鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用

摘要：基于當(dāng)前鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控工作中存在的痛點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)調(diào)研分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究、技術(shù)集成、示范應(yīng)用等方法，借助關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控系統(tǒng)，以數(shù)字化、智慧化手段實(shí)現(xiàn)高效低耗的鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持全過(guò)程管控。系統(tǒng)包含工程管理、數(shù)字看板、臨時(shí)用地管理、土石方調(diào)配、專業(yè)工具、知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理8個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的事前分析研判、優(yōu)化臨時(shí)用地、規(guī)范棄土（渣）場(chǎng)管理、提高土石方綜合利用率、全面管控臨時(shí)用地復(fù)墾恢復(fù)。以某在建高速鐵路項(xiàng)目為依托對(duì)系統(tǒng)開(kāi)展了應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明：系統(tǒng)能正常順利運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)設(shè)定的各項(xiàng)功能；系統(tǒng)的應(yīng)用能加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目水土保持全過(guò)程管控，提升水土保持智慧化管理水平，促進(jìn)鐵路建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展，在管理、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及社會(huì)層面產(chǎn)生明顯的效益，可正式推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)構(gòu)建；系統(tǒng)應(yīng)用；管控技術(shù)；水土保持；鐵路建設(shè)項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.03.007

引用格式：王正，丁巍，陳妮，等.鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用[J].中國(guó)水土保持，2025（3）：23-27.

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，2023年底全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程已超15.9萬(wàn)km，高鐵運(yùn)營(yíng)里程超4.5萬(wàn)km[1]。鐵路工程具有建設(shè)年限長(zhǎng)、占地面積和動(dòng)用土石方數(shù)量大、臨時(shí)設(shè)施復(fù)雜、擾動(dòng)范圍大等特點(diǎn)[2]，在建設(shè)過(guò)程中臨時(shí)用地的選擇、土石方的調(diào)配和去向、臨時(shí)用地的恢復(fù)等受多種實(shí)際因素的影響，在設(shè)計(jì)階段考慮較少，是建設(shè)管理的薄弱環(huán)節(jié)，也是最容易出現(xiàn)水土保持問(wèn)題的環(huán)節(jié)[3]。在高質(zhì)量發(fā)展的背景下，社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)保的認(rèn)識(shí)不斷提高，對(duì)鐵路項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的管理工作也提出了更高要求。2020年，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司印發(fā)了《關(guān)于規(guī)范開(kāi)展高速鐵路項(xiàng)目依法開(kāi)通工作的實(shí)施辦法》，將水土保持設(shè)施驗(yàn)收作為高鐵項(xiàng)目依法開(kāi)通的必備條件。因此，為鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管理工作提供系統(tǒng)、可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)和做法具有重大意義。

一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)部門(mén)積極探索和推廣工程建設(shè)管理信息化，2013年中國(guó)鐵路總公司確定了以BIM技術(shù)作為鐵路工程建設(shè)信息化的主要技術(shù)方向[4]。為提高環(huán)水保管理信息化應(yīng)用水平，相關(guān)單位依托鐵路工程管理平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)水保工程管理系統(tǒng)[5-6]，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、管理流程的信息化，推動(dòng)了環(huán)水保管理的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。與傳統(tǒng)的以人工為主的管理模式相比，信息化管理模式具有明顯的效率優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用、深入發(fā)展[7]。然而，該管理系統(tǒng)未從目前鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管理的痛點(diǎn)問(wèn)題出發(fā)，未能實(shí)現(xiàn)水土保持“三同時(shí)”智能管控、水土流失智能預(yù)警、生態(tài)恢復(fù)智慧評(píng)估等?；诖?，本研究借助信息化技術(shù)，針對(duì)性地搭建鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控系統(tǒng)平臺(tái)，旨在進(jìn)一步提高鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持智慧化管理水平，為建設(shè)單位提供決策依據(jù)。

