城市軌道交通智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

施錦峰

（上海寶信軟件股份有限公司，上海 201203）

0 引 言

城市軌道交通逐漸進(jìn)入線網(wǎng)化運(yùn)營(yíng)時(shí)代，停運(yùn)后的施工作業(yè)窗口時(shí)間也越來(lái)越短，有效的作業(yè)時(shí)間平均只有3～4 個(gè)小時(shí)，施工調(diào)度管理工作將日趨復(fù)雜，依靠人工的施工調(diào)度方法已無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需求，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)漏，嚴(yán)重影響施工安全。

如何確保施工作業(yè)環(huán)境及人員的安全、避免施工資源沖突是施工調(diào)度管理的核心。傳統(tǒng)的施工調(diào)度管理模式以人工處理為主，通過(guò)紙質(zhì)文檔、電話、電子郵件等形式進(jìn)行施工計(jì)劃的申報(bào)和匯集，定期召開(kāi)施工協(xié)調(diào)會(huì)解決資源沖突問(wèn)題，施工作業(yè)計(jì)劃方案的及時(shí)性、有效性及正確性難以保證，各項(xiàng)施工的安全防護(hù)措施及相互制約關(guān)系也難以同時(shí)建立起來(lái)，安全管控方法無(wú)法形成體系。在此背景下，上海、廣州、天津、蘇州等軌道公司陸續(xù)開(kāi)始研究、建設(shè)運(yùn)營(yíng)施工調(diào)度管理系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了施工調(diào)度管理的信息化。然而隨著線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大，施工作業(yè)數(shù)量呈現(xiàn)幾何倍增加，如何有效平衡重要作業(yè)與一般作業(yè)對(duì)施工資源的占用以及對(duì)施工請(qǐng)銷點(diǎn)審批效率等問(wèn)題日益凸顯。

1 管理現(xiàn)狀

無(wú)錫地鐵施工調(diào)度主要采用傳統(tǒng)人工方式進(jìn)行管理，主要存在的問(wèn)題如下：

（1）施工計(jì)劃人工編制及審批。由于施工計(jì)劃依賴于多方面的施工信息來(lái)源，施工作業(yè)管理部門日常需要處理并整合統(tǒng)籌運(yùn)營(yíng)公司所有的施工計(jì)劃，各部門計(jì)劃編制工作量大、填寫(xiě)無(wú)法規(guī)范統(tǒng)一，計(jì)劃逐級(jí)審批需大量協(xié)調(diào)時(shí)間；

（2）運(yùn)營(yíng)施工安全難保障。運(yùn)營(yíng)施工要求在不影響日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的前提下進(jìn)行，因此施工作業(yè)所需要的施工負(fù)責(zé)人、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)區(qū)域、行車線路、用電區(qū)域和安全聯(lián)鎖防護(hù)等，都是非常重要的統(tǒng)籌資源，無(wú)法避免資源沖突，尤其在施工計(jì)劃提報(bào)量大時(shí)，施工計(jì)劃之間的安全防護(hù)措施更是難以周全協(xié)調(diào)，容易造成施工安全隱患或施工安全事故，而且無(wú)錫地鐵采用地面第三軌供電模式，對(duì)于施工作業(yè)安全要求更高。

（3）施工作業(yè)調(diào)度效率低。一般需通過(guò)組織施工計(jì)劃協(xié)調(diào)會(huì)（每周1～2 次，平均每次20 人）確定施工計(jì)劃；施工調(diào)度命令編制依賴手工筆錄，命令發(fā)布依賴人工復(fù)述和公示，發(fā)布效率低下，調(diào)度人員無(wú)法并行處理多個(gè)施工調(diào)度作業(yè)，而且不利于調(diào)度人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全防范和把控。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不全面，主觀性強(qiáng)。針對(duì)復(fù)雜的施工作業(yè)及完成情況，施工管理部門手工統(tǒng)計(jì)匯總工作量大；人工統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)信息難以客觀全面，紙質(zhì)作業(yè)不利于為施工管理部門提供完整的施工作業(yè)記錄查詢和其他相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，難以支持施工管理評(píng)價(jià)及決策。

