龍宏德，蔡 翔

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，深圳518026 ）

城市軌道交通工程穿行于城市交通要道和人口密集區(qū)，工程沿線的建筑物、構(gòu)筑物、軌道交通設(shè)施（含鐵路）、橋梁、地下工程地下管線密集，軌道交通工程建設(shè)中很可能對(duì)周邊環(huán)境的安全產(chǎn)生影響，一旦發(fā)生事故，后果極為嚴(yán)重。以地下工程為主的城市軌道交通工程屬于高風(fēng)險(xiǎn)工程，具有專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、不確定因素多、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、隱蔽工程多、施工難度大等特點(diǎn)[1]。

在城市軌道交通工程施工過(guò)程中，必須長(zhǎng)期、連續(xù)地對(duì)工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)、圍巖和周邊環(huán)境進(jìn)行位移、變形、傾斜、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)，并將信息及時(shí)上報(bào)和反饋，用以指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工控制，保障工程建設(shè)安全?？梢哉f(shuō)工程監(jiān)測(cè)是地下工程施工的“眼睛”。傳統(tǒng)工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，主要是通過(guò)excel軟件處理原始數(shù)據(jù)，生成監(jiān)測(cè)報(bào)告，分散保存在個(gè)人電腦中；對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)警和預(yù)測(cè)分析，主要取決于專(zhuān)業(yè)工程師的個(gè)人水平，難以借助行業(yè)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)[2]。

因此，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式，提高安全風(fēng)險(xiǎn)信息處理效率，已成為行業(yè)應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

1 行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)北京、上海、南京、深圳、廣州、武漢等大中城市，已經(jīng)在軌道交通工程建設(shè)過(guò)程中采用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提高數(shù)據(jù)處理水平和管理效率[3]。這些應(yīng)用共同的特點(diǎn)：

（1）能夠通過(guò)導(dǎo)入和輸入，對(duì)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。（2）能夠結(jié)合具體的安全管理體系和管理流程進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警處理，通過(guò)電話等進(jìn)行通知和督辦。

它們的不足主要在于：

（1）工程地圖的功能不足，沿線周邊環(huán)境、管線情況難以展示，工程測(cè)點(diǎn)分布情況展示不直觀。（2）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的處理流程功能不足，流程展示不直觀，難以靈活配置。

因此，有必要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、工作流技術(shù)（WorkFlow）來(lái)研究新一代的城軌工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

城市軌道交通工程建設(shè)中，安全風(fēng)險(xiǎn)高的工程主要是隧道工程和基坑工程。其監(jiān)控對(duì)象主要分4大類(lèi)：周邊環(huán)境、工程結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)。周邊環(huán)境進(jìn)一步可分為建構(gòu)筑物、地下管線、路面等。監(jiān)測(cè)量類(lèi)型可分為變形沉降、應(yīng)力應(yīng)變、水位。

具體來(lái)說(shuō)，基坑工程中的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：地面沉降、建筑物沉降、管線沉降、臨時(shí)立柱沉降、連續(xù)墻沉降、冠梁沉降、建筑物傾斜、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜、支撐軸力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)力、錨桿拉力、地下水位、土壓力等；隧道工程中的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：地面沉降、拱頂沉降、建筑物沉降、管線沉降、建筑物傾斜、凈空收斂、底板隆起、鋼筋應(yīng)力、地下水位、土壓力、管片應(yīng)力等。

針對(duì)以上業(yè)務(wù)需求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是巖土工程相關(guān)的監(jiān)測(cè)規(guī)范，如：《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 GB50497-2009》、《地鐵工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程 DB11T490-2007》、《巖土工程監(jiān)測(cè)規(guī)范YS5229-1996》、《建筑變形測(cè)量規(guī)范 JGJ8-2007》、《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范 GB50308-2008》、《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程 TB10121-2007》，這些規(guī)范對(duì)工程中必測(cè)和選測(cè)項(xiàng)目以及具體的報(bào)警界限都進(jìn)行了規(guī)定。

每個(gè)城市軌道交通工程建設(shè)的安全管理，都需要根據(jù)工程具體的建設(shè)管理模式和建設(shè)單位的管理特點(diǎn)，建立相應(yīng)的管理體系?？梢哉f(shuō)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是整個(gè)管理體系的一部分，是提升管理效率、保證管理體系高質(zhì)高效運(yùn)行的一個(gè)信息處理、共享和溝通的平臺(tái)。

基于以上業(yè)務(wù)需求和管理模式的應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了符合城市軌道交通行業(yè)的工程建設(shè)安全管理體系，如圖1。該體系由工程建設(shè)主體建設(shè)單位（地鐵業(yè)主、BT總包、勘察單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)測(cè)單位、施工單位、監(jiān)理單位）、安全監(jiān)測(cè)咨詢(xún)單位、政府主管部門(mén)等構(gòu)成，圍繞工程建設(shè)安全管理總目標(biāo)，進(jìn)行日常安全管理和險(xiǎn)情應(yīng)急處理。

圖1 安全監(jiān)測(cè)管理體系

數(shù)據(jù)的正確處理與快速流轉(zhuǎn)是工程安全管理體系高質(zhì)高效運(yùn)行的根本保障，也是安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的靈魂。其中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息包括靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的2類(lèi)信息。具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2。

