基于Web的參數化施工組織系統研究

陳小文，唐學倫

（1.貴州醫科大學 計算機教育與信息技術中心，貴陽 550025；2. 貴陽同心軟件科技有限公司，貴陽 550001）

“工程規模大, 技術標準高, 建設速度快”是新時期鐵路建設的顯著特點，利用現代信息技術實現對工程的質量、成本、進度實施有效控制, 是當前鐵路建設管理的必然選擇[1]。進度也是影響工程項目成效的重要因素之一。面對跨度廣、周期長、工點多等特點的鐵路施工項目，傳統AOV網(Activity On Vertex Network)和AOE網(Activity On Edge Network)已不能滿足現場施工管理要求。文獻[1]研究了基于B/S模式的鐵路工程形象進度圖參數化生成系統，獲得了基于圖形元件工程形象進度圖參數化生成方法，以不同顏色代表某個橋梁的施工進展情況，未涉及到各施工工點之間的依賴關系。文獻[2]提出了基于Flex和J2EE總體架構的開發思路,開發實現了可在線閱覽、數據及時共享、標準格式統一的鐵路工程指導性施工組織形象進度圖。文獻[3]建立了建設項目結構/工作分解結構（EPS /WBS），編制、優化多級施工進度計劃,整合各參建單位施工進度控制信息反饋機制。文獻[4]依據項目進度管理的定義和內容,分析影響鐵路工程設計項目進度的內部管理因素、技術因素和外部因素,提出了項目進度安排與質量管理統一。文獻[5-6]分析了鐵路建設項目進度控制中存在的主要問題，研究了基于檢驗批數據的施工進度與投資控制關聯模型、工期預測模型，構建了鐵路建設項目進度控制信息系統，并在新疆烏魯木齊鐵路局精伊霍新建鐵路建設指揮部進行了試用。文獻[4-6]分析影響進度的因素，建立了多級施工進度劃分，但未涉及各工點相互影響、制約的關系。文獻[7]參考鐵路建設項目進度計劃的特點，提出了基于復雜適應系統（CAS）的鐵路建設項目進度計劃概念模型，利用主計劃生成預測計劃，并進行動態規劃調整。文獻[8]在京津城際鐵路應用P3E/C項目管理軟件的跟蹤項目進度，整合時間表和資源，結合總體解決方案，解決了復雜任務集成的問題。文獻[9]從機械的配置入手探討機械化施工方案的形成機制，并建立了基于該方案的優化模型，編制了應用軟件并對路基工程進行了檢驗。文獻[10]分析了鐵路施工組織設計過程，建立了使投資曲線呈正態分布的數學模型。通過模型的建立過程和計算方法的實現，詳細探討施工組織進度輔助設計系統的設計與實現的流程、思路和方法。文獻[11]針對鐵路施工組織設計中方案的比選和優化問題，研發了鐵路施工組織優化設計系統，提出了層次分析法、網絡計劃優化與實施中的優化調整相結合的設計方法。系統實現了整個優化流程和施工組織設計輔助編制。文獻[9-11]建設了施工組織的編制方法和優化模型，但缺乏對指導性、實施性、實際施工進度之間的進度分析與監控。

文章根據鐵路建設項目施工組織管理需要，設計了施工組織管理系統的總體思路和功能模塊，獲得了基于Web的參數化施工組織系統，在多個高鐵建設項目的應用結果表明：有效縮短施組編制周期，實現了指導性、實施性、實際進度之間的對比分析與預警，可快捷檢測施工進度超前、滯后問題，為后續工期調整提供決策依據，實現了計劃、執行、檢查、調整（PDCA）循環。

1 系統設計

根據鐵路建設項目線路長、跨度廣、涉及到工點多等特點，以橫坐標作為項目的正線里程，以縱坐標表示時間，以二維平面圖為基礎，并為每個專業創建對應的元件，并納入到平臺的工具中，簡化建模過程，提高工作效率。系統基于Silverlight、Web Service技術，采用Ajax技術進行數據傳輸，以參數化方式生成施工組織圖，并實現頁面數據異步傳輸與實時無刷新顯示。設計總體思路：（1）依據工程管理需要，構建指導性施工組織和實施性施工組織，并將其進行數據字處理；（2）搭建圖例畫布；（3）設計施工組織模型中的圖形元件，配備參數設計屬性，獲取參數控制圖形的機制；（4）構建指導、實施、實際三者之間的對比策略；（5）數據交互與進度報表匯總，實時動態顯示進度信息。系統采用B/S三層結構，數據庫采用Oracle，涉及到Asp.Net、Silverlight、Javascript、Web Server、Ajax技術，系統結構如圖 1所示。

