軌道交通建設(shè)遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)研究摘要：介紹了軌道交通建設(shè)遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的組成和功能，提出了一種基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)管理模式。工程實例證明該管理系統(tǒng)能提高建設(shè)管理水平，對其它工程項目管理也有很好的借鑒意義。關(guān)鍵詞：軌道交通；遠程監(jiān)控；管理系統(tǒng)；信息化1前言 龐大而復雜的軌道交通建設(shè)工程因其地質(zhì)條件復雜、施工困難、設(shè)計計算理論尚不完善，建設(shè)過程中會出現(xiàn)工程進度難以把握、工程質(zhì)量難以保證、工程風險難以控制的情況；而為確保工程安全進行的施工監(jiān)測由于條件限制，使得花費大量的人力物力獲得的數(shù)據(jù)得不到充分利用，工程事故仍然不斷。另一方面，由于軌道交通工程規(guī)模龐大，各種數(shù)據(jù)浩如煙海，全面及時地了解這些信息對建設(shè)管理單位控制投資、保證工程質(zhì)量和施工安全具有重要意義。軌道交通工程遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)正是基于目前存在的這些問題，運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的工程管理信息平臺，實現(xiàn)快速而準確地獲得各種數(shù)據(jù)和信息，隨時了解工程動態(tài)和進展，方便快捷地查詢歷史資料以及工程結(jié)束后資料整理、歸檔、利用等工作。2遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)2.1系統(tǒng)的組成與功能該系統(tǒng)由５個部分組成：車站遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、隧道遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)遠程辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)、自動監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示。需要說明的是自動監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)需要嵌入車站或隧道遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)中運行的。自動監(jiān)測系統(tǒng)與自動監(jiān)測儀器一起構(gòu)成了完整的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、傳輸、查詢、分析、預警網(wǎng)絡(luò)，全過程無人工干預，確保數(shù)據(jù)的實時、真實可靠，通過網(wǎng)絡(luò)通訊和無線通信技術(shù)，能隨時隨地了解工地實時狀況，保證工程數(shù)據(jù)的及時處理，在工程出現(xiàn)問題的第一時間發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，保障工程的安全進行。
遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)管理系統(tǒng)下工程信息傳遞和交流存在的問題，如：信息內(nèi)容的缺失、信息扭曲、信息傳遞的延誤等，實現(xiàn)了工程信息存儲的數(shù)字化和相對集中化、信息整理和變換的程序化、信息傳輸?shù)臄?shù)字化、信息獲取的便捷和信息透明度的提高等。具體來說，整套系統(tǒng)可以把監(jiān)測、監(jiān)理、施工相關(guān)的各種數(shù)據(jù)和信息實時地上傳、匯總、整理、分析，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常情況進行多種形式的自動判定、報警；監(jiān)控者隨時隨地通過視頻技術(shù)直觀地了解現(xiàn)場的施工及進展狀況（圖2）；同時該系列軟件還可以實現(xiàn)對工程文檔、進度數(shù)據(jù)、工程合同等工程相關(guān)信息的采集和匯總。由于本系統(tǒng)中發(fā)展了Internet網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控的新技術(shù)，實現(xiàn)了多點對多點的數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制；使得監(jiān)控中心多點化、低成本任意位置移動。