地鐵運營施工沖突檢測技術的研究與應用綜述

摘要 在地鐵運營施工管理中，避免施工沖突很重要。近年來，智能化的沖突檢測方法在各大城市的軌道系統(tǒng)中逐漸得到廣泛研究和應用。該文探討了地鐵施工管理系統(tǒng)中沖突檢測的關鍵環(huán)節(jié)，首先介紹了沖突檢測的基本概念，接著研究了兩種不同的沖突檢測算法及其具體邏輯，最后分析了各大城市地鐵施工沖突檢測方案的相同點和差異性，為地鐵運營施工管理提供參考。

關鍵詞：地鐵運營施工；沖突檢測；檢測方案

中圖分類號 U231 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0171-04

0 引言

隨著城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展和規(guī)模的擴張，線路基礎設施的維護工作日益頻繁。其中作業(yè)沖突問題會影響施工效率和安全性，因此在地鐵運營施工管理中，確保施工環(huán)境和人員的安全以及避免施工資源的沖突是至關重要的。傳統(tǒng)的施工管理模式難以保障施工作業(yè)計劃方案的及時性、有效性和正確性，因此形成統(tǒng)一的安全管控體系成為挑戰(zhàn)[1]。

近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，智能化的沖突檢測方法在各大城市的軌道系統(tǒng)中逐漸得到廣泛研究和應用，其在效率、準確率、施工安全性等方面和人工檢測相比具有壓倒性優(yōu)勢，從而成為地鐵施工管理的新趨勢。

1 地鐵運營施工沖突定義及重要性

1.1 施工沖突的定義

（1）當作業(yè)時間存在重疊時，若動車施工封鎖區(qū)域與非動車作業(yè)區(qū)域發(fā)生重疊，視為沖突。

（2）當作業(yè)時間存在重疊時，如果動車施工保護區(qū)域與非機動車作業(yè)區(qū)域相交，也構成了沖突。

（3）當作業(yè)時間存在重疊時，兩個動車作業(yè)封鎖區(qū)域重疊或防護區(qū)域重疊即為沖突。

由沖突定義可知，施工作業(yè)沖突的核心在于不同施工活動之間的時間與空間的交叉。當動車施工的封鎖區(qū)域、防護區(qū)域與非動車作業(yè)的區(qū)域或其他動車作業(yè)的區(qū)域發(fā)生重疊時，就會出現(xiàn)施工沖突。

1.2 沖突檢測重要性

施工作業(yè)沖突檢測指的是使用相關技術手段對時間空間存在交叉的施工任務進行監(jiān)控和檢測其可能發(fā)生的沖突的過程，旨在及時發(fā)現(xiàn)和解決施工沖突，確保施工任務協(xié)調(diào)進行。

其重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）施工沖突檢測可以及時發(fā)現(xiàn)潛在沖突點，從而在規(guī)劃施工計劃時避免作業(yè)交叉或資源競爭的情況，合理安排施工作業(yè)順序和區(qū)域；（2）沖突檢測技術可最大限度確保施工按照要求進行，避免誤操作和遺漏，從而保障施工質(zhì)量，有效減少后續(xù)維修的成本和工作量；（3）頻繁的作業(yè)交叉和資源共享會增加事故風險，沖突檢測能夠及時發(fā)現(xiàn)沖突并采取相應的安全措施，確保施工過程中沒有安全漏洞；（4）沖突檢測有助于優(yōu)化資源利用，通過及時發(fā)現(xiàn)沖突點來合理分配、調(diào)度和利用所需的人力資源、設備和材料。

綜上，沖突檢測在運營施工管理過程中具有重要意義，其技術的好壞直接決定了其能否準確發(fā)現(xiàn)沖突，并且對整個施工安全管理起決定性因素。

2 沖突檢測算法

2.1 基于沖突檢測規(guī)則庫的沖突檢測算法

在制定施工計劃時，資源沖突的檢測過程變得異常復雜，需綜合考慮多種因素，包括施工時間、作業(yè)區(qū)域、安全防護區(qū)域及電力供應等可能產(chǎn)生沖突的領域?；跊_突檢測規(guī)則庫的沖突檢測算法利用規(guī)范的施工所需的資源之間的沖突關系，建立起一個包含多維資源沖突檢測規(guī)則的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫明確定義了人、車、電這三個關鍵因素之間的沖突邏輯關系[2]。

基于沖突檢測規(guī)則庫的沖突檢測算法通過引用一個全面的沖突解決規(guī)則庫來指導計劃資源的沖突校正，如圖1所示，其核心思想包括：首先從設備維護系統(tǒng)中整合提交的施工計劃，然后應用沖突檢測規(guī)則庫進行沖突分析，以識別計劃中的各種資源沖突，隨后對識別出的沖突分類并計算具體資源，最后進行確認并優(yōu)化施工計劃。

