CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統設計與應用

韋合導

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063；2.鐵路軌道安全服役湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430063)

無砟軌道是高速鐵路核心技術之一，其建造的質量直接影響高速動車運營的安全性、舒適性。隨著我國高速鐵路無砟軌道技術的深入研究、不斷實踐和理論體系的逐漸完善，目前已形成真正具有我國完全自主知識產權的新型無砟軌道——CRTSⅢ型板式無砟軌道。中國鐵路總公司先后頒布了多份技術性文件對CRTSⅢ型無砟軌道的原材料特性、生產工藝、加工運輸、施工工藝、測量方法等過程提出了標準和要求。為了滿足不斷提升的高速鐵路無砟軌道建造要求，有必要研發高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統。利用互聯網和大數據分析技術，結合自動化、數字化的技術手段[1]，以“互聯網+”模式將建造過程中各階段數據納入統一信息化平臺，實現建造數據實時管控，為現場質量控制提供信息化支撐，進一步提高施工及管理效率和無砟軌道鋪設質量。

1 系統研究目標

高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統面向建設單位、施工單位、監理單位，提供質量參數、技術資料和檢驗資料的管理，基于互聯網和標準數據庫接口技術，為無砟軌道建造過程質量監控和追溯提供一種全新的管理模式[2]，提高工程建設的信息化水平。以滿足先進性、實用性、可拓展性、可管理性和安全性為前提，以安全可靠、經濟規范為原則，融合高精度先進測量方式、技術手段和無線互聯網、物聯網相關技術，完成結構化數據與非結構化數據的統一存儲，建立各階段信息之間的有效流轉機制，消除信息碎片式管理帶來的孤島效應。完成建造工序的統一管理和流程有序管控，提供輔助決策手段，實時追蹤質量信息和跟蹤工期進度，實現CRTSⅢ型板式無砟軌道的“互聯網+”信息化建設和管理。同時，系統應具備可視化、人性化的人機交互界面，從而提高操作效率和舒適性。系統實現的具體功能應包括以下方面：

1)實現建造過程中各道工序信息數據的自動化采集和實時傳輸，確保建造信息的準確性，促進建造工藝改進，提高無砟軌道的建造質量。

2)系統根據實測數據完成自動化分析和處理，并按照設計的格式自動生成進度報表、精度質量報表、質量整治報表等，實現報表管理。方便施工現場及時發現質量和進度問題，同時便于建設單位統一標準化管理。

3)通過限差管理、預警值設置、短信預警提醒實現預警功能。

4)建立以RFID(射頻識別)芯片[3]編號為索引的數據庫系統，基于軌道板中的RFID芯片將無砟軌道的制造、倉儲、鋪設信息相關聯，實現生產制造、施工鋪設等信息的快速檢索和追溯。

5)能夠實現無砟軌道建造原材料、工藝、接口工序的檢驗批審批，能夠自動化生成審批報表，改變傳統的手工作業流程。

2 系統架構設計

高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統邏輯架構采用SOA(Service-Oriented Architecture)架構理念[4]，如圖1所示。

圖1 系統邏輯架構

系統實時獲取建造過程數據，構建標準統一的數據倉庫，集成無砟軌道建造管理所需的業務和數據服務，實現面向多用戶角色的建造管理信息化平臺。該架構的服務總線和統一的數據模型實現了建造階段的底座施工、軌道板施工、鋼軌精調、施工檢驗批質量管理等系統數據共享和協同工作，形成了感知層、處理層、展示層的數據流轉機制[5]。

感知層中利用工裝、電子設備、信息化配套軟件高效率、高精度地完成測量作業并通過網絡將數據實時傳輸至后臺數據服務器。

處理層、展示層基于B/S架構實現，針對現場實時上傳的數據信息進行分析、處理、統計，提供施工過程的工程進度及質量精度信息，掌握工程建設進度，把控工程質量。根據無砟軌道建造管理要求，實現組織機構及人員信息管理以及無砟軌道建造原材料、工藝、接口工序的檢驗批的在線填報、復核及審批，具備相關文檔上傳及下載功能，實現建設過程歸檔文件的上傳及整理，完成電子歸檔。

3 系統功能設計及應用

圖2 系統結構及功能設計

CRTS Ⅲ 型板式無砟軌道建造一體化管理系統在應用之初，首先由設計單位根據線路、橋梁、隧道等相關設計資料，由系統生成包含軌道板制造、鋪設相關的數字化文件。如圖2所示，無砟軌道設計數據作為數據流的起始數據提供給軌道板廠及施工單位進行生產和鋪設。在軌道板制造過程中，根據設計數據提供的原始資料，能夠實現軌道板關鍵性指標檢驗和幾何尺寸偏差記錄。各項偏差及測量記錄以數據流形式，通過既定的數據接口，進入信息業務處理平臺。在無砟軌道施工階段，各道工序進行時對施工測量、成品驗收、質量抽檢等環節的相關數據同樣以數據流形式傳輸至平臺服務器。平臺具有通用業務層與應用層，通用業務層針對數據流中的相關信息進行解析、再封裝、匹配等相關操作，將數據以規定結構格式傳輸至應用層。應用層可實現具體的管控功能，對通用業務層的數據進行對比分析，提供數據的檢索、超限數據自動分析等功能，為每一道工序提供管理，針對出現異常的數據進行預警處理?，F場針對異常問題處理完畢后，再次利用數據流形式將最新數據上傳。平臺根據分析結果解除異常預警，同時將問題納入問題庫，對相似工序進行提前警醒，以防類似問題再次出現。

