基于信息技術(shù)的城市軌道交通軌行區(qū)施工動態(tài)防護策略

劉國平 郭葉麗 李 莎

(青島地鐵集團有限公司運營分公司，266000，青島//第一作者,高級工程師)

地鐵運營施工管理作為日常管理的重要工作，受到各城市地鐵運營方的廣泛關(guān)注。地鐵運營施工具有作業(yè)地點多、時間點多，以及各專業(yè)交叉作業(yè)、防護要求高、安全要求高等特點;同時為避免影響白天正常行車，施工作業(yè)往往安排在夜間進行，施工時間有限，且施工中涉及的施工區(qū)域、供電分區(qū)等資源也是有限的;尤其是接觸軌供電線路，對施工作業(yè)防護和安全的要求更高。如何在有限的時空資源里完成施工計劃并保證施工安全，是需要解決的重要問題。其中,防護區(qū)域設置作為一項重要的施工安全防護措施,更不容忽略。

1 防護區(qū)域

1.1 固定防護

按照施工作業(yè)地點和性質(zhì)，施工計劃可劃分為A、B、C三類[1](見表1)。

防護區(qū)域是為了保障地鐵運營施工中人員和車輛安全，以及各施工點之間不受影響而采取的施工防護措施之一。地鐵運營的軌行區(qū)施工中，不同種類的施工作業(yè)對于施工資源的需求有差異，如開行電客車的施工作業(yè)一般需要作業(yè)區(qū)域沿線的軌行區(qū)帶電，而人工下軌行區(qū)的施工作業(yè)則需要區(qū)域內(nèi)軌行區(qū)停電。帶電與帶電的施工區(qū)域,以及帶電與停電的施工區(qū)域之間,必須要設置防護區(qū)域，以保證安全間隔和足夠的緩沖距離。

目前,城市軌道交通行業(yè)內(nèi)普遍采用固定區(qū)域防護。即施工計劃的防護區(qū)域相對施工區(qū)域固定不變，施工區(qū)域的左右兩側(cè)各擴展出固定大小的區(qū)域[2-3]。固定防護區(qū)域雖然簡單便捷，能夠滿足接觸網(wǎng)供電的安全防護要求，但難以解決防護區(qū)域的重復占用問題以及接觸軌供電對人身安全帶來的隱患；此外還存在以下弊端：

(1) 產(chǎn)生施工作業(yè)區(qū)域的浪費。例如,兩個相鄰的施工作業(yè)之間不能共用同一個防護區(qū)域，而是設置兩個相連的、功能重復的防護區(qū)域。

(2) 區(qū)域內(nèi)的供電安排只能是停電，施工條件安排不合理。如果有兩個帶電要求的A1類計劃施工區(qū)域之間不存在要求停電的施工計劃，那么這兩個A1類計劃之間的防護區(qū)域做停電操作是沒有意義的。

表1 施工計劃分類表

(3) 防護不完整，存在安全隱患。A2類計劃是非開車計劃，要求軌行區(qū)停電后人工進入作業(yè)。如果兩個A2類計劃施工區(qū)域之間不存在A1類計劃，那么最安全的防護設置是這兩個A2類計劃之間區(qū)域全部停電，但是固定的防護區(qū)域設置只能實現(xiàn)部分區(qū)域停電。

此外，實際業(yè)務中施工計劃復雜多樣，發(fā)布時間有差異，并且存在臨時增加或取消施工計劃的情況。施工管理人員想要合理安排防護區(qū)域，在保障施工人員和行車安全的前提下最大化利用時空資源，還面臨以下問題：①人為設置防護區(qū)域準確性差；②施工計劃變更后，防護區(qū)域變更不及時；③批量發(fā)布施工計劃時,需消耗大量的人力設置防護區(qū)域的范圍；④不便于保存防護區(qū)域的增加或修改記錄。

