)量隱患排查要點(diǎn)，監(jiān)察對(duì)象通常覆蓋現(xiàn)場(chǎng)施工單位、監(jiān)理單位、監(jiān)測(cè)單位、專業(yè)咨詢單位、軌道公司等相關(guān)部門，對(duì)安全質(zhì)量隱患專項(xiàng)排查、治理、消除和考核。

2.1.4 施工現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控

由現(xiàn)場(chǎng)前端監(jiān)控、線路分控中心及監(jiān)控中心三級(jí)管理構(gòu)成，對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)送入監(jiān)控中心的視頻監(jiān)控圖像進(jìn)行控制、管理和顯示操作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人員施工作業(yè)情況、現(xiàn)場(chǎng)安全狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控。

根據(jù)城市軌道交通建設(shè)全過(guò)程安全管理的需求，面向施工現(xiàn)場(chǎng)多類參建方用戶的非定時(shí)訪問(wèn)，同時(shí)在動(dòng)調(diào)及試運(yùn)行期間向行車、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集狀態(tài)信息進(jìn)行綜合監(jiān)控，快速獲取和反饋突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急信息的要求，兼顧多種信息安全等級(jí)穿插的復(fù)雜性，構(gòu)建安全監(jiān)控與應(yīng)急管理的一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全面的建設(shè)安全管控。

2.2 功能體系

平臺(tái)能夠掌握軌道交通在建工程的安全狀況、動(dòng)車調(diào)試和試運(yùn)行的實(shí)時(shí)情況，為日常開(kāi)展各項(xiàng)安全監(jiān)管工作提供信息支撐，并在突發(fā)事件時(shí)統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，調(diào)集救援資源，組織有關(guān)部門、協(xié)調(diào)各運(yùn)營(yíng)主體，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。通過(guò)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)將采集匯總的各類信息，如實(shí)時(shí)信息、非實(shí)時(shí)信息、建設(shè)期及試運(yùn)行期的視頻和現(xiàn)場(chǎng)圖像信息、統(tǒng)計(jì)分析信息統(tǒng)一處理，提供業(yè)務(wù)功能所需的基礎(chǔ)信息。

2.2.1 土建安全監(jiān)控

通過(guò)集成施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、盾構(gòu)施工、安全質(zhì)量隱患、施工現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控等信息，統(tǒng)一分析建設(shè)線路的安全監(jiān)督情況，監(jiān)測(cè)預(yù)警。

2.2.2 動(dòng)調(diào)和試運(yùn)行安全管理

主要對(duì)線路動(dòng)調(diào)、試運(yùn)行期間的行車、設(shè)備監(jiān)控、視頻等信息統(tǒng)一接入和統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)反映列車運(yùn)行、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警，并對(duì)各類故障報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析，以及動(dòng)調(diào)計(jì)劃編制管理。

2.2.3 應(yīng)急平臺(tái)

包括日常的安全管理、應(yīng)急值守、應(yīng)急資源、預(yù)案管理、突發(fā)事件接報(bào)和應(yīng)急指揮、事后應(yīng)急總結(jié)等。應(yīng)急地理信息系統(tǒng)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建立在建線路、動(dòng)調(diào)和試運(yùn)行線路的GIS圖層，提供地圖基礎(chǔ)操作功能，能夠基于電子地圖對(duì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、報(bào)警預(yù)警展示、應(yīng)急資源進(jìn)行定位查詢，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可視化應(yīng)急指揮的功能。

3 平臺(tái)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工程監(jiān)測(cè)的綜合預(yù)警

3.1.1 施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

（1）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警：針對(duì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生、發(fā)展的各種主、客觀有害因素、不利因素或不利條件發(fā)布預(yù)先警告措施。

（2）監(jiān)測(cè)預(yù)警：依據(jù)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際監(jiān)測(cè)值與設(shè)計(jì)單位提出的監(jiān)控量測(cè)指標(biāo)值進(jìn)行比對(duì)，確定監(jiān)測(cè)對(duì)象不安全程度的預(yù)警。按照實(shí)際監(jiān)測(cè)值與監(jiān)控量測(cè)指標(biāo)的接近或超出程度，由小到大，分為黃色、橙色、紅色三級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

圖2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合機(jī)制

（3）巡視預(yù)警：施工過(guò)程中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡視和分析，對(duì)工程自身及周邊環(huán)境因存在風(fēng)險(xiǎn)隱患或不安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。按照其嚴(yán)重程度：由小到大分為黃色、橙色、紅色三級(jí)巡視預(yù)警。

（4）綜合預(yù)警：施工過(guò)程中通過(guò)綜合分析監(jiān)測(cè)預(yù)警、巡視預(yù)警的分布數(shù)目、等級(jí)等，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核查、綜合分析和專家論證，及時(shí)判定出風(fēng)險(xiǎn)工程安全狀態(tài)而進(jìn)行的預(yù)警。按照其嚴(yán)重程度：由小到大分為黃色、橙色、紅色三級(jí)綜合預(yù)警。綜合預(yù)警通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警信息和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控實(shí)施各方上報(bào)信息平臺(tái)預(yù)警評(píng)估表，經(jīng)綜合預(yù)警判定后實(shí)施報(bào)警。

3.1.2 盾構(gòu)管理

土建施工中的盾構(gòu)監(jiān)控信息包括盾構(gòu)區(qū)間位置信息、盾構(gòu)機(jī)位置信息、盾構(gòu)機(jī)詳細(xì)信息。主要監(jiān)控參數(shù)如下。

