福州軌道交通建設(shè)安全管控平臺的設(shè)計與應(yīng)用

莊全貴

（福州地鐵集團(tuán)有限公司，福州 350009）

隨著我國城市軌道交通工程建設(shè)的快速發(fā)展， 北京、上海、廣州等城市在城市軌道交通建設(shè)中采用了安全監(jiān)控信息系統(tǒng)[1-5]，為有效控制工程安全起到了積極作用。

近幾年，福州城市軌道交通建設(shè)迎來了高峰期。地鐵1號線二期、2號線、6號線、5號線和4號線相繼開工建設(shè)，并計劃未來每年開通運(yùn)營1條線路。鑒于多線同期建設(shè)存在的現(xiàn)場分散、參建方多、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，以及傳統(tǒng)管理方式導(dǎo)致的信息孤島現(xiàn)象、信息難以共享或傳遞時效性差等問題[3]，為了更好地落實福州市軌道交通工程建設(shè)安全管理體系，實現(xiàn)“全員、全過程、全方位、全天候”的管控目標(biāo)，提高工作效率，建立了福州城市軌道交通安全綜合管控信息系統(tǒng)，為日常安全管理與應(yīng)急決策提供支持。

1 平臺功能設(shè)計

在工程實施過程中，因軌道交通工程現(xiàn)場分散、參建方多、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，出現(xiàn)信息傳遞不及時、監(jiān)督不到位、考核標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等問題，為實現(xiàn)工程的安全預(yù)警、響應(yīng)與消警的閉環(huán)管理，實現(xiàn)建設(shè)單位對參建各方安全管理工作的遠(yuǎn)程監(jiān)督、考核與責(zé)任追溯的功能，平臺以第三方監(jiān)測、施工監(jiān)測、風(fēng)險巡視、隱患排查、盾構(gòu)監(jiān)測、各建設(shè)階段參建各方安全管理信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用信息化平臺管理的信息及時反饋、管理流程清晰等特點(diǎn)實現(xiàn)工程建設(shè)安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化與信息化[4-5]。

基于福州地區(qū)建設(shè)條件和建造規(guī)模，福州地鐵建設(shè)安全管控平臺宜包含以下功能：

1) 安全風(fēng)險信息：各參建單位提供監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警、風(fēng)險巡視、風(fēng)險評估等管理模塊。

2) 安全隱患管理：實現(xiàn)管理層制定隱患排查任務(wù)，實施層根據(jù)排查任務(wù)進(jìn)行隱患排查、隱患治理，并可以查詢隱患治理流程、自動生成考核等功能模塊。

3) 盾構(gòu)監(jiān)控模塊：將盾構(gòu)機(jī)的基本信息、盾構(gòu)姿態(tài)、注漿壓力等數(shù)據(jù)匯總分析，實現(xiàn)GIS地圖查看，并生成統(tǒng)計報表、監(jiān)控預(yù)警等功能。

4) 手機(jī)APP：用戶通過手機(jī)端實現(xiàn)相關(guān)風(fēng)險、隱患數(shù)據(jù)上傳，并推送至相關(guān)用戶手機(jī)端待辦事項提醒，同時可以查詢相關(guān)工程資料及統(tǒng)計報表等。

2 信息平臺的設(shè)計

2.1 平臺總體設(shè)計

城市軌道交通建設(shè)安全管控平臺主要包括：安全風(fēng)險信息模塊、安全隱患管理模塊、盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、手機(jī)APP。安全管控平臺建立后，滿足各模塊信息之間互享、運(yùn)用、轉(zhuǎn)化、存儲、管理、聯(lián)通等，以及滿足安全管理工作的要求。具體如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計圖Fig.1 The overall design of the system

2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計

由于城市軌道交通建設(shè)各工點(diǎn)分布分散，同時主要參建各方，包括設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測、咨詢等各方分布也相對分散，且各管理層存在內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)等不同網(wǎng)絡(luò)情況。因此，通過綜合服務(wù)器，將內(nèi)、外網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，推送至各用戶電腦及手機(jī)終端。同時在內(nèi)、外網(wǎng)之間設(shè)置硬件防火墻、軟件防火墻，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及數(shù)據(jù)安全[6-7]。如圖2所示。