隨著無(wú)錫地鐵3、4 號(hào)線的正式運(yùn)營(yíng)以及后續(xù)新線路的逐步開(kāi)通，施工管理工作將日趨精細(xì)和復(fù)雜，傳統(tǒng)的管理方式已無(wú)法滿足需要。因此，提出了一套符合無(wú)錫地鐵業(yè)務(wù)特點(diǎn)的智能化施工調(diào)度管理系統(tǒng)解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工調(diào)度的“事前計(jì)劃，事中監(jiān)管，事后分析”的全過(guò)程管理。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

施工調(diào)度管理的目標(biāo)是在保障運(yùn)營(yíng)施工安全的前提下提升施工調(diào)度管理效能，施工調(diào)度工作具有計(jì)劃性和規(guī)范性強(qiáng)、安全性和實(shí)時(shí)性要求高、管理可追溯性等特點(diǎn)。通過(guò)研究分析無(wú)錫地鐵施工調(diào)度管理業(yè)務(wù)，對(duì)施工調(diào)度作業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化改造，將施工前的計(jì)劃管理、施工中的作業(yè)組織協(xié)調(diào)以及施工后的統(tǒng)計(jì)分析全過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)統(tǒng)一管理，引入施工計(jì)劃滾動(dòng)式自動(dòng)發(fā)布模式，提出并實(shí)現(xiàn)了基于沖突檢測(cè)以及系統(tǒng)自動(dòng)請(qǐng)銷點(diǎn)算法的智能化施工調(diào)度管理系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)基于Web 的B/S 架構(gòu)，采用寶信軟件公司的iPlat4J 基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，iPlat4J 基礎(chǔ)平臺(tái)提供了業(yè)務(wù)構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和通用組件，包括權(quán)限管理、審計(jì)日志、自診斷管理、參數(shù)管理、消息中心、用戶管理、時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)管理等。智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)主要功能包含事前的施工計(jì)劃管理、事中的施工執(zhí)行與作業(yè)組織管理、事后的施工監(jiān)管與統(tǒng)計(jì)分析、施工資源管理四大部分。施工管理全過(guò)程業(yè)務(wù)流程圖如圖2所示。

圖2 施工管理全過(guò)程業(yè)務(wù)流程圖

2.1 施工計(jì)劃管理

施工計(jì)劃管理主要提供計(jì)劃填報(bào)、沖突檢測(cè)、施工作業(yè)令管理等功能。

計(jì)劃管理提供A、A、A、A、B、B、B、C、C、D 類（分類表如表1所示）以及搶修類施工計(jì)劃的填報(bào)，以及模板管理功能，提升計(jì)劃填報(bào)效率。如遇到突發(fā)搶修作業(yè)，可由值班主任發(fā)布搶修令，待施工結(jié)束后在調(diào)度施工系統(tǒng)補(bǔ)登搶修作業(yè)信息。

表1 施工分類表

在施工計(jì)劃提報(bào)過(guò)程中，除C 類和D 類計(jì)劃外，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)各類別施工計(jì)劃進(jìn)行多維度沖突檢測(cè)（包括施工負(fù)責(zé)人、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)區(qū)域、供電安排、防護(hù)區(qū)域等）和沖突提示，并利用SVG 矢量分析計(jì)算出沖突區(qū)域圖形，以圖形化方式呈現(xiàn)，直到逐步排除沖突。施工計(jì)劃經(jīng)沖突檢測(cè)和系統(tǒng)審批后，自動(dòng)進(jìn)行施工計(jì)劃發(fā)布，無(wú)需人工干預(yù)。

