鐵路工程施工組織形象進度系統研究與實現

鮑 榴，王萬齊，王輝麟，劉紅峰，徐曉磊

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京　100081）

近年來，隨著我國高速鐵路和城際鐵路的快速發展，中國鐵路每年的固定資產投資規模平均約為7 587.4億元，鐵路建設取得了舉世矚目的成就[1]。

施工組織設計是項目建設和指導工程施工的重要文件，是建設管理方能以高質量、高速度、低成本、少消耗完成工程項目建設的有力保證，是加強管理、提高經濟效益的重要手段，也是工程施工能有序、高效、科學合理地進行的重要保障。傳統施工組織管理模式下，存在以下問題：現階段的施工組織設計管理主要通過調度報表統計施工進度數據，采用人工手段分析的結果不準確、效率低，無法評估關鍵線路工期受其他工序的影響程度并預警，不能提醒項目管理方進行資源調配。在施工組織的實施過程中著重追求施工效益而很少考慮經濟效益。

為提高勞動效率、降低資源消耗，解決施工技術資源特別是智力資源無法有效充分應用的現象，真正實現指導現場施工的作用，施工組織采用信息化系統管理是十分必要的，其優勢體現在：（1）在線對施工組織進行編制、研討、審批，快捷形象地支持項目管理與實施的集成；（2）通過形象進度圖等實時反映項目計劃的實施、執行、自動反饋、信息集成和共享；（3）通過進度推演形象地反映出計劃工期、實際工期、項目重難點工程的計劃、實施，推演出預計完工時間；（4）根據施工組織進度預警，可以實時調節施工中的資源調配來動態調整施工組織計劃。

1　業務流程

施工組織設計[2]從可行性調研—初步設計—施工設計—工程實施—驗收階段，分別對應施工組織方案意見、施工組織設計意見、指導性施工組織、實施性施工組織。

在此期間涉及到的用戶類型包括鐵路總公司、建設單位、設計單位、監理單位和施工單位。計劃從上至下進行安排管理，進度信息從下至上進行上報匯總，形成一個分級、分階段的動態管理流程。業務流程框圖如圖1所示。

圖1　業務流程

通過對業務的分析和梳理，并結合信息技術手段，對施工組織形象進度系統的架構和功能進行設計。

2　系統架構

施工組織形象進度系統分為7個層級結構，如圖2所示。

（1）感知層。主要對現場施工進度進行采集的方式，通過現場二維碼、RFID、定位坐標、移動設備來進行進度數據采集。

（2）傳輸層。主要是將采集到日志進度數據通過數據接口上傳至系統。

（3）數據存儲層。主要對系統中涉及的各類數據進行集中存儲，并對數據安全進行集中管理。

（4）數據資源層。是對各類數據進行分類管理，包括人員機構、工程結構、實體幾何信息、文檔信息、計劃信息、日志進度信息和預警信息。

（5）系統服務層。是將公用的數據以服務方式發布，供其他相關的業務系統去使用，并提供流程和二維圖形控件服務。

（6）系統應用層。主要對系統提供的業務功能進行分類，分為首頁匯總、進度管理、計劃管理、基礎數據管理、施工方案管理和系統管理6大部分。

（7）系統表現層。是展示給用戶的界面，分為移動端、PC客戶端和瀏覽器端3種訪問方式。

圖2　系統整體架構

3　系統功能設計

施工組織形象進度系統主要分為系統管理、基礎數據管理、施工方案管理、計劃管理、進度管理以及首頁的信息集成展示6大模塊。功能架構如圖3所示。

圖3　系統功能設計

（1）系統管理。主要包括權限管理和系統運維監控管理。權限管理分為用戶管理、角色管理和系統功能管理。用戶分為鐵路總公司、建設單位、施工單位和監理單位4級用戶。分別對用戶授予對應的角色，實現權限管理。

