基于系統動力學的地鐵既有線拆改工程影響因素研究

楊曉梅

（新疆大學，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模的建設投用、線網快速發展，各個城市的地鐵改擴建工程也隨之增多，主要為了完善車站功能、提升地鐵運力、擴大車站規模、根據周邊項目需求配套能力擴建改造、滿足新線車站工程與既有運營車站的換乘功能需求等而進行地鐵改擴建工程。地鐵既有線路擴建、改造相對于地鐵新建工程是一項更為復雜的工程，且改擴建工程和既有線路運營一般會同時進行，需要在保障地鐵既有線運營安全的基礎上實施。

本文選取的實例為烏魯木齊市地鐵國際機場站改擴建工程，此工程為烏市機場北區改擴建的市政配套工程，其中新建地鐵線路通過國際機場站與既有1 號線連接，然而1 號線既有站后折返線內部分設施位于1號線與本期工程聯絡線部分，因此在土建實施前，需對1 號線109.896m 范圍既有隧道內的系統設備進行拆除，由于拆除范圍后88.39m 的1 號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該隧道范圍內系統設備的影響。其中拆除工作已于2022 年3—6 月順利實施，但事實證明拆除階段組織協調工作難度大，存在多專業、多工種同時施工和交叉作業的情況，既有線運營、施工兼并進行，而今后類似地鐵區間改擴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行研究。

1 影響因素體系建立

在整個改擴建工程中，一號線國際機場站站后拆除階段與既有線運營息息相關[1]，需要做到運營、施工兼顧，施工不能影響既有線的運營安全和既有系統的正常運轉。因此，需在拆除前期，改變一號線國際機場站的行車組織和客運組織模式，臨時停運既有1 號線國際機場站站后區間，面對折返方式、乘車方式變化，運營單位需組織制定保障方案，明確機場站設備人員、備件的配備，明確新運維模式和應急流程，確保設備與新變化相適應。在設備拆除的過程中，運營人員還需每日對設備變化進行檢查，對人員、機具出清運營線進行檢查，確保第二天的運營。因此，此工程綜合協調工作量很大，對現場施工組織要求高，要統籌合理安排，以確保目標工期的順利實現。

地鐵改擴建工程中的拆除過程，既有拆除工程對既有線運營的影響，也有既有線運營對拆改工程的進行產生的影響，同時，也體現在人員、設備設施、環境和運營管理這4 個方面上，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 個子系統，并深入分析各影響因素間的因果作用關系，為后文系統動力學模型研究奠定理論基礎。對人員、設備設施、環境、運營四大影響因素子系統進行分析，可發現拆除過程影響因素體系中四大系統間存在著復雜的相互作用聯系。

（1）人員子系統。人員子系統主要從人員的類型入手，包括建管、運營、監理、施工、設計、乘客，考慮人員的主要影響因素：建管人員的總體溝通協調能力，運營人員的配合施工、專業技術能力、現場盯控能力、應急能力、服務和疏散乘客能力等，監理人員對現場施工的有效監督，施工人員的專業素質和資質、應急能力，設計人員的現場交底的充分性，以及乘客對拆除工程可能造成的闖入施工現場的一些不確定因素。

（2）設備設施子系統。此工程主要對通信、信號、BAS、FAS、軌道、接觸網、給排水、通風空調、動力照明、安防等專業的設備及設備管線、支吊架進行拆除。首先為保證地鐵電客車正常運營，運營單位先根據現場情況改變原有的行車模式、客運模式，將原站后折返運營模式改為站前折返模式，試運行一周后，開展信號系統升級調試，信號升級在夜間運營結束后進行調試和全線跑車作業，并確認各項信號設備運轉正常，確保白天平穩運營。拆除階段工程接口界面多而復雜，組織協調工作難度大，前期運營準備與施工介入并行，需要確保準備工作充分到位，如對信號升級、斷開接觸網、安裝軌道絕緣節、拆除受流風機、裝卸運輸、挪移照明等重要環節進行明確；對封堵墻位置、鋸軌位置、斷開接觸網的定位點進行定位；對信號、通信、供電線纜進行標記；對受流風機、消防水管的連接方式進行摸底等。

（3）環境子系統。環境的影響因素在此拆除階段主要考慮處于隧道區間內，因拆除部分電纜或用電設備，導致后期無足夠電能供應，而在施工環境照明不足，受限空間作業導致的通風不足、起吊作業困難，在多專業、多工種同時施工和交叉作業情況下，需要合理安排各專業進場施工順序，同時，還需要對車輛運輸進行交底，對軌道搬送、擺放、捆綁、行車路徑等運輸問題進行明確，以及鋸軌等作業產生的噪聲污染和空氣污染等。

（4）運營管理子系統。在拆改階段，還需要考慮天窗時間的管理，因為在既有線上施工，會與運營其他的重點施工、檢修計劃產生時間上的沖突，需要進行合理安排[2]。在拆改前，運營方需提前做好拆除階段前的行車、客運組織，在改變行車組織及對既有設備設施有影響的施工配合中，運營方需對使用增多的設備增加維護管理頻次，對各專業拆除的設備存放進行記錄管理，同時應做好應急管理，進行突發事件應急演練。

