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摘要：針對在地鐵保護區內施工的建設工程項目逐漸增多的現狀，為對地鐵保護區內的建設工程項目進行有效管理以實現對地鐵設施的保護，研發地鐵保護管理信息系統，介紹其軟件架構及功能模塊，分析其應用現狀，并提出實施車輛巡查和管理、引入BIM+3DGIS技術、應用施工智能監控技術、實現地鐵隧道內外信息交互關聯4條優化建議，以期為此類系統的開發、升級和完善提供參考和借鑒。

關鍵詞：地鐵；保護區；管理；巡查；監測；信息系統

1引言

隨著我國近年來地鐵建設的迅猛發展，規劃、在建及投入運營的地鐵線路數量日益增加，地鐵線網不斷加密，在地鐵保護區內施工的建設工程項目也逐漸增多，為地鐵建設和運營帶來了極大的安全隱患。積極響應國家“互聯網+”新理念的號召，將先進的數字化技術與傳統地鐵保護工作相結合，通過建設地鐵保護管理信息系統對地鐵保護區內的建設工程項目進行有效管理以實現對地鐵設施的保護，成為解決上述問題、保障地鐵建設和運營安全的必由之路。本文介紹南寧軌道交通集團有限責任公司（以下簡稱“南寧地鐵”）開發的南寧地鐵保護管理信息系統，闡述其軟件架構及功能模塊，分析其應用現狀，并提出相關的優化建議，以期為此類系統的開發、升級和完善提供參考和借鑒。

2系統概述

南寧地鐵保護管理信息系統是針對地鐵結構周邊施工的建設工程項目日趨增多的現狀而開發的，可對地鐵保護區內的建設工程項目進行標準化、信息化管理的系統。該系統軟件架構包括表現層、中間層、數據層3層，由基礎信息、審批管理、項目管理、巡查管理、監測管理、系統管理6個功能模塊組成，于2019年10月正式上線投入使用。

2.1軟件架構

南寧地鐵保護管理信息系統的軟件架構包括表現層、中間層、數據層3層結構（圖1）。表現層是直接與用戶交互的系統功能層，基于Ajax、HTML、JavaScript和CSS語言進行模型-視圖-控制器（MVC）模式研發設計。其根據不同的用戶需求為各應用開發不同的用戶界面，并完成界面元素驅動下層功能組件的邏輯構建。中間層即核心架構層，是構建和運行數據管理、數據應用、數據共享與服務系統的技術核心。通過使用組件化設計實現模塊功能，包括基礎信息管理、審批管理、項目管理、巡查管理、監測管理、系統管理、日志處理、異常處理等模塊。通過建設門戶信息接口、工作流接口對接各工作流管理系統，從而實現對業務表單的流程審批管理功能。數據層是系統正常運行的數據基礎，全部數據通過ORM進行關系映射，以文件和oracle數據庫的形式進行管理。該系統還通過DAOPattern建立符合南寧地鐵標準要求的標準接口，并利用數據總線和WebService、HTTP、FTP等接口服務與其他業務系統進行通信，實現與各業務系統之間的數據共享和業務協同。

2.2功能模塊

2.2.1基礎信息模塊。基礎信息模塊可實現對各種基礎信息的管理。其具體功能如下：①收集和錄入線網基本信息，包括線路基本結構、運營里程、基礎設施設備、重點區間部署、區間附屬結構、軌道線形等信息；②通過坐標自動換算及公用地圖底圖坐標系轉換實現地理信息系統（GIS）底圖配置（圖2）；③采用數字化歸檔技術進行工程資料管理，方便用戶對所需資料進行快速檢索、下載與在線查看。2.2.2審批管理模塊。審批管理模塊包括網上辦事窗口和方案審查2個子模塊。（1）網上辦事窗口子模塊。該子模塊是地鐵保護管理信息系統對外服務的窗口，包括網站首頁、辦事指南、網上辦事、保護區概況和行業動態5部分，為在地鐵保護區內施工的建設工程項目單位提供網上竣工資料查詢及項目報審服務（圖3）。（2）方案審查子模塊。該子模塊可對網上辦事窗口子模塊接收到的數據進行處理，并向其反饋處理結果，以便相關的建設工程項目單位追蹤辦事進度（圖4）。2.2.3項目管理模塊。項目管理模塊負責對地鐵保護區內受控建設工程項目（以下簡稱“受控項目”）在監控階段所產生的所有文檔資料（包括工程資料、監測數據、GIS地圖、分析圖表等）進行管理（圖5）。其中，監護檔案卡是其核心模塊，以受控項目為分析對象，針對受控項目本體及其對應范圍內的地鐵結構設施，進行項目審批流程、工程資料、建設環境、監測數據、結構病害等相關信息的管理。2.2.4巡查管理模塊。巡查管理模塊不僅實現了對巡查任務的創建、發布、執行，還引入了全球定位系統（GPS）手持巡查終端，利用GPS手持巡查終端對GPS信息進行實時采集，實現對巡查任務的跟蹤、巡查記錄的實時上傳和巡查人員的考勤管理（圖6）。2.2.5監測管理模塊。監測管理模塊為監測實施單位提供數據上傳的接口，并以生成數據曲線圖和報表的方式對上傳的監測數據進行整理和描述，再展開統計分析，做出預測、診斷和預警（圖7）。監測數據分析的對象包括地鐵主體結構、設施及相關附屬結構的狀態，以及設施的沉降、傾斜變形等。此外，用戶可對各監測項目的監測預警等級進行設置，系統可根據用戶的設置及實際監測數據，對當前結構、設施狀態是否達到某一預警等級進行自動判斷，若達到則觸發相應級別的響應機制，并在預警處理閉環后生成系統記錄。2.2.6系統管理模塊系統管理模塊包括組織機構、角色管理、權限配置和操作日志4部分。該模塊可根據用戶所屬的機構部門為其配置相應權限，并通過日志記錄用戶的活動和操作情況；在應用程序發生錯誤時，可在記錄異常信息的同時，提示錯誤原因及解決辦法。

