谢昭瑞 | 国家级城市道路塌陷风险管理平台设计与开发

近年来中国城市道路塌陷事故频发，给人民生命财产安全带来重大损失，例如2020年西宁市发生“1·13”路面塌陷重大灾难事故^[1]，造成10人遇难、17人受伤。党和国家领导人多次做出重要指示批示，要求以人民为中心，高度重视路面塌陷问题，对类似事故做系统分析，提出针对性举措，指导各地积极落实防控工作，切实保障人民群众生命安全。2019年，习近平总书记强调“要健全风险防范化解机制，坚持从源头上防范化解重大安全风险，加强风险评估和监测预警，实施精准治理”^[2]。2020年，《住房和城乡建设部关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》(建城〔2020〕111号)印发^[3]，明确提出重视城市道路塌陷事故频发的问题，强调健全设施建设协调机制、减少安全隐患及事故、提升城市安全韧性。因此，城市道路塌陷治理已成为国家统筹安全与发展工作的重要事项，从国家层面开展城市道路塌陷风险管理平台的设计与开发工作是构建城市道路塌陷防控体系的重要支撑之一。

现阶段城市道路塌陷风险防控技术已取得许多研究成果。1)塌陷事故成因方面，陈雨昂 等^[4]基于2014—2018年中国城市道路塌陷事故数据，系统分析了事故发生的时空分布规律，得出塌陷事故最主要的直接原因为地下管道破损、降雨和施工。2)标准化研究方面，苏鹏^[5]深入分析了中国城市道路塌陷病害探测标准体系发展历程，提出城市道路塌陷标准化工作的开展思路。3)病害隐患检测技术方面，探地雷达方法^[6]因具有高精度、高效率等优点得到了广泛应用。安关峰 等^[7]系统总结了城市道路塌陷的原因和防控技术，编制了《城市道路塌陷灾害防控技术指南》。4)系统平台构建方面，钟镇声 等^[8]系统介绍了广州市城市道路塌陷风险分析评估系统的开发，用于指导广州市中心城区市管道路塌陷风险防控工作。聚焦预防排水管网破损等引起城市道路塌陷重大安全事故，深圳市率先建成“城市道路及排水管网安全监测系统”，实现风险快速精准定位、及时预警处理防范^[9]。聚焦路面塌陷的痛点难点，依托城市信息模型(City Information Modeling, CIM)平台三维数据底座，杭州市搭建了城市地下隐患智防系统^[10]。

总结现有城市道路塌陷风险管理研究，部分研究工作取得了较好进展，但仍以城市层面为主，国家层面仍存在管控技术手段相对缺乏、风险数据获取不及时、信息化程度相对滞后、管理效率和水平低等突出问题。基于此，本文提出以城市道路塌陷治理为核心，面向国家层面管理需求，统筹考虑国家、城市两级平台衔接，开发构建国家级城市道路塌陷风险管理平台(以下简称“国家级平台”)。该平台从国家对城市道路塌陷治理的管控需求出发，汇集各地城市道路塌陷历史事故、全国实时降水预测、地质条件、地下工程规模、各城市道路塌陷隐患探测结果、塌陷预警信息等多源数据，基于指标计算实现区域道路塌陷风险等级研判，同时实现对行业主管部门的风险上报和对城市级平台的任务下发，从而有效提高国家对城市道路塌陷风险的管理与防控效率。

从国家层面开展城市道路塌陷治理工作，在遵循提前预警、提前处置的原则下，进一步健全风险防控机制，实现源头防范、监测预警和精准治理，是当前城市道路塌陷风险管理的迫切需求。由于缺少对各城市道路塌陷的监管手段和措施，无法及时掌握塌陷事故数据，国家层面对城市道路塌陷的管理仍以事后处置为主。因此，需要建立国家级集成平台，以及时掌握城市道路塌陷隐患探测、监测、预警、事故、处置等关键信息，提高对城市道路塌陷风险的监管能力。

国家级平台是面向国家建设管理部门服务的平台系统，平台用户主要为住房城乡建设部及相关管理单位的管理人员。国家级平台的核心业务功能是与城市级平台实现数据传输与联动，完成城市道路塌陷事故数据、风险预警数据的动态及时上传。因此，平台应定位为全国性的管理型平台，通过构建风险知情、风险管控、决策支撑的应用体系，实现对全国城市道路塌陷事故案例数据的全面汇总，以及对城市道路塌陷风险情况的及时掌握和管控督导。

根据平台总体定位，以构建国家—城市两级平台联动体系为核心目标，对平台开展总体架构设计。平台总体架构由传输层、数据层、计算层、应用层4层结构构成(见图1)。总体架构设计充分考虑国家、城市两级平台的联动需求，保证两级平台间组织关系顺畅和有效联动。

