鐵路橋梁質量管理信息系統的設計與實現

王明強

（神華甘泉鐵路有限責任公司，包頭 014030）

鐵路橋梁質量管理信息系統的設計與實現

王明強

（神華甘泉鐵路有限責任公司，包頭 014030）

傳統的鐵路橋梁質量管理方法不能滿足現代化的管理要求，為此設計一套方便高效的質量管理信息系統，使得鐵路工務部門能夠利用信息化網絡技術，及時、準確、動態地管理橋梁病害及險情，處理危害行車安全的重大橋梁隱患，提高鐵路橋梁質量管理水平，為鐵路橋梁養護維修工作提供參考。

信息系統；質量管理；工務；鐵路橋梁

傳統的鐵路橋梁質量管理流程是工作人員親自到現場進行檢養修，并以紙介質方式記錄檢養修情況，然后再通過人工錄入到計算機中。因此，檢養修受人為因素的影響，人工錄入數據量大，數據手工錄入過程中容易出錯；對于工作人員是否檢養修到位無法進行有效的管理，檢養修質量不能得到保障，橋梁的質量管理亦得不到保證，留下了安全隱患[1]。

為解決這些問題，利用智能手機、地理信息系統等先進的互聯網技術，研發了鐵路橋梁質量管理信息系統。系統實現對鐵路橋梁質量管理的數據采集網絡化、表格自動生成、自動化數據分析、動態提醒工作內容等，提高了鐵路橋梁質量管理的信息化水平，降低了橋梁質量管理工作的勞動強度，有利于及時掌控鐵路橋梁狀態技術。

1 系統總體架構

本系統總體架構如圖1所示，包括檢養修現場APP應用、數據中心遠程應用和管理端Web應用3個部分。現場作業人員在智能手機上安裝檢養修現場APP應用，采用照相、錄音錄像、文字等全媒體記錄方式，實現質量管理檢養修現場工作電子化記錄，并通過智能手機自帶的GPS功能記錄橋梁設備、病害、養修點位置以及工作軌跡，將所有數據保存在智能手機中[2]。現場作業人員通過移動互聯網或Wi-Fi網絡，將智能手機中的數據傳輸至數據中心服務器。數據中心遠程應用包括服務器和部署在服務器上的質量管理信息系統；質量管理信息系統對數據進行集中存儲管理、自動分析、生成標準化的報表等自動化操作，通過互聯網對外提供訪問服務。鐵路工務管理人員通過管理端Web應用遠程訪問質量信息系統，實現對鐵路橋梁質量的遠程管控。

2 質量管理工作流程

鐵路橋梁質量管理信息化過程主要包括4個環節：檢查、分析、計劃/作業和驗收，通過這4個環節，自動形成病害處置閉環流程，保障橋梁病害和安全隱患信息的公開、透明，并及時得到消除。4個環節之間的關系如圖2所示。

（1）檢查：檢查是獲取橋梁設備狀態信息的主要途徑，檢查結果是分析設備病害和編制維修計劃的主要依據。目前，按檢查方式的不同，對于橋梁設備的檢查分為周期檢查、春秋檢、水文觀測、臨時檢查、專項檢查、檢定與試驗。（2）分析：根據橋梁設備檢查出的信息，由工長和生產管理部門統一分析出設備病害和養修處理建議，為制定消除病害的養修計劃提供數據支撐。（3）計劃/作業：檢養修工區聯合在現場對病害的消除進行養修工作量調查，并結合分析給出的養修建議，自動匯總出養修工作量，并將春秋匯總結果安排到年養修計劃中，將每個月匯總結果安排到月養修計劃中。月計劃編制以年計劃為指導，而日計劃則是對月計劃的細分。通過對病害的閉環信息處置，可以算出計劃與完成量的比例。（4）驗收：作業驗收是指在養修作業結束后對橋梁養修作業質量進行檢查，根據橋梁養修的相關標準，對養修作業進行驗收。驗收包括工區自驗、車間驗收和工務段驗收，通過三級驗收的方式，保障發現的橋梁病害得到有效處理。

圖1 系統總體架構圖

圖2 檢養修工作流程圖

3 系統主要功能及實現

系統主要功能包括4個部分：檢養修現場APP應用、數據接口、質量管理數據庫和管理端Web應用，其主要功能組織如圖3所示。

3.1 主要功能

3.1.1 質量管理數據庫

數據庫及其管理是整個系統的數據中樞，其功能主要是為系統提供格式化數據、各類文件的存儲和管理。

系統采用穩定的商用數據庫工具，通過數據分組和分表技術，實現數據讀取的負載均衡，并能充分利用服務器多核處理優勢和磁盤硬件上的RAID(磁盤冗余陣列)支持，提高了數據讀取速率，解決大文件存儲限制問題[3]。同時，以數據庫服務器上的完全備份和差異備份為第1級備份，以遠程數據備份服務器上的壓縮備份為第2級備份，對所有數據進行雙層保護。

