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摘要：針對(duì)在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的建設(shè)工程項(xiàng)目逐漸增多的現(xiàn)狀，為對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的建設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行有效管理以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵設(shè)施的保護(hù)，研發(fā)地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)，介紹其軟件架構(gòu)及功能模塊，分析其應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出實(shí)施車輛巡查和管理、引入BIM+3DGIS技術(shù)、應(yīng)用施工智能監(jiān)控技術(shù)、實(shí)現(xiàn)地鐵隧道內(nèi)外信息交互關(guān)聯(lián)4條優(yōu)化建議，以期為此類系統(tǒng)的開發(fā)、升級(jí)和完善提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵；保護(hù)區(qū)；管理；巡查；監(jiān)測(cè)；信息系統(tǒng)

1引言

隨著我國(guó)近年來地鐵建設(shè)的迅猛發(fā)展，規(guī)劃、在建及投入運(yùn)營(yíng)的地鐵線路數(shù)量日益增加，地鐵線網(wǎng)不斷加密，在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的建設(shè)工程項(xiàng)目也逐漸增多，為地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來了極大的安全隱患。積極響應(yīng)國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”新理念的號(hào)召，將先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)地鐵保護(hù)工作相結(jié)合，通過建設(shè)地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的建設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行有效管理以實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵設(shè)施的保護(hù)，成為解決上述問題、保障地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全的必由之路。本文介紹南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“南寧地鐵”）開發(fā)的南寧地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)，闡述其軟件架構(gòu)及功能模塊，分析其應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出相關(guān)的優(yōu)化建議，以期為此類系統(tǒng)的開發(fā)、升級(jí)和完善提供參考和借鑒。

2系統(tǒng)概述

南寧地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)是針對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)周邊施工的建設(shè)工程項(xiàng)目日趨增多的現(xiàn)狀而開發(fā)的，可對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的建設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件架構(gòu)包括表現(xiàn)層、中間層、數(shù)據(jù)層3層，由基礎(chǔ)信息、審批管理、項(xiàng)目管理、巡查管理、監(jiān)測(cè)管理、系統(tǒng)管理6個(gè)功能模塊組成，于2019年10月正式上線投入使用。

2.1軟件架構(gòu)

南寧地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)的軟件架構(gòu)包括表現(xiàn)層、中間層、數(shù)據(jù)層3層結(jié)構(gòu)（圖1）。表現(xiàn)層是直接與用戶交互的系統(tǒng)功能層，基于Ajax、HTML、JavaScript和CSS語言進(jìn)行模型-視圖-控制器（MVC）模式研發(fā)設(shè)計(jì)。其根據(jù)不同的用戶需求為各應(yīng)用開發(fā)不同的用戶界面，并完成界面元素驅(qū)動(dòng)下層功能組件的邏輯構(gòu)建。中間層即核心架構(gòu)層，是構(gòu)建和運(yùn)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)共享與服務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)核心。通過使用組件化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模塊功能，包括基礎(chǔ)信息管理、審批管理、項(xiàng)目管理、巡查管理、監(jiān)測(cè)管理、系統(tǒng)管理、日志處理、異常處理等模塊。通過建設(shè)門戶信息接口、工作流接口對(duì)接各工作流管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)表單的流程審批管理功能。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，全部數(shù)據(jù)通過ORM進(jìn)行關(guān)系映射，以文件和oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行管理。該系統(tǒng)還通過DAOPattern建立符合南寧地鐵標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)準(zhǔn)接口，并利用數(shù)據(jù)總線和WebService、HTTP、FTP等接口服務(wù)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

