軌道交通建設遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)研究摘要：介紹了軌道交通建設遠程監(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)的軌道交通建設管理模式。工程實例證明該管理系統(tǒng)能提高建設管理水平，對其它工程項目管理也有很好的借鑒意義。關鍵詞：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工程因其地質條件復雜、施工困難、設計計算理論尚不完善，建設過程中會出現(xiàn)工程進度難以把握、工程質量難以保證、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管理單位控制投資、保證工程質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)庫技術以及網絡技術開發(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)、網絡遠程辦公系統(tǒng)、網絡視頻遠程監(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、預警網絡，全過程無人工干預，確保數(shù)據(jù)的實時、真實可靠，通過網絡通訊和無線通信技術，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信息的采集和匯總。由于本系統(tǒng)中發(fā)展了Internet網絡遠程監(jiān)控的新技術，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，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，積累經驗，進一步提高軌道交通的建設水平。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)的軌道交通建設管理模式（圖3）的核心內容是，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生的信息和知識進行集中式管理的基礎上，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)揮專家的技術優(yōu)勢，以服務于軌道交通建設，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。 管理部門在工程建設管理中掌握著所有資源和信息調配的權力，是工程建設中的決策部門。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工程的安全、質量和進度。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，圍護結構采用地下連續(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，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打設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，軌道交通結構設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）。 隧道主體結構沉降自動監(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 軌道交通建設遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在上海軌道交通建設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，因此，必須從制度上保證傳輸?shù)男畔⒓皶r可靠。 （2）技術上。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信息的采集和匯總。由于本系統(tǒng)中發(fā)展了Internet網絡遠程監(jiān)控的新技術，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，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，積累經驗，進一步提高軌道交通的建設水平。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)的軌道交通建設管理模式（圖3）的核心內容是，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生的信息和知識進行集中式管理的基礎上，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)揮專家的技術優(yōu)勢，以服務于軌道交通建設，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。 管理部門在工程建設管理中掌握著所有資源和信息調配的權力，是工程建設中的決策部門。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工程的安全、質量和進度。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，圍護結構采用地下連續(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，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打設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，軌道交通結構設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）。 隧道主體結構沉降自動監(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 軌道交通建設遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)在上海軌道交通建設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，因此，必須從制度上保證傳輸?shù)男畔⒓皶r可靠。 （2）技術上。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。