管理者、專家組只要可以上網(wǎng)，足不出戶，即可通過該系統(tǒng)收集所有監(jiān)控數(shù)據(jù)，了解現(xiàn)場情況，同時由于各種工程資料的電子化，施工結(jié)束后資料的整理、歸檔、利用問題也迎刃而解，科研部門亦可以利用該系統(tǒng)進行科研工作，積累經(jīng)驗，進一步提高軌道交通的建設(shè)水平。2.2基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的管理模式 基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)管理模式（圖3）的核心內(nèi)容是，通過遠程監(jiān)控管理預警系統(tǒng)對項目實施全過程中項目參與各方產(chǎn)生的信息和知識進行集中式管理的基礎(chǔ)上，為項目的參與各方在Internet平臺上提供一個獲取個性化項目信息的便捷入口，從而為項目的參與各方提供一個高效率信息交流和共同工作的環(huán)境，實現(xiàn)軌道交通工程的工期、質(zhì)量和成本的控制。 在基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)工程管理模式中，根據(jù)各自職能的不同，我們將項目的參與各方分為３個部分： 工地現(xiàn)場部門、管理部門、專家部門。工地現(xiàn)場部門包括施工、監(jiān)理、監(jiān)測等單位。由于這些單位每天直接面對工程現(xiàn)場，其最大優(yōu)勢在于信息優(yōu)勢，因此我們要求在遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)與工程現(xiàn)場信息的及時同步共享。 為了充分發(fā)揮專家的技術(shù)優(yōu)勢，以服務于軌道交通建設(shè)，按日常監(jiān)控和緊急事件處理將專家部門分為兩級：監(jiān)控中心和專家組。監(jiān)控中心負責日常的工作，對上傳至中央數(shù)據(jù)庫的各種信息進行專業(yè)分析，提出安全評價意見，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患、施工現(xiàn)場的各種不規(guī)范施工行為等，匯總為日報、周報提交管理部門，為管理部門的決策提供依據(jù)。專家組則在遇到重大險情、重大工程事故時啟動，為管理部門處理險情、事故提供專業(yè)意見。專家部門是整個管理系統(tǒng)的關(guān)鍵，要真正達到高效科學的管理，必須保證專家部門的正常運轉(zhuǎn)。 管理部門在工程建設(shè)管理中掌握著所有資源和信息調(diào)配的權(quán)力，是工程建設(shè)中的決策部門。基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)管理系統(tǒng)保證了工地現(xiàn)場信息的及時可靠性和專家意見的科學性，從而確保了管理部門決策的正確性。3遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用 遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)于2000年7月份在藍村路站試運行，測試取得成功后，于2001年8月中旬，在明珠線二期（4號線）各個車站先后安裝，開始實施遠程監(jiān)控管理。目前遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在軌道交通1號線北延伸（共和新路線）、軌道交通6號線、軌道交通8號線中得到了全面的推廣應用。全部的車站和大部分區(qū)間隧道都安裝了遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在使用過程中發(fā)現(xiàn)險情多起，確保了軌道交通建設(shè)工程的安全、質(zhì)量和進度。更為重要的是，將絕大多數(shù)的安全隱患處理在了萌芽狀態(tài)，凡是實施遠程監(jiān)控管理并安裝了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工地，沒有發(fā)生一起工程事故。取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。下邊將幾個典型的工程實例介紹一下。3.1實例一，某車站基坑工程 該車站標準段基坑挖深為10m，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻。采用3道φ609鋼支撐。 在標準段開挖到C04點所在位置之前，每天數(shù)據(jù)的變化范圍和變化速率均在允許值范圍內(nèi)，其中測斜點C04、C05的最大變形值基本在2mm/天左右。2001年9月18日地下墻開始出現(xiàn)明顯的“踢腳”現(xiàn)象，但最大變形量仍然不超過5mm/天。9月19日，測斜點C04、C05附近開挖到離基坑底1.8m時未出現(xiàn)明顯異常，挖除最后的1.8m后，在9月20日測斜點C04、C05的測斜的變化速率突然明顯增大呈加速趨勢，最大變形速率分別為16.58mm/天、14.24mm/天。