城市轨道交通智能施工调度管理系统建设与应用

施锦峰

（上海宝信软件股份有限公司，上海 201203）

0 引 言

城市轨道交通逐渐进入线网化运营时代，停运后的施工作业窗口时间也越来越短，有效的作业时间平均只有3～4 个小时，施工调度管理工作将日趋复杂，依靠人工的施工调度方法已无法满足现实需求，而且容易出现错漏，严重影响施工安全。

如何确保施工作业环境及人员的安全、避免施工资源冲突是施工调度管理的核心。传统的施工调度管理模式以人工处理为主，通过纸质文档、电话、电子邮件等形式进行施工计划的申报和汇集，定期召开施工协调会解决资源冲突问题，施工作业计划方案的及时性、有效性及正确性难以保证，各项施工的安全防护措施及相互制约关系也难以同时建立起来，安全管控方法无法形成体系。在此背景下，上海、广州、天津、苏州等轨道公司陆续开始研究、建设运营施工调度管理系统，初步实现了施工调度管理的信息化。然而随着线网运营规模的扩大，施工作业数量呈现几何倍增加，如何有效平衡重要作业与一般作业对施工资源的占用以及对施工请销点审批效率等问题日益凸显。

1 管理现状

无锡地铁施工调度主要采用传统人工方式进行管理，主要存在的问题如下：

（1）施工计划人工编制及审批。由于施工计划依赖于多方面的施工信息来源，施工作业管理部门日常需要处理并整合统筹运营公司所有的施工计划，各部门计划编制工作量大、填写无法规范统一，计划逐级审批需大量协调时间；

（2）运营施工安全难保障。运营施工要求在不影响日常生产运营的前提下进行，因此施工作业所需要的施工负责人、作业时间、作业区域、行车线路、用电区域和安全联锁防护等，都是非常重要的统筹资源，无法避免资源冲突，尤其在施工计划提报量大时，施工计划之间的安全防护措施更是难以周全协调，容易造成施工安全隐患或施工安全事故，而且无锡地铁采用地面第三轨供电模式，对于施工作业安全要求更高。

（3）施工作业调度效率低。一般需通过组织施工计划协调会（每周1～2 次，平均每次20 人）确定施工计划；施工调度命令编制依赖手工笔录，命令发布依赖人工复述和公示，发布效率低下，调度人员无法并行处理多个施工调度作业，而且不利于调度人员对施工现场的安全防范和把控。

（4）数据统计不全面，主观性强。针对复杂的施工作业及完成情况，施工管理部门手工统计汇总工作量大；人工统计的数据信息难以客观全面，纸质作业不利于为施工管理部门提供完整的施工作业记录查询和其他相关统计数据，难以支持施工管理评价及决策。

随着无锡地铁3、4 号线的正式运营以及后续新线路的逐步开通，施工管理工作将日趋精细和复杂，传统的管理方式已无法满足需要。因此，提出了一套符合无锡地铁业务特点的智能化施工调度管理系统解决方案，实现对施工调度的“事前计划，事中监管，事后分析”的全过程管理。

2 系统架构及功能设计

施工调度管理的目标是在保障运营施工安全的前提下提升施工调度管理效能，施工调度工作具有计划性和规范性强、安全性和实时性要求高、管理可追溯性等特点。通过研究分析无锡地铁施工调度管理业务，对施工调度作业进行标准化、规范化改造，将施工前的计划管理、施工中的作业组织协调以及施工后的统计分析全过程进行闭环统一管理，引入施工计划滚动式自动发布模式，提出并实现了基于冲突检测以及系统自动请销点算法的智能化施工调度管理系统。系统架构图如图1所示。

图1 系统架构图

智能施工调度管理系统基于Web 的B/S 架构，采用宝信软件公司的iPlat4J 基础平台进行开发，iPlat4J 基础平台提供了业务构建的标准规范和通用组件，包括权限管理、审计日志、自诊断管理、参数管理、消息中心、用户管理、时钟同步、数据管理等。智能施工调度管理系统主要功能包含事前的施工计划管理、事中的施工执行与作业组织管理、事后的施工监管与统计分析、施工资源管理四大部分。施工管理全过程业务流程图如图2所示。

