基于UAF體系架構的高速鐵路施工機械設備管理研究

摘要：高速鐵路項目施工具有時間緊迫、施工量大等特點，尤其是既有高速鐵路線的提質改造項目涉及多個建設運營管理單位，不同施工和運營管理單位在各專業領域的項目內容和進度安排不同，機械設備施工專業改造工點密集。同時受限于天窗時間，夜間施工強度高，需要大量施工機械設備集中進場。高效的機械設備管理體系，是保證設備與人員安全以及施工目標順利實現的關鍵。針對施工過程中機械設備管理的問題，基于UAF統一體系結構框架及機理，提出 UAF 在施工機械設備管理應用的思路及步驟方法，建立高速鐵路施工機械設備管理體系，以多領域代表性視圖視點為體系管理研究提供基礎。

關鍵詞：高速鐵路；體系結構；機械設備；視圖視點；管理研究

1" "研究背景

中國高速鐵路經過近20年的發展，運營里程日益增多，目前已經進入高速鐵路運營維修養護及安全保障高峰期。高速鐵路施工項目涉及的關鍵環節，規范流程、管理單位、風險要素日趨復雜。尤其是近些年開展的既有高速鐵路線路提質改造工程，與新建線施工組織有著較大不同，它需要在保障線路正常運營前提下，在天窗時間里完成改造任務，進一步凸顯出施工項目時間緊、工作量大、管理單位多且復雜的難點。當施工機械設備集中進場作業時其能否高效組織利用，將決定項目的施工質量和效率。

國內有大量學者對我國高速鐵路施工設備管理進行了研究。其中，王瑛[1]從加強人員和設備的現場管理等角度，分析高速鐵路現場施工設備管理易出現的問題，在組織結構、管理機制、準入機制等方面提出精細化管理建議。魏強等人[2]通過對川藏鐵路施工設備管理的信息化架構研究，在管理理論和施工組織設計方面設計出管理評價指標體系，以優化施工效率。于慶洲[3]從高速鐵路施工工程的關鍵環節精益管理的角度，設計管理機制，保障設備的安全管理。徐明軍和張秀清以及劉兵等人[4-6]通過建立機械設備安全技術檔案、完善機械安全管理制度，以及優化機械作業現場控制，來增強對高速鐵路施工現場的機械設備管控，并且利用機械設備配套配置計劃來應對突發安全情況。劉東和崔曉[7-8]將標準化思想理論應用與高速鐵路施工項目組織，形成標準化與項目施工組織管理相結合的管理架構，同時通過分析高速鐵路施工機械設備管理所涉及的關鍵鏈，提出了施工進度管理研究理論方法。喬方博等人[9]圍繞高速鐵路施工施組計劃以及設備管理計劃調W整等關鍵點，統一高速鐵路施工流程模板，研發了高速鐵路智能化施工進度管理系統。

上述成果僅僅對機械設備系統的點面融合管理進行了研究，并不能滿足日趨復雜的施工要求，目前還較為欠缺體系層面的視角，對高速鐵路施工機械設備管理進行自頂向下的總體架構研究。本文基于統一體系架構框架UAF （Unified Architecture Framework），對高速鐵路施工機械設備管理體系進行不同視角描述，為機械設備精細化管理奠定了理論基礎。

2nbsp; "UAF概述

統一體系架構框架UAF是體系架構領域具備高融合性和兼容性的創新性方法，它由對象管理組織OMG所創建，兼顧了當前現有的DoDAF、MoDAF、NAF等多種體系架構，能夠滿足構建和分析包括組織、組件、軟硬件資源等基本要素在內的復雜系統，可為使用人員提供從整體目標、業務建模以及仿真實現的全鏈路一體化架構方案。

UAF可以完成對建模系統的全生命周期管理，在體系規范架構基礎上，通過統一的建模語言UML/SysML，對目標體系進行頂層面向對象設計。UAF體系規范架構所具備的全視圖模型主要可以分為元數據、策略、業務、服務、項目、資源、安全等13個領域，每個領域可以細化描述包括分類、流程、參數、信息等11個視圖視角，每一個視角UAF都構建了元模型作為基礎理論支撐。通過UAF對高速鐵路施工機械設備管理體系架構進行構建，體現了多視點視圖的分析思路，它可以從多個角度對管理體系實現模型搭建，有助于將復雜的系統問題多面分解，以達到對體系不同特征進行較為詳細的描述。

3" "UAF體系架構設計方法

UAF在實用性、通用性以及擴展性方面表現優異，將其應用在高速鐵路施工機械設備管理中，可以幫助管理人員在體系架構設計及需求解析階段，更清晰的認識復雜組織體。依據UAF不同視圖模型的含義，去映射高速鐵路施工機械設備管理體系不同角度的描述，能夠進一步深化對復雜組織體不同層級系統的認識[10-11]。在深度剖析高速鐵路施工機械設備管理體系架構需求前提下，依據UAF體系架構建模規范可以實現體系模型的構建。同時，UAF依托的建模語言支撐仿真評估和流程運行模擬，能夠輔助管理設計人員分析復雜組織體。

