鐵路工程施工組織進度智能化管理系統研究

喬方博，解亞龍，鮑 榴，陳 志，晁棉鏢

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081；2.北京經緯信息技術公司，北京 100081）

鐵路工程施工組織（簡稱：施組）是對施工活動實行科學管理的重要計劃手段，是對工程建設順序、建設工期、資源配置、施工技術方案及安全質量管理等要素的統籌安排[1]。施組管理內容是主導工程優質、安全、有序、高效建設的決定因素，其涵蓋專業廣、建設周期長、調整關系繁雜，其管理水平會直接影響到鐵路工程建設質量和效率[2]。中國國家鐵路集團有限公司高度重視鐵路施組管理工作，要求利用信息化手段制定建設工程實施計劃、組織實施、強化施工組織，運用鐵路工程管理平臺加強施組動態管理[3-5]。但就目前施工現場的施組管理系統使用情況來看，還不能完全滿足現場需求，尚未達到鐵路工程信息化、智能化的建設目標，需要進一步采用先進的技術手段輔助現場施組管理決策[6]。

基于此，本文圍繞施組計劃編制、計劃調整及智能輔助決策展開研究，研發了鐵路工程施工組織進度智能化管理系統。

1 信息化應用現狀及實現目標

1.1 應用現狀

目前，我國鐵路工程施組管理主要借鑒于國內外的項目管理工具或其他行業的管理軟件。不同于其他（如建筑、水利等）施組管理系統興起較早的行業，一些鐵路項目的施組計劃編制及調整仍需借助公路行業的施組管理軟件，但由于制度和行業的差異，這些軟件并不能完全適用于鐵路行業[7]。現場的鐵路施組計劃主要依賴CAD等軟件人工編制，在計劃編制、調整、預警方面存在以下問題。

（1）在計劃編制方面，傳統的施組計劃編制系統無法針對鐵路工程各專業特點對其進行科學描述，主要依靠以人工經驗為導向的編制方式，易帶來較大的誤差。

（2）在計劃調整方面，由編制人員逐個調整施組計劃項不僅繁瑣冗余，且對現場調整后的施組進度缺乏智能化的審核管理過程。

（3）在跟蹤預警方面，鐵路施組管理缺少及時的數據跟蹤與智能推演方法，無法對進度合理把控，嚴重影響跟蹤效率[8]，且在對進度表達方式上不夠直觀、形式單一。

1.2 實現目標

針對目前鐵路施組在計劃編制、調整和進度把控等方面存在的上述問題，設計鐵路工程施組進度智能化管理系統，實現以下目標。

（1）依照相關標準，建立統一的施工項目（簡稱：工項）內容模板并內置于系統之中，以滿足各層級用戶對施組計劃編制節點的需要；按照現場實際工程需要鋪排內置的工項。

（2）基于系統內置工項間的連接關系，實現前后置工項的聯動調整，并依托圖形化方法，實現現場人員對施組計劃的快速調整。

（3）結合現場實際的指導性、實施性施組管理辦法流程，綜合各專業的智能推演算法，實現施組智能輔助決策方案；通過進度實時跟蹤、推演預警、形象化表達等相關技術，輔助現場施組管理人員決策，實現對進度的全面把控與科學管理。

2 總體架構

鐵路工程施組進度智能化管理系統架構如圖1所示。

2.1 數據層

系統需要的數據分為基礎數據和實時進度數據。其中，基礎數據包括項目基礎數據、部門組織人員機構數據及項目基礎的工序指標，統一在鐵路工程管理基礎平臺進行維護；實時進度數據包括日進度數據及主體工程計劃數據等，主要從施工日志系統獲取[9-10]。

2.2 校驗層

校驗層采用校驗和轉換的方法確保以上來源數據的準確性。對于項目基礎數據，通過斷鏈數據同步將其校驗并轉換為實際的現場里程進度；對于來源于施工日志等第三方系統的數據，采用多源數據校驗方法，比對校驗不同來源的數據，確保數據的準確性。

2.3 系統層

系統內置了統一的施工工項內容模板、各專業工項鋪排方法、智能輔助決策方案、現場施組管理流程、現場工期預警指標維護方法、圖形化表達方法等，是施工組織智能化功能實現的基礎。

2.4 功能層

基于統一的施組編制基礎模板，實現施組計劃的快速編制、調整及后置計劃的聯動調整功能；通過對現場進度數據的實時跟蹤獲取，利用智能輔助決策方案對進度推演預測，實現現場進度的實時把控，輔助現場施組管理人員調整決策。

3 系統功能及實現方法

鐵路工程施組進度智能化管理系統的主要功能為施組計劃編制、施組計劃調整、智能輔助決策。 本系統基于鐵路工程平臺，采用B/S架構、“SpringBoot+Vue”框架開發，其功能實現方法如下。

3.1 施組計劃編制

3.1.1 模板建立

將鐵路工程施組計劃編制的施工工項內容模板化，制定鐵路工程建設工作任務分解結構的編碼體系標準。具體過程如下：

（1）依照《鐵路BIM標準匯編》[11]《鐵路工程信息模型交付精度標準》[12]《鐵路工程設計信息模型表達標準》[13]等標準體系，對實體結構與工程系統分解結構（EBS，Engineering Breakdown Structure）樹節點統一，分解到適合工程建模的編碼節點，作為模型建立的基礎；