此外，當一個經(jīng)歷過沖突檢測并優(yōu)化的計劃出現(xiàn)新的狀態(tài)，例如作業(yè)時間或者相互關系的變化，這些變化可能引發(fā)新的沖突。因此，需要不斷重復進行計劃的修正和沖突檢測，直至所有沖突都被消除[3]。

為提高檢測精確度，該算法還需要更多的施工計劃輔助信息，在進行沖突檢測之前，應采取以下步驟：首先，為施工計劃的作業(yè)屬性分配優(yōu)先級，通常情況下應優(yōu)先考慮緊急任務；其次，為施工作業(yè)數(shù)據(jù)添加唯一性標識，以自動評估其對其他施工活動的潛在影響。沖突檢測規(guī)則庫里包含作業(yè)時間、作業(yè)先后順序、作業(yè)區(qū)域范圍、行車路線、用電區(qū)域等規(guī)則邏輯[4]，依據(jù)此邏輯的具體實現(xiàn)方法由創(chuàng)建沖突檢測引擎實例、初始化數(shù)據(jù)、調(diào)用引擎實例、輸出沖突檢測結(jié)果、優(yōu)化并重復檢測五個部分實現(xiàn)。

基于沖突檢測規(guī)則庫的檢測方法具有普適性、靈活性和可追溯性等特點，為施工管理提供易實施和操行的平臺、可定制和擴展的空間以及可追溯的沖突發(fā)生時間、位置等信息。黃浪浪[5]在沖突檢測上采用在施工計劃上報各個環(huán)節(jié)中增加沖突檢測提示，建立沖突檢測規(guī)則庫來識別沖突。竇亮等人[6]通過對不同施工計劃增加優(yōu)先級屬性、完善屬性、明確作業(yè)區(qū)域等信息，建立沖突檢測規(guī)則庫，從而進行全面可靠的沖突檢測。施錦峰[7]認為施工沖突應進行多維度檢測，通過設立沖突規(guī)則庫在作業(yè)時間、作業(yè)區(qū)域、供電分區(qū)、道岔操作等方面進行施工計劃資源沖突檢測。

2.2 基于數(shù)學建模的施工沖突檢測算法

基于數(shù)學建模的施工沖突檢測算法是將施工計劃信息轉(zhuǎn)化為數(shù)學符號，利用函數(shù)模型與定義進行比較，確定是否沖突的方法[8]。方法步驟如下：

（1）定義沖突檢測基本元素：把地鐵各線站點、作業(yè)類型、作業(yè)區(qū)段進行編碼標識，如表1所示。按作業(yè)類型設定優(yōu)先級，其中，A1、A2、A3類施工的優(yōu)先級分別設置為1、2、3優(yōu)先級數(shù)值越小表示優(yōu)先級越高。

（2）對施工計劃進行數(shù)學建模：利用施工計劃的作業(yè)類型、作業(yè)開始時間、作業(yè)結(jié)束時間、作業(yè)區(qū)段得到該施工計劃的數(shù)學模型，具體數(shù)學模型構建如下，其中數(shù)據(jù)ZYLX——作業(yè)類型，數(shù)組Kn——作業(yè)開始時間，數(shù)組Jn——作業(yè)結(jié)束時間，數(shù)組ZYQDn——作業(yè)區(qū)段。

施工計劃1的數(shù)學模型為：

ZYLX=A （1）

式中：ZYLX——作業(yè)類型，類型編碼A的含義如表3所示。

K1=2：00 （2）

式中：K——施工計劃1的開始時間。

J1=4：00 （3）

式中：J——施工計劃1的結(jié)束時間。

ZYQD1=[（2，4），A] （4）

式中：ZYQD——施工計劃1的作業(yè)區(qū)段，（2，4）——涉及站點編碼為2，3，4，A——作業(yè)區(qū)段為下行線。

施工計劃2的作業(yè)開始時間和結(jié)束時間分別為1：00和1：40，作業(yè)區(qū)段為上行線，涉及站點編碼為6、7、8、9作業(yè)類型為A類。其施工數(shù)學模型：ZYLX=A ZYLX=A，K=1：00，J=1：40，ZYQD=[（6，8），B]。

施工計劃3的作業(yè)開始時間和結(jié)束時間分別為3：00和5：00，作業(yè)區(qū)段為上下行線，涉及站點編碼為1、2、3、4作業(yè)類型為A類。其施工數(shù)學模型：K=3：00，J=5：00，ZYQD=[（1，4），AB]。

