城市轨道交通安全监控与应急一体化平台建设研究

■ 张 铭 王 霆

城市轨道交通安全监控与应急一体化平台建设研究

■ 张 铭 王 霆

针对城市轨道交通建设工程风险隐患多、管理面广的特点，分析建设安全管理风险监控体系需求，提出安全监控与应急一体化的综合信息平台建设框架，并对风险测点、盾构进度监测、隐患排查的信息融合和应急决策的技术应用进行探讨。工程应用表明，安全监控与应急一体化平台可对轨道交通建设安全管理提供有效的技术保障和决策支持。

城市轨道交通；建设安全；风险监控；应急管理；决策支持

0 引言

近年来，我国城市轨道交通建设速度迅猛，预计至2016年，我国将新建轨道交通线路89条，总建设里程2 500 km。由于城市轨道交通工程建设过程覆盖土建、动车调试、试运行的全过程，大规模建设对轨道交通工程的安全风险技术管理需求迫切，安全保障体系必不可少。应充分利用信息化技术，建设城市轨道交通安全监控与应急一体化平台，通过轨道交通安全风险监控、隐患排查、调试设备状态监控，实现监测信息、现场巡查信息等快速传递与集中管理，提高安全风险管理与控制的工作效率。同时，通过专项应急管理技术手段，在工程建设和运营中出现突发事件时，能够快速有效地响应和制定科学的应急处置策略。

1 信息共享需求分析

1.1 信息采集与共享

1.1.1 建设阶段

工程建设具有施工现场分散、参建方多、数据量大、数据与现场信息的分析与预警及时性较差、专家对风险的评判与建议范围有限等特点。建设期间的风险预警、设备安装调试等信息将作为全生命周期运维管理和资产管理的基本信息。

1.1.2 动车调试和综合调试阶段

在建设后期（设备安装、单体调试工作基本完成后），通过对各专业系统的综合调试，达到车辆及设备系统设计功能要求，满足试运行条件，并对在建线路动车调试进行监督管理。由于涉及专业多、交叉作业频繁，同一作业地点的时空占用成为矛盾的结合点。通过制定综合动调作业计划，实现协调和管控。

1.1.3 试运行阶段

通过监控各项设备系统的运行状况，包括车辆、信号、供电、通风空调、给排水、低压配电、通信、火灾探测器及气灭系统、屏蔽门、自动售检票、导向标识和电扶梯、门禁、乘客信息等，及时掌握车辆及设备故障信息，监察系统的相互磨合情况，根据对故障率等相关指标的核算和统计分析，对供货商和建设效果进行综合评估，确保整体综合系统快速进入稳定、安全的运行状态。

1.2 安全保障体系的要求

城市轨道交通的大规模同步建设，工点多、市内穿插、与市政管网及地面建筑交叉，造成施工难度大，影响因素复杂，风险隐患众多，事故发生率高。因此，安全保障和应急能力是城市安全管理和处置突发事件必不可少的基础保障。在建设期，城市轨道交通突发应急事件和重大应急事件时，快速处理、紧急资源调配、疏散救援引导都对安全保障体系提出更高要求，信息共享与融合成为重要的决策支撑。

2 安全监控与应急一体化平台的构建

城市轨道交通安全监控与应急一体化平台的构建，主要为所有轨道交通建设期提供数据采集、风险监控、综合监视、统计分析、应急管理和信息共享等服务。

2.1 建设安全监控体系

土建施工阶段，安全管理主要包括施工风险点监察、盾构偏移监控、安全质量隐患排查等，一般通过安装监测设备、盾构机参数分析、施工视频监控等手段实现。

2.1.1 施工安全风险监控

风险是人员伤亡、环境影响、经济损失、社会影响等不利事件发生的概率及其损失的组合。施工风险监控内容包括：地理地质信息分析、监控量测数据对比、巡视巡查报告、工程资料的风险源记录；通常根据业务不同划分为综合预警、巡视预警、监测预警3类。

2.1.2 盾构施工状态监测

从专业角度进行盾构分析，将从盾构机上采集的数据回传，通过对盾构机施工数据单元的读取和分析过滤，对盾构机各项参数进行标定，确定盾构机推进施工的安全性和正确性。

图1 建设安全监控体系

2.1.3 安全质量隐患排查

以土建工程、装修与设备安装工程及试运行的安全质量隐患为管控对象，内置安全质量隐患排查要点，监察对象通常覆盖现场施工单位、监理单位、监测单位、专业咨询单位、轨道公司等相关部门，对安全质量隐患专项排查、治理、消除和考核。

2.1.4 施工现场视频监控

由现场前端监控、线路分控中心及监控中心三级管理构成，对从现场送入监控中心的视频监控图像进行控制、管理和显示操作，实现现场人员施工作业情况、现场安全状况实时监控。

根据城市轨道交通建设全过程安全管理的需求，面向施工现场多类参建方用户的非定时访问，同时在动调及试运行期间向行车、设备监控系统实时采集状态信息进行综合监控，快速获取和反馈突发事件现场应急信息的要求，兼顾多种信息安全等级穿插的复杂性，构建安全监控与应急管理的一体化平台，实现全面的建设安全管控。

2.2 功能体系

平台能够掌握轨道交通在建工程的安全状况、动车调试和试运行的实时情况，为日常开展各项安全监管工作提供信息支撑，并在突发事件时统一协调指挥，调集救援资源，组织有关部门、协调各运营主体，实现应急联动。通过数据共享平台将采集汇总的各类信息，如实时信息、非实时信息、建设期及试运行期的视频和现场图像信息、统计分析信息统一处理，提供业务功能所需的基础信息。

