铁路工程施工组织形象进度系统研究与实现

鲍 榴，王万齐，王辉麟，刘红峰，徐晓磊

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京　100081）

近年来，随着我国高速铁路和城际铁路的快速发展，中国铁路每年的固定资产投资规模平均约为7 587.4亿元，铁路建设取得了举世瞩目的成就[1]。

施工组织设计是项目建设和指导工程施工的重要文件，是建设管理方能以高质量、高速度、低成本、少消耗完成工程项目建设的有力保证，是加强管理、提高经济效益的重要手段，也是工程施工能有序、高效、科学合理地进行的重要保障。传统施工组织管理模式下，存在以下问题：现阶段的施工组织设计管理主要通过调度报表统计施工进度数据，采用人工手段分析的结果不准确、效率低，无法评估关键线路工期受其他工序的影响程度并预警，不能提醒项目管理方进行资源调配。在施工组织的实施过程中着重追求施工效益而很少考虑经济效益。

为提高劳动效率、降低资源消耗，解决施工技术资源特别是智力资源无法有效充分应用的现象，真正实现指导现场施工的作用，施工组织采用信息化系统管理是十分必要的，其优势体现在：（1）在线对施工组织进行编制、研讨、审批，快捷形象地支持项目管理与实施的集成；（2）通过形象进度图等实时反映项目计划的实施、执行、自动反馈、信息集成和共享；（3）通过进度推演形象地反映出计划工期、实际工期、项目重难点工程的计划、实施，推演出预计完工时间；（4）根据施工组织进度预警，可以实时调节施工中的资源调配来动态调整施工组织计划。

1　业务流程

施工组织设计[2]从可行性调研—初步设计—施工设计—工程实施—验收阶段，分别对应施工组织方案意见、施工组织设计意见、指导性施工组织、实施性施工组织。

在此期间涉及到的用户类型包括铁路总公司、建设单位、设计单位、监理单位和施工单位。计划从上至下进行安排管理，进度信息从下至上进行上报汇总，形成一个分级、分阶段的动态管理流程。业务流程框图如图1所示。

图1　业务流程

通过对业务的分析和梳理，并结合信息技术手段，对施工组织形象进度系统的架构和功能进行设计。

2　系统架构

施工组织形象进度系统分为7个层级结构，如图2所示。

（1）感知层。主要对现场施工进度进行采集的方式，通过现场二维码、RFID、定位坐标、移动设备来进行进度数据采集。

（2）传输层。主要是将采集到日志进度数据通过数据接口上传至系统。

（3）数据存储层。主要对系统中涉及的各类数据进行集中存储，并对数据安全进行集中管理。

（4）数据资源层。是对各类数据进行分类管理，包括人员机构、工程结构、实体几何信息、文档信息、计划信息、日志进度信息和预警信息。

（5）系统服务层。是将公用的数据以服务方式发布，供其他相关的业务系统去使用，并提供流程和二维图形控件服务。

（6）系统应用层。主要对系统提供的业务功能进行分类，分为首页汇总、进度管理、计划管理、基础数据管理、施工方案管理和系统管理6大部分。

（7）系统表现层。是展示给用户的界面，分为移动端、PC客户端和浏览器端3种访问方式。

图2　系统整体架构

3　系统功能设计

施工组织形象进度系统主要分为系统管理、基础数据管理、施工方案管理、计划管理、进度管理以及首页的信息集成展示6大模块。功能架构如图3所示。

图3　系统功能设计

（1）系统管理。主要包括权限管理和系统运维监控管理。权限管理分为用户管理、角色管理和系统功能管理。用户分为铁路总公司、建设单位、施工单位和监理单位4级用户。分别对用户授予对应的角色，实现权限管理。