图1 国家级城市道路塌陷风险管理平台总体架构

1）传输层。通过公网加密形式进行数据的安全传输。

2）数据层。主要包括事故分布、事故详情、事故损失、事故成因等塌陷事故类数据，隐患分布、风险点位和预警信息等风险预警类数据，全国尺度的历史降水、降水预测、土质分区、工程设施密度等决策支撑类数据，以及政策法规、标准规范、行业资讯等资源资讯类数据。

3）计算层。主要包括基础数据标准化处理、空间数据转化算法、地理空间计算算法和区域风险研判算法等。

4）应用层。满足行业主管部门应用需求，构建风险知情、风险管控、决策支撑3个功能模块。

国家级平台通过所构建的安全可靠的数据传输接口与安全协议将城市级道路塌陷预警防控平台(以下简称“城市级平台”)、全国气象数据平台、统计数据与静态信息数据进行传输，经过数据清洗与预处理、标准化、地理空间转化、挖掘与解析等基础数据处理算法，与基础地理空间数据进行融合匹配，形成平台核心数据资源中心(见图2)。

图2 国家级城市道路塌陷风险管理平台数据架构

1）塌陷事故数据。

由全国范围内历史事故采集数据与城市级平台事故上报数据构成。数据内容包括道路塌陷事故的省份、城市、时间、所在道路、位置信息、尺寸信息(含塌陷面积、长度、宽度、深度)、致死与受伤人数、车辆受损数、事故原因以及事故说明等。

2）风险预警数据。

由城市级平台上传的道路塌陷病害识别结果与风险预警信息构成。数据内容包括风险预警所在省份、城市、道路名称、病害分类、病害尺寸信息、预警分类、预警时间、病害空间位置、处置建议等。

3）决策支撑数据。

由道路塌陷相关性统计分析数据构成。数据内容包括历史降水分布、降水预测、土质分区、相关设施建设规模与密度等数据。

4）资源资讯数据。

数据内容包括城市道路塌陷治理领域相关法律、法规、规章、规范性文件(管理政策、应急预案等)、标准规范、行业资讯等。

根据数据类别、内容及特征属性的不同，上述核心数据资源分别对平台的风险知情、风险管控、决策支撑3个模块的具体应用功能进行支撑，形成对应数据分析结果呈现给平台用户。

紧密结合行业主管部门的管理职能，平台侧重于城市道路塌陷总体状况监测与研判、重大区域风险提示、国家层面的防控决策支撑等方面的功能需求。平台功能架构由风险知情、风险管控、决策支撑3个功能模块构成，包含13项具体功能(见图3)。

图3 国家级城市道路塌陷风险管理平台功能架构

1）风险知情模块。

导致城市道路塌陷的主要因素包括管线渗漏、季节降雨、地下施工干扰、城市地质条件等，通过全面掌握和监测各城市既有塌陷事故分布、城市降水分布、土壤土质分区、道路及管网设施密度等要素状况，风险知情模块可满足行业主管部门对全国道路塌陷的风险知情需求。

2）风险管控模块。

及时掌握和管理各城市的塌陷隐患、塌陷预警等信息；基于风险知情模块的各项风险因素数据，通过区域风险研判算法对全国城市道路塌陷风险进行分级管控；通过各城市上报的塌陷事故数据、历史塌陷事故数据、实时的区域风险分级等进行自动统计汇总，形成报表供决策参考；在国家级平台中嵌入城市探测数据的智能快速识别系统，为尚无法建设防控平台的城市提供隐患的快速识别与诊断。

3）决策支撑模块。

基于风险管控模块中对全国城市的风险研判结果，对不同风险城市提出差异化道路塌陷防控要求，完成国家对各城市执行重点任务的督导；同时根据平台内接入的全国未来降水预测数据、历史塌陷事故情况，综合研判土质及地下工程规模等因素，形成每日风险信息快报，并及时发送行业主管部门；针对突发性情况，平台设置应急现场接入功能，形成与城市的及时联动，提升防控和应急效率；提供城市道路塌陷领域的政策法规、标准规范、行业资讯等行业资源资讯查询功能，为推动全国开展城市道路塌陷治理工作提供支撑。

平台软件采用Java语言，JDK1.8开发环境，基于IntelliJIDEA2018.3.2进行开发。图形界面采用Vue2.0，数据库服务基于PostgreSQL开发，软件绘图采用ECharts，并采用分层架构设计实现整体功能模块开发。

根据平台整体数据资源、用户访问、系统运行及开发规模等要求，平台实际部署所需的软件和硬件基础环境如表1所示。

表1 国家级城市道路塌陷风险管理平台开发软硬件环境要求

1）塌陷事故分布。

基于全国事故案例库收集汇总，掌握全国城市级、省级城市道路塌陷事故分布(见图4)。城市内塌陷事故详细信息包括塌陷数量、面积、宽度、长度、深度，致死人数、致伤人数、事故车辆数量等。