1存在的痛點(diǎn)問(wèn)題

目前，鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控工作存在的痛點(diǎn)問(wèn)題為：①項(xiàng)目臨時(shí)用地選址特別是棄土（渣）場(chǎng)選址，與批復(fù)的水土保持方案差別大，經(jīng)常發(fā)生重大變更，除需重新審批外，若選址不合理，則會(huì)發(fā)生臨時(shí)設(shè)施拆除、另?yè)裰分亟ɑ驐壨粒ㄔ﹫?chǎng)整體搬遷的現(xiàn)象，增加建設(shè)成本；②土石方平衡及調(diào)配管控難度大，特別是棄土棄渣去向的管控；③生態(tài)恢復(fù)不及時(shí)，或地方工作落實(shí)不到位等問(wèn)題，導(dǎo)致項(xiàng)目在驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)集中補(bǔ)漏的現(xiàn)象，增加來(lái)自行業(yè)監(jiān)管的壓力，同時(shí)造成一定的資源浪費(fèi)。

2系統(tǒng)構(gòu)建

2.1技術(shù)體系

為達(dá)到規(guī)范和節(jié)約項(xiàng)目占地，提高土石方綜合利用率，減少棄土（渣）場(chǎng)的水土流失隱患，及時(shí)落實(shí)治理措施，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，降低行政處罰風(fēng)險(xiǎn)，避免出現(xiàn)“大臨設(shè)施用地重新選址建設(shè)”“棄土（渣）場(chǎng)整體搬遷”的目的，通過(guò)調(diào)研分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究、技術(shù)集成、示范應(yīng)用等方法，借助關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)性地構(gòu)建鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控體系，以數(shù)字化、智慧化手段實(shí)現(xiàn)高效低耗的鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持全過(guò)程管控。具體技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

2.1.1關(guān)鍵技術(shù)

1）臨時(shí)用地精準(zhǔn)選址技術(shù)?；贕IS空間分析技術(shù)對(duì)項(xiàng)目臨時(shí)用地的土地利用現(xiàn)狀、地形、規(guī)劃、敏感區(qū)域等數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，在系統(tǒng)前端明確禁止選址范圍、推薦臨時(shí)用地選址范圍，以縮小待選址范圍，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)選址。調(diào)研、收集已建梁場(chǎng)、拌合站、棄土（渣）場(chǎng)等大臨設(shè)施用地信息，構(gòu)建用地面積和范圍系統(tǒng)模塊，對(duì)超范圍的施工行為進(jìn)行提示預(yù)警，并給出臨時(shí)用地面積合理優(yōu)化的建議。

2）臨時(shí)用地復(fù)墾研判技術(shù)。利用多期高分遙感影像光譜變化特征，構(gòu)建臨時(shí)用地恢復(fù)指標(biāo)體系，綜合判定臨時(shí)施工場(chǎng)地恢復(fù)情況。通過(guò)收集生態(tài)恢復(fù)案例和有關(guān)規(guī)范，總結(jié)歸納不同案例實(shí)施的措施、投資、工期及恢復(fù)效果，制定生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)，作為判定生態(tài)恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)。

3）臨時(shí)用地?cái)_動(dòng)合規(guī)性智能分析和判別技術(shù)。利用RS技術(shù)解譯臨時(shí)用地的擾動(dòng)范圍，再利用GIS技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)后臺(tái)擾動(dòng)范圍合規(guī)性分析模型，通過(guò)擾動(dòng)圖斑與水土保持制約性因素的空間疊加分析，對(duì)兩者空間位置關(guān)系進(jìn)行初步判定。借助合規(guī)性分析模型，智能分析臨時(shí)用地?cái)_動(dòng)范圍的合規(guī)性，判斷選址是否在禁止的范圍內(nèi)。

4）土石方調(diào)配及棄渣處置合規(guī)性綜合研判技術(shù)。建立數(shù)字化模塊及可視化界面，構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)，以分析和判斷各標(biāo)段或不同行政區(qū)的土石方調(diào)配及棄渣處置的合規(guī)性，給建設(shè)單位提供決策依據(jù)。

2.1.2應(yīng)用場(chǎng)景

1）設(shè)計(jì)階段臨時(shí)用地優(yōu)化管控。對(duì)批準(zhǔn)的工程用地范圍與實(shí)際建設(shè)用地范圍進(jìn)行定量、定位分析，客觀判斷批準(zhǔn)的工程用地范圍與實(shí)際建設(shè)用地范圍在用地規(guī)模及空間上的變化情況；實(shí)現(xiàn)臨時(shí)用地選址范圍的智能限定，標(biāo)出禁止區(qū)域，規(guī)劃臨時(shí)用地范圍，并根據(jù)提供的梁場(chǎng)、拌合站、棄土（渣）場(chǎng)等場(chǎng)地的用地范圍，對(duì)超范圍施工提示預(yù)警，合理優(yōu)化占地面積。

