無錫地鐵智慧防汛防澇預(yù)警應(yīng)急安全平臺設(shè)計及實踐

文：謝輝，陶杰，陳定慶，陸源清，冒龔玉丨無錫地鐵集團(tuán)有限公司

為了進(jìn)一步加強城市軌道交通運行的安全保障措施，無錫地鐵集團(tuán)提出了搭建無錫市軌道交通智慧防汛防澇預(yù)警應(yīng)急安全平臺項目，并分享其建設(shè)成果。

為了進(jìn)一步加強無錫市城市軌道交通運行的安全保障措施，提升城市軌道交通應(yīng)對極端天氣的防范能力，根據(jù)相關(guān)部委發(fā)出的關(guān)于切實做好城市軌道交通防汛工作的緊急通知，結(jié)合無錫市軌道交通防汛防澇基礎(chǔ)設(shè)施情況，無錫地鐵集團(tuán)根據(jù)上級文件精神，提出了搭建無錫市軌道交通智慧防汛防澇預(yù)警應(yīng)急安全平臺項目，做好“防汛準(zhǔn)備，防汛防臺應(yīng)急體系要立即啟動，發(fā)揮作用，加強圍擋、防汛薄弱車站等防汛措施”目標(biāo)。

一、無錫地鐵安全設(shè)計現(xiàn)狀

目前無錫地鐵采用“防排結(jié)合，以防為主”的方針，作為防淹設(shè)計原則。

（一）“防”：百年一遇標(biāo)準(zhǔn)

地面口部高于周邊路面450毫米以上，除車站與下沉廣場有銜接外，所有車站出入口：所在區(qū)域地面高程都按照無錫百年一遇洪水位，按照250毫米以上/24小時設(shè)計，地鐵出入口3級臺階高度，防備雨水倒灌；在車站出入段線、U型槽段等采取封閉頂棚及混凝土擋水措施；管理卷門導(dǎo)槽與防淹閘槽合建，預(yù)留設(shè)置防淹擋板。

（二）“排”：50年一遇標(biāo)準(zhǔn)

每個車站出入口均設(shè)有集水泵站，車站主體內(nèi)設(shè)有主泵房，區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處設(shè)有排水泵房；敞口部位設(shè)有雨水泵房；泵房按50年一遇暴雨設(shè)計，設(shè)兩臺泵，一用一備，保證每臺水泵站設(shè)備全啟動時有不小于30%的富裕能力。

（三）現(xiàn)有應(yīng)急措施和流程

應(yīng)急預(yù)案包括《無錫市防汛防旱應(yīng)急預(yù)案》《無錫地鐵運營綜合應(yīng)急預(yù)案》《行車組織規(guī)則》《惡劣天氣行車組織應(yīng)急預(yù)案》《運營事故調(diào)查處理規(guī)則》。無錫地鐵地鐵運營組織了專、兼職應(yīng)急隊伍29支合計476人，委托專業(yè)單位組建綜合應(yīng)急隊伍1支。同時，無錫地鐵集團(tuán)購置了移動式的排水車，排水能力是1000立方米/小時，配備了沙袋3萬余件，配置了應(yīng)急發(fā)電車、綜合應(yīng)急搶險車等裝備200余臺，儲備了各類防汛、防臺物資5萬多件，各類水泵2000余套1萬余千瓦。

二、無錫地防汛防澇薄弱點分析

針對汛期防汛，地鐵車站的出入口現(xiàn)有兩道防線：一是在無錫軌道交通設(shè)計初期就已經(jīng)設(shè)計好基礎(chǔ)防汛設(shè)施，通過在各車站出入口布設(shè)臺階，抬高地勢，避免降雨積水進(jìn)入車站。二是車站內(nèi)設(shè)有防洪沙袋，運營階段將根據(jù)降雨情況，人工加工防洪擋板及沙袋，設(shè)置臺階上的第二道防汛防線。同時，為了掌握軌道交通防汛排澇的薄弱點，運營公司組織開展1、2、3、4號線所有車站標(biāo)高及排水能力排查，形成一站一表。確保在應(yīng)急情況下，做到有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持時的及時響應(yīng)處理。運營公司與無錫水利設(shè)計院對接，收集無錫市防洪分區(qū)、洪澇控制水位及市區(qū)易積水路段；并對所有車站最低點標(biāo)高、路面標(biāo)高、洪澇控制水位進(jìn)行了梳理。評估現(xiàn)有汛期數(shù)據(jù)以及各個站點的最低點標(biāo)高、路面標(biāo)高數(shù)據(jù)，合理設(shè)置洪澇控制水位，實現(xiàn)有據(jù)可依。