圖 1 系統結構圖

1.1 主要功能模塊

施工組織系統（COS，Construction Organization System）具有畫布管理、圖例管理、數據管理、權限管理和基礎數據維護等功能。其功能模塊如圖2所示。圖例展示作為施工組織所有圖例的展示平臺，涉及到施工里程、時間、單位工程等信息，是系統的重要支撐模塊。圖例管理是管理施工組織所有圖形及元件的模塊，通過參數控制每個圖形元件顯示的各項展示屬性。利用數據管理模塊實現圖形與數據之間的關聯，以及相關數據的匯總工作。權限管理則對各用戶進行范圍、操作內容等進行控制管理。

圖 2 系統功能模塊圖

1.2 數據模型與數據庫設計

綜合考慮系統的功能、實現等因素，COS應包含4類重要的基礎數據。

（1）畫布數據，包含鐵路工程的里程、施工工期等信息，COS通過該數據繪制畫布，為各圖形展示提供容器。

（2）圖形數據，在圖形數據中主要包含圖形基礎屬性、圖形控制數據和預警控制數據。基礎屬性包含圖例基本的幾何信息，該數據主要來源于元件庫中的默認設置數據，根據實際管理的需要可在畫布上進行調整與修正；控制數據是實際施工進度所形成的數據，數據均來自于施工報表中的數據；預警數據為最晚完工時間，數據來源于重要控制工點所分解后的控制時間，但實際施工過程中也可進行相應調整。COS利用圖形基礎屬性初始化圖形的基本信息，結合圖形控制數據驅動圖形狀態及位置改變，獲取預警控制數據與實際施工進度進行碰撞檢測。基礎屬性、控制數據、預警數據3個數據共同支撐一個圖例的展示。

（3）關聯數據，畫面中的每一個圖例除了本身展示之外，還需要與管理信息系統（MIS，Management Information System）進行數據交互，因此需存儲每個圖形元件與MIS中的數據進行關聯關系。

（4）版本數據，施工組織涉及指導性施組、實施性施組、實際施工進度。實現各個版本之間的分析對比，需存儲各個版本的施組數據。

基于上述分析考慮，COS主要采用的數據如表1所示。圖例屬性表用于存儲各個圖例的基本信息，主要用于圖例的初始化工作。控制數據記錄各個時間段內圖例的顯示位置信息。預警表則記錄了每個單位工程的最早開工、最晚完工和工期信息，以及施工的先決條件，并蘊含整個項目的關鍵路徑。關聯表則存儲每個圖例與MIS中數據關聯關系，用于后續的進度統計與數據匯總工作。

表1 COS主要數據表

1.3 圖形元件設計與實現

Silverlight提供靈活的編程模型，并可以集成到現有的網絡應用程序中。它是一個跨瀏覽器、跨平臺的插件，可以對運行在Mac或Windows上的主流瀏覽器提供高質量視頻信息傳遞。充分考慮到Silverlight跨平臺、低成本的優勢，結合施工組織管理的需要，采用Silverlight作為COS展示工具。鐵路工程建設項目的部分單位工程之間存在先后依賴關系。針對鐵路建設項目跨度廣、周期長、管控難的特點，以不同圖例代表相應專業的單位工程。每個圖例均表示一個單位工程，依據1.2所述的各類數據對圖形進行繪制與控制。COS的形成過程如圖3所示，主要分成3個層次：

（1）技術支撐層，利用Silverlight提供的基礎的圖形繪制方法（點、線、多邊形、矩形），結合用戶設置的各類顯示屬性（顏色、填充、位置、其它樣式），形成繪制各專業的操作方法，封裝成相應的操作類，并為外界調用提供相應接口。

（2）圖形繪制層，以橫坐標為時間軸縱坐標為時間軸，繪制施工組織畫布。獲取各個單位工程參數，利用技術支撐層所提供的封裝類中的方法繪制相應的施工管理圖例，并初始化每個圖例的基礎屬性。

（3）獲取權限數據控制每個用戶可操作的范圍和權限，利用控制數據、關聯關系調整每個圖例的開工、完成時間和工期屬性，最后獲取預警數據和版本數據，實現各個版本施工組織分析對比，并給出相應的警示信息。