2.3 功能模塊設(shè)計

2.3.1 安全風(fēng)險信息模塊

安全風(fēng)險管理模塊針對軌道交通建設(shè)的特點(diǎn)、管理需求、業(yè)務(wù)需求進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)不同管理層次人員的需求，安全風(fēng)險管理信息模塊設(shè)計不同的界面及功能、數(shù)據(jù)權(quán)限，并針對不同管理層次設(shè)置管理流程，針對現(xiàn)場實施層實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、工程資料以及工程進(jìn)度上傳、查閱、報表統(tǒng)計功能[8-9]；通過現(xiàn)場實施層的數(shù)據(jù)上傳，豐富數(shù)據(jù)庫信息，實現(xiàn)中間管理層監(jiān)測數(shù)據(jù)、評估報告以及相關(guān)工程資料的分析、管理等功能；通過風(fēng)險管理、工程資料管理流程實現(xiàn)決策層查詢風(fēng)險管理、工程資料的管理流程以及發(fā)布工作任務(wù)等功能[10]。

其主要子功能模塊包括：綜合信息、風(fēng)險管理、監(jiān)控量測、預(yù)警管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、工程資料。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.2 The topology of the network

綜合信息：通過GIS地圖實現(xiàn)風(fēng)險數(shù)據(jù)、評估報告、監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息匯總、快速查閱；并為參建各方快速查閱與處置工程事務(wù)提供窗口，根據(jù)權(quán)限不同實現(xiàn)發(fā)布、查閱通知通告信息，并設(shè)置快速處理窗口進(jìn)行處理待辦事項。

風(fēng)險管理：建立包括工程本身風(fēng)險源、周邊環(huán)境重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)、施工過程的風(fēng)險源庫，對施工過程風(fēng)險信息進(jìn)行動態(tài)管理；通過現(xiàn)場實施層的現(xiàn)場巡查形成巡查報告并生成巡視預(yù)警，為管理層提供現(xiàn)場風(fēng)險信息。

監(jiān)控量測：施工單位及第三方監(jiān)測單位進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳、管理，軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)對比、分析生成監(jiān)測數(shù)據(jù)紅、橙、黃三級預(yù)警，并自動生成曲線圖、報表等功能。

預(yù)警管理：對監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動預(yù)警、相關(guān)參建單位巡視預(yù)警以及綜合預(yù)警進(jìn)行處置，并生成相關(guān)統(tǒng)計報表等功能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控：將視頻門禁、現(xiàn)場管理監(jiān)控視頻接入相關(guān)接口功能，并與手機(jī)客戶端連接，使管理者能夠隨時隨地都能在手機(jī)APP上直接查看視頻監(jiān)控，對現(xiàn)場布置的視頻設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控。

工程資料：對工程資料進(jìn)行分類綜合管理。包含建設(shè)單位工程資料、施工單位工程資料(施工前調(diào)查資料、責(zé)任制、施工方案、專項方案、特種設(shè)備、安全教育、安全檢查、監(jiān)測報告、形象進(jìn)度報告、施工計劃等)、監(jiān)理單位工程資料、第三方監(jiān)測單位工程資料等。

2.3.2 安全隱患管理模塊

安全隱患管理模塊針對軌道交通建設(shè)工程的隱患排查、治理流程(見圖3)進(jìn)行軟件功能設(shè)計，參建單位通過隱患排查模塊進(jìn)行隱患上報，隱患上報后在平臺個人待辦事項針對權(quán)限相關(guān)人員進(jìn)行工作提醒，相關(guān)工作人員通過平臺進(jìn)行隱患整改、驗收等流程響應(yīng)，并通過安全管理平臺對隱患數(shù)量、類型、處置過程進(jìn)行統(tǒng)計分析，形成綜合統(tǒng)計分析報表、隱患處置考核的功能。為建設(shè)單位與各參建單位提供一個開展安全隱患排查治理的協(xié)同工作平臺[11]。

