城市轨道交通运营线路智能化施工管理系统设计

2024-02-10马银龙王少英

铁路计算机应用 2024年1期

张猛，马银龙，王少英

（郑州地铁集团有限公司，郑州 450000）

城市轨道交通（简称：城轨）运营线路施工作业旨在确保城轨运营安全，包括对发生故障的行车设施设备及达到修程的设备进行检查和维护，具有作业时间短、区域集中、线路长、作业量大、多专业交叉等特点。由于城轨运营线路施工作业会影响轨行区的正常行车，一般情况下，其作业时间安排在运营结束后1 h 至运营开始前1 h 之间，有效时间不足4 h[1]。传统的城轨运营线路施工管理模式以人工处理为主，通过纸质文档、电子邮件等方式申报和汇集施工计划，并定期召开施工协调会，解决资源冲突问题[2]。随着城轨网络化进程的快速推进，传统管理模式已难以确保施工计划方案的安全准确执行[3]。近年来，城轨运营线路施工管理系统已在各城市得到广泛应用，其业务涵盖施工计划编制、审批、发布，施工过程管控，指标统计与违规考核等[4]。其中，青岛地铁的运营施工调度管理信息系统能够对地铁运营施工进行实时监控，使用计算机辅助软件对作业条件和冲突情况进行判定，降低了人工成本和安全隐患[5]；天津地铁开发了一套施工管理系统，实现对数据的规范存储和指标的快速精准统计，促进了施工精细化管理[6]；南京地铁应用施工管理系统简化了施工计划申报流程，实现了施工过程的可控性和资源的有效分配，提升了施工管理效率[7]。然而，如何在有限的资源下进行施工作业的管控，确保施工计划能够如期、安全、高效地完成，仍是城轨运营线路施工管理中亟待解决的关键问题[8]。本文以提高施工效率、降低施工风险为目标，设计城轨运营线路智能化施工管理系统，为城轨运营线路施工管理提供参考。

1 系统总体架构

城轨运营线路智能化施工管理系统基于B/S 架构，由数据层、服务层和应用层构成，如图1 所示。

图1 城轨运营线路智能化施工管理系统总体架构

1.1 数据层

数据层对施工图纸、施工计划和施工资源等关键信息进行存储、读取与处理，通过分布式数据库和冗余备份技术确保数据的可靠性和完整性，保障施工管理工作的正常进行。与此同时，数据接口与其他系统能够进行高效的信息交互，支持人工录入数据，满足多样化的数据需求。此外，数据层还具备数据挖掘和分析能力，更好地预测未来的施工情况，为项目管理团队提供科学决策的依据。

1.2 服务层

服务层包括施工计划管理、施工作业控制和施工统计分析等模块。其中，施工计划管理提供全面的计划制定服务，能够合理安排施工进程；施工作业控制则针对城轨项目需求，提供一系列关键的操作和控制服务；施工统计分析可对施工过程的相关信息进行统计分析，让项目管理团队实时掌握施工进展状况，实现资源的优化配置。

1.3 应用层

应用层采用图形用户界面（GUI，Graphical User Interface）进行设计，以前台交互界面为导向，将本系统的功能和信息展示给用户，使用户可直观地看到各项任务和功能的进展情况，便捷地进行交互操作，且能够根据用户的反馈和需求进行优化和改进。

2 系统功能设计

城轨运营线路智能化施工管理系统功能包括施工计划管理、施工统计分析、施工作业控制、停送电通知和调度命令等5 个主要模块，以及外单位管理、施工负责人管理、运营前检查、资源管理及移动App 等辅助模块，其功能架构如图2 所示。

图2 城轨运营线路智能化施工管理系统功能架构

2.1 施工计划管理

施工计划管理模块用于确保施工按计划进行、简化管理流程、提高安全性。其中，计划编制功能维护时间表、资源分配和工作流程的有序性；施工通告功能传达重要信息给施工团队；计划审批功能自动执行冲突检测规则以确认和批准计划；计划变更功能实现计划的灵活调整，以适应工程的临时变化；冲突检测功能用于避免“人、车、电”3 要素间的冲突；计划补充功能针对临时性施工计划或特殊情况提供额外计划细节和资源分配；计划发布功能用于确认并发布施工计划；计划取消功能用于撤销不需要的施工计划；危险作业办理和供电工作票办理功能用于保障施工安全。

2.2 施工统计分析

施工统计分析模块用于评估施工进展情况，以实现资源优化分配，并提供关键数据统计功能。其中，施工分析功能监督施工进展情况，分析工程完成度和延误程度；兑现率统计功能评估施工计划的执行情况，计算实际完成工作与计划工作间的比率；检修工时统计功能用于记录和分析工时数据；时间利用率统计功能分析工作时间的有效利用情况，优化时间管理，确保施工过程中时间的最大化利用。该模块为施工管理人员提供了全面的数据支持和分析工具，有助于其实时监控施工进展、评估工作质量，并针对数据结果做出调整，以提高施工效率和质量。

