城市轨道交通智能施工调度管理系统研究与实现

赵俊华，张 铭，宣秀彬

（1.北京经纬信息技术有限公司，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

城市轨道交通施工维修业务要求在不影响日常生产运营基础上进行施工，由于轨道施工作业较多，作业间冲突情况复杂[1-3]，完全依靠人工组织和判断容易出现错漏，影响施工安全。目前，在城市轨道交通施工调度管理工作中，没有线上的系统实现信息化办公，监测数据颗粒度不够细，频度不够高；数据多为信息孤岛，难以及时、透明地了解施工进展及过程；缺乏基于大数据、智能化的数据分析评估应用。在此背景下，追求智能、简单、高效的运营管理成为基本趋势，以先进的信息技术、智能技术为辅助进行施工管理是提高管理效率、降低错误风险的必然选择[4-8]。通过建立信息化智能施工调度管理平台，由传统的靠人工、靠经验施工调度方式转变为靠系统、靠数据的信息化、智能化方式，能够实现施工计划工作电子化、流程化、标准化管理，有效减轻施工监控人员的工作量和工作强度,减少安全隐患，规范施工调度管理流程，加强施工作业的监管力度，确保施工组织的安全、高效和有序进行。

本文基于城市轨道交通运营施工管理现状进行需求分析，提出了智能施工调度管理系统解决方案，通过资源冲突智能检测算法实现施工冲突的自动化判定，采用工作流技术实现施工作业的流程化管理。

1 智能施工调度管理系统需求

城市轨道交通运营施工管理是在城市轨道交通运营施工任务中协调各专业对设备设施进行维修保养的施工作业管理，以达到控制整个施工范围与进度的目的。

施工管理信息化目的是为了作业的电子化、流程化、标准化，系统通过业务流程把施工调度管理过程中的全部作业统一管理起来，同时通过流程把相关的安全控制规则建立起来，确保施工组织更加安全、高效、有序、规范地进行。

在施工调度管理作业中，按照施工计划的全生命周期可将其划分为施工计划管理、施工执行管理、施工统计分析3个阶段。

1.1 施工计划管理

施工计划管理是进行施工计划编制、审批、修订、发布的阶段，主要实现上报施工计划、审批流程、施工行车通告及作业令管理等功能。为保证施工作业安全，在施工作业前需先做好施工作业计划，对施工中的资源冲突进行智能计算后排除。施工计划包括了月计划、周计划、临时抢修计划等，所有计划经批准后，都反映在《施工行车通告》中，形成的作业令将成为施工请点的依据。

在施工计划管理阶段作业流程需满足：（1）施工计划批准后，即生成施工作业令；（2）已生成施工作业令的施工计划，才能进行施工执行管理阶段作业；（3）施工作业涉及接触网作业及高压供电设备检修作业时，进行供电工作票管理流程；（4）对施工过程中需要动火令的，需完成动火令的审批流程。下面以施工计划和动火令管理业务为例，分别对其流程进行具体说明。

1.1.1 施工计划管理业务流程

在施工计划管理业务流程中，涉及施工计划间冲突检测、资源占用检测等冲突检测，系统通过建立各冲突检测模型，制定冲突检测规则库，在计划编制时，调用冲突模型，从而达到检测目的。施工计划管理的业务流程如图1所示。

1.1.2 动火令管理业务流程

在施工计划编制过程中，施工作业需用到动火的，按动火令管理流程办理相关手续，办理流程如图2所示。

图2 动火令管理流程

1.2 施工执行管理

施工单位根据制定好的施工计划，获得签发《施工作业令》后，施工人员可以到站点或车厂开始进行请点作业。

在施工执行管理业务流程中，包含主站请销点、多层辅站请销点嵌套、停送电、挂拆地线等操作。其中，是否需要辅站配合、停送电和拆挂地线，需依据作业类型进行判决。

在施工执行管理阶段作业流程需满足：（1）为保证施工作业安全，涉及接触网工作的作业需完成停电工作，由施工人员填写停电申请单交由相关部门审批，审批通过后开始停电；（2）对不符合停电要求的申请单进行驳回，修改后可再次申请；（3）接触网停电后，为保证作业区域的安全，还要进行挂地线申请及审批操作；（4）挂地审批通过后，才能进入施工作业；（5）施工完成后，需确认线路是否出清、设备是否恢复正常，对符合条件的作业才可进行拆除挂接地线；（6）完成拆除地线的作业可申请送电，通过系统进行送电申请、审批等操作；（7）作业完毕后，施工人员还需要进行销点，通过填写销点单，经相关人员审批，批准后整个施工作业流程完成。下面以请销点和调度令管理业务为例，分别对其流程进行具体说明。

1.2.1 请销点管理业务流程

主辅站请点遵循“请点时，只有主站单批准后，辅站单才能批准。销点时，只有所有辅站单销点批准后，主站单才能批准销点”的基本原则，主站请点未批准，辅站不能请点，辅站施工结束后，施工责任人确认线路出清后向辅站销点。主站施工作业结束后，施工负责人确认线路出清后到车站销点。

1.2.2 调度令管理业务流程

为保证运输秩序的正常运转，及时处理区间内的突发情况，确保调度发布的信息准确有效地传达给各信息接收者，通过信息化手段实现调度命令的编制、发布、接收监控等功能。调度命令必须审批通过，才允许发布。发布后，所有受令端接收调度命令后，调度命令完成。调度命令主要涉及电力调度、环设调度、行车调度、值班调度长等命令，如环设调度命令发布流程，如图3所示。