圖2 安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理流程

（1）系統(tǒng)定時(shí)對(duì)工程監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行人工或自動(dòng)采集上報(bào)；（2）系統(tǒng)自動(dòng)或半自動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性的判讀和數(shù)據(jù)挖掘提取過(guò)濾，結(jié)合巖土工程專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分析、曲線顯示、報(bào)表輸出等手段；（3）結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)、勘察等靜態(tài)資料信息和實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行預(yù)評(píng)估分析和自動(dòng)預(yù)報(bào)警處理，形成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估報(bào)告和自動(dòng)預(yù)報(bào)警事件；（4）根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估報(bào)告和自動(dòng)預(yù)報(bào)警事件，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)處理，進(jìn)一步動(dòng)態(tài)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化施工工藝、工法，保證工程建設(shè)的安全可靠。

3 主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)

新一代城軌工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要采用了地理信息系統(tǒng)技術(shù)和工作流引擎技術(shù)。

3.1 地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）是指為收集、管理、操作、分析和顯示空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)。它是一個(gè)以地理坐標(biāo)為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的處理空間數(shù)據(jù)的能力，如地圖數(shù)字化、矢量和圖像的瀏覽查詢(xún)、基于空間數(shù)據(jù)的分析、三維模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)、地圖輸出等。

目前地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)都是基于成熟的GIS平臺(tái)。主流的GIS平臺(tái)包括MapInfo產(chǎn)品平臺(tái)、ArcGIS產(chǎn)品平臺(tái)、SuperMap產(chǎn)品平臺(tái)以及開(kāi)源的GIS平臺(tái)（比如Geoserve、GRASS等）。根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模和應(yīng)用的性能要求選擇合適的產(chǎn)品平臺(tái)。作為新一代的城軌工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該支持不同的產(chǎn)品平臺(tái)來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

城軌工程安全監(jiān)測(cè)地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用，主要目的在于直觀展示工程沿線地形地貌、周邊環(huán)境的情況，其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于專(zhuān)題地圖的制作和熱點(diǎn)鏈接的設(shè)計(jì)。

通過(guò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，可以很方便地實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）直觀顯示城軌工程沿線地形地貌、建構(gòu)筑物、地下管線的情況。實(shí)現(xiàn)地圖的拖動(dòng)、放大、縮小、搜索等功能。（2）將城軌工程安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的主要信息顯示在工程地圖上，形象直觀。（3）直觀顯示城軌工程安全監(jiān)測(cè)工點(diǎn)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的拖動(dòng)、放大、縮小、搜索等功能。（4）能夠顯示城軌工程安全監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超限報(bào)警信息，可以查看測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線、斷面曲線。

3.2 工作流引擎技術(shù)應(yīng)用

目前，幾乎所有的管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)都應(yīng)用到工作流技術(shù)（WorkFlow）。工作流就是工作流程的計(jì)算模型，即將工作流程中的工作如何前后組織在一起的邏輯和規(guī)則，在計(jì)算機(jī)中以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行表示并對(duì)其實(shí)施計(jì)算。工作流要解決的主要問(wèn)題是：為實(shí)現(xiàn)某個(gè)業(yè)務(wù)目標(biāo)，在多個(gè)參與者之間，利用計(jì)算機(jī)，按某種預(yù)定規(guī)則自動(dòng)傳遞文檔、信息或者任務(wù)。

圖3 安全監(jiān)測(cè)GIS應(yīng)用界面

工作流技術(shù)的開(kāi)發(fā)主要包括工作流配置管理模塊、工作流實(shí)例運(yùn)行引擎、工作流監(jiān)控模塊以及工作流數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。在城軌工程安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中應(yīng)用工作流引擎主要實(shí)現(xiàn)2方面的功能：

（1）工作會(huì)議通知、工作文件的下發(fā)和審閱。包括預(yù)先定義會(huì)議通知下發(fā)和文件辦理流程、個(gè)人桌面顯示已辦和代辦事物、監(jiān)控文件的處理情況。（2）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警發(fā)布、處理流程跟蹤。包括根據(jù)預(yù)警級(jí)別自定義不同的處理流程、與短信模塊和電子郵件模塊集成完成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的迅速發(fā)布、個(gè)人桌面顯示已辦和代辦的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警處理情況監(jiān)控等。

4 結(jié)束語(yǔ)

在前期大量研究和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)和工作流引擎技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有城軌工程安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的不足進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化完善了其中工程地圖和預(yù)警流程辦理的功能，使得系統(tǒng)功能更加直觀形象，符合現(xiàn)場(chǎng)的操作習(xí)慣。

下一步的工作主要是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深度分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)估功能的實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)功能從數(shù)據(jù)的采集、匯總和展示向數(shù)據(jù)的智能分析處理擴(kuò)展，從而為工程安全管理提供更加有效的手段。

[1] 智鵬，龍宏德，等.安全管理與監(jiān)控監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J] . 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 2010，19（10）.

[2] 黃少群，龍宏德，等. 深圳地鐵5號(hào)線施工遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J] . 鐵路技術(shù)監(jiān)督， 2010，38（4）.

[3] 王乾坤，等. 城市軌道交通施工安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的研究[J] ，武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2010，32（7）.