2.3 施工作业控制

施工作业控制模块用于管理和监控施工现场的各个关键方面，确保施工过程的有序性、安全性和高效性。其中，主站请销点功能管理施工团队的出入记录和工作地点，确保施工区域安全可控；红闪灯防护设置功能可在施工已批准状态下，自动检测封锁命令发布情况，并在发布后自动点亮或熄灭作业区域端头位置的红闪灯进行防护，代替现有的人工设置和撤除红闪灯的方式，节省人力，降低安全隐患[9]；施工预想布置功能可规划和布置施工方案，确保施工按照预期进行；作业点进出登记子功能记录工作人员和设备进出施工点的具体情况；分批次授权功能分阶段授权不同施工任务，保障施工过程的有序、合理；临时作业登记子功能记录临时性工作任务，确保临时任务的合规性和安全性；作业条件检测功能检测施工环境和作业条件，确保施工的可行性和安全性；回厂通知功能管理施工团队的返厂通知，保障团队安全返厂；施工一览图功能实时显示正线和车厂的作业区域、供电分区及地线的占用情况，如图3 所示。

图3 施工一览图功能界面

2.4 停送电通知

停送电通知模块管理停送电过程和挂拆地线的申请、审批及通知事务，确保在停电期间施工的安全性和合规性。其中，停送电申请功能方便员工提出停送电需求，详细描述需要停送电的情况和原因；停送电审批功能对停送电申请进行审批，确保其符合规定；停送电通知功能保障相关人员在审批通过后及时收到停送电通知；挂拆地线的申请、审批和通知功能对施工现场的地线操作进行流程规范管理。

2.5 调度命令

调度命令模块实现调度命令的准确性、及时性和规范性，对调度命令从创建、传达到执行的过程进行管理，保障指挥决策的有效实施。其中，调度命令模板功能提供标准化的调度命令格式和内容以便快速、准确地创建调度命令；调度命令编制功能进一步详细描述任务、指示和要求；调度命令审批功能对创建的调度命令内容进行审批和验证；调度命令发布功能将已创建的调度命令发送给相关人员或部门；调度命令签收功能确保接收方确认并签收调度命令，并表示已理解和接受调度命令内容；受令端管理功能管理接收调度命令的设备，用于查看和跟踪调度命令的执行情况。

2.6 其他辅助模块

除上述主要功能模块外，城轨运营智能化施工管理系统还包括外单位管理、施工负责人管理、运营前检查、资源管理和移动终端App 等辅助模块。外单位管理模块负责协调、监督和管理外部单位的施工任务和进度，确保项目协同运作；施工负责人管理模块管理和跟踪各施工环节的任务分配、工作进度监控及信息流转情况，通过为施工人员佩戴定位标签（头盔、手环、工牌卡等），实现对人员和物资的实时高精度定位[10]；运营前检查模块提供在施工开始前进行的全面检查和评估，确保施工符合规范和安全要求；资源管理模块负责整合和管理施工过程中所需人力、物资和设备等各种资源，确保资源的充分利用和合理分配；移动App 模块方便相关人员通过移动端应用程序，实时获取信息、提交报告、接收任务指派等。

3 关键技术

3.1 冲突检测技术

3.1.1 施工类型划分

城轨运营线路施工计划一般按时间分为月计划、周计划、日补充计划和临时抢修计划[11]。根据作业地点和性质可将施工类型划分为A、B、C 等3 种类型，如表1 所示。

表1 施工类型划分

目前，城轨领域的大部分施工作业为计划性施工，而部分临时抢修、调试类的作业及其他不确定因素都会干扰正常施工计划的实施，降低轨行区资源的利用效率[12]。传统的施工计划编制过程很大程度上依赖人为判断，难以做出客观全面的统计分析[13]。在各个施工计划的施工负责人、开行电客车或工程车、作业时间、作业区域、用电区域、地线要求等要素存在冲突时，本系统能自动进行检查和判断。

3.1.2 冲突检测规则

在施工组织过程中涉及到的冲突主要为“人、车、电”3 要素，为避免3 要素在时间或空间上出现冲突，本文建立了施工类别冲突检测规则及供电分区冲突检测规则，分别如表2 和表3 所示。

表2 施工类别冲突检测规则

表3 供电分区冲突检测规则

3.1.3 冲突检测流程

利用上述冲突检测规则自动对各类别的施工计划进行多维度的冲突检测。具体检测流程如图4 所示。

图4 冲突检测流程

冲突检测结束后，对检测出的冲突进行分类并给出冲突提示，如图5 所示；将冲突区域以图形化的形式展现，如图6 所示。

图5 冲突检测列表

图6 冲突区域提示

本系统通过自动化的冲突检测方法替代人工，实现施工资源冲突的提示，有效提高了计划生成效率，减少由人工判断带来的安全隐患。

3.2 自动请销点管理技术

传统的请销点管理由于登记、工器具检查等前置工作造成的等待时间过长等情况，易造成时间和资源的浪费[14]。本文可自动执行施工负责人信息校验，接收、存储和智能排列施工计划，自动调整和协调施工计划，实时汇总施工状态，以及自动检测并纠正施工错误，确保相关人员与施工计划相符，解决排队登记、施工人员多次出入行车重地、多个施工在同一车站、长大区间人员往返车站耗时长等多个问题[15]。

自动请销点管理流程为：（1）自动判断区域出清条件；（2）施工负责人提前在移动终端App 上进行预登记，然后在现场通过扫码或人脸识别进行核验；（3）通过人脸识别进行进场人员管控，根据施工计划和资源许可，自动分配进场人员的数量和进场权限；（4）自动检测施工条件，如果施工条件满足，通过移动终端App 对施工负责人进行进场提醒，并提供施工指导和注意事项；如果施工条件不满足，通过移动终端App 对施工负责人推送暂停或取消施工的通知，并提供施工条件不满足的原因和建议；（5）自动检测施工资源，自动进行分批次授权。