无锡地铁智慧防汛防涝预警应急安全平台设计及实践

文：谢辉，陶杰，陈定庆，陆源清，冒龚玉丨无锡地铁集团有限公司

为了进一步加强城市轨道交通运行的安全保障措施，无锡地铁集团提出了搭建无锡市轨道交通智慧防汛防涝预警应急安全平台项目，并分享其建设成果。

为了进一步加强无锡市城市轨道交通运行的安全保障措施，提升城市轨道交通应对极端天气的防范能力，根据相关部委发出的关于切实做好城市轨道交通防汛工作的紧急通知，结合无锡市轨道交通防汛防涝基础设施情况，无锡地铁集团根据上级文件精神，提出了搭建无锡市轨道交通智慧防汛防涝预警应急安全平台项目，做好“防汛准备，防汛防台应急体系要立即启动，发挥作用，加强围挡、防汛薄弱车站等防汛措施”目标。

一、无锡地铁安全设计现状

目前无锡地铁采用“防排结合，以防为主”的方针，作为防淹设计原则。

（一）“防”：百年一遇标准

地面口部高于周边路面450毫米以上，除车站与下沉广场有衔接外，所有车站出入口：所在区域地面高程都按照无锡百年一遇洪水位，按照250毫米以上/24小时设计，地铁出入口3级台阶高度，防备雨水倒灌；在车站出入段线、U型槽段等采取封闭顶棚及混凝土挡水措施；管理卷门导槽与防淹闸槽合建，预留设置防淹挡板。

（二）“排”：50年一遇标准

每个车站出入口均设有集水泵站，车站主体内设有主泵房，区间联络通道处设有排水泵房；敞口部位设有雨水泵房；泵房按50年一遇暴雨设计，设两台泵，一用一备，保证每台水泵站设备全启动时有不小于30%的富裕能力。

（三）现有应急措施和流程

应急预案包括《无锡市防汛防旱应急预案》《无锡地铁运营综合应急预案》《行车组织规则》《恶劣天气行车组织应急预案》《运营事故调查处理规则》。无锡地铁地铁运营组织了专、兼职应急队伍29支合计476人，委托专业单位组建综合应急队伍1支。同时，无锡地铁集团购置了移动式的排水车，排水能力是1000立方米/小时，配备了沙袋3万余件，配置了应急发电车、综合应急抢险车等装备200余台，储备了各类防汛、防台物资5万多件，各类水泵2000余套1万余千瓦。

二、无锡地防汛防涝薄弱点分析

针对汛期防汛，地铁车站的出入口现有两道防线：一是在无锡轨道交通设计初期就已经设计好基础防汛设施，通过在各车站出入口布设台阶，抬高地势，避免降雨积水进入车站。二是车站内设有防洪沙袋，运营阶段将根据降雨情况，人工加工防洪挡板及沙袋，设置台阶上的第二道防汛防线。同时，为了掌握轨道交通防汛排涝的薄弱点，运营公司组织开展1、2、3、4号线所有车站标高及排水能力排查，形成一站一表。确保在应急情况下，做到有基础数据支持时的及时响应处理。运营公司与无锡水利设计院对接，收集无锡市防洪分区、洪涝控制水位及市区易积水路段；并对所有车站最低点标高、路面标高、洪涝控制水位进行了梳理。评估现有汛期数据以及各个站点的最低点标高、路面标高数据，合理设置洪涝控制水位，实现有据可依。

通过收集无锡市政2021年市区道路积水点基本情况统计，从中节选部分具有代表性的积水点位进行分析，积水深度普遍低于0.3米，故对高差小于等于0.3米的车站进行了排查。为了贴合无锡地铁防汛排涝需求，更好支撑现有应急措施开展，并提升整体防汛排涝能力，对无锡地铁现有防汛排涝措施开展全面梳理。

（一）正线车站

通过对车站的最低点标高和路面标高数据开展排查梳理，将其差值小于等于0.3米的车站作为重点防汛对象。同时结合洪涝控制水位数据，筛选出接近洪涝控制水位线的车站，开展下一步防汛措施升级改造。针对最低点与路面高差较小的车站及路面标高与洪涝控制水位接近的车站，相关防汛措施如下：

管理措施：汛期做好重点防汛部位巡视，值班人员随时待命；根据各出入口实际情况合理分配防汛物资，对重点部位适当倾斜。

补强措施：试点安装防倒灌监测设备，部署电子水尺，监测出入口水位。根据一站一表梳理出的数据及车站平面结构图，结合各出入口的防汛措施绘制出各站防汛图（图1），如配备沙袋、防洪挡板等情况。