（2）基础数据管理。包括系统工程结构分解、重难点控制工程及卡控点管理和系统字典管理。工程结构分解主要对工程项目进行维护，包括项目、标段、工区、工点及部位等信息进行信息的初始维护管理。重难点控制工程及卡控点管理主要实现对项目的重难点控制性工程如长大风险隧道、大跨度连续梁桥梁工点等进行设置管理，并对线路上的卡控点如征地拆迁、三电迁改等信息进行管理维护。系统字典管理主要对系统应用中的各专业模板字典进行维护，如专业类型，桥梁类型，隧道类型，施工工序，施工工效和单位等信息做为不变字典进行管理，便于系统多处调用。

（3）施工方案管理。主要是针对项目指导性施工组织文件管理，对标段的实施性施工组织设计管理，对施工中连续梁等专项施工方案管理，对首件评估、作业指导书进行文档管理。

（4）计划管理。主要实现对计划的版本管理，施工组织计划是个动态调整过程，定期会根据实际进度进行动态调整，调整后版本不一致，通过版本管理实现施工组织计划动态管理。计划编制主要包括工期计划编制和月度工程计划编制，工期计划主要对构筑物、工期进行编制，月度工程计划主要对实体工程完成量进行编制如桩基、承台、墩身、隧道开挖等编制月度完成工程计划。通过工期和工程量两种方式对整个项目计划进行管控。

（5）进度管理。主要包括实际进度的填报、形象进度图展示以及计划和实际进度对比推演进行进度预警管理，并针对预警进行跟踪管理，包括预警原因和处理措施管理，实现动态追踪进度管理。

（6）首页。是系统的内容综合展示区，包括预警统计信息；重难点工程及卡控点进度情况；进度统计图、表；整体形象进度图；进度计划甘特图等展示方式。通过首页信息可以直观看出工程项目进度整体和局部的情况。实现对工程建设项目进度动态和形象化管控。

4　关键技术及系统实现

4.1　工作任务分解（WBS）

为实现铁路工程项目计划编制管理，需要对整个工程项目的任务结构进行逐级分解至最小任务单位，基于最小任务单元开始编制工期计划。整体工作任务分解如下：

项目、第一级任务（专业为主）、第二级任务（构筑物）、第三级任务（工点）。以郑万河南段项目为例。

第一级任务：施工准备、桥梁工程、路基工程、隧道工程、轨道工程、四电工程、站房工程、联调联试和运行试验。

第二级任务：施工准备按施工标段划分；桥梁工程、路基工程、隧道工程按构筑物进行划分，划分为如某某特大桥、某某路基、某某隧道；轨道工程划分为无砟道床、有砟道床和铺轨工程；四电工程按里程区段划分；站房工程按具体站房划分；联调联试和运行试验不具体划分。

第三级任务：桥梁工程划分为下部结构、制架梁工程、上部现浇梁；路基工程划分为路基地基处理、土石方、堆载预压；隧道工程划分为进口、出口、辅助导坑；轨道工程继续分区段。

最终分解完的层级结构如图4所示。

图4　工作任务分解

为满足实施性施工组织精细化管理，针对隧道和桥梁特殊结构，还需要进行细化的任务分解，隧道专业在工点以下进行按围岩等级进行分解，如图5所示。

图5　隧道围岩计划

桥梁连续梁工点需要按施工节段进行分解。分解如图6所示。

图6　连续梁计划

4.2　工期计划编制

对已经分解的工作任务进行工期计划的编制是计划管理的核心，通过维护各任务间的关联关系，包括前置任务，间隙时间，如冬季停工等情况。任务间关系包括完成—完成、完成—开始、开始—完成、开始—开始，通过维护关系实现任务的顺序关系。如图7所示。

图7　编辑任务

维护完关联关系，需要对每一项的任务根据施工工效设置工期，根据施工组织规范要求，对各专业都有明确的规定。桥梁中基础和连续梁工效指标如表1、表2所示。

表1　桥梁基础

表2　悬浇连续梁

通过输入最后一项任务的开始日期，前面所有关联的工作任务时间通过前置关联关系实现反推计算进行设置，达到快速对工程项目的施工计划编制，并且可以根据施工进度对计划进行动态调整。

