地铁保护管理信息系统及优化浅析

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摘要：针对在地铁保护区内施工的建设工程项目逐渐增多的现状，为对地铁保护区内的建设工程项目进行有效管理以实现对地铁设施的保护，研发地铁保护管理信息系统，介绍其软件架构及功能模块，分析其应用现状，并提出实施车辆巡查和管理、引入BIM+3DGIS技术、应用施工智能监控技术、实现地铁隧道内外信息交互关联4条优化建议，以期为此类系统的开发、升级和完善提供参考和借鉴。

关键词：地铁；保护区；管理；巡查；监测；信息系统

1引言

随着我国近年来地铁建设的迅猛发展，规划、在建及投入运营的地铁线路数量日益增加，地铁线网不断加密，在地铁保护区内施工的建设工程项目也逐渐增多，为地铁建设和运营带来了极大的安全隐患。积极响应国家“互联网+”新理念的号召，将先进的数字化技术与传统地铁保护工作相结合，通过建设地铁保护管理信息系统对地铁保护区内的建设工程项目进行有效管理以实现对地铁设施的保护，成为解决上述问题、保障地铁建设和运营安全的必由之路。本文介绍南宁轨道交通集团有限责任公司（以下简称“南宁地铁”）开发的南宁地铁保护管理信息系统，阐述其软件架构及功能模块，分析其应用现状，并提出相关的优化建议，以期为此类系统的开发、升级和完善提供参考和借鉴。

2系统概述

南宁地铁保护管理信息系统是针对地铁结构周边施工的建设工程项目日趋增多的现状而开发的，可对地铁保护区内的建设工程项目进行标准化、信息化管理的系统。该系统软件架构包括表现层、中间层、数据层3层，由基础信息、审批管理、项目管理、巡查管理、监测管理、系统管理6个功能模块组成，于2019年10月正式上线投入使用。

2.1软件架构

南宁地铁保护管理信息系统的软件架构包括表现层、中间层、数据层3层结构（图1）。表现层是直接与用户交互的系统功能层，基于Ajax、HTML、JavaScript和CSS语言进行模型-视图-控制器（MVC）模式研发设计。其根据不同的用户需求为各应用开发不同的用户界面，并完成界面元素驱动下层功能组件的逻辑构建。中间层即核心架构层，是构建和运行数据管理、数据应用、数据共享与服务系统的技术核心。通过使用组件化设计实现模块功能，包括基础信息管理、审批管理、项目管理、巡查管理、监测管理、系统管理、日志处理、异常处理等模块。通过建设门户信息接口、工作流接口对接各工作流管理系统，从而实现对业务表单的流程审批管理功能。数据层是系统正常运行的数据基础，全部数据通过ORM进行关系映射，以文件和oracle数据库的形式进行管理。该系统还通过DAOPattern建立符合南宁地铁标准要求的标准接口，并利用数据总线和WebService、HTTP、FTP等接口服务与其他业务系统进行通信，实现与各业务系统之间的数据共享和业务协同。

2.2功能模块

2.2.1基础信息模块。基础信息模块可实现对各种基础信息的管理。其具体功能如下：①收集和录入线网基本信息，包括线路基本结构、运营里程、基础设施设备、重点区间部署、区间附属结构、轨道线形等信息；②通过坐标自动换算及公用地图底图坐标系转换实现地理信息系统（GIS）底图配置（图2）；③采用数字化归档技术进行工程资料管理，方便用户对所需资料进行快速检索、下载与在线查看。2.2.2审批管理模块。审批管理模块包括网上办事窗口和方案审查2个子模块。（1）网上办事窗口子模块。该子模块是地铁保护管理信息系统对外服务的窗口，包括网站首页、办事指南、网上办事、保护区概况和行业动态5部分，为在地铁保护区内施工的建设工程项目单位提供网上竣工资料查询及项目报审服务（图3）。（2）方案审查子模块。该子模块可对网上办事窗口子模块接收到的数据进行处理，并向其反馈处理结果，以便相关的建设工程项目单位追踪办事进度（图4）。2.2.3项目管理模块。项目管理模块负责对地铁保护区内受控建设工程项目（以下简称“受控项目”）在监控阶段所产生的所有文档资料（包括工程资料、监测数据、GIS地图、分析图表等）进行管理（图5）。其中，监护档案卡是其核心模块，以受控项目为分析对象，针对受控项目本体及其对应范围内的地铁结构设施，进行项目审批流程、工程资料、建设环境、监测数据、结构病害等相关信息的管理。2.2.4巡查管理模块。巡查管理模块不仅实现了对巡查任务的创建、发布、执行，还引入了全球定位系统（GPS）手持巡查终端，利用GPS手持巡查终端对GPS信息进行实时采集，实现对巡查任务的跟踪、巡查记录的实时上传和巡查人员的考勤管理（图6）。2.2.5监测管理模块。监测管理模块为监测实施单位提供数据上传的接口，并以生成数据曲线图和报表的方式对上传的监测数据进行整理和描述，再展开统计分析，做出预测、诊断和预警（图7）。监测数据分析的对象包括地铁主体结构、设施及相关附属结构的状态，以及设施的沉降、倾斜变形等。此外，用户可对各监测项目的监测预警等级进行设置，系统可根据用户的设置及实际监测数据，对当前结构、设施状态是否达到某一预警等级进行自动判断，若达到则触发相应级别的响应机制，并在预警处理闭环后生成系统记录。2.2.6系统管理模块系统管理模块包括组织机构、角色管理、权限配置和操作日志4部分。该模块可根据用户所属的机构部门为其配置相应权限，并通过日志记录用户的活动和操作情况；在应用程序发生错误时，可在记录异常信息的同时，提示错误原因及解决办法。