图2 施工管理全过程业务流程图

2.1 施工计划管理

施工计划管理主要提供计划填报、冲突检测、施工作业令管理等功能。

计划管理提供A、A、A、A、B、B、B、C、C、D 类（分类表如表1所示）以及抢修类施工计划的填报，以及模板管理功能，提升计划填报效率。如遇到突发抢修作业，可由值班主任发布抢修令，待施工结束后在调度施工系统补登抢修作业信息。

表1 施工分类表

在施工计划提报过程中，除C 类和D 类计划外，系统会自动对各类别施工计划进行多维度冲突检测（包括施工负责人、作业时间、作业区域、供电安排、防护区域等）和冲突提示，并利用SVG 矢量分析计算出冲突区域图形，以图形化方式呈现，直到逐步排除冲突。施工计划经冲突检测和系统审批后，自动进行施工计划发布，无需人工干预。

施工计划发布后，施工负责人、生产调度人员可以查看施工计划对应的作业令，作业令内容包含作业代码、作业时间等信息。施工负责人/生产调度人员需在施工作业时间提前1 天17 点前录入完善作业令的“作业人数”“发令人”“工器具、物料”等作业令要素，并可对作业范围、作业时间等进行调整，但只能缩小不可扩大。

2.2 施工执行与作业组织管理

施工执行与作业组织管理主要提供施工请销点管理、施工延点管理、调度命令管理等功能。

施工请销点的作业范围、作业时间等均需与作业令保持一致，如有延点则同步关联作业令的作业时间。施工请销点流程由施工登记、施工请点、施工销点三个阶段组成。施工负责人到达请点车站后进行施工登记，车站行车值班员验证待施工的作业令，由施工负责人录入施工作业随机密码验证身份，系统自动判断是否满足施工请点条件并自动批点，无需调度人员干预。请点时，系统会与停送电管理、拆挂地线管理、调度命令管理模块进行交互，请点条件主要包括：线路满足施工条件，即需要封锁的施工需待线路封锁完毕，不需要封锁的施工需待线路空闲后方可开始请点；供电满足施工条件，即停电施工需待相应的供电分区停电后，带电施工需保证相应的供电分区带电后方可开始请点；地线满足施工条件，如需停电挂地线则需相应的供电停电后并执行完毕挂地线流程后，方可开始请点；若不满足请点条件，需继续等待直至条件满足。施工结束后，施工负责人检查线路出清情况，告知行车值班员施工结束并进行销点申请流程，系统会提示物资是否出清、人员是否出清、作业是否完成、设备是否恢复正常等。施工负责人申请销点成功后，此项施工完成。

施工延点主要是对计划填报时对某些施工计划的作业时间预估不准确情况，提供施工延点申请流程。申请延点时，系统自动将延点计划与未开始及已开始计划进行冲突检测，有冲突的延点计划会提示冲突信息，保证其他施工作业不受影响。

调度命令管理主要是对运营期间及非运营期间执行的调度命令进行编制、发布等管理，确保调度信息准确有效地传达，调度命令主要包含封锁、开通、抢修、加开、限速/取消限速、救援等。

2.3 施工监管与统计分析

施工监管与统计分析主要提供计划一览图、施工一览图（如图3所示）、数据统计分析等功能。

图3 施工一览图

通过计划一览图，调度人员可以全面且直观地管控资源的占用情况和实际利用情况，有利于提高施工资源利用率。

行调和场调分别对正线区域和场段区域的施工进行统一监控和管理，通过施工一览图随时关注线路和施工状态，把控全线的施工情况。施工一览图提供图形化展示形式，使用不同颜色标注各作业区段的运营状态、可施工状态（绿）、作业状态、停送电状态、地线位置、区间占用、封锁情况等信息。