图4 风险知情模块塌陷事故分布功能界面

2）降水分布与预测。

利用2000年至今全国各城市降水量数据以及各城市未来30天降水预测数据(每日更新)，该功能可对全国的降水分布按日期进行统计和预测(见图5)，作为对全国各区域风险等级研判的重要指标之一。

图5 风险知情模块降水分布功能界面

3）土壤土质分区。

在一定环境因素下，土质条件是城市道路塌陷的致塌因素之一。一般而言，砂土、粉砂土含量越高，塌陷风险越高；黏土含量越高，塌陷风险越低。该功能集成全国各城市的粉砂土、砂土、黏土含量3项数据指标进行统计汇总，各城市在具体指标上区分了最大值、最小值和平均值，实现了对各城市土质条件的全面掌握(见图6)。

图6 风险知情模块土壤土质分区功能界面

4）设施建设密度。

城市道路、管线、在建地下工程等设施是城市道路塌陷的主要依附条件。该功能可以实现对全国城市级、省级排水管道密度、地下管廊规模、建成区道路网密度、在建及规划城市轨道交通线网规模等重点设施指标进行统计分析(见图7)，作为平台对城市道路塌陷风险知情的因素之一。

图7 风险知情模块设施建设密度功能界面

1）塌陷隐患管理。

该功能体现国家级平台与城市级平台的数据联动设计，可接收各城市级平台上报的塌陷隐患探测靶区识别结果数据，实现对各城市道路级塌陷隐患的管控(见图8)。

图8 风险管控模块塌陷隐患管理功能界面

2）塌陷预警信息。

该功能体现国家级平台与城市级平台的数据联动设计，可接收由城市级平台上报的塌陷风险预警数据，实现对各城市道路点位级塌陷风险预警的管控(见图9)。

图9 风险管控模块塌陷预警信息功能界面

3）区域风险研判。

该功能重点基于风险知情模块的各项指标数据和致塌因素的影响权重，结合城市的降水预测数据，对各城市未来的区域风险等级进行划分，实现对区域道路塌陷风险的研判(见图10)。

图10 风险管控模块区域风险研判功能界面

4）自动报表统计。

该功能主要基于平台掌握的各项历史数据、更新数据等信息进行定期的自动统计，形成直观的报表，同时可提供PDF格式文件下载(见图11)，实现对全国各城市道路塌陷事故、隐患风险、预警信息等更为综合、直观的管理。

图11 风险管控模块自动报表统计功能界面

5）病害智能识别。

通过集成城市道路地下病害体智能识别相关算法和系统，实现对城市雷达探测原始数据的快速、智能化识别，便于国家和城市对道路塌陷隐患病害的快速掌握，为后续防控、决策工作提供更加充足的响应时间。

1）重点任务下发。

基于对全国各城市道路塌陷风险的等级划分，该功能可提出分级差异化防控指南要求，同时具备对各城市布置工作任务以及对即将到期的工作任务、已逾期工作任务进行提醒等功能(见图12)。

图12 决策支撑模块重点任务下发功能界面

2）风险信息上报。

基于全国未来降水预测数据、历史塌陷事故数据，该功能综合研判城市土质和地下工程规模等因素，形成每日风险信息快报，并及时上报行业主管部门供决策参考(见图13)。

图13 决策支撑模块风险信息上报功能界面

3）应急现场接入。

该功能重点实现平台与现场的快速连线功能，提高应急处置效率和决策效率。

4）行业资源资讯。

该功能重点汇总整理城市道路塌陷领域方面的政策法规、标准规范、行业资讯等相关文件和内容，形成可供广大从业者、管理者查阅的资讯服务(见图14)。

图14 决策支撑模块行业资源资讯功能界面

针对当前城市道路塌陷事故频发问题，面向国家对城市道路塌陷治理的管控需求，设计并开发了国家级城市道路塌陷风险管理平台，研发了包括风险知情、风险管控、决策支撑3个功能模块共计13项功能。首次实现了各城市道路塌陷事故案例库的标准统一和多源致塌风险数据集成，实时接入城市级平台塌陷隐患数据及预警数据等，并通过区域风险研判功能实现对城市道路塌陷风险的防控任务指导，风险信息及时上报功能也有效提高了行业主管部门决策和应急效率水平。现阶段接入的城市级平台数量有限，仅实时接入了北京、上海等综合示范城市的雷达探测数据及预警数据，未来可结合各城市级平台建设、各城市道路塌陷病害探测等工作，进一步丰富和完善平台数据体系，提升平台对全国城市道路塌陷风险的管理水平。

《城市交通》2025年第1期刊载文章

作者：谢昭瑞，王芮，赵一新，

王森，黎晴，刘乃钰