基于信息技術(shù)的城市軌道交通軌行區(qū)施工動(dòng)態(tài)防護(hù)策略

劉國(guó)平 郭葉麗 李 莎

(青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，266000，青島//第一作者,高級(jí)工程師)

地鐵運(yùn)營(yíng)施工管理作為日常管理的重要工作，受到各城市地鐵運(yùn)營(yíng)方的廣泛關(guān)注。地鐵運(yùn)營(yíng)施工具有作業(yè)地點(diǎn)多、時(shí)間點(diǎn)多，以及各專(zhuān)業(yè)交叉作業(yè)、防護(hù)要求高、安全要求高等特點(diǎn);同時(shí)為避免影響白天正常行車(chē)，施工作業(yè)往往安排在夜間進(jìn)行，施工時(shí)間有限，且施工中涉及的施工區(qū)域、供電分區(qū)等資源也是有限的;尤其是接觸軌供電線路，對(duì)施工作業(yè)防護(hù)和安全的要求更高。如何在有限的時(shí)空資源里完成施工計(jì)劃并保證施工安全，是需要解決的重要問(wèn)題。其中,防護(hù)區(qū)域設(shè)置作為一項(xiàng)重要的施工安全防護(hù)措施,更不容忽略。

1 防護(hù)區(qū)域

1.1 固定防護(hù)

按照施工作業(yè)地點(diǎn)和性質(zhì)，施工計(jì)劃可劃分為A、B、C三類(lèi)[1](見(jiàn)表1)。

防護(hù)區(qū)域是為了保障地鐵運(yùn)營(yíng)施工中人員和車(chē)輛安全，以及各施工點(diǎn)之間不受影響而采取的施工防護(hù)措施之一。地鐵運(yùn)營(yíng)的軌行區(qū)施工中，不同種類(lèi)的施工作業(yè)對(duì)于施工資源的需求有差異，如開(kāi)行電客車(chē)的施工作業(yè)一般需要作業(yè)區(qū)域沿線的軌行區(qū)帶電，而人工下軌行區(qū)的施工作業(yè)則需要區(qū)域內(nèi)軌行區(qū)停電。帶電與帶電的施工區(qū)域,以及帶電與停電的施工區(qū)域之間,必須要設(shè)置防護(hù)區(qū)域，以保證安全間隔和足夠的緩沖距離。

目前,城市軌道交通行業(yè)內(nèi)普遍采用固定區(qū)域防護(hù)。即施工計(jì)劃的防護(hù)區(qū)域相對(duì)施工區(qū)域固定不變，施工區(qū)域的左右兩側(cè)各擴(kuò)展出固定大小的區(qū)域[2-3]。固定防護(hù)區(qū)域雖然簡(jiǎn)單便捷，能夠滿(mǎn)足接觸網(wǎng)供電的安全防護(hù)要求，但難以解決防護(hù)區(qū)域的重復(fù)占用問(wèn)題以及接觸軌供電對(duì)人身安全帶來(lái)的隱患；此外還存在以下弊端：

(1) 產(chǎn)生施工作業(yè)區(qū)域的浪費(fèi)。例如,兩個(gè)相鄰的施工作業(yè)之間不能共用同一個(gè)防護(hù)區(qū)域，而是設(shè)置兩個(gè)相連的、功能重復(fù)的防護(hù)區(qū)域。

(2) 區(qū)域內(nèi)的供電安排只能是停電，施工條件安排不合理。如果有兩個(gè)帶電要求的A1類(lèi)計(jì)劃施工區(qū)域之間不存在要求停電的施工計(jì)劃，那么這兩個(gè)A1類(lèi)計(jì)劃之間的防護(hù)區(qū)域做停電操作是沒(méi)有意義的。

表1 施工計(jì)劃分類(lèi)表

(3) 防護(hù)不完整，存在安全隱患。A2類(lèi)計(jì)劃是非開(kāi)車(chē)計(jì)劃，要求軌行區(qū)停電后人工進(jìn)入作業(yè)。如果兩個(gè)A2類(lèi)計(jì)劃施工區(qū)域之間不存在A1類(lèi)計(jì)劃，那么最安全的防護(hù)設(shè)置是這兩個(gè)A2類(lèi)計(jì)劃之間區(qū)域全部停電，但是固定的防護(hù)區(qū)域設(shè)置只能實(shí)現(xiàn)部分區(qū)域停電。

此外，實(shí)際業(yè)務(wù)中施工計(jì)劃復(fù)雜多樣，發(fā)布時(shí)間有差異，并且存在臨時(shí)增加或取消施工計(jì)劃的情況。施工管理人員想要合理安排防護(hù)區(qū)域，在保障施工人員和行車(chē)安全的前提下最大化利用時(shí)空資源，還面臨以下問(wèn)題：①人為設(shè)置防護(hù)區(qū)域準(zhǔn)確性差；②施工計(jì)劃變更后，防護(hù)區(qū)域變更不及時(shí)；③批量發(fā)布施工計(jì)劃時(shí),需消耗大量的人力設(shè)置防護(hù)區(qū)域的范圍；④不便于保存防護(hù)區(qū)域的增加或修改記錄。