同時，在C04點附近的房屋沉降觀測點F45的沉降從每天1～2mm左右增加到每天12mm，總沉降量已經(jīng)達66mm，房屋出現(xiàn)開裂，坑底立柱上浮達133mm。測斜變化情況如圖4所示。 因為總變形值超過警戒值，并且總變形速度呈明顯加速趨勢，如果繼續(xù)施工必將出現(xiàn)工程事故。遠程監(jiān)控的專家部門9月18日開始密切關(guān)注該車站C04、C05附近的變形情況，9月20日及時地發(fā)現(xiàn)了險情，之后，立即將險情上報管理部門，管理部門當天即令現(xiàn)場停工處理。在停工期間地下墻的變形仍在以每天最大2mm的速度發(fā)展，情況如圖5所示。專家部門在發(fā)生險情當天馬上研究產(chǎn)生險情的原因，尋找解決方法。 因為該基坑變形具有如下幾個特征：①突然發(fā)生較大變形；②坑底發(fā)生較大隆起，而坑底隆起的發(fā)生也具有突然性；③“踢腳”突然明顯地加劇發(fā)展。所以，初步斷定是因為承壓水水頭過大引起的可能性較大。另外，經(jīng)計算，該車站的基坑抗隆起安全系數(shù)Ks只有1.73，也偏小，可能也是造成“踢腳”的另一個原因。 專家部門過研究決定：增加真空井點，降低坑底的承壓水水頭。先在出現(xiàn)問題測點附近的端頭井三側(cè)打設(shè)３個井點。自9月25日采取真空井點降水之后，地下墻的測斜變形逐漸停止（未進行挖土施工）。至 10月11日基坑的隆起下降了40mm，證明承壓水頭有明顯下降，險情得到基本控制，所采取的措施達到了預期效果，10月11日恢復正常施工。自采取措施施工后，基坑變形日趨正常，保障了施工的正常進行及周邊環(huán)境的安全。3.2實例2，某軌道交通區(qū)間隧道的保護 上海某地下立交工程基坑位置騎跨于運營的軌道交通２號線上方，基坑底部距離軌道交通隧道的最近距離僅2.8m基坑開挖必然引起軌道交通隧道的上抬變形。根據(jù)上海市軌道交通保護條例規(guī)定，軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對沉降值及水平位移量≤20mm。該工程采用了遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，其中隧道沉降監(jiān)測采用了自動監(jiān)測系統(tǒng)（圖6）。 隧道主體結(jié)構(gòu)沉降自動監(jiān)測采用電容感應式靜力水準儀，該儀器依據(jù)連通管原理的方法，測量每個測點容器內(nèi)容器底面安裝高程與液面的相對變化，再通過計算求得各點相對于基點的相對沉降量。自動監(jiān)測頻率為：在基坑施工期間每10min測一次；施工間歇期內(nèi)每30min一次。專家組利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，為管理者提供決策依據(jù)，從而不斷優(yōu)化施工參數(shù)，最終達到保證了軌道交通２號線的正常運營，控制了工程質(zhì)量、進度和成本。4遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的完善 軌道交通建設(shè)遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在上海軌道交通建設(shè)的實踐中取得了良好的效果，但是還需要從以下兩方面來完善。 （1）組織制度上。現(xiàn)行的工程現(xiàn)場信息的采集和錄入多采用人工操作，相比自動監(jiān)測而言，信息的完整性和及時性存在一定問題。由于這些信息是專家分析和管理決策的基礎(chǔ)，因此，必須從制度上保證傳輸?shù)男畔⒓皶r可靠。 （2）技術(shù)上。進一步加強計算機專家預警系統(tǒng)的研發(fā)。專家預警系統(tǒng)包括工程數(shù)據(jù)庫、專家知識庫、安全評估模式、專家建議庫等。由于工程數(shù)據(jù)樣本每天都在增加，因此預警系統(tǒng)的預測準確性也日益增大。另外，隨著3G手機時代的到來，建立以無線通信技術(shù)為平臺的遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工程信息、專家知識的共享，也將極大地方便工程管理和提高管理水平。
遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)管理系統(tǒng)下工程信息傳遞和交流存在的問題，如：信息內(nèi)容的缺失、信息扭曲、信息傳遞的延誤等，實現(xiàn)了工程信息存儲的數(shù)字化和相對集中化、信息整理和變換的程序化、信息傳輸?shù)臄?shù)字化、信息獲取的便捷和信息透明度的提高等。具體來說，整套系統(tǒng)可以把監(jiān)測、監(jiān)理、施工相關(guān)的各種數(shù)據(jù)和信息實時地上傳、匯總、整理、分析，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常情況進行多種形式的自動判定、報警；監(jiān)控者隨時隨地通過視頻技術(shù)直觀地了解現(xiàn)場的施工及進展狀況（圖2）；同時該系列軟件還可以實現(xiàn)對工程文檔、進度數(shù)據(jù)、工程合同等工程相關(guān)信息的采集和匯總。