2.2功能模塊

2.2.1基礎(chǔ)信息模塊?；A(chǔ)信息模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種基礎(chǔ)信息的管理。其具體功能如下：①收集和錄入線網(wǎng)基本信息，包括線路基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)里程、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、重點(diǎn)區(qū)間部署、區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)、軌道線形等信息；②通過坐標(biāo)自動(dòng)換算及公用地圖底圖坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)（GIS）底圖配置（圖2）；③采用數(shù)字化歸檔技術(shù)進(jìn)行工程資料管理，方便用戶對(duì)所需資料進(jìn)行快速檢索、下載與在線查看。2.2.2審批管理模塊。審批管理模塊包括網(wǎng)上辦事窗口和方案審查2個(gè)子模塊。（1）網(wǎng)上辦事窗口子模塊。該子模塊是地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)對(duì)外服務(wù)的窗口，包括網(wǎng)站首頁、辦事指南、網(wǎng)上辦事、保護(hù)區(qū)概況和行業(yè)動(dòng)態(tài)5部分，為在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的建設(shè)工程項(xiàng)目單位提供網(wǎng)上竣工資料查詢及項(xiàng)目報(bào)審服務(wù)（圖3）。（2）方案審查子模塊。該子模塊可對(duì)網(wǎng)上辦事窗口子模塊接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并向其反饋處理結(jié)果，以便相關(guān)的建設(shè)工程項(xiàng)目單位追蹤辦事進(jìn)度（圖4）。2.2.3項(xiàng)目管理模塊。項(xiàng)目管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)受控建設(shè)工程項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“受控項(xiàng)目”）在監(jiān)控階段所產(chǎn)生的所有文檔資料（包括工程資料、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、GIS地圖、分析圖表等）進(jìn)行管理（圖5）。其中，監(jiān)護(hù)檔案卡是其核心模塊，以受控項(xiàng)目為分析對(duì)象，針對(duì)受控項(xiàng)目本體及其對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施，進(jìn)行項(xiàng)目審批流程、工程資料、建設(shè)環(huán)境、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)病害等相關(guān)信息的管理。2.2.4巡查管理模塊。巡查管理模塊不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)巡查任務(wù)的創(chuàng)建、發(fā)布、執(zhí)行，還引入了全球定位系統(tǒng)（GPS）手持巡查終端，利用GPS手持巡查終端對(duì)GPS信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查任務(wù)的跟蹤、巡查記錄的實(shí)時(shí)上傳和巡查人員的考勤管理（圖6）。2.2.5監(jiān)測(cè)管理模塊。監(jiān)測(cè)管理模塊為監(jiān)測(cè)實(shí)施單位提供數(shù)據(jù)上傳的接口，并以生成數(shù)據(jù)曲線圖和報(bào)表的方式對(duì)上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和描述，再展開統(tǒng)計(jì)分析，做出預(yù)測(cè)、診斷和預(yù)警（圖7）。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的對(duì)象包括地鐵主體結(jié)構(gòu)、設(shè)施及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，以及設(shè)施的沉降、傾斜變形等。此外，用戶可對(duì)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)預(yù)警等級(jí)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的設(shè)置及實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前結(jié)構(gòu)、設(shè)施狀態(tài)是否達(dá)到某一預(yù)警等級(jí)進(jìn)行自動(dòng)判斷，若達(dá)到則觸發(fā)相應(yīng)級(jí)別的響應(yīng)機(jī)制，并在預(yù)警處理閉環(huán)后生成系統(tǒng)記錄。2.2.6系統(tǒng)管理模塊系統(tǒng)管理模塊包括組織機(jī)構(gòu)、角色管理、權(quán)限配置和操作日志4部分。該模塊可根據(jù)用戶所屬的機(jī)構(gòu)部門為其配置相應(yīng)權(quán)限，并通過日志記錄用戶的活動(dòng)和操作情況；在應(yīng)用程序發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可在記錄異常信息的同時(shí)，提示錯(cuò)誤原因及解決辦法。

3應(yīng)用現(xiàn)狀

自2019年10月投入使用至今，南寧地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)安全狀況的閉環(huán)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效降低了地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施破壞的風(fēng)險(xiǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)營(yíng)期及建設(shè)期地鐵保護(hù)工作的數(shù)字化管理，從而保證相關(guān)信息的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，提高地鐵保護(hù)區(qū)的管理效率。目前，該系統(tǒng)處于初步應(yīng)用階段，還存在以下問題：系統(tǒng)支持的人力巡查模式所需巡查人員較多，巡查效率較低，無法滿足線路增加后的巡查頻次需求；系統(tǒng)雖實(shí)現(xiàn)了對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物的定位及監(jiān)測(cè)，但無法將此類信息與地鐵隧道、周邊環(huán)境等相關(guān)信息有效結(jié)合，仍存在一定的安全隱患；地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)部分區(qū)域地勢(shì)復(fù)雜，利用現(xiàn)有的系統(tǒng)功能無法完全掌握現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)，不能有效識(shí)別違規(guī)項(xiàng)目；系統(tǒng)不支持將隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)病害數(shù)據(jù)與隧道外建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，對(duì)于地鐵保護(hù)區(qū)的信息管理非常不利。