1.2 動態(tài)防護

動態(tài)防護策略是根據(jù)相鄰計劃的特性進行判斷和動態(tài)計算防護區(qū)域，防護區(qū)域并非固定不變，可根據(jù)計劃的新增、變更、取消等情況進行動態(tài)調(diào)整。動態(tài)防護區(qū)域模型是基于該策略的信息化技術(shù)研究與應用。

動態(tài)防護區(qū)域模型實現(xiàn)對開車作業(yè)防護區(qū)域空間位置及防護供電安排的動態(tài)設置，在保障安全的前提下，提高臨時計劃、故障搶修等施工安排的靈活性，提高軌行區(qū)的利用率。該模型可根據(jù)開車作業(yè)兩側(cè)相鄰作業(yè)的性質(zhì)，從防護區(qū)域空間及供電安排兩個角度進行防護，實現(xiàn)對施工計劃新增、變更、取消時防護區(qū)域的動態(tài)更新計算，生成的防護區(qū)域及防護供電安排將顯示在施工行車通告中。

動態(tài)防護區(qū)域模型包括數(shù)據(jù)存儲和讀取結(jié)構(gòu)、防護區(qū)域設置規(guī)則庫、防護區(qū)域生成模塊、施工計劃發(fā)布模塊等，其運行機制如圖1所示。數(shù)據(jù)存儲和讀取結(jié)構(gòu)為表達軌行區(qū)各區(qū)域的關(guān)聯(lián)關(guān)系提供了基礎(chǔ)。防護區(qū)域設置規(guī)則庫針對施工防護區(qū)域的業(yè)務要求進行規(guī)則定義和配置。施工計劃發(fā)布模塊啟動自動生成防護區(qū)域任務，并將運行結(jié)果合成完整的防護區(qū)域描述，與發(fā)布的計劃內(nèi)容一并顯示；在填報新的計劃時，對新增計劃的施工區(qū)域是否滿足現(xiàn)有計劃的防護區(qū)域要求進行沖突檢測，排除安全隱患及與施工區(qū)域資源利用的沖突。

圖1 動態(tài)防護區(qū)域模型的運行機制

2 動態(tài)防護的信息化技術(shù)

2.1 軌行區(qū)各區(qū)域雙向鏈式且上下行對應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

通過動態(tài)防護區(qū)域模型,建立軌行區(qū)各區(qū)域雙向鏈式且上下行對應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軌行區(qū)各區(qū)域以及相對的供電分區(qū)都有固定的數(shù)據(jù)編號，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為鏈式結(jié)構(gòu)，且上下行區(qū)域在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上建立“上下行對應”關(guān)系。

軌行區(qū)區(qū)域的數(shù)據(jù)讀取結(jié)構(gòu)為鏈式結(jié)構(gòu)、上下行區(qū)域成對出現(xiàn)。軌行區(qū)區(qū)域的實際業(yè)務結(jié)構(gòu)為站臺軌行區(qū)-區(qū)間軌行區(qū)鏈式排列。讀取數(shù)據(jù)時，根據(jù)區(qū)域編號、線路編號及區(qū)域連接關(guān)系，查詢得到該線路上的區(qū)域數(shù)據(jù)，并按實際業(yè)務結(jié)構(gòu)排列，以鏈式結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 基于雙向鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軌行區(qū)圖版

2.2 防護區(qū)域規(guī)則庫

針對不同作業(yè)類型、不同帶電性質(zhì)和類別的施工計劃,建立規(guī)則庫。基于規(guī)則庫對A1類計劃的防護區(qū)域的設置規(guī)則及供電安排規(guī)則分別見表2和表3。

表2 某A1類計劃的防護區(qū)域設置規(guī)則

表3 防護區(qū)域的供電安排規(guī)則

2.3 自動生成防護區(qū)域

動態(tài)防護區(qū)域模型可自動生成防護區(qū)域，且防護區(qū)域隨計劃變更動態(tài)更新;并將運行結(jié)果轉(zhuǎn)換成文字描述，實現(xiàn)對防護區(qū)域的直觀展示。防護區(qū)域的動態(tài)生成方法如下：