圖3 隱患排查治理流程Fig.3 The process of hidden trouble investigation and management

主要功能包括：通知通報、隱患排查、隱患治理、考核管理、綜合統(tǒng)計。

首頁：通過隱患地圖對隱患分布進(jìn)行統(tǒng)計以及信息提示，對當(dāng)前事件進(jìn)行待辦提醒等。

隱患排查：通過各參建單位制定的排查任務(wù)，根據(jù)平臺內(nèi)隱患庫進(jìn)行排查工作，將排查出的隱患上報。

隱患治理：針對上報的隱患進(jìn)行整改治理，通過排查治理可以查詢隱患響應(yīng)治理流程，并生成整改通知單、回復(fù)單等數(shù)據(jù)報表；同時對現(xiàn)場隱患進(jìn)行統(tǒng)計、分析，生成隱患報表。

考核管理：通過對隱患排查、隱患治理過程進(jìn)行自動統(tǒng)計、考核。

綜合統(tǒng)計：可以按照部門、隱患等級、線路、隱患類型進(jìn)行隱患統(tǒng)計，并生成圖表。

2.3.3 盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊

對在建線路所有盾構(gòu)設(shè)備工程進(jìn)度、刀盤參數(shù)、螺旋機(jī)參數(shù)、材料消耗、盾構(gòu)姿態(tài)等信息進(jìn)行實時監(jiān)控；按照盾構(gòu)施工的預(yù)警內(nèi)容、等級及其管理要求，在施工安全風(fēng)險管理活動中，對盾構(gòu)施工的各類施工參數(shù)和實時監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對出現(xiàn)的風(fēng)險預(yù)警問題及時進(jìn)行核查，按步驟及時地對施工、監(jiān)理和第三方監(jiān)測單位進(jìn)行聯(lián)動提醒與預(yù)警管理。

主要功能模塊包括：首頁、盾構(gòu)施工基本信息、盾構(gòu)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理等模塊。

首頁：通過地鐵線路走向地圖，根據(jù)線路、施工標(biāo)段及工點(diǎn)名稱對盾構(gòu)信息快速查詢。

盾構(gòu)施工基本信息：通過對盾構(gòu)機(jī)的施工狀態(tài)、盾構(gòu)機(jī)類型、當(dāng)前狀態(tài)、總環(huán)數(shù)、當(dāng)前環(huán)號、通信情況等信息的數(shù)據(jù)采集，平臺實現(xiàn)整理、統(tǒng)計、分析、查閱功能。

盾構(gòu)監(jiān)控：整理收集推進(jìn)監(jiān)控、姿態(tài)監(jiān)控、平面圖、剖面圖、注漿及添加劑、掘進(jìn)預(yù)警等信息，實現(xiàn)管理層遠(yuǎn)程查閱盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)以及施工情況。

推進(jìn)監(jiān)控：在施工過程中，平臺采集刀盤、螺旋機(jī)所有參數(shù)，具體包括：油壓、行程、土壓、推進(jìn)速度、貫入度、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩、總推力、螺旋泵壓力、扭矩、轉(zhuǎn)速、排渣量等，并進(jìn)行綜合分析，實現(xiàn)管理層遠(yuǎn)程查閱盾構(gòu)施工推進(jìn)狀態(tài)以及施工情況。

數(shù)據(jù)管理：包括盾構(gòu)施工環(huán)信息、掘進(jìn)預(yù)警信息、出渣量信息等數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行盾構(gòu)管理。