由于本系統(tǒng)中發(fā)展了Internet網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控的新技術(shù)，實現(xiàn)了多點對多點的數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制；使得監(jiān)控中心多點化、低成本任意位置移動。管理者、專家組只要可以上網(wǎng)，足不出戶，即可通過該系統(tǒng)收集所有監(jiān)控數(shù)據(jù)，了解現(xiàn)場情況，同時由于各種工程資料的電子化，施工結(jié)束后資料的整理、歸檔、利用問題也迎刃而解，科研部門亦可以利用該系統(tǒng)進行科研工作，積累經(jīng)驗，進一步提高軌道交通的建設(shè)水平。2.2基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的管理模式 基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)管理模式（圖3）的核心內(nèi)容是，通過遠程監(jiān)控管理預警系統(tǒng)對項目實施全過程中項目參與各方產(chǎn)生的信息和知識進行集中式管理的基礎(chǔ)上，為項目的參與各方在Internet平臺上提供一個獲取個性化項目信息的便捷入口，從而為項目的參與各方提供一個高效率信息交流和共同工作的環(huán)境，實現(xiàn)軌道交通工程的工期、質(zhì)量和成本的控制。 在基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)工程管理模式中，根據(jù)各自職能的不同，我們將項目的參與各方分為３個部分： 工地現(xiàn)場部門、管理部門、專家部門。工地現(xiàn)場部門包括施工、監(jiān)理、監(jiān)測等單位。由于這些單位每天直接面對工程現(xiàn)場，其最大優(yōu)勢在于信息優(yōu)勢，因此我們要求在遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)與工程現(xiàn)場信息的及時同步共享。 為了充分發(fā)揮專家的技術(shù)優(yōu)勢，以服務于軌道交通建設(shè)，按日常監(jiān)控和緊急事件處理將專家部門分為兩級：監(jiān)控中心和專家組。監(jiān)控中心負責日常的工作，對上傳至中央數(shù)據(jù)庫的各種信息進行專業(yè)分析，提出安全評價意見，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患、施工現(xiàn)場的各種不規(guī)范施工行為等，匯總為日報、周報提交管理部門，為管理部門的決策提供依據(jù)。專家組則在遇到重大險情、重大工程事故時啟動，為管理部門處理險情、事故提供專業(yè)意見。專家部門是整個管理系統(tǒng)的關(guān)鍵，要真正達到高效科學的管理，必須保證專家部門的正常運轉(zhuǎn)。 管理部門在工程建設(shè)管理中掌握著所有資源和信息調(diào)配的權(quán)力，是工程建設(shè)中的決策部門。基于遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的軌道交通建設(shè)管理系統(tǒng)保證了工地現(xiàn)場信息的及時可靠性和專家意見的科學性，從而確保了管理部門決策的正確性。3遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用 遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)于2000年7月份在藍村路站試運行，測試取得成功后，于2001年8月中旬，在明珠線二期（4號線）各個車站先后安裝，開始實施遠程監(jiān)控管理。目前遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在軌道交通1號線北延伸（共和新路線）、軌道交通6號線、軌道交通8號線中得到了全面的推廣應用。全部的車站和大部分區(qū)間隧道都安裝了遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在使用過程中發(fā)現(xiàn)險情多起，確保了軌道交通建設(shè)工程的安全、質(zhì)量和進度。更為重要的是，將絕大多數(shù)的安全隱患處理在了萌芽狀態(tài)，凡是實施遠程監(jiān)控管理并安裝了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工地，沒有發(fā)生一起工程事故。取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。下邊將幾個典型的工程實例介紹一下。