(1) 在計劃發(fā)布和取消環(huán)節(jié)，篩選即將發(fā)布和取消的計劃中的A1類計劃,得到結(jié)果集R1。

(2) 根據(jù)計劃P1的施工時間和所屬線路，找出與P1有時間交集的、同線路的所有A1和A2類計劃。

(3) 把所有計劃根據(jù)施工時間劃分成n個時間段的計劃，并獲得每段時間內(nèi)與計劃P1的施工區(qū)域左右兩邊相鄰最近的計劃P2。

(4) 計算P1的施工區(qū)域左右兩邊跟P1相鄰最近的計劃之間的距離。在該距離之內(nèi)的區(qū)域即為防護區(qū)域。

(5) 完成對R1中所有計劃的防護區(qū)域查找后，將找到的所有防護區(qū)域集中,對同時間段內(nèi)重疊的部分進行合并，并把每條計劃的每個時間段防護區(qū)域設置數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

(6) 得到防護區(qū)域的數(shù)據(jù)后，與上下行防護區(qū)域描述合并，得到完整的防護區(qū)域說明。

(7) 查詢防護區(qū)域相對的供電分區(qū)，并通過文字形式展示。

(8) 將得到的每條計劃的每個時間段防護區(qū)域及防護供電安排信息保存到數(shù)據(jù)庫。

2.4 自動進行防護區(qū)域沖突檢測

動態(tài)防護區(qū)域模型可以自動為新增施工計劃進行防護區(qū)域沖突檢測，步驟如下：

(1) 如果新增計劃為A1類計劃，將該計劃的施工區(qū)域向左右兩側(cè)各擴展出一個站臺軌行區(qū)和一個相連的區(qū)間軌行區(qū)長度。首先查詢擴展區(qū)域內(nèi)是否有施工計劃，如果有施工計劃則為有計劃沖突，不允許提交計劃。

(2) 如果新增計劃為A2類計劃，將該計劃的施工區(qū)域向左右兩側(cè)各擴展出一個站臺軌行區(qū)和一個相連的區(qū)間軌行區(qū)長度。首先查詢擴展區(qū)域內(nèi)是否有施工計劃，如果有A1類計劃則為有計劃沖突，不允許提交計劃。

在施工請點時，系統(tǒng)會對實施請點的施工計劃的防護區(qū)域進行沖突檢測，檢查施工防護區(qū)域的條件是否滿足，排除供電要求不符合和區(qū)域內(nèi)有施工等不安全因素。

3 應用效果分析

安全方面：可減少和避免分段施工時施工防護盲區(qū)及接觸軌供電狀態(tài)盲區(qū)，提高施工安全防護等級，保障施工區(qū)域的行車安全及人身安全。

經(jīng)濟方面：可有效減少防護設置的工作量和施工組織的人力投入，降低人力成本。例如,兩項A1開車作業(yè)若采用固定防護區(qū)域模式，需4組人員進入軌行區(qū)在8個點位設置紅閃燈防護;而采用動態(tài)防護模式，僅需2組人員在4個點位完成紅閃燈防護。

管理方面：可提高軌行區(qū)施工資源利用率。地鐵施工的空間和時間資源有限，需要充分利用有限的資源來滿足日益增長的施工需求。動態(tài)防護可在不影響已有施工的情況下，彈性增加臨時故障搶修、補充計劃等施工安排，充分發(fā)揮了各時段各區(qū)段資源的可用性。

4 結(jié)語

動態(tài)防護策略是在地鐵施工固定區(qū)域防護模式的基礎(chǔ)上，為滿足接觸軌供電線路的施工需求和安全防護要求而提出的新方法。該方法與信息化技術(shù)的融合，不僅促進了施工防護的高度智能化，也為該項技術(shù)的推廣和應用提供了良好的平臺，在城市軌道交通行業(yè)具有廣泛的應用前景。