通過收集無錫市政2021年市區(qū)道路積水點基本情況統(tǒng)計，從中節(jié)選部分具有代表性的積水點位進(jìn)行分析，積水深度普遍低于0.3米，故對高差小于等于0.3米的車站進(jìn)行了排查。為了貼合無錫地鐵防汛排澇需求，更好支撐現(xiàn)有應(yīng)急措施開展，并提升整體防汛排澇能力，對無錫地鐵現(xiàn)有防汛排澇措施開展全面梳理。

（一）正線車站

通過對車站的最低點標(biāo)高和路面標(biāo)高數(shù)據(jù)開展排查梳理，將其差值小于等于0.3米的車站作為重點防汛對象。同時結(jié)合洪澇控制水位數(shù)據(jù)，篩選出接近洪澇控制水位線的車站，開展下一步防汛措施升級改造。針對最低點與路面高差較小的車站及路面標(biāo)高與洪澇控制水位接近的車站，相關(guān)防汛措施如下：

管理措施：汛期做好重點防汛部位巡視，值班人員隨時待命；根據(jù)各出入口實際情況合理分配防汛物資，對重點部位適當(dāng)傾斜。

補強措施：試點安裝防倒灌監(jiān)測設(shè)備，部署電子水尺，監(jiān)測出入口水位。根據(jù)一站一表梳理出的數(shù)據(jù)及車站平面結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合各出入口的防汛措施繪制出各站防汛圖（圖1），如配備沙袋、防洪擋板等情況。

圖1 防汛一張圖

（二）U型槽、場段及主所

無錫地鐵1、2、3、4號線共計3處正線U型槽，8座場段，6座主變電所。經(jīng)排查所有正線U型槽、非下沉場段情況良好，未發(fā)現(xiàn)不良隱患。部分下沉場段及主所存在安全隱患，需制定相關(guān)措施。

1.場段（下沉）

如圖2，1號線雪浪停車場及2號線青龍山停車場存在隱患，需制定相關(guān)措施。

圖2 下沉場段標(biāo)高統(tǒng)計

2.主所

盛岸主所的管廊與供電公司共用，外部管廊內(nèi)封堵較差，存在大量積水。管廊內(nèi)常年積水且水位較高，運營對引入電纜孔洞多次專項封堵，偶有滲水情況。

三、設(shè)計藍(lán)圖

建設(shè)國內(nèi)一流、國際領(lǐng)先的城市軌道交通的智慧防汛防臺預(yù)警應(yīng)急安全平臺，做到綜合分析、及早預(yù)警、及早決策、及早處置。設(shè)計思路包括：

一是以預(yù)防為主。做到事前及時預(yù)警，事中有效應(yīng)急，事后大數(shù)據(jù)分析復(fù)盤改進(jìn)；

二是采用最新的技術(shù)手段。利用物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)分析、GIS、仿真等，聚焦解決業(yè)務(wù)問題；

三是大數(shù)據(jù)融合平臺。整合歷史數(shù)據(jù)，軌道交通建設(shè)和數(shù)據(jù)、實時水位數(shù)據(jù)、水利數(shù)據(jù)、市政雨水排水?dāng)?shù)據(jù)、氣象局?jǐn)?shù)據(jù)，形成全方位全透視整合的防汛防臺有效風(fēng)險分布圖，為領(lǐng)導(dǎo)決策打下堅實的基礎(chǔ)；

四是建立安全工作平臺。把應(yīng)急預(yù)案，內(nèi)嵌系統(tǒng)并同防汛防臺的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)，有效結(jié)合起來，做到數(shù)據(jù)自動觸發(fā)應(yīng)急機制；應(yīng)急預(yù)案到哪里，數(shù)據(jù)服務(wù)到哪里；數(shù)據(jù)及時反饋業(yè)務(wù)進(jìn)展；

五是可視、可控、可復(fù)盤。做到軌道交通各個環(huán)節(jié)，如雨水泵站、車站場線、下沉場段的數(shù)據(jù)可視，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、應(yīng)急措施記錄，形成經(jīng)驗性指導(dǎo)數(shù)據(jù)。

六是符合軌道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。實現(xiàn)軌道建設(shè)、運營、管理的高可靠性、高精度預(yù)警和高穩(wěn)定性。

建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)見圖3，包括對軌道交通分區(qū)設(shè)計，建立標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)感知體系，抓取重要環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，支撐軌交系統(tǒng)智慧化運行。

圖3 軌道防汛防澇物聯(lián)感知建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

軌道交通智慧防汛防澇預(yù)警應(yīng)急安全平臺的總體架構(gòu)設(shè)計見圖4，旨在通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地理信息技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)等主流技術(shù)搭建軌道交通防汛防臺實時感知體系、大數(shù)據(jù)決策研判體系以及應(yīng)急響應(yīng)處置體系，實現(xiàn)人防向技防的轉(zhuǎn)變，全面推動軌道交通高質(zhì)量發(fā)展。