2.3.4 手機(jī)APP模塊

實施層通過手機(jī)APP模塊進(jìn)行現(xiàn)場風(fēng)險巡查、風(fēng)險響應(yīng)、隱患排查上報、隱患處置，平臺將風(fēng)險及隱患排查信息推送到管理層的手機(jī)待辦事項提醒，管理層可以通過手機(jī)端進(jìn)行響應(yīng)以及查閱隱患處置進(jìn)度情況，并可以通過手機(jī)APP查閱軌道交通安全管控平臺的工程資料、綜合統(tǒng)計等數(shù)據(jù)報表。

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.4.1 設(shè)計原則

數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本原則是根據(jù)安全管控平臺的權(quán)限、信息、流程需求進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，同時分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系以及數(shù)據(jù)應(yīng)用內(nèi)容，設(shè)計出合理的數(shù)據(jù)庫，滿足各層級用戶的信息要求和流程處理要求，為安全管控平臺提供支撐環(huán)境。

2.4.2 詳細(xì)設(shè)計

收集、整理、分析用戶的實際應(yīng)用需求，對平臺中的實體、關(guān)系、屬性進(jìn)行提取，并建立相應(yīng)的模型[12-14]，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計主要分以下5個階段，數(shù)據(jù)關(guān)系如圖4所示：

1) 需求分析階段，首先必須準(zhǔn)確了解與分析用戶需求(包括數(shù)據(jù)與處理)，需求分析是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)。

2) 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，將需求分析數(shù)據(jù)抽象成局部E-R模型以及全局E-R模型。

3) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，對其進(jìn)行優(yōu)化。

4) 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，對于給定的邏輯數(shù)據(jù)模型，選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)。

5) 數(shù)據(jù)庫實施階段，建立數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表等，并進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫。

圖4 數(shù)據(jù)關(guān)系圖Fig.4 The relationship of roles in the database

2.4.3 系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)表設(shè)計

本系統(tǒng)建立了4個主表，分別為角色表、組織機(jī)構(gòu)表、人員信息表和崗位表。組織機(jī)構(gòu)表的結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 組織機(jī)構(gòu)表Tab.1 Departments in the database

2.4.4 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表設(shè)計

本系統(tǒng)建立了3個關(guān)聯(lián)表，分別為角色人員關(guān)聯(lián)表、角色權(quán)限關(guān)聯(lián)表和崗位人員關(guān)聯(lián)表。角色權(quán)限關(guān)聯(lián)表的結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 角色權(quán)限關(guān)聯(lián)表Tab.2 The authority of roles

2.4.5 數(shù)據(jù)字典設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的重要部分是數(shù)據(jù)字典(Data dictionary)。它存放有數(shù)據(jù)庫所用的有關(guān)信息，對用戶來說是一組只讀的表。

數(shù)據(jù)字典是一種用戶可以訪問的記錄數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序源數(shù)據(jù)的目錄。主動數(shù)據(jù)字典是指在對數(shù)據(jù)庫或應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改時，其內(nèi)容可以由DBMS自動更新的數(shù)據(jù)字典。被動數(shù)據(jù)字典是指修改時必須手動更新其內(nèi)容的數(shù)據(jù)字典。本系統(tǒng)建立了字典表和字典類型表，如表3所示。

表3 字典表Tab.3 The data dictionary table of the database

3 信息平臺的應(yīng)用

福州地鐵組建了軌道交通安全監(jiān)控中心，將安全風(fēng)險信息模塊、安全隱患管理模塊、盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊等集成到福州地鐵門戶系統(tǒng)，安排專業(yè)人員24 h值班，努力做到全過程、全天候、全方位實時監(jiān)控。安全管控平臺門戶頁面，見圖5。

3.1 風(fēng)險監(jiān)控

安全風(fēng)險信息模塊應(yīng)用于福州地鐵1號線二期、2號線和6號線土建工程，累計實現(xiàn)對在建工程79個工點(diǎn)(車站或區(qū)間)的風(fēng)險監(jiān)控。各線路在開工前必須按照規(guī)定在工地重要點(diǎn)位安裝高清攝像頭，管理人員通過電腦或手機(jī)APP對工程施工進(jìn)度實時監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場巡視狀況超出標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求時，安全風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)可在第一時間將風(fēng)險預(yù)警信息發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)上，便于即時采取相應(yīng)的防控措施。風(fēng)險系統(tǒng)的功能菜單見圖6；風(fēng)險系統(tǒng)預(yù)警統(tǒng)計見圖7。