2.2.1 土建安全监控

通过集成施工风险监控、盾构施工、安全质量隐患、施工现场视频监控等信息，统一分析建设线路的安全监督情况，监测预警。

2.2.2 动调和试运行安全管理

主要对线路动调、试运行期间的行车、设备监控、视频等信息统一接入和统计，实时反映列车运行、设备运行状态及故障报警，并对各类故障报警统计分析，以及动调计划编制管理。

2.2.3 应急平台

包括日常的安全管理、应急值守、应急资源、预案管理、突发事件接报和应急指挥、事后应急总结等。应急地理信息系统在空间数据库的基础上，建立在建线路、动调和试运行线路的GIS图层，提供地图基础操作功能，能够基于电子地图对风险监控、报警预警展示、应急资源进行定位查询，进一步实现可视化应急指挥的功能。

3 平台应用的关键技术

3.1 工程监测的综合预警

3.1.1 施工风险预警

（1）风险预警：针对导致风险事件发生、发展的各种主、客观有害因素、不利因素或不利条件发布预先警告措施。

（2）监测预警：依据施工过程中监测点的实际监测值与设计单位提出的监控量测指标值进行比对，确定监测对象不安全程度的预警。按照实际监测值与监控量测指标的接近或超出程度，由小到大，分为黄色、橙色、红色三级监测预警。

图2 监测数据融合机制

（3）巡视预警：施工过程中通过现场巡视和分析，对工程自身及周边环境因存在风险隐患或不安全状态进行预警。按照其严重程度：由小到大分为黄色、橙色、红色三级巡视预警。

（4）综合预警：施工过程中通过综合分析监测预警、巡视预警的分布数目、等级等，通过现场核查、综合分析和专家论证，及时判定出风险工程安全状态而进行的预警。按照其严重程度：由小到大分为黄色、橙色、红色三级综合预警。综合预警通过监测预警信息和现场监控实施各方上报信息平台预警评估表，经综合预警判定后实施报警。

3.1.2 盾构管理

土建施工中的盾构监控信息包括盾构区间位置信息、盾构机位置信息、盾构机详细信息。主要监控参数如下。

（1）工作状态。

（2）土压。土压过大，可能导致隆起；土压过低，可能导致坍塌。

（3）刀盘扭矩。扭矩过大，可能导致刀盘的磨损；扭矩过小，可能无法切削土体。

（4）同步注浆。包括同步注浆量和同步注浆压力。

（5）刀盘中心x、y方向偏移量。偏移量过大容易导致盾构掘进方向偏差较大。

3.1.3 隐患预警

作业场所、设备及设施的不安全状态，人的不安全行为、管理上的缺陷，都是引发安全事故的直接原因。例如：螺栓断裂、焊点开焊、有害气体浓度过高、消防设施配备不齐全等。根据隐患可能导致的人员伤亡、经济损失、社会影响程度及发生的概率，将隐患分为一级、二级、三级和四级，其中一级到四级隐患严重程度逐级降低。

3.2 安全监测数据融合

为了避免数据汇集时产生的不确定性以及来自不同信源的数据难以判断是关于同一目标或不同目标的证据的相关二义性，采用基于知识库相应领域知识和数据挖掘的方法，减少和缓解相关分析中的不可控和偏离问题，确保智能数据融合阶段数据的可靠性。

3.3 应急管理的智能决策技术

在城市轨道交通设备监控报警、突发事件研究判断与应急响应、应急预案启动、处置方案决策、救援资源调配、处置过程循环反馈至处置完毕恢复的全过程中，建立基于知识库的指挥决策模型。指挥决策的核心是为实现特定的目标而选取和智能制定特定方案，并监控其执行过程，包括“信息融合、态势评估、决策制定、响应实施”4个阶段。

为了解决不确定性对指挥决策系统性能的影响，需要制定针对性的解决方案弱化其影响。指挥决策过程中的不确定性一般包括以下几点。

（1）信息融合的不确定性。如信息的实时性、监控设备的能力和范围、各类信息的同步差异、反馈过程的时间延误等。

（2）态势评估的不确定性。如信息融合的结果、对事件信息掌握的全面性、事件现场周边环境和动态变化、风险隐患因素的影响等。

（3）决策过程的不确定性。如当前事件态势、发展变化、现场条件的局限性、行为对态势的影响等。

决策过程中充分考虑输入数据的不确定性及决策实现本身的不确定性，将任一方案的实施过程全过程监控，以便根据变化及时调整。同时，由于知识库的智能决策推理结果在实际应用中通常受到现场环境复杂、动态变化的影响，其适应性往往大打折扣。因此，采用同类、相似环境的事件的发生、衍化和处置情况的概率方法更具有代表性，用于对初步决策结果的修正。

4 结论

安全监控与应急一体化平台为城市轨道交通建设工程安全管理与应急的综合信息服务提供统一的平台，同时提供安全保障、应急处置提供快速救援手段。该平台已在国内多个城市轨道交通投入应用。运行效果表明，该平台能够有效辅助决策管理人员掌握建设安全管理动态和建设效果评估，提高城轨建设工程事故和突发事件的快速反应能力和决策支持能力。

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张铭：中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，副研究员，北京，100081

王霆：北京市轨道交通建设管理有限公司，高级工程师，北京，100068

责任编辑 苑晓蒙

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