施工計(jì)劃發(fā)布后，施工負(fù)責(zé)人、生產(chǎn)調(diào)度人員可以查看施工計(jì)劃對(duì)應(yīng)的作業(yè)令，作業(yè)令內(nèi)容包含作業(yè)代碼、作業(yè)時(shí)間等信息。施工負(fù)責(zé)人/生產(chǎn)調(diào)度人員需在施工作業(yè)時(shí)間提前1 天17 點(diǎn)前錄入完善作業(yè)令的“作業(yè)人數(shù)”“發(fā)令人”“工器具、物料”等作業(yè)令要素，并可對(duì)作業(yè)范圍、作業(yè)時(shí)間等進(jìn)行調(diào)整，但只能縮小不可擴(kuò)大。

2.2 施工執(zhí)行與作業(yè)組織管理

施工執(zhí)行與作業(yè)組織管理主要提供施工請(qǐng)銷點(diǎn)管理、施工延點(diǎn)管理、調(diào)度命令管理等功能。

施工請(qǐng)銷點(diǎn)的作業(yè)范圍、作業(yè)時(shí)間等均需與作業(yè)令保持一致，如有延點(diǎn)則同步關(guān)聯(lián)作業(yè)令的作業(yè)時(shí)間。施工請(qǐng)銷點(diǎn)流程由施工登記、施工請(qǐng)點(diǎn)、施工銷點(diǎn)三個(gè)階段組成。施工負(fù)責(zé)人到達(dá)請(qǐng)點(diǎn)車站后進(jìn)行施工登記，車站行車值班員驗(yàn)證待施工的作業(yè)令，由施工負(fù)責(zé)人錄入施工作業(yè)隨機(jī)密碼驗(yàn)證身份，系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否滿足施工請(qǐng)點(diǎn)條件并自動(dòng)批點(diǎn)，無(wú)需調(diào)度人員干預(yù)。請(qǐng)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)與停送電管理、拆掛地線管理、調(diào)度命令管理模塊進(jìn)行交互，請(qǐng)點(diǎn)條件主要包括：線路滿足施工條件，即需要封鎖的施工需待線路封鎖完畢，不需要封鎖的施工需待線路空閑后方可開(kāi)始請(qǐng)點(diǎn)；供電滿足施工條件，即停電施工需待相應(yīng)的供電分區(qū)停電后，帶電施工需保證相應(yīng)的供電分區(qū)帶電后方可開(kāi)始請(qǐng)點(diǎn)；地線滿足施工條件，如需停電掛地線則需相應(yīng)的供電停電后并執(zhí)行完畢掛地線流程后，方可開(kāi)始請(qǐng)點(diǎn)；若不滿足請(qǐng)點(diǎn)條件，需繼續(xù)等待直至條件滿足。施工結(jié)束后，施工負(fù)責(zé)人檢查線路出清情況，告知行車值班員施工結(jié)束并進(jìn)行銷點(diǎn)申請(qǐng)流程，系統(tǒng)會(huì)提示物資是否出清、人員是否出清、作業(yè)是否完成、設(shè)備是否恢復(fù)正常等。施工負(fù)責(zé)人申請(qǐng)銷點(diǎn)成功后，此項(xiàng)施工完成。

施工延點(diǎn)主要是對(duì)計(jì)劃填報(bào)時(shí)對(duì)某些施工計(jì)劃的作業(yè)時(shí)間預(yù)估不準(zhǔn)確情況，提供施工延點(diǎn)申請(qǐng)流程。申請(qǐng)延點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將延點(diǎn)計(jì)劃與未開(kāi)始及已開(kāi)始計(jì)劃進(jìn)行沖突檢測(cè)，有沖突的延點(diǎn)計(jì)劃會(huì)提示沖突信息，保證其他施工作業(yè)不受影響。