施工計劃4的作業(yè)開始時間和結(jié)束時間分別為2：00和3：00，作業(yè)區(qū)段為上下行線，涉及站點編碼為3、4、5、6作業(yè)類型為A類。其施工數(shù)學模型：K=2：00，J=3：00，ZYQD=[（3，6），B]。

（3）利用邏輯算法對沖突進行檢測：選取優(yōu)先級最高的施工計劃，將其施工參數(shù)作為樣本定值，依次與其余優(yōu)先級低的施工計劃比較，判斷有無沖突。1）在施工時間的判定中，如果某一施工計劃的開始時間晚于參考樣本的結(jié)束時間，或者其結(jié)束時間早于樣本的開始時間，則認為兩者沒有時間上的重疊。如果兩次施工作業(yè)的時間沒有交集，可以直接判斷為不存在施工沖突，否則需要進行進一步的分析和判斷；2）在施工區(qū)域的比較上，首先需要定義幾個函數(shù)，f（X）——在數(shù)組X里取末尾值。如：f（ZYQD1）=f（[（2，4），A]）=A，其中A=1，B=?1，BA=BC=AC=BAC=2。|X|——數(shù)組X的絕對值，|?1|=1。fmax（X）——在數(shù)組X里取最大值。如：fmax（ZYQD1）=fmax（[（（2，4），A]）=4。f（X）——在數(shù)組X里取最小值。如：f（ZYQD1）=f（[（2，4），A]）=2。接著將兩施工計劃的末尾值進行比較，即利用f（X）函數(shù)獲取施工數(shù)學模型的末尾值，當f≠f樣且|f|=|f樣|時，直接判斷為無施工沖突，否則進入下一步判斷。若上述條件不滿足，則對該施工計劃進行最大、最小值比較，若fmin>f或f>f，則同樣判斷為無施工沖突，否則判斷為有施工沖突。

（4）將申報的施工計劃按照上述步驟進行對比，判斷是否存在施工沖突。

由步驟（2）所得施工計劃集合的信息可得，計劃1施工優(yōu)先級最高，因此將計劃1的施工參數(shù)作為此次施工沖突檢測的樣本定值。在施工時間沖突上，J2<K樣，故計劃2與計劃1無施工沖突；其他計劃均與計劃1有時間交集，進入下一步判斷。在施工區(qū)域沖突上，f4≠f樣且|f|=|f|，故計劃4與計劃1無施工沖突，而計劃3不符合條件，進入下一判斷；又f3>f且f3>f，故計劃3與計劃1有施工沖突，完CKTpxg6vIg2BG9Jbv2NN2g==成所有沖突施工匯總，得到施工2、4與施工1無沖突，施工3與施工1有沖突。

在施工管理中，盡管基于數(shù)學建模的沖突檢測方面并沒有被廣泛提及，但其通過數(shù)學建模的方式，可以將資源沖突檢測問題轉(zhuǎn)化為一個優(yōu)化問題或約束滿足問題，利用數(shù)學方法對沖突進行分析和解決。具有幾點優(yōu)勢：1）數(shù)學建模能夠?qū)碗s的沖突檢測問題簡化為數(shù)學模型，利用數(shù)學技術進行求解，提高了沖突檢測的準確性和效率。2）數(shù)學建模能夠考慮多個維度的沖突關系，并且靈活地調(diào)整權重和約束條件，適應不同要求。3）數(shù)學建模方法能進行沖突的優(yōu)先級排序，幫助施工管理人員制定合理的方案。

2.3 防護區(qū)域計算

常見的防護方式有固定防護和動態(tài)防護，固定防護作為城市軌道交通行業(yè)內(nèi)普遍采用的方式，具有簡單便捷，同時滿足安全防護需求的優(yōu)點。但由于其固定性，易造成防護區(qū)域重復占用、接觸軌供電帶來人身安全隱患等弊端。

采用動態(tài)防護策略作為一種創(chuàng)新的保護方法，根據(jù)鄰近計劃的具體特點進行評估和動態(tài)計算防護區(qū)域，并能根據(jù)計劃的增加、修改或取消等情況進行相應調(diào)整，確保安全性，增加靈活性，提高了軌行區(qū)的使用效率，動態(tài)防護區(qū)域沖突檢測分三步，以下是具體步驟：

第一步是建立防護區(qū)域規(guī)則庫，對于不同類型的作業(yè)和不同特性的施工計劃，建立一個規(guī)則庫。根據(jù)這個規(guī)則庫，設定了A1類計劃的防護區(qū)域和供電安排規(guī)則，如表2和表3所示。