2 確定系統邊界并構建因果關系圖和流圖

由于地鐵改擴建工程既有線拆改工程較為復雜，所以有必要對系統的邊界進行劃定，此系統具有復雜抽象的性質，前期已經確定本文研究的子系統包括：人員、設備設施、環境、運營管理四大子系統，本文將所有影響因素選為系統邊界，對于不同專業拆除統一為既有設備設施拆除，系統內部由各關鍵變量以及子系統組成，關鍵變量包括各影響因素等。在此系統中，采用因果關系圖的方式，建立分析模型，確定子系統之間影響因素的關系，通過VENSIM 軟件進行影響關系分析。地鐵既有線拆改工程影響因素因果關系如圖1所示。

圖1 地鐵既有線拆改工程影響因素因果關系

根據上文中對各影響因素性質的分析，將人員、設備設施、環境、運營管理子系統的穩定性作為系統動力學評價模型的狀態變量，所對應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，明確分工，分級盯控，各負其責，明確施工單位和配合單位的職責，如在此工程中，運營單位也將相關專業技術骨干調至國際機場站，增加保障人數，并組織人員多次進行現場踏勘、盯控、配合，及時發現和提出施工過程中存在的問題并配合建設單位進行處理，因涉及既有線運營，運營人員還需負責對每日施工結束后的設備變化情況進行檢查，對人員、機具出清情況進行反復核對，確保次日的運營工作不受影響。

3.2 設備設施的控制措施

對于既有線設備設施的拆改，首先需確保信號升級的順利實施，其次對既有線纜進行摸底標記，確認設備設施的拆改方案后明確設備變化和影響范圍，確保每日施工源頭可控。在本次拆改工作中，各專業設備相互交叉，增加了施工的難度。因此，需明確設備分界及拆除范圍，現場指定負責人對拆除設備進行全過程盯控，確保拆除過程中各專業設備零損傷。其次，要嚴格控制裝卸、起吊、運輸作業方案的編制與審核、先決條件檢查、過程監護等重要環節。設備、材料、機具等的運輸，需根據物資設備的特性，確定運輸方式，且需明確運送通道，配備足夠的作業人員。在拆改階段，需從運營線路運送至施工現場，運送過程的安全性直接影響現場施工進度，為保證既有線運送工作的安全，需利用軌道車作為運送工具，運送過程中必須防止物料侵限，損壞運營線路設備[3]。最后在既有線施工范圍內進行施工作業時，必須對現有設備進行充分的成品防護，防止既有設備受損，可重復利用的設備、材料拆除后，應放置在指定的安全位置或存儲地點，在施工完成后提交運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 環境控制措施

環境主要為作業環境，需對噪音較大的機械設置消音降噪裝置，控制施工噪音，以免干擾施工地段附近居民休息。對于既有線運營來說，與地鐵既有運營交界處，應當設圍擋進行完全封閉。定期進行場地清潔和灑水降塵，做好施工現場施工質量及環境的管控工作，及時做好施工現場除塵、排氣、排水、防火等工作，以免煙塵、施工用水、地下水等侵入運營線路。且運營區域發現灰塵大面積飄散后應及時處理。夜間施工時應加強燈光照明，確保燈光能夠滿足施工需求，尤其是夜間施工對人員、機具、材料的確認，嚴禁侵入行車限界或工料具遺留施工現場，做到“工完料清”，確保白天的行車安全。

3.4 管理控制措施

施工現場必須嚴格按照既定施工計劃組織施工，同既有線運營相關的隧道內施工進度也要與既有線運輸計劃相匹配，如在拆改階段，還需考慮到運營天窗的管理，除了夜間維修天窗時間，還有其他重點施工占用的天窗點或軌道車運輸作業，因此，排好軌道車運料時間，也充分利用返空軌道車，及時清理施工廢料，保證施工作業面整潔有序。制訂計劃安排時，還需做到不同專業既銜接配合，又整體交叉推進，涉及不同專業交叉作業的情況，須做到統籌兼顧，重點考慮時間上的銜接，實施場地安排以及設備、材料的運輸，做到切合符合工程的實際的情況。在實施時需及時反饋現場施工動態，實時掌握項目進度和面臨問題并有效調配資源，防止問題堆積進而影響工期和質量[4]，確保施工的順利開展。同時，因涉及既有線運營，需加強客運和行車風險管控，在實施過程中，將對地鐵的運營干擾降到最低。完善客流組織模式，加強行車盯控、線路巡視，以確保行車安全。

4 結語

地鐵改擴建工程，是一個影響因素眾多且因素間作用關系復雜的系統[5]，本文以烏市國際機場地鐵站既有線拆改工程為研究對象，結合系統動力學理論，并進一步梳理和分析，將此工程劃分為人、設備設施、環境、運營管理四大子系統，在建立地鐵既有線拆改工程影響因素體系后，對影響因素子系統進行深入分析，并得出影響因素之間的因果關系，隨后建立各因素之間的系統動力學流圖。從而得出各系統間的聯系以下結論：通過對地鐵改擴建工程的研究，提高工程管理效率和水平，以及管控的全面性、高效性和準確性，確保管控過程中既有線的正常運行，規避影響運營的風險，建立系統動力學模型對拆改工程中主要影響因素以及后期對改擴建工程拆改的整體把控具有指導意義，為后續越來越多出現的同類改造工程，以及更深入、更專業的研究工作提供參考。