3应用现状

自2019年10月投入使用至今，南宁地铁保护管理信息系统不仅实现了对地铁保护区安全状况的闭环管理、实时监控，有效降低了地铁结构设施破坏的风险，而且实现了对运营期及建设期地铁保护工作的数字化管理，从而保证相关信息的时效性与准确性，提高地铁保护区的管理效率。目前，该系统处于初步应用阶段，还存在以下问题：系统支持的人力巡查模式所需巡查人员较多，巡查效率较低，无法满足线路增加后的巡查频次需求；系统虽实现了对地铁保护区内建（构）筑物的定位及监测，但无法将此类信息与地铁隧道、周边环境等相关信息有效结合，仍存在一定的安全隐患；地铁保护区内部分区域地势复杂，利用现有的系统功能无法完全掌握现场施工动态，不能有效识别违规项目；系统不支持将隧道内结构病害数据与隧道外建设项目数据关联，对于地铁保护区的信息管理非常不利。

4优化建议

为解决上述问题，本文提出以下系统优化建议。

4.1实施车辆巡查和管理

为提高巡查效率，可采用巡查车辆对地铁保护区进行巡查，巡查车辆上安装GPS定位设备和车载摄像机，以获取其精确位置、巡查轨迹及沿线地铁结构设施的影像等数据（图8）。这些设备通过数据接口与地铁保护管理信息系统连接，将获取的上述数据传输给系统，系统会对巡查车辆的实时位置、巡查轨迹、巡查异常情况、任务基本信息（时间、执行人、巡查时长、区域）及拍摄的影像资料进行存储，并支持信息实时查看及历史视频回看功能。系统中可增设“车辆使用管理”模块，通过该模块，用户可根据需要，结合地铁保护区的实际巡查情况，制定巡查计划，安排车辆巡查任务，确保对巡查区域的全面覆盖，从而提升巡查作业效率和全面性；系统可根据车辆巡查任务自动统计车辆使用次数及巡查公里数，形成统计报表。此外，应建立驾驶员信息管理库，实现对车辆巡查任务的下发、报批、审批和接受等功能。

4.2引入BIM+3DGIS技术

利用3DGIS技术实现地理信息的集成，完成对地铁保护区内建（构）筑物的定位和空间分析，同时利用建筑信息模型（BIM）技术集成地铁及周边建（构）筑物的3D空间信息、结构数据，以及各业务系统数据。通过3DGIS与BIM技术的融合应用，可将构建的三维地质体、隧道BIM模型、周边建（构）筑物BIM模型及三者之间相对位置关系直观地展示在系统中，实现对地铁的可视化安全管理。

4.3应用施工智能监控技术

智能监控技术是指利用人工智能（AI）对图像、声音、振动等进行测量及识别的计算机技术。将智能监控技术应用于地铁保护区施工现场，可对施工现场进行实时、全过程、不间断的监管。引入该技术的系统可根据预先制定的规则，对施工现场拍摄的视频影像进行排查，智能识别和判断地铁保护区内是否存在违规作业的情况，如存在则发出警报，从而避免违规行为发生，降低地铁保护区内施工的安全风险；还能够在一定程度上减少相关人员的工作量，降低监管成本，提高监管效率，有助于实现地铁保护区内建设工程项目全过程管理的信息化与智能化。

4.4实现地铁隧道内外信息交互关联

可通过数字化手段实现对地铁保护区受控项目与地铁结构本体空间相对位置的快速判定，以及隧道内外信息的交互和关联。具体方式为：通过在地铁隧道内安装二维码铭牌、在GPS手持巡查终端上增加二维码扫描功能的方式，建立隧道内外信息关联机制。二维码中包含车站/区间名称、前后车站名称、具体位置信息、病害范围及描述等隧道内信息，以及地铁保护区内违规项目信息、监控项目信息等隧道外信息。利用GPS手持巡查终端扫描该二维码，巡查人员便可方便地查看上述信息。此外，应根据实际情况建立隧道内病害信息及隧道外巡查信息综合数据库及相关数据标准，充分保证数据的延续性和可追溯性，进而实现对相关数据的全方位、及时分析和高效利用。

5结语

本文介绍了南宁地铁保护管理信息系统，分析其软件构架及基础信息、审批管理、项目管理、巡查管理、监测管理、系统管理六大模块的功能。该系统的应用实践证明，其可实现对地铁保护区建设工程项目的数字化管理，有效降低地铁设施破坏的安全风险，提高地铁保护区管理效率，保证地铁的安全运营。但目前，该系统还存在一些问题，应从实施车辆巡查和管理、引入BIM+3DGIS技术、应用施工智能监控技术、实现地铁隧道内外信息交互关联4方面对其进行优化，以进一步提高其管理能力和效率。

作者:张睿 钟有信 宋田 宋茂 雷浩 王忠政 单位:南宁轨道交通集团有限责任公司