2）施工過(guò)程擾動(dòng)合規(guī)性、土石方調(diào)配及臨時(shí)用地復(fù)墾管控。依據(jù)土石方的數(shù)據(jù)復(fù)核設(shè)計(jì)成果，判斷不同標(biāo)段或不同行政區(qū)的施工單位上報(bào)的數(shù)據(jù)是否合理；以標(biāo)段或行政區(qū)為單元輸入設(shè)計(jì)的土石挖方、填方（含自用）、借方及棄渣（含其他項(xiàng)目綜合利用）的數(shù)量、依據(jù)、證明材料等，借助數(shù)字化及可視化的判別系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控土石方調(diào)配數(shù)據(jù)，防止出現(xiàn)亂丟濫棄、非法他用等現(xiàn)象。

3）驗(yàn)收階段生態(tài)恢復(fù)方案管控。利用高分遙感影像、可視化展示等技術(shù)手段，全方位收集鐵路項(xiàng)目臨時(shí)用地修建、拆除、跡地恢復(fù)及恢復(fù)質(zhì)量情況；收集準(zhǔn)備驗(yàn)收、已驗(yàn)收鐵路項(xiàng)目實(shí)施的生態(tài)恢復(fù)方案，如對(duì)棄土（渣）場(chǎng)、取料場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)方案；借鑒已有的生態(tài)恢復(fù)案例，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)程和規(guī)范要求，總結(jié)歸納不同生態(tài)恢復(fù)案例的措施、投資、工期及恢復(fù)效果。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

在上述技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持管控系統(tǒng)。系統(tǒng)包含工程管理、數(shù)字看板、臨時(shí)用地管理、土石方調(diào)配、專業(yè)工具、知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理8個(gè)功能模塊，可同時(shí)管理多個(gè)鐵路建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的事前分析研判，優(yōu)化臨時(shí)用地、規(guī)范棄土（渣）場(chǎng)管理、提高土石方綜合利用率、全面管控臨時(shí)用地復(fù)墾恢復(fù)，為鐵路建設(shè)項(xiàng)目順利開(kāi)展、鐵路高質(zhì)量開(kāi)通提供技術(shù)支持。系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖2。

2.3系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)

平臺(tái)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)模塊組成，包括服務(wù)器、系統(tǒng)服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)等，以確保平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3應(yīng)用案例

3.1項(xiàng)目概況

以中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司管轄范圍內(nèi)的在建某高速鐵路項(xiàng)目為依托，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。該項(xiàng)目位于浙江省西南部（見(jiàn)圖3），屬于山區(qū)鐵路項(xiàng)目，棄渣場(chǎng)多，臨時(shí)用地分散，且受地形地貌影響較大。

3.2系統(tǒng)試應(yīng)用

3.2.1臨時(shí)用地判別及快速選址

在系統(tǒng)智能選址功能界面的基礎(chǔ)設(shè)置中，選擇臨時(shí)用地類型，設(shè)定臨時(shí)用地占地面積，單位默認(rèn)為公頃，設(shè)定選址需避免的敏感區(qū)域；在高級(jí)設(shè)置中設(shè)定選址分析區(qū)域及離主線距離，單位默認(rèn)為米。依據(jù)用戶提供的臨時(shí)用地類型、占地面積、需要避開(kāi)的敏感區(qū)域、地形坡度要求、選址地點(diǎn)、用地與主線距離范圍等參數(shù)，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)的地形坡度圖層，系統(tǒng)自動(dòng)分析，快速篩選出區(qū)域內(nèi)的臨時(shí)用地范圍、地塊及用地的推薦等級(jí)，并根據(jù)推薦地塊圖斑中心點(diǎn)距鐵路線的直線距離從小到大排序展示，用戶可依據(jù)分析結(jié)果在地圖上進(jìn)行選址。另外，用戶還可根據(jù)地方或施工單位選定的地塊，將坐標(biāo)參數(shù)輸入系統(tǒng)，快速判別臨時(shí)用地的合規(guī)性，監(jiān)督臨時(shí)用地情況，即是否存在單個(gè)項(xiàng)目臨時(shí)用地規(guī)模明顯偏大、未按期完成土地復(fù)墾等異常情形，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、采取措施。棄渣場(chǎng)智能選址界面見(jiàn)圖4。