（2）理清各專業工項的前后置關系，通過選取典型專業的統一結構分解模版、工效指標庫、工作任務模板庫、工作任務時序規則庫，構建其專業內部的工序工項模型；

（3）制定線路、標段、專業、單位工程及工程部位的結構分解，形成施組工程結構分解模板。

3.1.2 工項鋪排

在施組模板的基礎上對鐵路工程工項進行鋪排，如圖2所示。其中，鋪架工程作為線路、橋梁及隧道主體工程的后置工項，是關鍵路徑上的必要節點，可用于統籌安排各類前置工項的截止時間[14]。在確定好鋪架工程時間節點的基礎上，對站前主體工程中的復雜特大橋、長大隧道等重點工程采用順排工期；其余非重點主體工程以鋪軌工程為時間節點進行倒排。

圖2 鐵路工程專業間工項鋪排關系

3.2 施組計劃調整

由于現場實際工點工項的難度存在差異，各工項持續時間對總工期的影響程度也不相同。系統通過提取影響總工期的關鍵線路，利用其他非關鍵路徑工項的自由時差平衡資源投入量，以達到壓縮工期和資源利用最優化的效果，避免部分工項過早或過遲完工造成工程閑置或延誤而帶來時間和資金的損失。

以橋梁專業為例，施組工期調整方案可分為2類，如圖3和圖4所示。通過提高工項的施工速度（簡稱：工速）及合理分配資源增加工作面，可對偏差的各種因素及影響工期的程度進行分析、評估和智能優化，便于施工管理者識別施工資源需求，采取有效措施調整優化項目進度。

圖3 通過調整墩臺工速調整工期

圖4 通過增加墩臺工作面調整工期

3.3 智能輔助決策

在施組計劃編制、調整方案的基礎上對現場進度情況推演預警。通過從施工日志系統實時跟蹤，并結合多源數據校驗方法，獲取到實時準確的現場進度數據；在此基礎上通過推演算法及系統內置的工項間前后置關系，實現局部工期調整下整體工期的快速推演；根據現場實際的進度節點要求對當前進度預警，并通過斜率圖方法形象化展示，支持在圖形上直接調整；在現場指導性、實施性施組的管理流程中運用以上技術，形成施組進度智能輔助決策方案，如圖5所示。

圖5 現場施組進度智能輔助決策方案

3.3.1 指導性施組

智能輔助決策方案通過確定指導性施組進度時間節點，確保各級施組方案能在上級施組框架下調整和修改，避免作業節點上的時間沖突。建設單位可根據在鐵路工程管理平臺中已編制完成的計劃，初始化編制指導性施組計劃并導入施組進度智能化管理系統。在此基礎上，填寫必要的施組時間節點信息后，自動生成初始施組計劃。

3.3.2 實施性施組

施工單位在指導性施組基礎上編寫和調整其所管區域內的實施性施組計劃，系統智能校驗其合理性后經過監理單位和建設單位的審核，輔助審批管理流程，增強調整質量與效率。

4 系統應用

西昆（西安—昆明）高速鐵路具有橋梁隧道比高、不良地質多、區域環境敏感、工程量大等特點，對施工組織管理要求較高。本文研發的鐵路工程施組智能化編制系統已在西昆高速鐵路試用，減輕了現場施組人員編制調整工作量，可對當前進度推演展示，輔助施組編制人員快速調整決策。系統生成施組整體進度的斜率圖如圖6所示，圖中黃色圖例表示按照當前進度與工期指標庫推演出的工期完成時間。

圖6 施組整體進度斜率圖

在現場進度的實時追蹤與智能預警方面，系統可從施工日志系統獲取實時的日進度數據，并通過智能輔助推演算法對進度推算，將推演結果與施組計劃數據實時比對，實現進度推演預警，并以圖形化的方式展示當前已完成工期進度、計劃完成工期以及推演完成工期；在提高現場施組的編制調整效率方面，施組管理人員通過以上施組推演信息，可直觀把握施組進度情況，對施組計劃以圖形方式進行形象化調整，后置工項統一聯動調整，避免了逐一調整工項的繁瑣步驟。此外，系統對不同的編制調整結果進行統一的版本管理與保留，符合現場的施組管理審核流程，在高效調整的同時進一步確保現場施組管理質量。

5 結束語

本文研究并實現了鐵路工程施工組織進度智能化管理系統。在西昆高速鐵路的試用表明，該系統能滿足現場在計劃編制、調整、預警方面的需求，并輔助現場管理決策，有效解決了傳統施組編制過程中過分依賴人為經驗、調整不合理、預警不及時等諸多問題，提升了鐵路工程施組管理過程的科學性與智能性。后續將重點檢驗該系統在大規模工程實際應用中的使用效果，為進一步適應多種復雜艱險環境下的鐵路工程施組管理提供支撐。