基于云平臺的鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王 超

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所， 北京 100081）

近年來，我國鐵路運(yùn)營里程不斷增加，截至2018 年底，全國鐵路運(yùn)營里程達(dá)到13.1 萬 km 以上。為適應(yīng)我國鐵路建設(shè)質(zhì)量要求及建設(shè)規(guī)模，急需采用先進(jìn)的管理體系為鐵路快速發(fā)展提供有力支撐，嚴(yán)格管理鐵路建設(shè)過程中產(chǎn)生的安全質(zhì)量問題，全面落實(shí)鐵路建設(shè)管理新理念。

目前，歐美發(fā)達(dá)國家在鐵路建設(shè)過程中，非常重視質(zhì)量管理，已經(jīng)形成了科學(xué)的質(zhì)量監(jiān)督管理體系和制度[1]。法國政府以立法和經(jīng)濟(jì)手段促使建筑企業(yè)加強(qiáng)質(zhì)量管理，頒布相關(guān)法律法規(guī)。工程質(zhì)量檢查由獨(dú)立的質(zhì)量檢查公司完成，質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)是獨(dú)立于政府的質(zhì)量檢查公司，以第三方的客觀公正地對工程質(zhì)量進(jìn)行微觀檢查，質(zhì)量檢查公司不得在國內(nèi)參與質(zhì)檢以外的任何商業(yè)活動[2]。美國對工程質(zhì)量監(jiān)督管理主要是政府主管部門直接參與工程建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量的監(jiān)督和檢查。監(jiān)督部門對工程分部、分項(xiàng)進(jìn)行驗(yàn)收，認(rèn)定合格后，方可進(jìn)行下一道工序。工程材料，制品質(zhì)量的檢驗(yàn)都由相對獨(dú)立的法定檢測機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)。德國對于工程建筑活動各方（業(yè)主、承包商、建筑產(chǎn)品制造商）均要求向擔(dān)保保險公司進(jìn)行強(qiáng)制性投保。

目前，國內(nèi)的安全監(jiān)督管理的實(shí)施多集中在工程領(lǐng)域，鐵路建設(shè)的快速發(fā)展對鐵路建設(shè)相關(guān)管理提出了新的要求，為了保證鐵路建設(shè)項(xiàng)目在建設(shè)階段和運(yùn)營階段的質(zhì)量和安全，必須對監(jiān)督項(xiàng)目進(jìn)行有效的管理[3]。根據(jù)中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡稱：國鐵集團(tuán)）對鐵路建設(shè)管理信息化的總體規(guī)劃，借助云平臺技術(shù)優(yōu)勢，建立鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)鐵路在監(jiān)項(xiàng)目管理、監(jiān)督業(yè)務(wù)統(tǒng)籌、市場信息監(jiān)控、質(zhì)量安全分析、監(jiān)督成效統(tǒng)計(jì)等全過程信息共享。

1 鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)

云平臺基于虛擬化技術(shù)，對計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，為平臺應(yīng)用構(gòu)建按需獲取的應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)存儲，減少重復(fù)投資，實(shí)現(xiàn)資源的公用共享和最大化利用。

通過云平臺技術(shù)架構(gòu)的工程監(jiān)督管理系統(tǒng)，將國鐵集團(tuán)管理的在監(jiān)項(xiàng)目基本情況，監(jiān)督檢查、監(jiān)督檢測、舉報調(diào)查、不良行為與信用評價進(jìn)行統(tǒng)一管理。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的查詢、對比、統(tǒng)計(jì)與分析，提供各種信息和決策支持，從而高效、便捷地服務(wù)于質(zhì)量安全監(jiān)督管理工作，提升鐵路工程監(jiān)督的能力和信息共享能力，監(jiān)督管理系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 監(jiān)督管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.2 邏輯架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)

1.2.1 邏輯架構(gòu)

從邏輯架構(gòu)角度，系統(tǒng)可以描述為包含5 層的架構(gòu)體系，自下至上依次為設(shè)施層（云平臺）、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和訪問層[4]，如圖2 所示。

圖2 邏輯架構(gòu)