（1）工作狀態(tài)。

（2）土壓。土壓過(guò)大，可能導(dǎo)致隆起；土壓過(guò)低，可能導(dǎo)致坍塌。

（3）刀盤(pán)扭矩。扭矩過(guò)大，可能導(dǎo)致刀盤(pán)的磨損；扭矩過(guò)小，可能無(wú)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(pán)中心x、y方向偏移量。偏移量過(guò)大容易導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)方向偏差較大。

3.1.3 隱患預(yù)警

作業(yè)場(chǎng)所、設(shè)備及設(shè)施的不安全狀態(tài)，人的不安全行為、管理上的缺陷，都是引發(fā)安全事故的直接原因。例如：螺栓斷裂、焊點(diǎn)開(kāi)焊、有害氣體濃度過(guò)高、消防設(shè)施配備不齊全等。根據(jù)隱患可能導(dǎo)致的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響程度及發(fā)生的概率，將隱患分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)，其中一級(jí)到四級(jí)隱患嚴(yán)重程度逐級(jí)降低。

3.2 安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合

為了避免數(shù)據(jù)匯集時(shí)產(chǎn)生的不確定性以及來(lái)自不同信源的數(shù)據(jù)難以判斷是關(guān)于同一目標(biāo)或不同目標(biāo)的證據(jù)的相關(guān)二義性，采用基于知識(shí)庫(kù)相應(yīng)領(lǐng)域知識(shí)和數(shù)據(jù)挖掘的方法，減少和緩解相關(guān)分析中的不可控和偏離問(wèn)題，確保智能數(shù)據(jù)融合階段數(shù)據(jù)的可靠性。

3.3 應(yīng)急管理的智能決策技術(shù)

在城市軌道交通設(shè)備監(jiān)控報(bào)警、突發(fā)事件研究判斷與應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急預(yù)案啟動(dòng)、處置方案決策、救援資源調(diào)配、處置過(guò)程循環(huán)反饋至處置完畢恢復(fù)的全過(guò)程中，建立基于知識(shí)庫(kù)的指揮決策模型。指揮決策的核心是為實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)而選取和智能制定特定方案，并監(jiān)控其執(zhí)行過(guò)程，包括“信息融合、態(tài)勢(shì)評(píng)估、決策制定、響應(yīng)實(shí)施”4個(gè)階段。

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

（1）信息融合的不確定性。如信息的實(shí)時(shí)性、監(jiān)控設(shè)備的能力和范圍、各類信息的同步差異、反饋過(guò)程的時(shí)間延誤等。

（2）態(tài)勢(shì)評(píng)估的不確定性。如信息融合的結(jié)果、對(duì)事件信息掌握的全面性、事件現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境和動(dòng)態(tài)變化、風(fēng)險(xiǎn)隱患因素的影響等。

（3）決策過(guò)程的不確定性。如當(dāng)前事件態(tài)勢(shì)、發(fā)展變化、現(xiàn)場(chǎng)條件的局限性、行為對(duì)態(tài)勢(shì)的影響等。

決策過(guò)程中充分考慮輸入數(shù)據(jù)的不確定性及決策實(shí)現(xiàn)本身的不確定性，將任一方案的實(shí)施過(guò)程全過(guò)程監(jiān)控，以便根據(jù)變化及時(shí)調(diào)整。同時(shí)，由于知識(shí)庫(kù)的智能決策推理結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中通常受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、動(dòng)態(tài)變化的影響，其適應(yīng)性往往大打折扣。因此，采用同類、相似環(huán)境的事件的發(fā)生、衍化和處置情況的概率方法更具有代表性，用于對(duì)初步?jīng)Q策結(jié)果的修正。

4 結(jié)論

安全監(jiān)控與應(yīng)急一體化平臺(tái)為城市軌道交通建設(shè)工程安全管理與應(yīng)急的綜合信息服務(wù)提供統(tǒng)一的平臺(tái)，同時(shí)提供安全保障、應(yīng)急處置提供快速救援手段。該平臺(tái)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市軌道交通投入應(yīng)用。運(yùn)行效果表明，該平臺(tái)能夠有效輔助決策管理人員掌握建設(shè)安全管理動(dòng)態(tài)和建設(shè)效果評(píng)估，提高城軌建設(shè)工程事故和突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力和決策支持能力。

[1] 康耀紅．?dāng)?shù)據(jù)融合理論與應(yīng)用[M]．西安: 西安電子科技大學(xué)出版社，1997．

[2] KWON E，PITT S．Evaluation of emergency evacuation strategies for downtown event traffic using a dynamic network model[J]．Journal of the Transportation Research Board，2005(1922)：149-155．

[3] 張銘，王富章，李平．城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)輔助決策與應(yīng)急平臺(tái)[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2012，33(1)：113-120．

[4] 于敏，何正友，錢清泉．基于HSRN的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析[J]．鐵道學(xué)報(bào)，2012，34(2)：70-79．

[5] 周劍鋒，陳國(guó)華，萬(wàn)木生，等．基于多Agent的危險(xiǎn)源分布式監(jiān)控系統(tǒng)[J]． 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，35(9)：107-112．

[6] 王富章，李平，劉德山．城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2004，4(3)：24-28．

張銘：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，副研究員，北京，100081

王霆：北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，高級(jí)工程師，北京，100068

責(zé)任編輯 苑曉蒙

U239.5

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1672-061X（2015）04-0079-04