鐵路建設項目水土保持管控系統構建及應用

摘要：基于當前鐵路建設項目水土保持管控工作中存在的痛點問題，通過調研分析、數值模擬、試驗研究、技術集成、示范應用等方法，借助關鍵技術，構建鐵路建設項目水土保持管控系統，以數字化、智慧化手段實現高效低耗的鐵路建設項目水土保持全過程管控。系統包含工程管理、數字看板、臨時用地管理、土石方調配、專業工具、知識庫、數據管理和系統管理8個功能模塊，實現對鐵路建設項目的事前分析研判、優化臨時用地、規范棄土（渣）場管理、提高土石方綜合利用率、全面管控臨時用地復墾恢復。以某在建高速鐵路項目為依托對系統開展了應用試驗，結果表明：系統能正常順利運行，基本實現設定的各項功能；系統的應用能加強對項目水土保持全過程管控，提升水土保持智慧化管理水平，促進鐵路建設高質量發展，在管理、經濟、生態及社會層面產生明顯的效益，可正式推廣應用。

關鍵詞：系統構建；系統應用；管控技術；水土保持；鐵路建設項目

中圖分類號：S157文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.03.007

引用格式：王正，丁巍，陳妮，等.鐵路建設項目水土保持管控系統構建及應用[J].中國水土保持，2025（3）：23-27.

隨著我國鐵路建設的高速發展，2023年底全國鐵路運營里程已超15.9萬km，高鐵運營里程超4.5萬km[1]。鐵路工程具有建設年限長、占地面積和動用土石方數量大、臨時設施復雜、擾動范圍大等特點[2]，在建設過程中臨時用地的選擇、土石方的調配和去向、臨時用地的恢復等受多種實際因素的影響，在設計階段考慮較少，是建設管理的薄弱環節，也是最容易出現水土保持問題的環節[3]。在高質量發展的背景下，社會對生態環保的認識不斷提高，對鐵路項目建設過程中的管理工作也提出了更高要求。2020年，中國國家鐵路集團有限公司印發了《關于規范開展高速鐵路項目依法開通工作的實施辦法》，將水土保持設施驗收作為高鐵項目依法開通的必備條件。因此，為鐵路建設項目水土保持管理工作提供系統、可復制、可推廣的經驗和做法具有重大意義。

一直以來，國內鐵路行業部門積極探索和推廣工程建設管理信息化，2013年中國鐵路總公司確定了以BIM技術作為鐵路工程建設信息化的主要技術方向[4]。為提高環水保管理信息化應用水平，相關單位依托鐵路工程管理平臺，開發了鐵路建設項目環水保工程管理系統[5-6]，基本實現了數據采集、統計分析、管理流程的信息化，推動了環水保管理的標準化建設。與傳統的以人工為主的管理模式相比，信息化管理模式具有明顯的效率優勢，可廣泛應用、深入發展[7]。然而，該管理系統未從目前鐵路建設項目水土保持管理的痛點問題出發，未能實現水土保持“三同時”智能管控、水土流失智能預警、生態恢復智慧評估等?；诖耍狙芯拷柚畔⒒夹g，針對性地搭建鐵路建設項目水土保持管控系統平臺，旨在進一步提高鐵路建設項目水土保持智慧化管理水平，為建設單位提供決策依據。

1存在的痛點問題

目前，鐵路建設項目水土保持管控工作存在的痛點問題為：①項目臨時用地選址特別是棄土（渣）場選址，與批復的水土保持方案差別大，經常發生重大變更，除需重新審批外，若選址不合理，則會發生臨時設施拆除、另擇址重建或棄土（渣）場整體搬遷的現象，增加建設成本；②土石方平衡及調配管控難度大，特別是棄土棄渣去向的管控；③生態恢復不及時，或地方工作落實不到位等問題，導致項目在驗收時出現集中補漏的現象，增加來自行業監管的壓力，同時造成一定的資源浪費。

2系統構建

2.1技術體系

為達到規范和節約項目占地，提高土石方綜合利用率，減少棄土（渣）場的水土流失隱患，及時落實治理措施，恢復生態環境，降低行政處罰風險，避免出現“大臨設施用地重新選址建設”“棄土（渣）場整體搬遷”的目的，通過調研分析、數值模擬、試驗研究、技術集成、示范應用等方法，借助關鍵技術，針對性地構建鐵路建設項目水土保持管控體系，以數字化、智慧化手段實現高效低耗的鐵路建設項目水土保持全過程管控。具體技術路線見圖1。