统计分析功能提供了从施工计划填报、发布到施工作业的组织、控制的整个施工调度管理全过程的监管，并自动记录整个过程的关键数据，如请点时间、销点时间、发布计划数、取消计划数、施工兑现率、时间利用率等。系统提供了多层次的查询架构：事务处理层查询和管理层查询。既可跟踪到某个作业的施工具体细节，也可宏观查询部门、公司乃至整个集团的施工统计数据。为了对上一周期的施工管理工作进行评价，系统对施工数据进行自动统计分析，计算各项施工管理指标，为调度施工的科学管理提供强有力的决策依据。

2.4 施工资源管理

施工资源管理提供对施工作业资源的信息管理功能，主要包括外单位信息管理、施工负责人管理、限制信息管理等功能，实现对施工资源的精确定义，如作业区域、作业时间、供电分区、施工负责人等施工资源均可在系统中进行统一配置管理。

3 关键技术

3.1 施工资源冲突检测算法

资源冲突检测算法是避免施工资源冲突、保障运营施工安全的核心，在施工计划填报、施工请销点、停送电模块均涉及资源冲突检测。施工计划的资源冲突检测尤为复杂，需要对各类别施工计划所需的施工负责人、作业时间、作业区域、防护区域以及供电要求等资源进行多维度冲突检测，如防护区域冲突：动车类作业与人工点作业同时安排时，需要满足一定的安全距离才可以同时安排作业，如隔开一站两区间或两站一区间等；供电要求冲突：同一供电分区供电要求不能相反；道岔冲突：同一时间内关键道岔的操作道岔要求不能相反等。施工计划资源冲突检测算法如图4所示。

图4 施工计划资源冲突检测算法流程图

3.2 自动请销点算法

自动请销点算法是实现施工请销点快速自动审批、提升施工调度管理效能的关键。传统的请销点审批工作量大，并需要审核人进行诸多的条件校验和判断，效率低下且容易出错。本算法根据A、B、C 类施工请销点的业务逻辑，结合线路运行状态、线路满足条件、接触轨供电满足条件、拆挂地线满足条件进行自动判断审批，从而将调度人员从繁杂的施工作业内容校对和审核中解放出来，投入到更重要的施工调度管理工作中。自动请销点算法流程如图5所示。

图5 自动请销点算法流程图

3.3 施工计划滚动式自动发布模式

施工计划滚动式自动发布模式可有效平衡重要作业与一般作业对施工资源的占用，根据施工作业重要性等级赋予合理的计划填报提前周期，如A、A、B类施工提前20 天填报（提前周期可根据实际运行数据进行动态调整），A、A类等提前5 天填报，确保重要施工作业能优先占用施工资源。同时，为了避免恶意占用施工资源的行为发生，对占用资源不施工、申报时间与施工时间严重不符等行为给予惩罚，如对施工作业单位在一段时间禁止填报计划。最后，在每天的固定时间（可配置），施工计划将自动发布，无需人工干预。该模式取代了以往按统一周期编制的计划模式，使得重要施工作业有更灵活的申报空间，并省去了计划审批、计划汇总、行车通告编制以及施工协调会等大量用来进行施工计划协调的业务环节，减轻了各单位人员在计划填报阶段的工作量，提升了施工调度管理效能。

4 结 论

智能施工调度管理系统已成功应用于无锡地铁1、2、3、4 号线线网运营，解决了施工资源冲突、作业间资源占用不平衡、请销点管理效率低等问题，并取得良好应用效果：施工计划差错率降至0；节约计划填报工时4 万小时（年度施工计划总数超过4 万条）；请销点审批流转平均耗时从30分钟降至5 分钟；年度取消施工协调会逾50 个；取消全部施工相关纸质台账，共减少15 种台帐。同时，系统提供了施工业务数据的统计分析，为施工调度的科学管理提供强有力的决策依据。智能施工调度管理系统保障了无锡地铁运营施工安全，大幅提升了施工调度管理效能，在城市轨道交通行业具有推广意义。