图1 防汛一张图

（二）U型槽、场段及主所

无锡地铁1、2、3、4号线共计3处正线U型槽，8座场段，6座主变电所。经排查所有正线U型槽、非下沉场段情况良好，未发现不良隐患。部分下沉场段及主所存在安全隐患，需制定相关措施。

1.场段（下沉）

如图2，1号线雪浪停车场及2号线青龙山停车场存在隐患，需制定相关措施。

图2 下沉场段标高统计

2.主所

盛岸主所的管廊与供电公司共用，外部管廊内封堵较差，存在大量积水。管廊内常年积水且水位较高，运营对引入电缆孔洞多次专项封堵，偶有渗水情况。

三、设计蓝图

建设国内一流、国际领先的城市轨道交通的智慧防汛防台预警应急安全平台，做到综合分析、及早预警、及早决策、及早处置。设计思路包括：

一是以预防为主。做到事前及时预警，事中有效应急，事后大数据分析复盘改进；

二是采用最新的技术手段。利用物联网、5G、大数据分析、GIS、仿真等，聚焦解决业务问题；

三是大数据融合平台。整合历史数据，轨道交通建设和数据、实时水位数据、水利数据、市政雨水排水数据、气象局数据，形成全方位全透视整合的防汛防台有效风险分布图，为领导决策打下坚实的基础；

四是建立安全工作平台。把应急预案，内嵌系统并同防汛防台的静态和动态数据，有效结合起来，做到数据自动触发应急机制；应急预案到哪里，数据服务到哪里；数据及时反馈业务进展；

五是可视、可控、可复盘。做到轨道交通各个环节，如雨水泵站、车站场线、下沉场段的数据可视，结合历史数据、应急措施记录，形成经验性指导数据。

六是符合轨道建设标准。实现轨道建设、运营、管理的高可靠性、高精度预警和高稳定性。

建设标准见图3，包括对轨道交通分区设计，建立标准的物联感知体系，抓取重要环节数据，支撑轨交系统智慧化运行。

图3 轨道防汛防涝物联感知建设标准

轨道交通智慧防汛防涝预警应急安全平台的总体架构设计见图4，旨在通过采用物联网技术、地理信息技术、云计算、大数据等主流技术搭建轨道交通防汛防台实时感知体系、大数据决策研判体系以及应急响应处置体系，实现人防向技防的转变，全面推动轨道交通高质量发展。

图4 轨道交通智慧防汛防涝预警应急安全平台总体架构设计

四、分项建设

（一）“2”张网：通讯网与感知网

1.通讯网（图5）。

图5 通讯网网络架构图

主要通过4G流量卡和NB-IoT进行视频传输以及数据交换。

2.感知网

外水倒灌监测。一是车站、下沉广场出入口、垂直电梯、风亭通过部署电子水尺监测外部水位。该设备内置电池，电池寿命5年以上，内置NBIoT通信模组，信号稳定，穿透性强。电子水尺部署在出入口的最低处，不影响人员的正常通行。主机安装在两米以上。在每个水尺上，同步标识出入口的标高数据，能快速直观得到其它出入口的大概情况。在非汛期期间，每隔十五分钟采集数据，每四小时上传数据，一旦触碰到预警值，会自动变成五分钟采集，五分钟上报，根据防汛要求，软件中自动弹出相应措施。二是车辆段出入口倒灌监测部署大数据网关、视频监控和电子水尺，对出入口水位进行监测。该设备使用市电供电，没有配备电池。设备部署符合轨道交通安装规范，不影响地铁车辆运行，视频和大数据网关部署在2米以上高度，视频球机不得有红外补光功能。三是主变电所管廊监测。主变电所电力管廊积水倒灌监测：在电力管廊井内部署探头投入式液位监测仪，实时监测井内积水液位。该设备内置电池，电池寿命5年以上，内置NB-IoT通信模组，信号稳定，穿透性强。主机尽量部署在靠近井口位置，确保通信信号质量；探头传感器放置与井内最低端，确保高度一致。

关键设备故障监测。一是泵站工况监测，通过对车辆段的雨水泵站部署泵站工况监测仪，监控水泵工况，提至水泵响应的及时性和运行的可靠性。二是周边河道监测泵站内外河部署雷达液位计和视频监控，箱涵和外河液位实时进行监测。