第二步是自動生成防護區(qū)域，生成方法內(nèi)容描述如下：

（1）在計劃發(fā)布和取消階段，篩選出即將發(fā)布和取消的A1類計劃，生成一個結(jié)果集R1。

（2）識別出與現(xiàn)有計劃在施工時間和所屬線路上重疊的所有即將發(fā)布和取消的A1、A2類計劃，將這些計劃按施工時間分成n個時間段，并確定每個時間段內(nèi)與現(xiàn)有計劃施工區(qū)域最接近的左右兩側(cè)計劃作為P。

（3）計算現(xiàn)有計劃施工區(qū)域與其左右兩邊最近計劃之間的距離，并將該區(qū)域劃定為防護區(qū)。

（4）重復上一步完成結(jié)果集中所有計劃的防護區(qū)域查找后，集中所有找到的防護區(qū)域，合并同一時間段內(nèi)重疊部分，并將每個計劃的每個時間段的防護區(qū)域數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

第三步是執(zhí)行自動化的防護區(qū)域沖突檢測，具體步驟如下：（1）對于新增的A1類計劃，需將其施工區(qū)域分別向兩側(cè)延伸，覆蓋一個站臺軌行區(qū)和一個相鄰的區(qū)間軌行區(qū)的長度。首先檢查擴展區(qū)域內(nèi)是否已有其他施工計劃，若存在，則認定為計劃沖突，不允許提交該計劃。（2）對于新增的A2類計劃，也同樣將施工區(qū)域向兩側(cè)擴展相同長度。

在這種情況下，若擴展區(qū)域內(nèi)存在A1類計劃，則認定為有計劃沖突，但仍允許提交計劃。

3 地鐵運營施工沖突檢測技術案例

3.1 各大城市地鐵沖突檢測技術

天津地鐵在沖突檢測環(huán)節(jié)，通過編寫結(jié)構化查詢語言，構建施工管理基礎數(shù)據(jù)庫。計劃申報過程中，系統(tǒng)基于申報的施工計劃建立作業(yè)沖突檢查視圖，最后對存在沖突的計劃進行合理調(diào)整。

青島地鐵在施工計劃申報管理方面提出施工資源沖突檢測功能，系統(tǒng)對各類別施工計劃間進行多個維度沖突檢測。同時新增多線共用車輛段內(nèi)跨線施工作業(yè)、站外動火作業(yè)前許可檢測、有限空間作業(yè)前許可檢測等多種沖突檢測模型[9]。

西安地鐵提出建立沖突檢測規(guī)則庫，明確“人、車、電”三個要素相互沖突的邏輯關系，并利用基于數(shù)學建模的沖突檢測方法自定義沖突檢測規(guī)則。

金華地鐵以智能圖版為基礎建立軌道交通施工沖突檢測模型，其重點提到?jīng)_突檢測的設計應找到檢測機制嚴謹性和靈活性的平衡點，以及線上自動處理和線下人工處理的緊密銜接[10]。

3.2 相同性及差異性

對于沖突檢測技術的具體方案，各大城市地鐵給出了各自的答案。西安地鐵提出基于數(shù)學建模的沖突檢測方法，結(jié)合沖突檢測規(guī)則庫，更好地服務于該地鐵施工管理系統(tǒng)，為施工資源沖突管理提供雙重保障。金華地鐵提出全自動檢測方法不能完全代替人工解決資源沖突，固化的業(yè)務規(guī)則反而易導致不靈活的情況，因此該地鐵在沖突檢測的設置上應尋找嚴謹性和靈活性的平衡點，在固有的沖突檢測模型基礎上增添施工負責人對沖突進行判定的環(huán)節(jié)。天津地鐵給出建立作業(yè)沖突檢查視圖的可視化方案，將施工計劃的作業(yè)時間、作業(yè)區(qū)域、作業(yè)條件等信息以圖形方式直觀展示出來，為沖突檢查提供直接依據(jù)。

4 結(jié)論

該文深入探討了地鐵施工管理系統(tǒng)中沖突檢測的關鍵環(huán)節(jié)，闡述了沖突檢測的類型和其在地鐵施工管理中的重要性。通過運用數(shù)學模型和沖突規(guī)則庫，地鐵施工沖突檢測的高效性和準確度得到了顯著提升。在后續(xù)的研究中，應進一步探討沖突檢測方法的智能化、自動化和數(shù)據(jù)整合等方面，以推動地鐵建設向更加智能化、高效和可持續(xù)發(fā)展的方向邁進。

參考文獻

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