3.1實例一，某車站基坑工程 該車站標準段基坑挖深為10m，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻。采用3道φ609鋼支撐。 在標準段開挖到C04點所在位置之前，每天數(shù)據(jù)的變化范圍和變化速率均在允許值范圍內(nèi)，其中測斜點C04、C05的最大變形值基本在2mm/天左右。2001年9月18日地下墻開始出現(xiàn)明顯的“踢腳”現(xiàn)象，但最大變形量仍然不超過5mm/天。9月19日，測斜點C04、C05附近開挖到離基坑底1.8m時未出現(xiàn)明顯異常，挖除最后的1.8m后，在9月20日測斜點C04、C05的測斜的變化速率突然明顯增大呈加速趨勢，最大變形速率分別為16.58mm/天、14.24mm/天。同時，在C04點附近的房屋沉降觀測點F45的沉降從每天1～2mm左右增加到每天12mm，總沉降量已經(jīng)達66mm，房屋出現(xiàn)開裂，坑底立柱上浮達133mm。測斜變化情況如圖4所示。 因為總變形值超過警戒值，并且總變形速度呈明顯加速趨勢，如果繼續(xù)施工必將出現(xiàn)工程事故。遠程監(jiān)控的專家部門9月18日開始密切關(guān)注該車站C04、C05附近的變形情況，9月20日及時地發(fā)現(xiàn)了險情，之后，立即將險情上報管理部門，管理部門當天即令現(xiàn)場停工處理。在停工期間地下墻的變形仍在以每天最大2mm的速度發(fā)展，情況如圖5所示。專家部門在發(fā)生險情當天馬上研究產(chǎn)生險情的原因，尋找解決方法。 因為該基坑變形具有如下幾個特征：①突然發(fā)生較大變形；②坑底發(fā)生較大隆起，而坑底隆起的發(fā)生也具有突然性；③“踢腳”突然明顯地加劇發(fā)展。所以，初步斷定是因為承壓水水頭過大引起的可能性較大。另外，經(jīng)計算，該車站的基坑抗隆起安全系數(shù)Ks只有1.73，也偏小，可能也是造成“踢腳”的另一個原因。 專家部門過研究決定：增加真空井點，降低坑底的承壓水水頭。先在出現(xiàn)問題測點附近的端頭井三側(cè)打設(shè)３個井點。自9月25日采取真空井點降水之后，地下墻的測斜變形逐漸停止（未進行挖土施工）。至 10月11日基坑的隆起下降了40mm，證明承壓水頭有明顯下降，險情得到基本控制，所采取的措施達到了預期效果，10月11日恢復正常施工。自采取措施施工后，基坑變形日趨正常，保障了施工的正常進行及周邊環(huán)境的安全。3.2實例2，某軌道交通區(qū)間隧道的保護 上海某地下立交工程基坑位置騎跨于運營的軌道交通２號線上方，基坑底部距離軌道交通隧道的最近距離僅2.8m基坑開挖必然引起軌道交通隧道的上抬變形。根據(jù)上海市軌道交通保護條例規(guī)定，軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對沉降值及水平位移量≤20mm。該工程采用了遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，其中隧道沉降監(jiān)測采用了自動監(jiān)測系統(tǒng)（圖6）。 隧道主體結(jié)構(gòu)沉降自動監(jiān)測采用電容感應式靜力水準儀，該儀器依據(jù)連通管原理的方法，測量每個測點容器內(nèi)容器底面安裝高程與液面的相對變化，再通過計算求得各點相對于基點的相對沉降量。自動監(jiān)測頻率為：在基坑施工期間每10min測一次；施工間歇期內(nèi)每30min一次。專家組利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，為管理者提供決策依據(jù)，從而不斷優(yōu)化施工參數(shù)，最終達到保證了軌道交通２號線的正常運營，控制了工程質(zhì)量、進度和成本。4遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的完善 軌道交通建設(shè)遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在上海軌道交通建設(shè)的實踐中取得了良好的效果，但是還需要從以下兩方面來完善。 （1）組織制度上。現(xiàn)行的工程現(xiàn)場信息的采集和錄入多采用人工操作，相比自動監(jiān)測而言，信息的完整性和及時性存在一定問題。由于這些信息是專家分析和管理決策的基礎(chǔ)，因此，必須從制度上保證傳輸?shù)男畔⒓皶r可靠。 （2）技術(shù)上。進一步加強計算機專家預警系統(tǒng)的研發(fā)。專家預警系統(tǒng)包括工程數(shù)據(jù)庫、專家知識庫、安全評估模式、專家建議庫等。由于工程數(shù)據(jù)樣本每天都在增加，因此預警系統(tǒng)的預測準確性也日益增大。另外，隨著3G手機時代的到來，建立以無線通信技術(shù)為平臺的遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工程信息、專家知識的共享，也將極大地方便工程管理和提高管理水平。