（1）設(shè)施層基于云平臺提供計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源和安全資源作為鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)平臺軀干，能夠動態(tài)應(yīng)對監(jiān)督業(yè)務(wù)發(fā)展的需求[5]。

（2）數(shù)據(jù)層包含法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)匯集、清洗、轉(zhuǎn)換、存儲和分析等技術(shù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)集成和共享。

（3）服務(wù)層運(yùn)用認(rèn)證授權(quán)、搜索引擎、流程引擎、數(shù)據(jù)集成和服務(wù)總線等基礎(chǔ)服務(wù)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供支撐。

（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用層基于感知層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)施層、服務(wù)層，構(gòu)建工程建設(shè)信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用。

（5）訪問層通過SSL VPN、Web、移動互聯(lián)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)PC 端、智能終端、工程監(jiān)督指揮大屏等不同方式的平臺訪問[6]。

1.2.2 技術(shù)架構(gòu)

遵循鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)平臺統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)，鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)分為4 層，從下至上分別為網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)施層、平臺層和應(yīng)用層，如圖3 所示。

（1）網(wǎng)絡(luò)層是將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸送至云平臺進(jìn)行歸類、存儲和分析，將處理結(jié)果輸送至終端；網(wǎng)絡(luò)層是系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間信息交換的載體，通過靈活利用局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、鐵路系統(tǒng)專網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，各子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合，分工協(xié)作。

（2）設(shè)施層是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過運(yùn)用云計(jì)算、云存儲、負(fù)載均衡、網(wǎng)絡(luò)安全、監(jiān)控運(yùn)維等技術(shù)，確保系統(tǒng)高性能、高可靠的穩(wěn)定運(yùn)行，提高系統(tǒng)擴(kuò)展性，從而能夠輕松應(yīng)對未來業(yè)務(wù)發(fā)展。

圖3 技術(shù)架構(gòu)

（3）平臺層是通過運(yùn)用服務(wù)總線、流程引擎、認(rèn)證授權(quán)、日志服務(wù)、搜索引擎、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行服務(wù)。通過集中運(yùn)行管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、應(yīng)用監(jiān)控、安全監(jiān)控、故障恢復(fù)、數(shù)據(jù)備份等實(shí)現(xiàn)運(yùn)維服務(wù)。

（4）應(yīng)用層是運(yùn)用服務(wù)層提供的各類技術(shù)、工具，將鐵路工程監(jiān)督的標(biāo)準(zhǔn)化制度、管理理念、在監(jiān)項(xiàng)目管理、質(zhì)量安全分析等形成系統(tǒng)應(yīng)用，輔助鐵路工程監(jiān)督管理過程，最終提高工程建設(shè)質(zhì)量，降低安全和風(fēng)險，規(guī)范建設(shè)、施工、監(jiān)理單位操作流程，從而保障鐵路工程質(zhì)量水準(zhǔn)[7]。

1.3 應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)

鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)基于鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)信息共享與交流[8]。在監(jiān)項(xiàng)目信息、組織機(jī)構(gòu)信息、人員信息與平臺進(jìn)行同步。鐵路工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)可將其它系統(tǒng)收集的人員信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中推送并做到實(shí)時更新。工程監(jiān)督管理業(yè)務(wù)著重掌握施工單位與監(jiān)理單位實(shí)施人員信息，保證了信息的準(zhǔn)確與實(shí)時的傳遞。

工程監(jiān)督管理應(yīng)用主要涵蓋監(jiān)督業(yè)務(wù)、監(jiān)督管理、市場信息、綜合查詢、統(tǒng)計(jì)分析5 個方面。

（1）監(jiān)督業(yè)務(wù)包括在監(jiān)項(xiàng)目、監(jiān)督檢查、監(jiān)督檢測、監(jiān)督手續(xù)、事故信息和舉報調(diào)查等業(yè)務(wù)。

（2）監(jiān)督管理包括機(jī)構(gòu)人員、工作報告、工作依據(jù)、經(jīng)驗(yàn)交流、通知公告和監(jiān)督動態(tài)等業(yè)務(wù)。