4優(yōu)化建議

為解決上述問題，本文提出以下系統(tǒng)優(yōu)化建議。

4.1實(shí)施車輛巡查和管理

為提高巡查效率，可采用巡查車輛對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)進(jìn)行巡查，巡查車輛上安裝GPS定位設(shè)備和車載攝像機(jī)，以獲取其精確位置、巡查軌跡及沿線地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施的影像等數(shù)據(jù)（圖8）。這些設(shè)備通過數(shù)據(jù)接口與地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)連接，將獲取的上述數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)巡查車輛的實(shí)時(shí)位置、巡查軌跡、巡查異常情況、任務(wù)基本信息（時(shí)間、執(zhí)行人、巡查時(shí)長(zhǎng)、區(qū)域）及拍攝的影像資料進(jìn)行存儲(chǔ)，并支持信息實(shí)時(shí)查看及歷史視頻回看功能。系統(tǒng)中可增設(shè)“車輛使用管理”模塊，通過該模塊，用戶可根據(jù)需要，結(jié)合地鐵保護(hù)區(qū)的實(shí)際巡查情況，制定巡查計(jì)劃，安排車輛巡查任務(wù)，確保對(duì)巡查區(qū)域的全面覆蓋，從而提升巡查作業(yè)效率和全面性；系統(tǒng)可根據(jù)車輛巡查任務(wù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)車輛使用次數(shù)及巡查公里數(shù)，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。此外，應(yīng)建立駕駛員信息管理庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛巡查任務(wù)的下發(fā)、報(bào)批、審批和接受等功能。

4.2引入BIM+3DGIS技術(shù)

利用3DGIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)地理信息的集成，完成對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物的定位和空間分析，同時(shí)利用建筑信息模型（BIM）技術(shù)集成地鐵及周邊建（構(gòu)）筑物的3D空間信息、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通過3DGIS與BIM技術(shù)的融合應(yīng)用，可將構(gòu)建的三維地質(zhì)體、隧道BIM模型、周邊建（構(gòu)）筑物BIM模型及三者之間相對(duì)位置關(guān)系直觀地展示在系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵的可視化安全管理。

4.3應(yīng)用施工智能監(jiān)控技術(shù)

智能監(jiān)控技術(shù)是指利用人工智能（AI）對(duì)圖像、聲音、振動(dòng)等進(jìn)行測(cè)量及識(shí)別的計(jì)算機(jī)技術(shù)。將智能監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于地鐵保護(hù)區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)，可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、全過程、不間斷的監(jiān)管。引入該技術(shù)的系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先制定的規(guī)則，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)拍攝的視頻影像進(jìn)行排查，智能識(shí)別和判斷地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)是否存在違規(guī)作業(yè)的情況，如存在則發(fā)出警報(bào)，從而避免違規(guī)行為發(fā)生，降低地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)；還能夠在一定程度上減少相關(guān)人員的工作量，降低監(jiān)管成本，提高監(jiān)管效率，有助于實(shí)現(xiàn)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理的信息化與智能化。

4.4實(shí)現(xiàn)地鐵隧道內(nèi)外信息交互關(guān)聯(lián)

可通過數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)受控項(xiàng)目與地鐵結(jié)構(gòu)本體空間相對(duì)位置的快速判定，以及隧道內(nèi)外信息的交互和關(guān)聯(lián)。具體方式為：通過在地鐵隧道內(nèi)安裝二維碼銘牌、在GPS手持巡查終端上增加二維碼掃描功能的方式，建立隧道內(nèi)外信息關(guān)聯(lián)機(jī)制。二維碼中包含車站/區(qū)間名稱、前后車站名稱、具體位置信息、病害范圍及描述等隧道內(nèi)信息，以及地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)違規(guī)項(xiàng)目信息、監(jiān)控項(xiàng)目信息等隧道外信息。利用GPS手持巡查終端掃描該二維碼，巡查人員便可方便地查看上述信息。此外，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況建立隧道內(nèi)病害信息及隧道外巡查信息綜合數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，充分保證數(shù)據(jù)的延續(xù)性和可追溯性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的全方位、及時(shí)分析和高效利用。

5結(jié)語

本文介紹了南寧地鐵保護(hù)管理信息系統(tǒng)，分析其軟件構(gòu)架及基礎(chǔ)信息、審批管理、項(xiàng)目管理、巡查管理、監(jiān)測(cè)管理、系統(tǒng)管理六大模塊的功能。該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐證明，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)建設(shè)工程項(xiàng)目的數(shù)字化管理，有效降低地鐵設(shè)施破壞的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高地鐵保護(hù)區(qū)管理效率，保證地鐵的安全運(yùn)營(yíng)。但目前，該系統(tǒng)還存在一些問題，應(yīng)從實(shí)施車輛巡查和管理、引入BIM+3DGIS技術(shù)、應(yīng)用施工智能監(jiān)控技術(shù)、實(shí)現(xiàn)地鐵隧道內(nèi)外信息交互關(guān)聯(lián)4方面對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步提高其管理能力和效率。

作者:張睿 鐘有信 宋田 宋茂 雷浩 王忠政 單位:南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司