3.2.2土石方調(diào)配及復(fù)核優(yōu)化

1）在標(biāo)段土石方管理界面中，輸入各施工標(biāo)段的挖方量、填方量（含自身利用）、借方量及棄渣量（含其他項(xiàng)目綜合利用），經(jīng)系統(tǒng)處理，可視化顯示各標(biāo)段土石方挖、填、借、棄調(diào)配情況，應(yīng)用界面見(jiàn)圖5。

2）鐵路建設(shè)項(xiàng)目往往跨區(qū)域布設(shè)，各個(gè)施工標(biāo)段也存在同一標(biāo)段涉及不同行政區(qū)域的現(xiàn)象，在系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析各施工標(biāo)段土石方的同時(shí)，也可對(duì)涉及不同行政區(qū)域的土石方進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并可視化顯示結(jié)果，應(yīng)用界面見(jiàn)圖6。

3）對(duì)比分析各施工階段土石方，包含水土保持方案階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖階段及驗(yàn)收階段，判斷各施工階段挖填方量是否處于參考區(qū)間，判別土石方調(diào)配是否需要優(yōu)化，以土石方可優(yōu)化率的形式展示。另外，為便于后續(xù)工程驗(yàn)收，將施工圖階段與驗(yàn)收階段挖填方量與方案設(shè)計(jì)的挖填方量進(jìn)行對(duì)比，判別挖填方總量是否超過(guò)方案設(shè)計(jì)的30%，進(jìn)而判別是否需要進(jìn)行水土保持方案變更。

3.2.3臨時(shí)用地恢復(fù)情況及復(fù)墾核查

1）將施工臨時(shí)用地矢量化，并按土地利用類型錄入系統(tǒng)，利用ArcGIS進(jìn)行空間分析，即可核查工程沿線施工臨時(shí)用地分布情況，統(tǒng)計(jì)分析項(xiàng)目施工臨時(shí)用地?cái)?shù)量、已恢復(fù)情況、已移交情況及未恢復(fù)情況，并以餅狀圖展示，以全面了解工程施工臨時(shí)用地恢復(fù)情況及恢復(fù)質(zhì)量，應(yīng)用界面見(jiàn)圖7。

2）通過(guò)利用多光譜衛(wèi)星影像獲取不同用地類型的臨時(shí)用地植被覆蓋度指數(shù)，以反映臨時(shí)用地恢復(fù)情況。以取土場(chǎng)為例，平臺(tái)顯示施工前、中、后3個(gè)階段的NDVI值呈較為顯著的“高—低—高”變化趨勢(shì)，范圍波動(dòng)為0.16～0.74，施工后盡管NDVI值有所恢復(fù)，但仍低于施工前，因此仍需繼續(xù)采取植被恢復(fù)措施，應(yīng)用界面見(jiàn)圖8。

3.2.4生態(tài)恢復(fù)方案比選

系統(tǒng)將多種不同類型鐵路項(xiàng)目的恢復(fù)案例進(jìn)行數(shù)字化，包括措施體系、投資、工期、恢復(fù)效果等。建設(shè)單位可直觀通過(guò)選擇施工臨時(shí)用地類型、占地類型、占地面積、生態(tài)恢復(fù)方案，在系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)生成不同方案（見(jiàn)表1）。

4系統(tǒng)應(yīng)用效益

試應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)能正常順利運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)設(shè)定的各項(xiàng)功能，系統(tǒng)的應(yīng)用能加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目水土保持全過(guò)程管控，提升水土保持智慧化管理水平，促進(jìn)鐵路建設(shè)項(xiàng)目高質(zhì)量發(fā)展，在管理、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及社會(huì)層面產(chǎn)生明顯的效益（見(jiàn)表2），可正式推廣應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯張緒蘭）

收稿日期：2024-09-11

第一作者：王正（1984—），男，河北邯鄲人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水土保持設(shè)計(jì)咨詢工作。

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