（3）市場信息包括通報處罰、不良行為、信用評價和黑名單等業(yè)務(wù)。

（4）綜合查詢包括工程動態(tài)查詢、監(jiān)督機(jī)構(gòu)及在監(jiān)項(xiàng)目信息查詢、人員信息查詢、突出質(zhì)量安全問題查詢、法律法規(guī)文件查詢和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范查詢等業(yè)務(wù)。

（5）統(tǒng)計(jì)分析包括工程質(zhì)量狀況分析、施工安全狀況分析和監(jiān)督工作成效分析等業(yè)務(wù)。

從數(shù)據(jù)類型和功能上，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是平臺范圍內(nèi)的共享數(shù)據(jù)，包含人員、組織、監(jiān)督項(xiàng)目等[9]；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要指工程監(jiān)督管理應(yīng)用模塊內(nèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中包含機(jī)構(gòu)人員、監(jiān)理數(shù)據(jù)、信用數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、評價數(shù)據(jù)、事故信息、法律法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

2 鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)創(chuàng)新領(lǐng)域

2.1 建立鐵路工程監(jiān)督管理統(tǒng)一的信息系統(tǒng)

依托鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)平臺既有架構(gòu)與體系，建立鐵路工程監(jiān)督管理統(tǒng)一的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鐵路監(jiān)督管理業(yè)務(wù)的無紙化和信息化管理，不斷推動鐵路工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理模式的升級，通過信息化推進(jìn)監(jiān)督過程標(biāo)準(zhǔn)化，提升監(jiān)督?jīng)Q策能力，進(jìn)一步提升工程質(zhì)量的整體水平。

通過鐵路工程管理平臺積累的進(jìn)度、質(zhì)量、安全等過程數(shù)據(jù)，有效地提醒監(jiān)督人員發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和安全薄弱點(diǎn)，通過移動手簿實(shí)現(xiàn)監(jiān)督檢查的及時采集、電子標(biāo)記、實(shí)時上傳和相關(guān)管理規(guī)范的實(shí)時查閱，提高監(jiān)督工作的便捷性和工作效率[10]。

2.2 建立鐵路工程質(zhì)量安全監(jiān)管領(lǐng)域信息體系

工程監(jiān)督管理體系內(nèi)的統(tǒng)一市場信息主要包括參建單位信用評價信息、不良行為違規(guī)行為記錄。市場信息的完整確立對鐵路工程質(zhì)量保障有著重大意義，是建設(shè)單位在招標(biāo)過程中對參建單位審核的重要參考指標(biāo)。通過對在監(jiān)項(xiàng)目的監(jiān)督管理過程，收集產(chǎn)生的市場信息是最準(zhǔn)確和具有權(quán)威性的，這些信息可以為業(yè)主單位在審核參建單位時提供數(shù)據(jù)支撐。

信用評價體系：鐵路企業(yè)通過系統(tǒng)進(jìn)行施工企業(yè)、監(jiān)理企業(yè)信用評價的結(jié)果的收集、整理、統(tǒng)計(jì)、匯總。系統(tǒng)按企業(yè)信用評價辦法的規(guī)定，根據(jù)建設(shè)單位報送的評價結(jié)果計(jì)算全路的施工企業(yè)（監(jiān)理企業(yè)）信用評價匯總得分，形成信用評價初步排名結(jié)果和信用評價結(jié)果。

違規(guī)與不良行為體系：通過收集施工、監(jiān)理企業(yè)及人員不良行為與違規(guī)情況報告，對較大和重大不良行為進(jìn)行匯總，按信息公開程序在鐵路建設(shè)工程網(wǎng)上公布。整合招投標(biāo)過程中發(fā)現(xiàn)的違規(guī)行為與工程監(jiān)督局發(fā)布的通報處罰信息，針對性提供給建設(shè)單位。

3 鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)督管理

（1）鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)基于云平臺數(shù)據(jù)收集與計(jì)算，可以直觀掌握鐵路在監(jiān)項(xiàng)目及工程動態(tài)情況，實(shí)時掌握項(xiàng)目質(zhì)量安全狀況，有針對性地采取監(jiān)管措施。

（2）通過通報處罰、不良行為、信用評價、黑名單和綜合查詢等模塊，實(shí)現(xiàn)對參建單位、人員信息的動態(tài)查詢，為實(shí)施企業(yè)及人員進(jìn)場的資格查詢把關(guān)和存在違反黑名單管理規(guī)定時的退出機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