圖4 軌道交通智慧防汛防澇預(yù)警應(yīng)急安全平臺總體架構(gòu)設(shè)計

四、分項建設(shè)

（一）“2”張網(wǎng)：通訊網(wǎng)與感知網(wǎng)

1.通訊網(wǎng)（圖5）。

圖5 通訊網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

主要通過4G流量卡和NB-IoT進(jìn)行視頻傳輸以及數(shù)據(jù)交換。

2.感知網(wǎng)

外水倒灌監(jiān)測。一是車站、下沉廣場出入口、垂直電梯、風(fēng)亭通過部署電子水尺監(jiān)測外部水位。該設(shè)備內(nèi)置電池，電池壽命5年以上，內(nèi)置NBIoT通信模組，信號穩(wěn)定，穿透性強。電子水尺部署在出入口的最低處，不影響人員的正常通行。主機安裝在兩米以上。在每個水尺上，同步標(biāo)識出入口的標(biāo)高數(shù)據(jù)，能快速直觀得到其它出入口的大概情況。在非汛期期間，每隔十五分鐘采集數(shù)據(jù)，每四小時上傳數(shù)據(jù)，一旦觸碰到預(yù)警值，會自動變成五分鐘采集，五分鐘上報，根據(jù)防汛要求，軟件中自動彈出相應(yīng)措施。二是車輛段出入口倒灌監(jiān)測部署大數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、視頻監(jiān)控和電子水尺，對出入口水位進(jìn)行監(jiān)測。該設(shè)備使用市電供電，沒有配備電池。設(shè)備部署符合軌道交通安裝規(guī)范，不影響地鐵車輛運行，視頻和大數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)部署在2米以上高度，視頻球機不得有紅外補光功能。三是主變電所管廊監(jiān)測。主變電所電力管廊積水倒灌監(jiān)測：在電力管廊井內(nèi)部署探頭投入式液位監(jiān)測儀，實時監(jiān)測井內(nèi)積水液位。該設(shè)備內(nèi)置電池，電池壽命5年以上，內(nèi)置NB-IoT通信模組，信號穩(wěn)定，穿透性強。主機盡量部署在靠近井口位置，確保通信信號質(zhì)量；探頭傳感器放置與井內(nèi)最低端，確保高度一致。

關(guān)鍵設(shè)備故障監(jiān)測。一是泵站工況監(jiān)測，通過對車輛段的雨水泵站部署泵站工況監(jiān)測儀，監(jiān)控水泵工況，提至水泵響應(yīng)的及時性和運行的可靠性。二是周邊河道監(jiān)測泵站內(nèi)外河部署雷達(dá)液位計和視頻監(jiān)控，箱涵和外河液位實時進(jìn)行監(jiān)測。

排水能力判斷監(jiān)測。一是泵站工況監(jiān)測。U型槽、下沉廣場、車輛段出入口排水泵站工況監(jiān)測;增加泵站工況監(jiān)測儀，監(jiān)控水泵工況，提至水泵響應(yīng)的及時性和運行的可靠性；泵站工況監(jiān)測儀需采用間接式式監(jiān)測法，不參與控制系統(tǒng)。二是泵池液位監(jiān)測。泵池內(nèi)安裝雷達(dá)液位，實時監(jiān)測液位情況。三是視頻監(jiān)控。U型槽和車輛段出入口在軌道匯水后上方安裝視頻監(jiān)測球機，實時監(jiān)測匯水口情況。

氣象及周邊隱患監(jiān)測。為監(jiān)測局部極端天氣-強降雨、大風(fēng)數(shù)據(jù)；在地鐵車輛段或停車場地勢空曠區(qū)域部署小型氣象站，對降雨、風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行監(jiān)測；確保地鐵線路所有區(qū)域都有對應(yīng)的小型氣象站進(jìn)行覆蓋。

（二）“1”中心：智慧調(diào)度運營中心

基于本次項目部署的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合無錫市軌道交通防汛防臺需求，配套開發(fā)智慧調(diào)度運營中心平臺，集成設(shè)備IOT、數(shù)據(jù)管理集成、預(yù)警管理和大數(shù)據(jù)看板功能，推送預(yù)警信息，制定預(yù)警流程，形成應(yīng)急閉環(huán)。

1.地圖操作。將地鐵軌道線路錄入GIS系統(tǒng)，基于高德地圖實現(xiàn)基礎(chǔ)放大、縮小、平移漫游等操作，結(jié)合圖層管理對不同數(shù)據(jù)層進(jìn)行開啟、關(guān)閉，便于查看具體線路地理位置信息。通過查看詳細(xì)站點數(shù)據(jù)，支持進(jìn)一步防汛防澇應(yīng)急工作開展。

