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摘要：针对地铁运营线路土建结构管理中普遍存在巡检记录利用效率低、变形监测自动化程度及数据反馈及时性较低、各种基础数据缺乏整合的问题，本文探讨将土建结构概况、地质情况、变形监测情况、地保施工情况、病害情况、巡检情况等基础信息进行整合，建立地铁运营线路土建结构综合运维平台，提高土建结构设施的智慧化管理水平与故障应急处置效率。
关键词：地铁运营线路；土建结构；智慧运维；平台研究
1.研究背景
中央城市工作会议明确提出了“提升城市管理水平，着力打造智慧化信息化城市”的城市建设新方针，标志着我国城市建设和管理工作正从机械化、自动化、逐渐转向智慧化信息化。“智慧”将全面进入社会建设的各个领域，而作为基础公共配套设施的城市轨道交通也将全面步入智慧通道。如何打造智慧化的地铁土建结构综合运维平台，解决目前设备管理中存在的痛点、难点，找到比现有的方法更加高效直接的运维管理手段，正是需要地铁人去考虑的事情。
目前，在地铁运营线路土建结构的维护管理中普遍存在的痛难点主要有：
1、结构日常养护依靠人力进行巡检、维修保养，纸质台账、图表、影像数据存储管理难度大且利用效率较低；
2、结构的主要监控手段为变形监测，目前主要采用人工监测，耗费大量人力且时效性不强，数据监控难度较大，同时对于重点设备的差异化、自动化监测投入不够；
3、建设施工、变形监测、地铁保护、后期维修的历史数据量庞大，各线路涉及不同的养护、监测单位，缺乏集工程结构概况、历史监测资料、地质情况、地表状态、地铁保护、结构维养履历于一体的综合的土建设施智慧化监控管理平台。
2.国内研究现状
城市轨道交通土建基础设施的运维管理有着较大的社会效益及广阔的应用前景，国内目前很多生产单位、厂商及高校已经开始对已投入运营的城市轨道交通的运维管理逐步增大了研发力度，在运营阶段对地铁结构健康监测研究中，2004年，相关研究者提出了在城市地铁建设过程中建立安全监测系统的必要性[1]。同年，南京地铁1号线下穿公路隧道区域安装了健康监测系统。刘涛等基于结构健康监测系统研究得出了一些成果[2]，自主研究设计了针对地铁建设的远程安全健康监测系统，并将此系统应用到实践中。另外，龚文等研究了隧道下穿既有运营隧道自动化监测预警系统[3]；李秋明等研究了基于GIS的运营隧道监测预警系统[4]；邓显威研究了自动监测系统在地铁运营隧道中的应用[5]。
上述大多数系统仅仅实现了相关的数据采集与展示功能，在智能化的数据采集和数据融合方面存在不足，同时面对海量的运维数据，缺乏利用大数据及人工智能等技术对数据进行深度挖掘。而本次研究将在此基础上致力于形成一套综合性强、用户体验好，可扩展性强，智能化程度高的城市轨道交通土建基础设施综合运维平台，提高结构设施的智慧化管理水平与故障应急处置效率。下面就平台的建设要点展开阐述。
3.建立运营线网土建结构GIS地图
利用GIS技术建立运营线网土建结构GIS地图，利用公共点进行模型的拼接实现坐标统一并保证GIS运营线路图层位置精度，为城市轨道交通土建基础设施智慧运维管理提供支撑。
4.搭建结构基础信息数据库
规范化、系统化地收集运营线网桥梁隧道所有图纸及其他基础信息，搭建结构基础信息数据库，内容主要包括：结构形式、隧道埋深、地质情况、沿线地保项目情况、结构历史病害等。将相关信息与土建结构GIS地图相融合，实现能在GIS地图上选点快速查阅结构形式、埋深、地质条件等信息。
5.常规变形监测数据分析与应用
目前地铁运营常规变形监测输出成果主要是监测数据Excel表格及监测报告。
只能反映是否存在超限的测点，不能直观看到隧道的整体变化趋势，数据利用率低；当需要查阅某个监测点的历史数据时，只能通过以往的数据表格，一步步搜索汇总，速度慢效率低。