UAF架構開發步驟如圖1所示，主要包括預備階段、需求管理、架構愿景、業務架構、能力架構、驗證仿真。預備階段的主要任務是為高速鐵路施工機械設備管理體系研究的架構工作做資源準備，建立好架構構建團隊，確定架構原則規則，對UAF的全部矩陣視圖視點模型進行選型，必要情況下還可對體系架構制定專業字典（即術語集）。

需求管理是UAF開發流程中最為核心的步驟，UAF架構開發的每個流程都需要與需求管理交互，即要確保其他開發環節的構建和實施滿足總體需求，也可在其他開發環節反向更新需求，因此整體需求管理是動態變化的。架構愿景是在需求管理制定的前提下，明確體系利益攸關者的所處背景、戰略規劃、業務約束及目標。能力架構是以需求管理及架構愿景為牽引，對體系能力需求進一步明確，將體系構建需求轉換為復雜組織體的具體能力。

業務架構是高速鐵路施工機械設備管理體系的骨干框架，主要通過UAF視圖視點中的業務模型視點進行描述。業務架構不僅要能支撐架構愿景的實現，還需滿足體系架構從高層級自頂向下進行需求映射，即對需求管理的業務需求和業務場景進行邏輯轉換和擴展。為了驗證架構對需求管理以及架構愿景構建模型是否合理與完整，可通過仿真對體系架構的頂層指標進行分析，例如核心KPI績效指標、效率指標、RAMS指標等等。同時UAF支撐流程仿真驗證，按照構建模型前后交互關系驗證整體流程完整性[12-13]。

4" "高鐵施工機械設備管理體系架構設計

基于UAF高速鐵路施工機械設備管理體系架構設計的實例描述如下：施工單位向指揮部提交施工計劃。指揮部對不同施工單位的施工計劃進行統一審批規劃，通過后設備管理部，對機械設備施工設計要求對機械設備進行配置。施工前維修部對機械設備進行保養維修，外租設備納入自有設備管理，并安排專人對進場機械設備進行設備質量檢查。施工部門執行機械設備“一機一檔”管理，嚴格落實機械設備登記、銷記及運轉交班記錄。施工部門對現場機械設備運用進行監督。調度部門隨時接受與反饋施工機械設備運行狀態，對故障狀態下施工現場進行調度協調。此次分析，對高速鐵路施工機械設備管理體系實例進行了適度簡化，但其依然涉及指揮部、施工單位、設備管理部門等多方面協同問題，以下對UAF體系架構開發進行介紹。

按照UAF體系架構開發流程，對高速鐵路施工機械設備管理體系的架構愿景進行總結歸納。架構愿景模型構建，可以通過模塊圖、數據表格以及文字進行表達。本文選用數據表格的形式，主要對架構愿景的業務背景、目的、約束條件以及模型選擇進行描述，如表1所示。

4.1" " 需求域模型構建

需求域模型構建是對高速鐵路施工機械設備管理體系架構的需求進行分析，包括能力需求、業務需求、資源需求、人員需求等。需求分析應當遵循自頂向下的需求分解，也可以采取自底向上的需求歸納方法。需求域模型構建的形式，可以使用SysML/UML模塊圖和需求圖，也可以使用矩陣和表格的形式進行表達。

圖2為高速鐵路施工機械設備管理體系的需求圖。通過SysML進行模型搭建，使用的是自頂向下的需求表達形式。高速鐵路施工組織需要遵循《高速鐵路技術管理規程》以及《鐵路安全管理條例》，在遵守此規章制度的前提下，高速鐵路施工機械設備管理體系整體需求按照能力需求、業務需求以及人員和資源需求進行整體規劃。

4.2" " 戰略域模型構建

在明確高速鐵路施工機械設備管理體系架構需求后，可以對體系架構的戰略領域能力架構、戰略領域結構視圖、戰略領域組織職責進行設計。戰略領域能力架構視圖是描述在一定時間范圍內，體系復雜組織體所應當具備的與能力需求相映射的細化能力構想，能力構想應當包含能力目標和能力愿景兩大部分。

能力愿景是能力的整體表現，能力愿景不以具體實現為主要出發點，具有長遠規劃的屬性。能力目標是能力在不同階段可落地的具體的目的。戰略領域能力架構視圖通常采用SysML或UML模塊定義圖進行構建。圖3是施工設備機械管理體系的戰略能力架構。

能力愿景在高速鐵路機械設備施工全流程主要分為3個階段，分別是施工前階段、施工階段和施工后階段。針對施工項目管理能力需求、機械設備管理能力需求、維修檢測管理能力需求以及調度監督管理需求，在不同施工階段都有不同的能力愿景及能力目標。對于高速鐵路施工機械設備管理體系，圖3主要羅列了其主要能力架構內容。

戰略領域結構視圖是描述在一定時間范圍內，高速鐵路施工機械設備管理體系具備的主要戰略結構模塊，以及不同戰略結構模塊在層級上具備的上下級關聯屬性。指揮部是高速鐵路施工項目的最高指揮單位。施工項目類型以路基施工、隧道施工、橋梁施工以及軌道施工居多，其他類型不再枚舉。