2.物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入和管理。平臺提供設(shè)備接入及管理功能，對接入的感知設(shè)備進(jìn)行生命周期管理功能，提供設(shè)備上下線變更通知服務(wù)，方便實時獲取設(shè)備狀態(tài)，提供在線調(diào)試、遠(yuǎn)程配置、固件升級、遠(yuǎn)程維護(hù)、實時監(jiān)控、分組管理、設(shè)備刪除等功能。

3.預(yù)警管理。平臺應(yīng)針對一個或多個監(jiān)測點的水量數(shù)據(jù)設(shè)定“預(yù)警事件”，根據(jù)被監(jiān)測區(qū)域的實際需要在系統(tǒng)中靈活設(shè)定“預(yù)警事件”，設(shè)定“預(yù)警事件”后，平臺應(yīng)通過系統(tǒng)消息等方式通知相關(guān)責(zé)任人。設(shè)備預(yù)警規(guī)則管理模塊應(yīng)提供監(jiān)測點制定預(yù)警規(guī)則，具有添加、查看、編輯、暫停、刪除等功能。

4.移動端適配。建立基于軟件平臺底層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的移動端適配，提供預(yù)警通知、定位導(dǎo)航和設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢的功能。

5.系統(tǒng)配置。為了貼合日常管理需求，通過調(diào)研日常業(yè)務(wù)流程定制開發(fā)該系統(tǒng)管理模塊，提供用戶管理、部門管理、角色管理、權(quán)限管理和數(shù)據(jù)字典，支持系統(tǒng)使用人員的日常管理。

6.大數(shù)據(jù)展示和看板。結(jié)合地理信息技術(shù)，直觀展示軌交系統(tǒng)線路地理位置，通過滾動、輪播的方式實時展示設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，對接氣象數(shù)據(jù)，提供未來24小時氣象預(yù)警數(shù)據(jù)，全局指導(dǎo)防汛防澇工作開展。實現(xiàn)實時監(jiān)控、應(yīng)急告警、風(fēng)險統(tǒng)計、氣象預(yù)警等多功能，總覽防汛防澇關(guān)鍵數(shù)據(jù)，做到“一張圖”支持應(yīng)急安全管理。

7.車站防汛圖。參照無錫地鐵提供的車站防汛圖CAD文件，制作圖層頁面，通過防汛物資、標(biāo)高、排水能力、防汛措施、車站關(guān)鍵數(shù)據(jù)總覽等按鈕疊加數(shù)據(jù)的展示，提供基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對應(yīng)的防汛措施預(yù)案。

8.企業(yè)微信整合。平臺開放對接整合至企業(yè)微信端，提供數(shù)據(jù)入口，實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)查看相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并提供微信綁定賬號的消息推送服務(wù)，實現(xiàn)企業(yè)微信端信息推送及查看功能。

（三）“1”張圖：軌道交通防汛防澇監(jiān)管圖

提供軌道交通防汛防澇監(jiān)管“一張圖”，基于GIS地圖透傳各個路線段薄弱環(huán)節(jié)監(jiān)測點數(shù)據(jù)信息，結(jié)合制定的防洪控制水位線，提供數(shù)據(jù)預(yù)警。

五、建設(shè)成果

一是建立標(biāo)準(zhǔn)化防汛防澇制度。結(jié)合無錫市防汛區(qū)塊劃分?jǐn)?shù)據(jù)以及無錫軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)（最低點標(biāo)高、路面標(biāo)高、洪澇控制水位等），梳理重點防汛防澇監(jiān)管點，制定規(guī)范性、針對性防汛防澇預(yù)警制度，在“防”、“排”的基礎(chǔ)上，提升至“測”的領(lǐng)域，構(gòu)建物聯(lián)感知建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

二是補全數(shù)字化物聯(lián)感知體系。結(jié)合物聯(lián)感知設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)軌交系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)（如：車站、場段、主所、U型槽和下城廣場）的數(shù)據(jù)可視，補全汛期關(guān)鍵薄弱點的數(shù)據(jù)盲區(qū)，做到有數(shù)據(jù)支撐條件下的安全應(yīng)急管理。

三是搭建智能化預(yù)警應(yīng)急平臺。結(jié)合基于大數(shù)據(jù)條件下的業(yè)務(wù)應(yīng)用管理系統(tǒng)，將事后應(yīng)急搶險向事前預(yù)警處理轉(zhuǎn)變，貼近業(yè)務(wù)需求，減少人工巡檢投入，縮短應(yīng)急反映時間，提升運營管理效率。通過搭建預(yù)警應(yīng)急安全平臺，將系統(tǒng)化管理向智能化管理轉(zhuǎn)型。