圖 3 COS 形成過程

1.4 進度對比與預警

施工組織可分成指導性施工組織、實施性施工組織，在實際管理過程中，建設管理部門制定指導性施工組織，確定各個重點控制工程的時間節點。參建單位則依據建設單位的指導性施工組織，結合施工條件和環境編制實施性施工組織。指導性施工組織、實施性施工組織是根據實際情況而制定的施工計劃，施工進度則是現場實際施工情況的真實反映。在進度對比過程中涉及到兩個部分：（1）指導性施工組織與實施性施工組織的對比分析；（2）實施性施工組織與實際施工進度的對比。根據實際施工進度，若單位工程的預計結束日期晚于實施性施工組織的時間，給予相應的警示信息，并非所有單位工程滯后都會影響整個項目的工具，根據工期滯后所帶來的影響分成3種等級，如表2所示。

表 2 影響等級

2 系統實現與應用

2.1 系統實現

系統在Win7平臺下，以微軟Visual Studio.NET 2010為開發平臺，使用Asp.net與Silverlight結合的方法系統進行研發，前臺顯示采用CSS加以控制。Javascript實現前臺操作和交互，運用Ajax調用WebService的方法，實現無刷新數據交互。在整個軟件開發過程中，采用Visual SourceSafe進行源代碼管理與版本控制，考慮到與現有的MIS系統進行數據共享，在數據管理方面則采用Oracle數據庫。為增強用戶的體驗性，采用Ajax方法與Web Service進行數據交換，傳輸數據則采用JSON（Java Script Object Notation）格式，實現無刷新的動態展示施工組織。數據交互過程：（1）利用Ajax創建請求對象并發送請求和操作參數；（2）Web Service 接受到客戶端請求后分析各個參數，調用相應的業務處理模塊，并將操作結果以JSON格式返回至客戶端；（3）客戶端根據返回的狀態（error、success、complete），調用圖例操作方法。通過3個步驟實現無刷新的數據交互和圖例展示功能。COS的合成步驟和操作模塊如圖4所示。

圖 4 COS合成步驟與操作模塊

2.2 系統應用

參數化施工組織系統作為鐵路建設項目管理信息系統（RCPMIS）的子系統，先后已在西成客專（陜西段）、武九鐵路進行了應用示范。

（1）根據鐵路建設項目的特點， 繪制以橫坐標為里程軸、縱坐標為時間軸的二維畫布，根據施工管理要求，以不同類型圖例表示相應專業的單位工程。并為每個專業創建對應的建模元件，只需簡單的拖拽即可實現快速工期安排。操作界面形象簡單明了，支持多人協同編制，提高了工作效率。系統主界面如圖5所示。圖中黑框內的圖例分別代表不同專業的單位工程，標尺上為具體單位工程的名稱和所跨越的里程范圍，而標尺下方則為具體的施工計劃。

圖 5 施工組織主界面

（2）采用簡單明了的方法， 實現了計劃與實際進度的總體、局部分析對比，總體對比如圖6所示。空心豎條圖例代表該工點計劃的施工時間，圖例中的紅色線條則代表實現的施工進度。從圖6中可知：a.工點實際施工進度滯后于計劃；b.工點實際施工與計劃相符；c.工點則超前計劃完成施工。

圖 6 進度分析對比圖

每一個工點則涉及到多個結構部位或施工工序，而局部的對比如圖7所示。在隧道施工過程中涉及到開挖、支護、襯砌等工序，以開挖工序為例，根據施工計劃情況繪制隧道開挖曲線，曲線上每個點所對應的橫坐標為時間，縱坐標為施工時間。若實現某個時間點的進度分析對比，將鼠標移至開挖曲線上，鼠標的參考線Y軸與形象進度圖進行相切，實際進度（紅色）超參考線即為超前，否則為滯后。

圖 7 隧道進度局部分析

（3）形成了施工曲線，依據施工驗收標準將和各專業的單位工程劃分成若干個結構部位，將施工單位上報的施工數據進行多層次的匯總，形成相應的開累與剩余情況，利用施工曲線描繪某時間段內施工進度趨勢，為建設管理部門實施工期調整提供了科學依據。施工曲線圖如圖8所示。

圖 8 施工曲線

3 結束語

根據鐵路工程建設項目的特點，結合傳統方式管理施工組織所存在的局限性和信息化程度較低的情況，設計并實現了基于Web的參數化施工組織管理系統，借助動態直觀的施工組織圖，建設與參建單位均可整體把握管理、分析、監控施工進度。在西成客專（陜西段）、武九高鐵建設項目上應用結果表明：（1）系統支持多人協同編制施工組織，縮短施組編制周期；（2）直觀形象展示施工進度，實現了施組監控與警示功能，快速有效檢測超前、滯后現象；（3）實現建設單位指導性進度、施工單位計劃進度與實際施工進度之間的對比分析，為鐵路建設項目后續工期控制提供依據。

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