圖3 系統主要功能組織圖

3.1.2 數據接口

檢養修現場APP應用與服務器上的質量管理數據庫存在著大量的數據交互，且兩者基于不同的平臺進行開發編譯，數據接口設計是保證整個系統質量的關鍵點。數據接口方式如圖4所示。

圖4 數據接口

數據接口的設計根據接收數據類型的不同，采用兩套交互程序：HTTP服務和SOCKET服務。HTTP服務用于上傳下載文本、圖像和格式化數據，實現過程是通過運行在tomcat服務器端的servlet程序，獲得來自客戶端的POST請求，然后通過JDBC數據庫連接池，保存在質量管理數據庫中。SOCKET服務用于上傳下載較大的視頻文件，服務啟動后在服務器上打開并監聽相應的SOCKET端口，APP通過這個端口上傳下載文件。

3.1.3 系統業務主要功能

（1）GIS平臺：在Web應用中通過GIS地圖展示橋梁設備和檢查成果位置，設置信息熱點，可以分別查看熱點簡要信息和詳細信息；并能標注現場作業人員位置、回放現場作業人員出勤軌跡；在APP中利用GPS和GIS自動定位設備，給出作業提醒。

（2）出勤：在APP中單擊出勤后，可以自動獲取當天下發的作業任務，以對工作進行任務指導；通過智能手機的GPS定位信息和GIS地理位置信息，對現場作業人員進行自動化考勤；Web應用對作業現場上傳的考勤信息進行管理，進行考勤統計和生成考勤報告。

（3）檢查：APP對檢查內容進行現場全媒體記錄，記錄過程大部分采用標準化的選擇項，提高現場工作效率；Web應用對檢查內容進行綜合查詢，生成檢查匯總表和明細表。

（4）分析：在Web應用中，各級管理部門對檢查結果進行分析，并給出養修處理意見，為制定消除病害的養修計劃提供數據支撐。

（5）決策/計劃：在Web應用中制定橋梁設備養修計劃，包括年、月、日計劃；APP接收下發的工作計劃，在智能手機上查看，指導現場工作。

（6）評價/驗收：在Web應用中，依據鐵路橋隧建筑物修理規則對保養、維修質量進行評定評價，并對第三方檢測得出的橋梁結構技術狀況評價結果進行管理；APP可以對養修質量進行現場驗收，并進行電子化記錄。

（7）預測：在Web應用中通過表格和圖形化的方式，對病害類型、數量和量化指標趨勢進行分析預測，為制定養修計劃提供數據支撐，使得作業更加有針對性。

（8）臺賬：在Web應用中對橋梁設備臺賬進行管理，進行機構管界設備分配和設備分布情況統計；在APP端查看設備的歷史特征，以輔助準確記錄設備病害信息。

（9）消息：在Web和APP應用中，對質量管理工作的各個環節進行實時動態消息提醒，并能對每條消息進行跟蹤處理，通過信息流驅動各個環節的管理工作。

（10）專家知識庫：通過Web應用梳理專家輸入的知識條目，自動分詞提取關鍵詞，提供Web端和APP中的智能化查詢；并對鐵路橋梁病害進行歸類，形成統一規范的鐵路橋梁病害分類庫，方便進行標準化作業記錄。

（11）學習：在Web應用中實現學習小組管理，向Web和APP中推送鐵路橋梁質量管理相關知識，小組成員進行學習后提交學習心得和評論。

3.2 功能實現

檢養修現場APP應用利用Android開發技術以及標準數據交換協議，通過網絡服務接口，實現與服務器端Web應用系統的實時通信與信息交互。現場作業人員只要在智能手機上安裝此應用，獲取管理員下發的賬號，進行登錄即可使用全部功能。

管理端Web應用部署在數據中心的服務器上，采用.NET+SQL Server數據庫開發技術，并建立標準的網絡服務接口，實現與檢養修現場APP應用的數據通信。系統管理人員可以給不同層級管理部門分配權限，用戶在有網絡的地方即可用瀏覽器登錄系統進行使用。

4 創新點

（1）質量管理全程信息化：通過建立統一規范的鐵路橋梁病害分類庫，利用智能手機和移動互聯網技術，實現鐵路橋梁質量管理全程信息化的創新。

（2）實時數據共享：研發的移動終端APP實現了現場數據實時采集的功能，Web端實現數據管理，可進行數據實時共享，實現生產一線與管理層面的實時溝通與組織協調。

（3）質量信息專家庫：準確地定義各種病害現象的描述，詳細規定了病害輕重程度的量測準則以及各程度所對應的病害圖片，使檢查人員進行檢查時可以參考專家知識庫對病害進行更詳細的定義、判斷和描述，避免了詞不達意、描述混亂的現象，使檢查養護工作更加規范、科學。

（4）質量管理工作信息流：根據設備的檢查制度、設備損傷及其發展趨勢制定養修計劃，融入費用分析等研究成果，自動形成病害發現、分析、計劃、作業處置的閉環，強化了對現場問題的盯控管理力度，并且保證設備不漏查，對橋梁設備做到全項目檢查，確保無漏檢項目。