在平台中按照现有的监测成果Excel表格作为导入模板，将线网内自运营起所有的变形监测数据导入。通过系统的数据处理，实现在GIS地图上的数据展示分析功能，既能反馈单次变形监测中整条隧道的的整体变形曲线，也可以选取某个异常测点，输出其在一个时间段内的历史数据记录和变化曲线图。对技术人员判断隧道整体状态及变化趋势，以及查阅以往数据有很大的帮助。
6.地保监测数据联动与自动预警
对地铁隧道、车站结构影响较大的外部施工项目通常采取第三方地保监测，目前这些监测数据均由第三方监测单位按指定的频率进行采集，并经过处理后按照指定的模板报送，存在第三方监测单位数据造假、以及数据反馈不及时性的问题。
研究利用测量机器人、静力水准系统、光纤、无线传感器网络、三维激光扫描仪、无人机及视频监控等技术设备进行数据的自动化、智能化获取，通讯协议能适用市场主流隧道监测仪器设备。实现地铁保护项目监测数据自动实时上传，避免人工处理可能出现的数据造假问题，并提高数据反馈及时性。平台设置有报警功能，有异常或超过相应分级预警阈值，可通过系统弹窗、电子邮件及手机短信等方式发出预警通知，第一时间告知管理人员，为现场确认及应急处置争取宝贵的时间。
7.设备巡检系统开发与数据接入
目前桥梁隧道结构巡检的记录主要还是以纸质巡检记录本及现场图片为主。针对渗漏水、结构裂缝等病害，不能快速、准确地查阅其之前的故障记录和处理记录，通过翻阅纸质记录台账来查找效率低下。研究开发结构巡检手机软件，通过在手机软件上创建故障点，记录其里程坐标及具体隧道点位，可自动对应至GIS地图上显示，后续针对该点的巡检记录及整改情况都能够有效记录，实现故障跟踪和历史查询，方便故障历史追溯，提高设备管理水平。
8.沿线施工项目管控与地保巡线管理
地铁沿线施工往往威胁着地铁结构安全，因此对沿线施工项目进行有效巡视和管控是地铁结构及运营安全的重要保障。为了掌握沿线施工项目情况，本研究将所有运营线路沿线的施工项目信息进行收集整合，并能在GIS地图上同时显示全线网所有在控及已结案的项目，不同影响等级的项目用颜色区分，能够按照“在控/已结案”、“影响等级”、“线路”进行筛选。鼠标悬停在项目图标时可预览项目基本信息，点击项目图标进入可以查看项目的详细资料。
为了方便掌握地保巡视情况，平台能够在GIS地图上实时显示巡线人员位置，并能调取巡线人员的历史巡线轨迹。手机客户端能够查看准确的保护区边线及结构边线，并具备定位功能，方便现场巡检及判断位置关系。
9.结语
本研究建立土建基础设施智慧运维平台，打造地铁运营现网的土建基础设施综合数据库（包括结构情况、地质信息、变形监测数据、地保项目情况等），并能在GIS地图上展示分析数据；地铁保护项目监测数据自动实时上传，并实现超限自动报警功能；最终可通过网页端/手机app端实时查询任意区段地质情况、监测数据、地保施工情况、病害情况、巡检情况等。在此基础上利用大数据和人工智能技术进行海量城市轨道交通土建基础设施运维数据的深度挖掘，为城市轨道交通土建基础设施的运营和维护提供意见和建议，实现土建结构智慧运维管理。
参考文献：
[1]马开明. 地铁运营安全的风险评估与管理[D]. 长沙:湖南大学, 2010.
[2]刘涛,刘国彬. 轨道交通建设远程监控管理系统研究[J]. 现代城市轨道交通, 2005(6): 30.
[3]龚文, 邹伟彪. 盾构隧道下穿既有运营隧道的监测分析[J]. 住宅与房地产, 2017(26): 147.
[4]李秋明, 郑艳, 李鹏飞, 等. 基于GIS 的运营隧道监测预警系统[J]. 铁路计算机应用, 2012, 21(5): 44.
[5] 邓显威. 自动监测系统在地铁运营隧道中的应用[J].建筑安全, 2012, 27(7): 70.