根據以上系統結構設計，系統的業務功能主要包括組織機構管理、工程進度管理、施工質量及預警管理、檢驗批管理等。具體實現的功能如下：

1)組織機構管理

用戶根據不同的單位、部門、職責等分為建設單位、設計單位、監理單位、施工單位等[6]，每個單位機構中賬號分為多級，基于角色訪問控制技術實現權限管理，不同級別用戶對應不同的功能級和數據級權限，只能訪問已被授權的資源。

2)工程進度管理

圖3 工程進度管理流程

在無砟軌道施工之前，對即將開展的工序制訂工程計劃[7]，如底座放樣計劃、軌道板粗鋪計劃、軌道板精調計劃、軌道板復測計劃等。如圖3所示，計劃制訂包括生產信息導入，分段計劃配置和工序計劃配置。工程計劃包括日計劃、周計劃和月計劃。各分部的工程計劃應包括編制說明、工程形象進度計劃、材料使用計劃、安全控制計劃等。每個標段管理員查看和修改本標段的工程計劃。同時系統根據實際工程情況生成進度報表，詳細展現各工序的進度信息，有助于掌握現場的實時施工動態，把握整體的工程進度，確保工程計劃按部就班完成。

3)施工質量及預警管理

無砟軌道施工過程中，通過數據感知層的測量設備及工裝設備采集施工過程的數據，如軌道板精調后的水平和高程偏差、底座板的厚度偏差等。如圖4所示，數據采集后能夠自動上傳至管理系統，結合各種質量驗收標準和技術指南，系統分析無砟軌道各道工序施工質量狀況，自動統計出各項指標參數的合格率和超限值所占百分比，超限過大的數據將通過預警手段[8](如短信、郵件等)發送至建設單位、施工單位和監理單位。各單位的管理員根據超限情況，判斷現場是否需要整改。施工單位根據整改要求，采取現場修補、調整、返工等措施以修復施工缺陷，滿足驗收要求。最終進行一次復測，平臺根據復測結果解除該項工序的預警狀態。

圖4 系統一體化管理流程

4)RFID信息管理

軌道板內置的2塊RFID芯片中含有唯一的標識編碼[9]。在軌道板制造階段采用RFID掃描設備將各道工序的制造數據與RFID編碼一一關聯，并將關聯后的數據通過網絡傳輸至服務器。在軌道板鋪設階段，采用RFID掃描設備進行二次掃描，將鋪設過程的數據與RFID編碼關聯。至此，通過RFID芯片的唯一編碼便實現了軌道板加工制造與施工過程的數據關聯。能夠在軌道板鋪設前后實時動態追溯軌道板場生產信息，及時發現并反饋制造的質量問題。通過施工過程的有效管控約束關鍵工序，按照控制指標有效規范施工流程，對前后工序的接口數據進行信息化管理，使其前道工序滿足下道工序的質量要求，提前發現施工偏差以便及時整改，避免因誤差累積造成的資源和人力浪費。

5)檢驗批管理

檢驗批數據主要包含所屬標段、單位工程、分部工程、分項工程，施工單位信息、驗收標準，主控項目和一般項目檢查驗收信息、驗收結論、驗收日期等信息。在質量檢驗批管控過程中，依據施工驗收標準對每一項施工任務的質量進行驗收。檢驗批是工程質量驗收的基本單元，能夠反映工程的施工質量狀況[10]。檢驗批涵蓋了規范要求的主要施工檢驗記錄表，主要包括線下接口工程、模板工序、鋼筋工序、混凝土工序、伸縮縫填縫、隔離層、彈性墊層等。如圖5所示本系統集成了檢驗批的管理和審批功能。系統用戶(測量員或同等權限用戶)登錄后，首先提交本次檢驗批的記錄表格，填寫完畢后提交質檢員、監理等，對應的用戶完成系統中的電子審核后，該檢驗批才能完成最終歸檔。

圖5 無砟軌道檢驗批管理流程

本系統目前正在昌吉贛客運專線等項目中應用，提高了現場施工和工程建設管理工作效率，其信息化技術為工程質量的管控和驗收提供了有力保障。

4 結語

針對高速鐵路鋪設的高精度、高標準要求，利用高精密的測量手段，結合物聯網在數據采集、無線發送、組網能力等方面的技術，研發高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統，實現建造過程數據的實時采集，對無砟軌道建造過程關鍵工序進行了質量與進度管控。該系統管理了建造過程檢驗批的相關信息，通過內置的RFID芯片構建了一種新的信息管理模式，不僅關聯了軌道板的設計、制造、施工信息，也能夠為運營維護階段提供信息接口，為軌道的全生命周期管控提供了基礎。一體化管理系統的應用降低了人力成本，提高了施工精度，保證了建造的質量。CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統為高速鐵路建設提供了有力的信息化支撐和系統保障，進一步提升了高速鐵路軌道建設現代化管理水平。