2.1.1關鍵技術

1）臨時用地精準選址技術。基于GIS空間分析技術對項目臨時用地的土地利用現狀、地形、規劃、敏感區域等數據，建立系統后臺數據庫，在系統前端明確禁止選址范圍、推薦臨時用地選址范圍，以縮小待選址范圍，實現精準選址。調研、收集已建梁場、拌合站、棄土（渣）場等大臨設施用地信息，構建用地面積和范圍系統模塊，對超范圍的施工行為進行提示預警，并給出臨時用地面積合理優化的建議。

2）臨時用地復墾研判技術。利用多期高分遙感影像光譜變化特征，構建臨時用地恢復指標體系，綜合判定臨時施工場地恢復情況。通過收集生態恢復案例和有關規范，總結歸納不同案例實施的措施、投資、工期及恢復效果，制定生態恢復評價指標系統，作為判定生態恢復的標準。

3）臨時用地擾動合規性智能分析和判別技術。利用RS技術解譯臨時用地的擾動范圍，再利用GIS技術構建系統后臺擾動范圍合規性分析模型，通過擾動圖斑與水土保持制約性因素的空間疊加分析，對兩者空間位置關系進行初步判定。借助合規性分析模型，智能分析臨時用地擾動范圍的合規性，判斷選址是否在禁止的范圍內。

4）土石方調配及棄渣處置合規性綜合研判技術。建立數字化模塊及可視化界面，構建數據存儲和管理系統，以分析和判斷各標段或不同行政區的土石方調配及棄渣處置的合規性，給建設單位提供決策依據。

2.1.2應用場景

1）設計階段臨時用地優化管控。對批準的工程用地范圍與實際建設用地范圍進行定量、定位分析，客觀判斷批準的工程用地范圍與實際建設用地范圍在用地規模及空間上的變化情況；實現臨時用地選址范圍的智能限定，標出禁止區域，規劃臨時用地范圍，并根據提供的梁場、拌合站、棄土（渣）場等場地的用地范圍，對超范圍施工提示預警，合理優化占地面積。

2）施工過程擾動合規性、土石方調配及臨時用地復墾管控。依據土石方的數據復核設計成果，判斷不同標段或不同行政區的施工單位上報的數據是否合理；以標段或行政區為單元輸入設計的土石挖方、填方（含自用）、借方及棄渣（含其他項目綜合利用）的數量、依據、證明材料等，借助數字化及可視化的判別系統，實時監控土石方調配數據，防止出現亂丟濫棄、非法他用等現象。

3）驗收階段生態恢復方案管控。利用高分遙感影像、可視化展示等技術手段，全方位收集鐵路項目臨時用地修建、拆除、跡地恢復及恢復質量情況；收集準備驗收、已驗收鐵路項目實施的生態恢復方案，如對棄土（渣）場、取料場的生態恢復方案；借鑒已有的生態恢復案例，結合現行規程和規范要求，總結歸納不同生態恢復案例的措施、投資、工期及恢復效果。

2.2系統架構

在上述技術體系的基礎上，構建鐵路建設項目水土保持管控系統。系統包含工程管理、數字看板、臨時用地管理、土石方調配、專業工具、知識庫、數據管理和系統管理8個功能模塊，可同時管理多個鐵路建設項目，實現對鐵路建設項目的事前分析研判，優化臨時用地、規范棄土（渣）場管理、提高土石方綜合利用率、全面管控臨時用地復墾恢復，為鐵路建設項目順利開展、鐵路高質量開通提供技術支持。系統架構見圖2。

2.3系統平臺運行網絡

平臺運行網絡由多個模塊組成，包括服務器、系統服務及數據庫等，以確保平臺的穩定運行。

3應用案例

3.1項目概況

以中國鐵路上海局集團有限公司管轄范圍內的在建某高速鐵路項目為依托，對系統進行應用試驗。該項目位于浙江省西南部（見圖3），屬于山區鐵路項目，棄渣場多，臨時用地分散，且受地形地貌影響較大。