（3）通過工程監(jiān)督管理模塊實(shí)現(xiàn)工程監(jiān)督局對監(jiān)督站的日常管理和信息交流功能。

（4）通過統(tǒng)計(jì)分析模塊，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量狀況、安全狀況和監(jiān)督工作成效的實(shí)時分析，為監(jiān)督工作的開展和領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)和風(fēng)向標(biāo)。

3.2 監(jiān)督信息共享

為便于鐵路建設(shè)信息數(shù)據(jù)的共享，鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)作為鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)的一部分，利用鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺提供的底層數(shù)據(jù)，共享在監(jiān)項(xiàng)目、組織機(jī)構(gòu)和人員的數(shù)據(jù)。

通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，監(jiān)督管理系統(tǒng)增加了組織機(jī)構(gòu)接口、在監(jiān)項(xiàng)目信息接口、監(jiān)理標(biāo)數(shù)據(jù)接口和監(jiān)理人員數(shù)據(jù)接口等，通過信息共享，獲取全路在監(jiān)項(xiàng)目信息、監(jiān)督數(shù)據(jù)與檢查數(shù)據(jù)。

3.3 監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)分析

目前，鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目、多單位的信息匯總，通過監(jiān)督管理系統(tǒng)對現(xiàn)場監(jiān)督檢查進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)從工程質(zhì)量、施工安全、管理行為、實(shí)體質(zhì)量、混凝土原材料、其他材料及產(chǎn)品等多方面對工程質(zhì)量狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。監(jiān)督處理情況分析頁面中系統(tǒng)將監(jiān)督處理情況分為責(zé)令改正、拆除退工和臨時停工等方面多角度統(tǒng)計(jì)監(jiān)督現(xiàn)場處理情況。同時通過對某個工程單位的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)存儲，實(shí)現(xiàn)多單位、多項(xiàng)目、連續(xù)時間的數(shù)據(jù)融合，形成鐵路監(jiān)督業(yè)務(wù)專屬的“數(shù)據(jù)湖”，牽引各參與方良性互動，共同建立起一個完善的“生態(tài)圈”，讓利益相關(guān)的諸多群體彼此交流互動，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督數(shù)據(jù)利用的價值飛躍。監(jiān)督管理過程的規(guī)范也使區(qū)域供應(yīng)更加正規(guī)，驅(qū)使更多供應(yīng)商參與，尋找公平競爭的空間，激發(fā)鐵路工程監(jiān)督信息化市場活力，帶來信息匯集的跳躍式增長，提高業(yè)主對建設(shè)過程安全與質(zhì)量的決策能力。

4 鐵路工程監(jiān)督系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

隨著鐵路建設(shè)信息化的不斷推進(jìn)，鐵路建設(shè)其它系統(tǒng)也在同步建設(shè)，系統(tǒng)自2018 年9 月24 日上線運(yùn)行，覆蓋用戶279 人，管理全路監(jiān)督項(xiàng)目205 個，其中，在監(jiān)項(xiàng)目（包含委托代建項(xiàng)目）152 個,完工項(xiàng)目53 個；共錄入36 562 條業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)錄入33 867 條，檢測數(shù)據(jù)錄入482 條，不良行為信息錄入2 199 條，通報處罰信息發(fā)布14 條；上傳相關(guān)業(yè)務(wù)附件25 233 個。

5 結(jié)束語

本文研究基于云平臺的鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的總體架構(gòu)、邏輯架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)；監(jiān)督管理系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)了與鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的信息共享；同時對監(jiān)督管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行了研究。隨著監(jiān)督管理系統(tǒng)在鐵路建設(shè)中的繼續(xù)推進(jìn)，監(jiān)督業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)將會更加全面，借助監(jiān)督管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)分析等功能，結(jié)合目前數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，可充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)的價值，為今后監(jiān)督業(yè)務(wù)的順利進(jìn)行提供更有利的保障。鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，建設(shè)和運(yùn)行過程中不可避免會存在各種風(fēng)險，可為類似復(fù)雜系統(tǒng)性工程提供借鑒與參考。