3應用現狀

自2019年10月投入使用至今，南寧地鐵保護管理信息系統不僅實現了對地鐵保護區安全狀況的閉環管理、實時監控，有效降低了地鐵結構設施破壞的風險，而且實現了對運營期及建設期地鐵保護工作的數字化管理，從而保證相關信息的時效性與準確性，提高地鐵保護區的管理效率。目前，該系統處于初步應用階段，還存在以下問題：系統支持的人力巡查模式所需巡查人員較多，巡查效率較低，無法滿足線路增加后的巡查頻次需求；系統雖實現了對地鐵保護區內建（構）筑物的定位及監測，但無法將此類信息與地鐵隧道、周邊環境等相關信息有效結合，仍存在一定的安全隱患；地鐵保護區內部分區域地勢復雜，利用現有的系統功能無法完全掌握現場施工動態，不能有效識別違規項目；系統不支持將隧道內結構病害數據與隧道外建設項目數據關聯，對于地鐵保護區的信息管理非常不利。

4優化建議

為解決上述問題，本文提出以下系統優化建議。

4.1實施車輛巡查和管理

為提高巡查效率，可采用巡查車輛對地鐵保護區進行巡查，巡查車輛上安裝GPS定位設備和車載攝像機，以獲取其精確位置、巡查軌跡及沿線地鐵結構設施的影像等數據（圖8）。這些設備通過數據接口與地鐵保護管理信息系統連接，將獲取的上述數據傳輸給系統，系統會對巡查車輛的實時位置、巡查軌跡、巡查異常情況、任務基本信息（時間、執行人、巡查時長、區域）及拍攝的影像資料進行存儲，并支持信息實時查看及歷史視頻回看功能。系統中可增設“車輛使用管理”模塊，通過該模塊，用戶可根據需要，結合地鐵保護區的實際巡查情況，制定巡查計劃，安排車輛巡查任務，確保對巡查區域的全面覆蓋，從而提升巡查作業效率和全面性；系統可根據車輛巡查任務自動統計車輛使用次數及巡查公里數，形成統計報表。此外，應建立駕駛員信息管理庫，實現對車輛巡查任務的下發、報批、審批和接受等功能。

4.2引入BIM+3DGIS技術

利用3DGIS技術實現地理信息的集成，完成對地鐵保護區內建（構）筑物的定位和空間分析，同時利用建筑信息模型（BIM）技術集成地鐵及周邊建（構）筑物的3D空間信息、結構數據，以及各業務系統數據。通過3DGIS與BIM技術的融合應用，可將構建的三維地質體、隧道BIM模型、周邊建（構）筑物BIM模型及三者之間相對位置關系直觀地展示在系統中，實現對地鐵的可視化安全管理。

4.3應用施工智能監控技術

智能監控技術是指利用人工智能（AI）對圖像、聲音、振動等進行測量及識別的計算機技術。將智能監控技術應用于地鐵保護區施工現場，可對施工現場進行實時、全過程、不間斷的監管。引入該技術的系統可根據預先制定的規則，對施工現場拍攝的視頻影像進行排查，智能識別和判斷地鐵保護區內是否存在違規作業的情況，如存在則發出警報，從而避免違規行為發生，降低地鐵保護區內施工的安全風險；還能夠在一定程度上減少相關人員的工作量，降低監管成本，提高監管效率，有助于實現地鐵保護區內建設工程項目全過程管理的信息化與智能化。

4.4實現地鐵隧道內外信息交互關聯

可通過數字化手段實現對地鐵保護區受控項目與地鐵結構本體空間相對位置的快速判定，以及隧道內外信息的交互和關聯。具體方式為：通過在地鐵隧道內安裝二維碼銘牌、在GPS手持巡查終端上增加二維碼掃描功能的方式，建立隧道內外信息關聯機制。二維碼中包含車站/區間名稱、前后車站名稱、具體位置信息、病害范圍及描述等隧道內信息，以及地鐵保護區內違規項目信息、監控項目信息等隧道外信息。利用GPS手持巡查終端掃描該二維碼，巡查人員便可方便地查看上述信息。此外，應根據實際情況建立隧道內病害信息及隧道外巡查信息綜合數據庫及相關數據標準，充分保證數據的延續性和可追溯性，進而實現對相關數據的全方位、及時分析和高效利用。

5結語

本文介紹了南寧地鐵保護管理信息系統，分析其軟件構架及基礎信息、審批管理、項目管理、巡查管理、監測管理、系統管理六大模塊的功能。該系統的應用實踐證明，其可實現對地鐵保護區建設工程項目的數字化管理，有效降低地鐵設施破壞的安全風險，提高地鐵保護區管理效率，保證地鐵的安全運營。但目前，該系統還存在一些問題，應從實施車輛巡查和管理、引入BIM+3DGIS技術、應用施工智能監控技術、實現地鐵隧道內外信息交互關聯4方面對其進行優化，以進一步提高其管理能力和效率。

作者:張睿 鐘有信 宋田 宋茂 雷浩 王忠政 單位:南寧軌道交通集團有限責任公司