調(diào)度命令管理主要是對(duì)運(yùn)營(yíng)期間及非運(yùn)營(yíng)期間執(zhí)行的調(diào)度命令進(jìn)行編制、發(fā)布等管理，確保調(diào)度信息準(zhǔn)確有效地傳達(dá)，調(diào)度命令主要包含封鎖、開(kāi)通、搶修、加開(kāi)、限速/取消限速、救援等。

2.3 施工監(jiān)管與統(tǒng)計(jì)分析

施工監(jiān)管與統(tǒng)計(jì)分析主要提供計(jì)劃一覽圖、施工一覽圖（如圖3所示）、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

圖3 施工一覽圖

通過(guò)計(jì)劃一覽圖，調(diào)度人員可以全面且直觀地管控資源的占用情況和實(shí)際利用情況，有利于提高施工資源利用率。

行調(diào)和場(chǎng)調(diào)分別對(duì)正線區(qū)域和場(chǎng)段區(qū)域的施工進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，通過(guò)施工一覽圖隨時(shí)關(guān)注線路和施工狀態(tài)，把控全線的施工情況。施工一覽圖提供圖形化展示形式，使用不同顏色標(biāo)注各作業(yè)區(qū)段的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、可施工狀態(tài)（綠）、作業(yè)狀態(tài)、停送電狀態(tài)、地線位置、區(qū)間占用、封鎖情況等信息。

統(tǒng)計(jì)分析功能提供了從施工計(jì)劃填報(bào)、發(fā)布到施工作業(yè)的組織、控制的整個(gè)施工調(diào)度管理全過(guò)程的監(jiān)管，并自動(dòng)記錄整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如請(qǐng)點(diǎn)時(shí)間、銷點(diǎn)時(shí)間、發(fā)布計(jì)劃數(shù)、取消計(jì)劃數(shù)、施工兌現(xiàn)率、時(shí)間利用率等。系統(tǒng)提供了多層次的查詢架構(gòu)：事務(wù)處理層查詢和管理層查詢。既可跟蹤到某個(gè)作業(yè)的施工具體細(xì)節(jié)，也可宏觀查詢部門、公司乃至整個(gè)集團(tuán)的施工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。為了對(duì)上一周期的施工管理工作進(jìn)行評(píng)價(jià)，系統(tǒng)對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各項(xiàng)施工管理指標(biāo)，為調(diào)度施工的科學(xué)管理提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。

2.4 施工資源管理

施工資源管理提供對(duì)施工作業(yè)資源的信息管理功能，主要包括外單位信息管理、施工負(fù)責(zé)人管理、限制信息管理等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工資源的精確定義，如作業(yè)區(qū)域、作業(yè)時(shí)間、供電分區(qū)、施工負(fù)責(zé)人等施工資源均可在系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一配置管理。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工資源沖突檢測(cè)算法

資源沖突檢測(cè)算法是避免施工資源沖突、保障運(yùn)營(yíng)施工安全的核心，在施工計(jì)劃填報(bào)、施工請(qǐng)銷點(diǎn)、停送電模塊均涉及資源沖突檢測(cè)。施工計(jì)劃的資源沖突檢測(cè)尤為復(fù)雜，需要對(duì)各類別施工計(jì)劃所需的施工負(fù)責(zé)人、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)區(qū)域、防護(hù)區(qū)域以及供電要求等資源進(jìn)行多維度沖突檢測(cè)，如防護(hù)區(qū)域沖突：動(dòng)車類作業(yè)與人工點(diǎn)作業(yè)同時(shí)安排時(shí)，需要滿足一定的安全距離才可以同時(shí)安排作業(yè)，如隔開(kāi)一站兩區(qū)間或兩站一區(qū)間等；供電要求沖突：同一供電分區(qū)供電要求不能相反；道岔沖突：同一時(shí)間內(nèi)關(guān)鍵道岔的操作道岔要求不能相反等。施工計(jì)劃資源沖突檢測(cè)算法如圖4所示。