施工運營管理單位的常組部門有質量技術部、計劃合同部、工程管理部以及安全環保部。指揮部通過控制流對施工規劃及實施部門進行統一管理，同時指揮部直屬的設備管理部和調度部以及檢測維修部，對施工作業隊也可以進行管理。計劃合同部在施工前通過接口形式與指揮部交互，以便指揮部對涉及多個施工運營管理單位進行施工計劃的統籌，以有效解決施工過程中不同運營單位施工進度不統一問題。戰略領域結構視圖如圖4所示。

戰略領域組織職責是對復雜組織體系的職責與分工進行結構化明確，如圖5所示。高速鐵路施工機械設備管理體系所涉及的施工項目采用指揮部負責制，由其對施工項目進行最終決策，指揮部下設不同部門，每個部門有其施工管理職責，員工是整個施工機械設備管理技術層的重要組成，同時組合而成的作業隊是機械設備施工的操作層。

4.3" " 業務域流程模型構建

業務域流程視圖的作用，是描述高速鐵路施工機械設備管理，在一項施工項目中是如何完成業務活動。它通過SysML語言的活動視圖以及塊定義圖，對高速鐵路施工機械設備管理體系主要業務活動按照步驟進行分解。分解步驟的時序劃分，與能力愿景中的施工前階段、施工階段以及施工后階段相匹配。

在施工前階段，業務流程主要為施工規劃及實施部，向施工項目指揮部提交施工計劃及機械設備資源需求。指揮部審核后經設備管理部，對既有機械設備和外租設備進行統籌分配。分配完成后調度部與檢測維修部，分別進行機械設備進出場調度計劃設計，并對施工前機械設備進行維修與狀態檢測。

在施工階段，業務流程主要為機械設備登記、銷記及轉運管理。完成后，調度部發出施工機械設備進場指令，施工實施部門攜設備進場，并在施工過程中對施工人員以及施工機械設備狀態進行實時監測。如施工過程中出現異常狀況時，實施部門將信息反饋至調度部，由調度部進行現場指揮與協調。當機械設備出現故障時，檢測維修部進行應急搶修。

施工機械設備任務完成后，實施部進行現場驗收，并對設備管理部完成設備轉運登記。之后由調度部統一指揮機械設備出場，并有序安排下一施工項目開展。檢測維修部需要對使用后的機械設備進行檢測維修，以保障機械設備的安全可靠。

5" "結語

高速鐵路施工機械設備高效管理，是施工進度及施工質量的按時保質完成的關鍵要素。本文以UAF統一體系架構的架構機理為指導，設計UAF在高速鐵路施工機械設備管理應用方面的開發主干框架思路及步驟。選用UAF部分模型，從架構愿景、需求域架構、戰略域架構以及業務域流程架構等不同角度，對高速鐵路施工機械設備管理體系進行描述，構建出高速鐵路施工機械設備管理體系的主體模型。當前，國內針對高速鐵路施工機械設備精細化管理體系方法研究以及實際應用仍不夠完善，本文所提出的體系構建流程以及描述方法，可以為后續管理體系應用的深化研究提供理論支撐。

參考文獻

[1] 王瑛.高速鐵路施工機械設備現場管理研究[J].工程建設與設計，2022（3）：232-234+244.

[2] 魏強，李照星.川藏鐵路施工組織技術研究[J].管理現代化，2020，40（6）：25-31.

[3] 于慶洲. 高速鐵路工程施工關鍵管理環節的精益管理分析[J]."基層論壇，2022（6）：60-62.

[4] 徐明軍，曹建.高速鐵路工程施工現場起重設備安全技術管理探討[J].中國設備工程， 2017（21）：20-23

[5] 張秀清.高速鐵路隧道施工設備配套與管理[J].科技資訊， 2011（21）：10-12.

[6] 郭海坡.機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用[J].山西建筑，2013，39（26）：30-35.

[7] 劉東.基于標準化思想的高速鐵路施工組織研究[D].天津大學，2012.

[8] 崔曉.基于關鍵鏈的高速鐵路施工進度管理研究[D]. 西安建筑科技大學，2017.

[9] 喬方博，解亞龍，鮑榴，等.鐵路工程施工組織進度智能化管理系統研究[J].鐵路計算機應用，2022， 31（10）：42-46.

[10] 李晶.UAF體系架構設計的安全視點建模方法[J]. 福建電腦，2021，37（11）：31-35.

[11] 丁茜，王躍利，葛亮.基于UAF的重大災害救援體系架構設計[J].指揮控制與仿真，2018， 40（6）：5-11.

[12] 曾照洋，宮磊，馬靖寰.UAF視圖模型與架構開發方法研究[J].中國標準化，2022（21）：100-109.

[13] 鄭朔昉，何瑞恒，任文明.基于UAF建模的裝備標準集生成技術研究[J].系統仿真學報，2021，33（7）：1534-1541.