图3 环设调度命令发布流程

1.3 施工统计分析

施工统计分析是指在施工结束后，通过系统实现各项统计分析功能，例如施工作业令、行车通告、计划的兑现率、计划的执行率等重要报表和数据的查询；利用数据挖掘及展现技术，对数据进行清洗、归并，形成各种主题的多维数据，按主题、成体系地加以呈现，帮助用户从不同角度观察、分析数据，聚焦趋势规律，为宏观管理和决策支持提供深层次的数据参考。

2 算法及关键技术

2.1 施工资源冲突智能检测

在施工作业中涉及所需要的时间、作业区间、用电区域等宝贵资源，施工调度管理系统中施工计划编制、请销点、停送电和拆挂地线模块均涉及到资源冲突检测。冲突的作业是不可实施的，必须对有冲突的施工作业进行调整。

资源冲突检测是将本次施工计划属性与别的施工计划属性、作业区域时刻表请点单属性、拆挂地线单属性、停送电单属性、供电区域实时状态、地线实时状态等进行比较，如果两个施工作业中的属性值与冲突规则库匹配，则存在冲突。对不符合条件的计划弹出错误提示框，并提示出错原因，需要通过反复进行计划修正和冲突检测工作，直到冲突消除为止。

为检测资源间的冲突，采取以下措施：（1）对施工计划作业属性增加优先级，如对于抢修作业具有最高的优先级，原则上优先安排这类型作业；（2）对施工作业数据添加唯一性属性，自动判断对其他施工作业的影响程度，如对某一区段进行封锁线路的施工，则在封锁区域内不能进行别的施工作业；（3）依据施工作业的起止时间、作业区域、防护区域等进行比较，同时出现时构成冲突。

资源冲突智能检测基本算法结构如图4所示，其具体算法如下。

图4 冲突检测基本算法框架

（1）创建冲突检测引擎实例

（2）初始化数据

获取冲突检测流程中配置的冲突检测规则库，将规定好的优先级参数设置到实例中，初始化规则数据；同时可以设置其他相关的控制参数，如冲突最大数阈值；初始化资源数据。

（3）调用引擎实例

依据优先级依次调用冲突检测规则库中规则的validate方法进行计算，对检测出的各种冲突进行分类，计算出冲突的资源。

（4）输出冲突检测结果

（5）优化并重复检测

对优化后的施工作业再次进行冲突检测，为避免新的冲突，重复进行（1）～（4），直至冲突消除。

系统自定义冲突检测规则，通过规则引擎配置相关检查点，合理分配有限资源，避免人为判断引发的资源冲突问题，同时减轻人员管理的负担，提高施工计划的准确性、科学性。

2.2 工作流Activiti技术

在施工执行管理业务流程中，原则上每一项施工作业设置唯一请点站，当某一项施工需辅站配合方可进行时，涉及辅站请销点；对于多个辅站情形，所有的辅站请点完成后方可进入停送电管理，而所有的辅站销点完成后主站才可销点。涉及停送电、拆挂地线业务时，需完成停送电管理、拆挂地线管理业务流程。即利用Activiti多个并发子流程[9]，其示意图如图5所示。

图5 并发子流程示意图

3 系统架构与功能设计

3.1 系统架构设计

施工调度管理系统运行环境主要由系统服务器和设置于各部门中心的客户端组成，通过企业内部局域网将其连接起来，实现数据的交互、系统的硬件及网络拓扑模型。其中应用服务器采用B/S架构开发部署，为整个系统业务处理的核心，完成施工计划管理、执行管理等各项业务功能，数据库服务器存储系统中的各项业务数据。

系统基于JavaWeb技术，后台采用Spring restful方式发布接口，前端采用JSP 和 Jquery，运用Mysql数据库对施工调度管理基础数据进行存储，其示意架构如图6所示。

图6 系统技术架构

系统采用分层架构体系，客户端通过浏览器形式实现了业务和表示逻辑的分离；业务逻辑层采用Spring框架，通过统一接口平台，实现外部系统的业务集成与数据传输；数据访问层实现Java类到数据表的映射；数据层存储系统业务数据、配置数据和基础字典数据等信息。

3.2 功能结构设计

系统的总体功能结构按施工调度管理阶段划分为施工计划管理、施工执行管理、统计报表3个模块，如图7所示。

图7 施工调度管理系统功能结构

施工计划管理模块主要包括计划管理、供电工作票管理、作业令管理、动火令管理；施工执行管理模块主要包括请销点管理、图版展示、图版实时信息列表、停送电管理、拆挂地线管理、调度令管理；统计报表模块主要包括运营日报和施工KPI。

4 系统应用案例

以某城市施工调度管理系统应用为例，该系统运行于运营系统内网，以配合施工作业顺利开展并实时查看施工执行情况，主要功能包括：施工计划的编制、审批；施工执行中的请销点控制、停送电、拆挂地线管理；施工数据的统计分析及施工作业的实时监控显示等。

系统通过工单形式有效地把施工与设备设施数据统一，合理分配施工作业资源，为运营部门及生产调度计划编制部门用户提供便捷服务。

系统实时监控图版显示每项作业施工执行的进度情况，以图表形式实时监控施工作业请销点、停送电等一系列作业的计划审批过程和执行反馈情况，实现施工作业进度的统筹管控。界面以不同颜色显示不同节点状态，详细展示了作业区域、供电分区以及地线的实时占用情况等施工信息，实时监控图版如图8所示。

图8 实时监控图版

5 结束语

本文针对城市轨道交通施工作业管理中作业间冲突情况复杂、资源利用率低、指挥效率低等问题，设计并实现了一种基于JavaWeb技术的施工调度管理系统，系统将工作流、并发子流程、冲突检测等技术融为一体，实现了施工作业组织实施过程中的资源高效利用，满足企业运营管理信息化需求，提升了轨道交通运营管理水平。