圖4 施工計(jì)劃資源沖突檢測(cè)算法流程圖

3.2 自動(dòng)請(qǐng)銷點(diǎn)算法

自動(dòng)請(qǐng)銷點(diǎn)算法是實(shí)現(xiàn)施工請(qǐng)銷點(diǎn)快速自動(dòng)審批、提升施工調(diào)度管理效能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的請(qǐng)銷點(diǎn)審批工作量大，并需要審核人進(jìn)行諸多的條件校驗(yàn)和判斷，效率低下且容易出錯(cuò)。本算法根據(jù)A、B、C 類施工請(qǐng)銷點(diǎn)的業(yè)務(wù)邏輯，結(jié)合線路運(yùn)行狀態(tài)、線路滿足條件、接觸軌供電滿足條件、拆掛地線滿足條件進(jìn)行自動(dòng)判斷審批，從而將調(diào)度人員從繁雜的施工作業(yè)內(nèi)容校對(duì)和審核中解放出來(lái)，投入到更重要的施工調(diào)度管理工作中。自動(dòng)請(qǐng)銷點(diǎn)算法流程如圖5所示。

圖5 自動(dòng)請(qǐng)銷點(diǎn)算法流程圖

3.3 施工計(jì)劃滾動(dòng)式自動(dòng)發(fā)布模式

施工計(jì)劃滾動(dòng)式自動(dòng)發(fā)布模式可有效平衡重要作業(yè)與一般作業(yè)對(duì)施工資源的占用，根據(jù)施工作業(yè)重要性等級(jí)賦予合理的計(jì)劃填報(bào)提前周期，如A、A、B類施工提前20 天填報(bào)（提前周期可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整），A、A類等提前5 天填報(bào)，確保重要施工作業(yè)能優(yōu)先占用施工資源。同時(shí)，為了避免惡意占用施工資源的行為發(fā)生，對(duì)占用資源不施工、申報(bào)時(shí)間與施工時(shí)間嚴(yán)重不符等行為給予懲罰，如對(duì)施工作業(yè)單位在一段時(shí)間禁止填報(bào)計(jì)劃。最后，在每天的固定時(shí)間（可配置），施工計(jì)劃將自動(dòng)發(fā)布，無(wú)需人工干預(yù)。該模式取代了以往按統(tǒng)一周期編制的計(jì)劃模式，使得重要施工作業(yè)有更靈活的申報(bào)空間，并省去了計(jì)劃審批、計(jì)劃匯總、行車通告編制以及施工協(xié)調(diào)會(huì)等大量用來(lái)進(jìn)行施工計(jì)劃協(xié)調(diào)的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，減輕了各單位人員在計(jì)劃填報(bào)階段的工作量，提升了施工調(diào)度管理效能。

4 結(jié) 論

智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)已成功應(yīng)用于無(wú)錫地鐵1、2、3、4 號(hào)線線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)，解決了施工資源沖突、作業(yè)間資源占用不平衡、請(qǐng)銷點(diǎn)管理效率低等問(wèn)題，并取得良好應(yīng)用效果：施工計(jì)劃差錯(cuò)率降至0；節(jié)約計(jì)劃填報(bào)工時(shí)4 萬(wàn)小時(shí)（年度施工計(jì)劃總數(shù)超過(guò)4 萬(wàn)條）；請(qǐng)銷點(diǎn)審批流轉(zhuǎn)平均耗時(shí)從30分鐘降至5 分鐘；年度取消施工協(xié)調(diào)會(huì)逾50 個(gè)；取消全部施工相關(guān)紙質(zhì)臺(tái)賬，共減少15 種臺(tái)帳。同時(shí)，系統(tǒng)提供了施工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為施工調(diào)度的科學(xué)管理提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)保障了無(wú)錫地鐵運(yùn)營(yíng)施工安全，大幅提升了施工調(diào)度管理效能，在城市軌道交通行業(yè)具有推廣意義。