排水能力判断监测。一是泵站工况监测。U型槽、下沉广场、车辆段出入口排水泵站工况监测;增加泵站工况监测仪，监控水泵工况，提至水泵响应的及时性和运行的可靠性；泵站工况监测仪需采用间接式式监测法，不参与控制系统。二是泵池液位监测。泵池内安装雷达液位，实时监测液位情况。三是视频监控。U型槽和车辆段出入口在轨道汇水后上方安装视频监测球机，实时监测汇水口情况。

气象及周边隐患监测。为监测局部极端天气-强降雨、大风数据；在地铁车辆段或停车场地势空旷区域部署小型气象站，对降雨、风速、风向进行监测；确保地铁线路所有区域都有对应的小型气象站进行覆盖。

（二）“1”中心：智慧调度运营中心

基于本次项目部署的物联感知网络，结合无锡市轨道交通防汛防台需求，配套开发智慧调度运营中心平台，集成设备IOT、数据管理集成、预警管理和大数据看板功能，推送预警信息，制定预警流程，形成应急闭环。

1.地图操作。将地铁轨道线路录入GIS系统，基于高德地图实现基础放大、缩小、平移漫游等操作，结合图层管理对不同数据层进行开启、关闭，便于查看具体线路地理位置信息。通过查看详细站点数据，支持进一步防汛防涝应急工作开展。

2.物联网设备接入和管理。平台提供设备接入及管理功能，对接入的感知设备进行生命周期管理功能，提供设备上下线变更通知服务，方便实时获取设备状态，提供在线调试、远程配置、固件升级、远程维护、实时监控、分组管理、设备删除等功能。

3.预警管理。平台应针对一个或多个监测点的水量数据设定“预警事件”，根据被监测区域的实际需要在系统中灵活设定“预警事件”，设定“预警事件”后，平台应通过系统消息等方式通知相关责任人。设备预警规则管理模块应提供监测点制定预警规则，具有添加、查看、编辑、暂停、删除等功能。

4.移动端适配。建立基于软件平台底层数据基础上的移动端适配，提供预警通知、定位导航和设备监测数据查询的功能。

5.系统配置。为了贴合日常管理需求，通过调研日常业务流程定制开发该系统管理模块，提供用户管理、部门管理、角色管理、权限管理和数据字典，支持系统使用人员的日常管理。

6.大数据展示和看板。结合地理信息技术，直观展示轨交系统线路地理位置，通过滚动、轮播的方式实时展示设备监测数据，对接气象数据，提供未来24小时气象预警数据，全局指导防汛防涝工作开展。实现实时监控、应急告警、风险统计、气象预警等多功能，总览防汛防涝关键数据，做到“一张图”支持应急安全管理。

7.车站防汛图。参照无锡地铁提供的车站防汛图CAD文件，制作图层页面，通过防汛物资、标高、排水能力、防汛措施、车站关键数据总览等按钮叠加数据的展示，提供基于实时监测数据对应的防汛措施预案。

8.企业微信整合。平台开放对接整合至企业微信端，提供数据入口，实现跳转查看相关监测数据，并提供微信绑定账号的消息推送服务，实现企业微信端信息推送及查看功能。

（三）“1”张图：轨道交通防汛防涝监管图

提供轨道交通防汛防涝监管“一张图”，基于GIS地图透传各个路线段薄弱环节监测点数据信息，结合制定的防洪控制水位线，提供数据预警。

五、建设成果

一是建立标准化防汛防涝制度。结合无锡市防汛区块划分数据以及无锡轨道交通基础设施数据（最低点标高、路面标高、洪涝控制水位等），梳理重点防汛防涝监管点，制定规范性、针对性防汛防涝预警制度，在“防”、“排”的基础上，提升至“测”的领域，构建物联感知建设标准。

二是补全数字化物联感知体系。结合物联感知设备的数据采集，实现轨交系统各个环节（如：车站、场段、主所、U型槽和下城广场）的数据可视，补全汛期关键薄弱点的数据盲区，做到有数据支撑条件下的安全应急管理。

三是搭建智能化预警应急平台。结合基于大数据条件下的业务应用管理系统，将事后应急抢险向事前预警处理转变，贴近业务需求，减少人工巡检投入，缩短应急反映时间，提升运营管理效率。通过搭建预警应急安全平台，将系统化管理向智能化管理转型。