1.2 動(dòng)態(tài)防護(hù)

動(dòng)態(tài)防護(hù)策略是根據(jù)相鄰計(jì)劃的特性進(jìn)行判斷和動(dòng)態(tài)計(jì)算防護(hù)區(qū)域，防護(hù)區(qū)域并非固定不變，可根據(jù)計(jì)劃的新增、變更、取消等情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型是基于該策略的信息化技術(shù)研究與應(yīng)用。

動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)車(chē)作業(yè)防護(hù)區(qū)域空間位置及防護(hù)供電安排的動(dòng)態(tài)設(shè)置，在保障安全的前提下，提高臨時(shí)計(jì)劃、故障搶修等施工安排的靈活性，提高軌行區(qū)的利用率。該模型可根據(jù)開(kāi)車(chē)作業(yè)兩側(cè)相鄰作業(yè)的性質(zhì)，從防護(hù)區(qū)域空間及供電安排兩個(gè)角度進(jìn)行防護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工計(jì)劃新增、變更、取消時(shí)防護(hù)區(qū)域的動(dòng)態(tài)更新計(jì)算，生成的防護(hù)區(qū)域及防護(hù)供電安排將顯示在施工行車(chē)通告中。

動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取結(jié)構(gòu)、防護(hù)區(qū)域設(shè)置規(guī)則庫(kù)、防護(hù)區(qū)域生成模塊、施工計(jì)劃發(fā)布模塊等，其運(yùn)行機(jī)制如圖1所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取結(jié)構(gòu)為表達(dá)軌行區(qū)各區(qū)域的關(guān)聯(lián)關(guān)系提供了基礎(chǔ)。防護(hù)區(qū)域設(shè)置規(guī)則庫(kù)針對(duì)施工防護(hù)區(qū)域的業(yè)務(wù)要求進(jìn)行規(guī)則定義和配置。施工計(jì)劃發(fā)布模塊啟動(dòng)自動(dòng)生成防護(hù)區(qū)域任務(wù)，并將運(yùn)行結(jié)果合成完整的防護(hù)區(qū)域描述，與發(fā)布的計(jì)劃內(nèi)容一并顯示；在填報(bào)新的計(jì)劃時(shí)，對(duì)新增計(jì)劃的施工區(qū)域是否滿(mǎn)足現(xiàn)有計(jì)劃的防護(hù)區(qū)域要求進(jìn)行沖突檢測(cè)，排除安全隱患及與施工區(qū)域資源利用的沖突。

圖1 動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型的運(yùn)行機(jī)制

2 動(dòng)態(tài)防護(hù)的信息化技術(shù)

2.1 軌行區(qū)各區(qū)域雙向鏈?zhǔn)角疑舷滦袑?duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

通過(guò)動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型,建立軌行區(qū)各區(qū)域雙向鏈?zhǔn)角疑舷滦袑?duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軌行區(qū)各區(qū)域以及相對(duì)的供電分區(qū)都有固定的數(shù)據(jù)編號(hào)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，且上下行區(qū)域在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上建立“上下行對(duì)應(yīng)”關(guān)系。

軌行區(qū)區(qū)域的數(shù)據(jù)讀取結(jié)構(gòu)為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、上下行區(qū)域成對(duì)出現(xiàn)。軌行區(qū)區(qū)域的實(shí)際業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)為站臺(tái)軌行區(qū)-區(qū)間軌行區(qū)鏈?zhǔn)脚帕?。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)區(qū)域編號(hào)、線路編號(hào)及區(qū)域連接關(guān)系，查詢(xún)得到該線路上的區(qū)域數(shù)據(jù)，并按實(shí)際業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)排列，以鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 基于雙向鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軌行區(qū)圖版

2.2 防護(hù)區(qū)域規(guī)則庫(kù)

針對(duì)不同作業(yè)類(lèi)型、不同帶電性質(zhì)和類(lèi)別的施工計(jì)劃,建立規(guī)則庫(kù)。基于規(guī)則庫(kù)對(duì)A1類(lèi)計(jì)劃的防護(hù)區(qū)域的設(shè)置規(guī)則及供電安排規(guī)則分別見(jiàn)表2和表3。

表2 某A1類(lèi)計(jì)劃的防護(hù)區(qū)域設(shè)置規(guī)則

表3 防護(hù)區(qū)域的供電安排規(guī)則

2.3 自動(dòng)生成防護(hù)區(qū)域

動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型可自動(dòng)生成防護(hù)區(qū)域，且防護(hù)區(qū)域隨計(jì)劃變更動(dòng)態(tài)更新;并將運(yùn)行結(jié)果轉(zhuǎn)換成文字描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)防護(hù)區(qū)域的直觀展示。防護(hù)區(qū)域的動(dòng)態(tài)生成方法如下：