（2）基礎數據管理。包括系統工程結構分解、重難點控制工程及卡控點管理和系統字典管理。工程結構分解主要對工程項目進行維護，包括項目、標段、工區、工點及部位等信息進行信息的初始維護管理。重難點控制工程及卡控點管理主要實現對項目的重難點控制性工程如長大風險隧道、大跨度連續梁橋梁工點等進行設置管理，并對線路上的卡控點如征地拆遷、三電遷改等信息進行管理維護。系統字典管理主要對系統應用中的各專業模板字典進行維護，如專業類型，橋梁類型，隧道類型，施工工序，施工工效和單位等信息做為不變字典進行管理，便于系統多處調用。

（3）施工方案管理。主要是針對項目指導性施工組織文件管理，對標段的實施性施工組織設計管理，對施工中連續梁等專項施工方案管理，對首件評估、作業指導書進行文檔管理。

（4）計劃管理。主要實現對計劃的版本管理，施工組織計劃是個動態調整過程，定期會根據實際進度進行動態調整，調整后版本不一致，通過版本管理實現施工組織計劃動態管理。計劃編制主要包括工期計劃編制和月度工程計劃編制，工期計劃主要對構筑物、工期進行編制，月度工程計劃主要對實體工程完成量進行編制如樁基、承臺、墩身、隧道開挖等編制月度完成工程計劃。通過工期和工程量兩種方式對整個項目計劃進行管控。

（5）進度管理。主要包括實際進度的填報、形象進度圖展示以及計劃和實際進度對比推演進行進度預警管理，并針對預警進行跟蹤管理，包括預警原因和處理措施管理，實現動態追蹤進度管理。

（6）首頁。是系統的內容綜合展示區，包括預警統計信息；重難點工程及卡控點進度情況；進度統計圖、表；整體形象進度圖；進度計劃甘特圖等展示方式。通過首頁信息可以直觀看出工程項目進度整體和局部的情況。實現對工程建設項目進度動態和形象化管控。

4　關鍵技術及系統實現

4.1　工作任務分解（WBS）

為實現鐵路工程項目計劃編制管理，需要對整個工程項目的任務結構進行逐級分解至最小任務單位，基于最小任務單元開始編制工期計劃。整體工作任務分解如下：

項目、第一級任務（專業為主）、第二級任務（構筑物）、第三級任務（工點）。以鄭萬河南段項目為例。

第一級任務：施工準備、橋梁工程、路基工程、隧道工程、軌道工程、四電工程、站房工程、聯調聯試和運行試驗。

第二級任務：施工準備按施工標段劃分；橋梁工程、路基工程、隧道工程按構筑物進行劃分，劃分為如某某特大橋、某某路基、某某隧道；軌道工程劃分為無砟道床、有砟道床和鋪軌工程；四電工程按里程區段劃分；站房工程按具體站房劃分；聯調聯試和運行試驗不具體劃分。

第三級任務：橋梁工程劃分為下部結構、制架梁工程、上部現澆梁；路基工程劃分為路基地基處理、土石方、堆載預壓；隧道工程劃分為進口、出口、輔助導坑；軌道工程繼續分區段。

最終分解完的層級結構如圖4所示。

圖4　工作任務分解

為滿足實施性施工組織精細化管理，針對隧道和橋梁特殊結構，還需要進行細化的任務分解，隧道專業在工點以下進行按圍巖等級進行分解，如圖5所示。

圖5　隧道圍巖計劃

橋梁連續梁工點需要按施工節段進行分解。分解如圖6所示。

圖6　連續梁計劃

4.2　工期計劃編制

對已經分解的工作任務進行工期計劃的編制是計劃管理的核心，通過維護各任務間的關聯關系，包括前置任務，間隙時間，如冬季停工等情況。任務間關系包括完成—完成、完成—開始、開始—完成、開始—開始，通過維護關系實現任務的順序關系。如圖7所示。

圖7　編輯任務

維護完關聯關系，需要對每一項的任務根據施工工效設置工期，根據施工組織規范要求，對各專業都有明確的規定。橋梁中基礎和連續梁工效指標如表1、表2所示。

表1　橋梁基礎

表2　懸澆連續梁

通過輸入最后一項任務的開始日期，前面所有關聯的工作任務時間通過前置關聯關系實現反推計算進行設置，達到快速對工程項目的施工計劃編制，并且可以根據施工進度對計劃進行動態調整。