3.2系統試應用

3.2.1臨時用地判別及快速選址

在系統智能選址功能界面的基礎設置中，選擇臨時用地類型，設定臨時用地占地面積，單位默認為公頃，設定選址需避免的敏感區域；在高級設置中設定選址分析區域及離主線距離，單位默認為米。依據用戶提供的臨時用地類型、占地面積、需要避開的敏感區域、地形坡度要求、選址地點、用地與主線距離范圍等參數，結合系統內的地形坡度圖層，系統自動分析，快速篩選出區域內的臨時用地范圍、地塊及用地的推薦等級，并根據推薦地塊圖斑中心點距鐵路線的直線距離從小到大排序展示，用戶可依據分析結果在地圖上進行選址。另外，用戶還可根據地方或施工單位選定的地塊，將坐標參數輸入系統，快速判別臨時用地的合規性，監督臨時用地情況，即是否存在單個項目臨時用地規模明顯偏大、未按期完成土地復墾等異常情形，及時發現問題、采取措施。棄渣場智能選址界面見圖4。

3.2.2土石方調配及復核優化

1）在標段土石方管理界面中，輸入各施工標段的挖方量、填方量（含自身利用）、借方量及棄渣量（含其他項目綜合利用），經系統處理，可視化顯示各標段土石方挖、填、借、棄調配情況，應用界面見圖5。

2）鐵路建設項目往往跨區域布設，各個施工標段也存在同一標段涉及不同行政區域的現象，在系統統計分析各施工標段土石方的同時，也可對涉及不同行政區域的土石方進行統計分析，并可視化顯示結果，應用界面見圖6。

3）對比分析各施工階段土石方，包含水土保持方案階段、初步設計階段、施工圖階段及驗收階段，判斷各施工階段挖填方量是否處于參考區間，判別土石方調配是否需要優化，以土石方可優化率的形式展示。另外，為便于后續工程驗收，將施工圖階段與驗收階段挖填方量與方案設計的挖填方量進行對比，判別挖填方總量是否超過方案設計的30%，進而判別是否需要進行水土保持方案變更。

3.2.3臨時用地恢復情況及復墾核查

1）將施工臨時用地矢量化，并按土地利用類型錄入系統，利用ArcGIS進行空間分析，即可核查工程沿線施工臨時用地分布情況，統計分析項目施工臨時用地數量、已恢復情況、已移交情況及未恢復情況，并以餅狀圖展示，以全面了解工程施工臨時用地恢復情況及恢復質量，應用界面見圖7。

2）通過利用多光譜衛星影像獲取不同用地類型的臨時用地植被覆蓋度指數，以反映臨時用地恢復情況。以取土場為例，平臺顯示施工前、中、后3個階段的NDVI值呈較為顯著的“高—低—高”變化趨勢，范圍波動為0.16～0.74，施工后盡管NDVI值有所恢復，但仍低于施工前，因此仍需繼續采取植被恢復措施，應用界面見圖8。

3.2.4生態恢復方案比選

系統將多種不同類型鐵路項目的恢復案例進行數字化，包括措施體系、投資、工期、恢復效果等。建設單位可直觀通過選擇施工臨時用地類型、占地類型、占地面積、生態恢復方案，在系統中對應生成不同方案（見表1）。

4系統應用效益

試應用結果表明，系統能正常順利運行，基本實現設定的各項功能，系統的應用能加強對項目水土保持全過程管控，提升水土保持智慧化管理水平，促進鐵路建設項目高質量發展，在管理、經濟、生態及社會層面產生明顯的效益（見表2），可正式推廣應用。

參考文獻：

[1]陸婭楠.中國鐵路，丈量大國前行步伐[N].人民日報，2022-11-22（01）.

[2]程冬兵，鄭瑞維，張平倉，等.“排水保土”措施在生產建設項目水土保持中的應用[J].人民長江，2023，54（12）：82-88.

[3]王正，丁巍.鐵路項目水土保持自主驗收工作的思考與建議[J].水土保持應用技術，2024（3）：66-67.

[4]徐學存，魏強，韓美清，等.鐵路環境保護與水土保持工程標準化管理探討[J].鐵路節能環保與安全衛生，2019，9（6）：1-5.

[5]楊斌，李志源.鐵路環水保工程管理系統在京雄城際鐵路的應用[J].鐵路節能環保與安全衛生，2021，11（5）：1-5.

[6]羅志東，曹文華，趙院，等.水土保持信息系統運行維護管理探討[J].中國水土保持，2015（3）：37-39，67.

[7]沈盛彧，程冬兵，趙元凌，等.城市水土保持信息化建設的設計與思考[J].中國水土保持，2019（1）：60-63.

（責任編輯張緒蘭）

收稿日期：2024-09-11

第一作者：王正（1984—），男，河北邯鄲人，高級工程師，碩士，主要從事水土保持設計咨詢工作。

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