(1) 在計(jì)劃發(fā)布和取消環(huán)節(jié)，篩選即將發(fā)布和取消的計(jì)劃中的A1類(lèi)計(jì)劃,得到結(jié)果集R1。

(2) 根據(jù)計(jì)劃P1的施工時(shí)間和所屬線路，找出與P1有時(shí)間交集的、同線路的所有A1和A2類(lèi)計(jì)劃。

(3) 把所有計(jì)劃根據(jù)施工時(shí)間劃分成n個(gè)時(shí)間段的計(jì)劃，并獲得每段時(shí)間內(nèi)與計(jì)劃P1的施工區(qū)域左右兩邊相鄰最近的計(jì)劃P2。

(4) 計(jì)算P1的施工區(qū)域左右兩邊跟P1相鄰最近的計(jì)劃之間的距離。在該距離之內(nèi)的區(qū)域即為防護(hù)區(qū)域。

(5) 完成對(duì)R1中所有計(jì)劃的防護(hù)區(qū)域查找后，將找到的所有防護(hù)區(qū)域集中,對(duì)同時(shí)間段內(nèi)重疊的部分進(jìn)行合并，并把每條計(jì)劃的每個(gè)時(shí)間段防護(hù)區(qū)域設(shè)置數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

(6) 得到防護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)后，與上下行防護(hù)區(qū)域描述合并，得到完整的防護(hù)區(qū)域說(shuō)明。

(7) 查詢(xún)防護(hù)區(qū)域相對(duì)的供電分區(qū)，并通過(guò)文字形式展示。

(8) 將得到的每條計(jì)劃的每個(gè)時(shí)間段防護(hù)區(qū)域及防護(hù)供電安排信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.4 自動(dòng)進(jìn)行防護(hù)區(qū)域沖突檢測(cè)

動(dòng)態(tài)防護(hù)區(qū)域模型可以自動(dòng)為新增施工計(jì)劃進(jìn)行防護(hù)區(qū)域沖突檢測(cè)，步驟如下：

(1) 如果新增計(jì)劃為A1類(lèi)計(jì)劃，將該計(jì)劃的施工區(qū)域向左右兩側(cè)各擴(kuò)展出一個(gè)站臺(tái)軌行區(qū)和一個(gè)相連的區(qū)間軌行區(qū)長(zhǎng)度。首先查詢(xún)擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)是否有施工計(jì)劃，如果有施工計(jì)劃則為有計(jì)劃沖突，不允許提交計(jì)劃。

(2) 如果新增計(jì)劃為A2類(lèi)計(jì)劃，將該計(jì)劃的施工區(qū)域向左右兩側(cè)各擴(kuò)展出一個(gè)站臺(tái)軌行區(qū)和一個(gè)相連的區(qū)間軌行區(qū)長(zhǎng)度。首先查詢(xún)擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)是否有施工計(jì)劃，如果有A1類(lèi)計(jì)劃則為有計(jì)劃沖突，不允許提交計(jì)劃。

在施工請(qǐng)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)實(shí)施請(qǐng)點(diǎn)的施工計(jì)劃的防護(hù)區(qū)域進(jìn)行沖突檢測(cè)，檢查施工防護(hù)區(qū)域的條件是否滿(mǎn)足，排除供電要求不符合和區(qū)域內(nèi)有施工等不安全因素。

3 應(yīng)用效果分析

安全方面：可減少和避免分段施工時(shí)施工防護(hù)盲區(qū)及接觸軌供電狀態(tài)盲區(qū)，提高施工安全防護(hù)等級(jí)，保障施工區(qū)域的行車(chē)安全及人身安全。

經(jīng)濟(jì)方面：可有效減少防護(hù)設(shè)置的工作量和施工組織的人力投入，降低人力成本。例如,兩項(xiàng)A1開(kāi)車(chē)作業(yè)若采用固定防護(hù)區(qū)域模式，需4組人員進(jìn)入軌行區(qū)在8個(gè)點(diǎn)位設(shè)置紅閃燈防護(hù);而采用動(dòng)態(tài)防護(hù)模式，僅需2組人員在4個(gè)點(diǎn)位完成紅閃燈防護(hù)。

管理方面：可提高軌行區(qū)施工資源利用率。地鐵施工的空間和時(shí)間資源有限，需要充分利用有限的資源來(lái)滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的施工需求。動(dòng)態(tài)防護(hù)可在不影響已有施工的情況下，彈性增加臨時(shí)故障搶修、補(bǔ)充計(jì)劃等施工安排，充分發(fā)揮了各時(shí)段各區(qū)段資源的可用性。

4 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)態(tài)防護(hù)策略是在地鐵施工固定區(qū)域防護(hù)模式的基礎(chǔ)上，為滿(mǎn)足接觸軌供電線路的施工需求和安全防護(hù)要求而提出的新方法。該方法與信息化技術(shù)的融合，不僅促進(jìn)了施工防護(hù)的高度智能化，也為該項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了良好的平臺(tái)，在城市軌道交通行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。