3.2 盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控

盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊適用于1號線二期、2號線和6號線盾構(gòu)區(qū)間工程，累計實施盾構(gòu)監(jiān)控達(dá)到43臺次，計劃實施1臺次。針對盾構(gòu)工程的特殊性，監(jiān)控中心安排了盾構(gòu)專業(yè)管理人員，實時對地鐵盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控與分析，實現(xiàn)盾構(gòu)施工專項風(fēng)險防控，使管理者便于掌握盾構(gòu)區(qū)間整體風(fēng)險的分布狀況，有效預(yù)測和規(guī)避盾構(gòu)施工過程中的風(fēng)險。盾構(gòu)系統(tǒng)主要功能模塊見圖8。

圖5 福州地鐵安全管控平臺門戶Fig.5 The portal system of safety management and control of Fuzhou Metro

圖6 風(fēng)險系統(tǒng)的功能菜單Fig.6 The menu of the safety risk management system

圖7 風(fēng)險系統(tǒng)的預(yù)警統(tǒng)計Fig.7 The early warning statistics of the safety risk management system

圖8 盾構(gòu)系統(tǒng)主要功能模塊Fig.8 The menu of the shield management system

3.3 隱患管理

福州地鐵在1號線二期、2 號線、6號線、5號線、4號線土建工程和2號線機(jī)電安裝工程中，充分應(yīng)用安全隱患管理信息化手段，通過智能系統(tǒng)自動分派排查任務(wù)，根據(jù)隱患的不同級別制定不同的響應(yīng)、整改、復(fù)核、消除隱患的權(quán)限和時限，約束項目參與各方履責(zé)，利用手機(jī)APP，快速排查隱患。對于工地周圍未設(shè)置封閉圍擋、人員高處作業(yè)未系安全帶、基坑成槽施工未采取防護(hù)措施等違規(guī)情況，工程管理人員利用手機(jī)APP便可快速發(fā)現(xiàn)，隱患上報、處置、治理進(jìn)展及效果清晰可見，實現(xiàn)了對施工過程安全質(zhì)量隱患的排查治理，效率大大提高。

自2017年7月系統(tǒng)正式上線以來，累計排查、治理和閉合安全質(zhì)量隱患14 548條。工點(diǎn)信息及隱患狀態(tài)GIS展示見圖9；隱患排查工作排名統(tǒng)計見圖10；隱患排查統(tǒng)計見圖11。

圖9 工點(diǎn)信息及隱患狀態(tài)GIS展示Fig.9 The GIS display of general information and hidden trouble status of construction sites

圖10 隱患排查工作排名統(tǒng)計Fig.10 The statistics of work performance of hidden trouble investigation and management

圖11 隱患統(tǒng)計Fig.11 The statistics on hidden trouble

4 結(jié)語

福州地鐵通過有效地應(yīng)用安全管控信息化平臺，實現(xiàn)了風(fēng)險巡查、風(fēng)險響應(yīng)、隱患排查、隱患治理、盾構(gòu)管理等施工操作的信息化管理；實現(xiàn)了施工過程中風(fēng)險、隱患管控的來源可查、去向可追、責(zé)任可究的全過程留痕管理；實現(xiàn)了風(fēng)險、隱患的分級管控。同時，通過安全管控信息化平臺對風(fēng)險及隱患的排查、治理進(jìn)行綜合統(tǒng)計分析，為地鐵建設(shè)的管控重點(diǎn)及管控方向提供依據(jù)，并通過履約考核、風(fēng)險及隱患治理考核等多種考核方式，對參建單位進(jìn)行信息化、自動化的考核管理?？傊ㄟ^平臺的使用確保了地鐵建設(shè)的安全可控和持續(xù)穩(wěn)定開展。