4.3　基于Html5 SVG矢量圖方式實現形象進度

目前繪制二維平面圖的主要方法有Flex[3]、SVG和Html5 Canvas等。

（1）Flex。它是一個高效、免費的開源框架，可用于構建具有表現力的 Web 應用程序，利用Adobe Flash Player和Adobe AIR，可以實現跨瀏覽器、桌面和操作系統。

（2）SVG。可縮放矢量圖形（SVG）是基于可擴展標記語言（標準通用標記語言的子集），用于描述二維矢量圖形的一種圖形格式。它由萬維網聯盟制定，是一個開放標準。SVG是使用XML文檔描述來繪圖，更適合用來做動態交互，而且SVG繪圖很容易編輯，只需要增加或移除相應的元素。同時SVG是基于矢量的，所以它能夠很好的處理圖形大小的改變。

（3）Canvas。它使用JavaScript程序繪圖（動態生成），是基于位圖的圖像，不能夠改變大小，只能縮放顯示。

與其他圖像格式相比（比如 JPEG 和 GIF），使用 SVG 的優勢在于：SVG 圖像可通過文本編輯器來創建和修改，SVG 圖像可被搜索、索引、腳本化或壓縮，SVG 是可伸縮的，SVG 圖像可在任何的分辨率下被高質量地打印，SVG 可在圖像質量不下降的情況下被放大，瀏覽器支持情況也很好，能支持Internet Explorer 9、Firefox、Opera、Chrome 以及Safari 支持內聯 SVG。Internet Explorer 8或更早版本，可通過安裝Adobe SVG Viewer以支持SVG。

結合SVG上述特點，本系統采用SVG矢量圖方式實現基于里程和時間的形象進度圖：（1）對計劃中所有的專業任務展示圖標進行繪制，如圖8所示。（2）通過繪制橫坐標里程、縱坐標時間方式將所有任務繪制出來，如圖9所示。

因為鐵路線路里程較長，任務計劃較多，采用放大不失真矢量圖方式進行展現。如圖10所示。

因為整體形象進度圖上將一個構筑物作為一個整體，所有采用了兩級進行展示，點擊一個構筑物還能打開詳細的形象進度圖，如打開一個上圖隧道，實現對一個隧道的放大。如圖11所示。

4.4　工期推演預警計算方法

有了實際進度，通過進度指標實現對未來進度完成的推演功能，能夠提前預知未來的工期并能進行工期預警管理。以橋梁工程為例，分為計劃進度、指標低、中、高和標段經驗值進行推演。其中，計劃進度，就是按照前期做的計劃進行推演，指標低、中、高是按施工組織規范中對橋梁不同分項進度指標規定，同時施工單位還可以根據自身的施工工效設置指標。以橋梁連續梁施工為例：

圖8　各專業圖例

圖9　項目總體形象進度圖

圖10　局部放大

圖11　隧道形象進度圖

進度正常：當推演完成時間≤計劃完工時間。

進度滯后：當推演完成時間＞計劃完工時間且推演完成時間+28天≤架梁車通過日期。（前提架梁車通過該特殊結構）。如果架梁車不通過，則推演完成時間+28天≤鋪軌日期。

進度嚴重滯后：推演完成時間+28天＞架梁車通過日期或者推演完成時間+28天＞鋪軌日期。

5　結束語

鐵路工程施工組織形象進度系統已經在多個鐵路在建項目進行應用，能實現對指導性施工組織和實施性施工組織進行管理，通過整體形象進度圖和重點工程的形象進度圖實現對計劃進度動態跟蹤管理，并能通過實際進度推演出未來工期情況，直觀和形象地進行施工進度管理。為實現鐵路項目動態施工組織管理提供強有力的信息手段支撐。

參考文獻：

[1]周 巖，白 麗 . 高速鐵路工程建設項目管理信息化研究［J］.鐵路計算機應用，2011，20（2）：28-29.

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[4]孫貴江．高速鐵路（客運專線）的施工組織設計探討[J]．中國工程咨詢，2004（12）.

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[6]蘇大鵬．鐵路施工組織管理系統的研究[J].科技資訊，2008（24）.

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