（5）智能終端技術：充分發揮了現有智能手機和移動互聯網技術，實現現場質量信息全方位采集，病害問題手機點擊選擇，提高記錄速度，減輕了檢查人員的工作量；檢查信息直接上傳電腦，每個檢查記錄和照片一一對應，省去了每天檢查記錄的電腦錄入工作，提高了病害整理效率。

（6）質量智能地理信息管理：利用GIS和GPS技術，在不增加任何工作量的情況下，建立質量地理信息系統，實現所有管理功能都可以在電子地圖上完成，也可以滿足現場檢查工作中的智能引導。

5 系統應用分析

甘泉鐵路南起包神鐵路萬水泉南站，經包頭市、巴彥淖爾市至中蒙邊境中方口岸甘其毛都,線路全長367 km，為國家Ⅰ級單線電氣化鐵路。為了對甘泉鐵路沿線橋梁設備的質量進行信息化管控，建立了以鐵路橋隧建筑物修理規則為依據、以使用方便為原則、以減少生產人工投入為目標研發了鐵路橋梁質量信息管理系統，對全線141座橋梁進行質量信息化管理。通過檢養修現場APP在現場進行了檢查記錄，數據上傳至服務器，通過管理端Web應用進行數據統計分析、生成各類標準化表格等，給現場工作帶來極大便利。圖5為系統應用在甘泉鐵路的部分界面。

圖5 甘泉鐵路橋梁質量管理信息系統界面

甘泉鐵路橋梁質量信息管理系統的應用，主要具有以下幾個方面的特點：

（1）規范作業過程：作業過程中根據下達的檢查計劃，保證設備不漏查；根據現場APP提示，做到全項目檢查，對照軟件上所列的檢查項目，逐項對照檢查，確保無漏檢項目；使用現場APP后，對照問題庫，準確歸類病害，使現場作業人員能夠對病害進行標準化描述，避免了描述混亂的現象。

（2）簡化作業手段：現在利用現場APP就可以完成設備的檢查記錄、拍照、保養評定、維修驗收等所有功能；而且還可以隨時查看原來的設備病害情況和檢查情況，方便了現場病害確認。

（3）提高作業效率：現場APP上點擊選擇病害，提高現場記錄速度；發現的問題和照片直傳電腦，相關部門迅速及時查看現場記錄，提高了流轉效率。

（4）精簡內業臺賬：通過系統自動匯總統計錄入的信息，所有報表能自動生成，減輕了匯總工作量和生產技術部、工區、工隊室內的臺帳記錄工作量。

（5）提高管理水平：實現數據迅速上傳，相關部門和領導及時查看各類記錄，提高了管理效果；通過實時考勤管理，可以督促職工嚴格執行各項作業管理規定，將各項規定落實到實處；實現了計劃、驗收和病害銷號的自動化處置，強化了對現場問題的盯控管理力度，提高了問題閉環的效率；通過大數據的分析統計，提升了問題分析處理的時效性和針對性，工區安排養修人工更加合理，有的放矢的進行養修作業，提升管理水平和效益。

6 結束語

鐵路橋梁質量管理信息系統不僅通過設備臺賬能全面了解橋梁設備狀況，而且能及時、準確地掌握各工務部門的生產進度，所產生的問題，減少了各級管理部門傳送報表而發生的差旅費及報表成本；檢養修現場APP的應用加快了檢查速度、確保了檢查質量，解放現有的工作生產力，促進了橋梁質量管理的檢養修作業標準化和管理的科學化。

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責任編輯 徐侃春

圖3 首列車晚點20s時調整后的時刻表

將圖3中的時刻表數據與計劃時刻表數據作對比，調用繪圖工具GNUPLOT繪制得到列車在每個站的晚點時間，得到圖4。由圖4可知列車在各站的晚點時間逐漸減小，到石巖站的時候列車恢復正點。

圖4 晚點20s列車在各車站的晚點時間

4 結束語

本文根據城市軌道交通列車運行過程中的各種約束條件，以調整區段內總到發晚點時間最小為目標函數，建立了基于蟻群算法的列車運行調整模型。在Visual C++ 6.0編程環境下，以深圳地鐵6號線數據為例進行驗證，結果表明，當晚點情況不嚴重時，在調整區段范圍內可以將列車調整至正點狀態，證明了該模型與算法的可行性。

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責任編輯 徐侃春

Quality Management Information System for railway bridge

WANG Mingqiang
( China Shenhua Ganquan Railway Co.Ltd.,Baotou 014030,China)

The traditional quality management of railway bridge was unable to meet the requirements of modern management,a convenient and effcient Quality Management Information System was designed and developed.The use of information and network technology could make the maintenance of way department manage the bridges disease and danger timely,accurately and dynamically,deal with major bridge hidden damage of traffc safety,enhanced the quality management level of railway bridge,and provided scientifc means for the maintenance and repair of bridges.

Information System;quality management;maintenance of way;railway bridge

U245.7∶TP39

A

1005-8451（2016）07-0013-05

2015-12-14

王明強，高級工程師。