4.3　基于Html5 SVG矢量图方式实现形象进度

目前绘制二维平面图的主要方法有Flex[3]、SVG和Html5 Canvas等。

（1）Flex。它是一个高效、免费的开源框架，可用于构建具有表现力的 Web 应用程序，利用Adobe Flash Player和Adobe AIR，可以实现跨浏览器、桌面和操作系统。

（2）SVG。可缩放矢量图形（SVG）是基于可扩展标记语言（标准通用标记语言的子集），用于描述二维矢量图形的一种图形格式。它由万维网联盟制定，是一个开放标准。SVG是使用XML文档描述来绘图，更适合用来做动态交互，而且SVG绘图很容易编辑，只需要增加或移除相应的元素。同时SVG是基于矢量的，所以它能够很好的处理图形大小的改变。

（3）Canvas。它使用JavaScript程序绘图（动态生成），是基于位图的图像，不能够改变大小，只能缩放显示。

与其他图像格式相比（比如 JPEG 和 GIF），使用 SVG 的优势在于：SVG 图像可通过文本编辑器来创建和修改，SVG 图像可被搜索、索引、脚本化或压缩，SVG 是可伸缩的，SVG 图像可在任何的分辨率下被高质量地打印，SVG 可在图像质量不下降的情况下被放大，浏览器支持情况也很好，能支持Internet Explorer 9、Firefox、Opera、Chrome 以及Safari 支持内联 SVG。Internet Explorer 8或更早版本，可通过安装Adobe SVG Viewer以支持SVG。

结合SVG上述特点，本系统采用SVG矢量图方式实现基于里程和时间的形象进度图：（1）对计划中所有的专业任务展示图标进行绘制，如图8所示。（2）通过绘制横坐标里程、纵坐标时间方式将所有任务绘制出来，如图9所示。

因为铁路线路里程较长，任务计划较多，采用放大不失真矢量图方式进行展现。如图10所示。

因为整体形象进度图上将一个构筑物作为一个整体，所有采用了两级进行展示，点击一个构筑物还能打开详细的形象进度图，如打开一个上图隧道，实现对一个隧道的放大。如图11所示。

4.4　工期推演预警计算方法

有了实际进度，通过进度指标实现对未来进度完成的推演功能，能够提前预知未来的工期并能进行工期预警管理。以桥梁工程为例，分为计划进度、指标低、中、高和标段经验值进行推演。其中，计划进度，就是按照前期做的计划进行推演，指标低、中、高是按施工组织规范中对桥梁不同分项进度指标规定，同时施工单位还可以根据自身的施工工效设置指标。以桥梁连续梁施工为例：

图8　各专业图例

图9　项目总体形象进度图

图10　局部放大

图11　隧道形象进度图

进度正常：当推演完成时间≤计划完工时间。

进度滞后：当推演完成时间＞计划完工时间且推演完成时间+28天≤架梁车通过日期。（前提架梁车通过该特殊结构）。如果架梁车不通过，则推演完成时间+28天≤铺轨日期。

进度严重滞后：推演完成时间+28天＞架梁车通过日期或者推演完成时间+28天＞铺轨日期。

5　结束语

铁路工程施工组织形象进度系统已经在多个铁路在建项目进行应用，能实现对指导性施工组织和实施性施工组织进行管理，通过整体形象进度图和重点工程的形象进度图实现对计划进度动态跟踪管理，并能通过实际进度推演出未来工期情况，直观和形象地进行施工进度管理。为实现铁路项目动态施工组织管理提供强有力的信息手段支撑。

参考文献：

[1]周 岩，白 丽 . 高速铁路工程建设项目管理信息化研究［J］.铁路计算机应用，2011，20（2）：28-29.

[2]中国铁路总公司.铁路工程施工组织设计规范：Q/CR 9004-2015[S]. 北京：中国铁道出版社，2015.

[3]徐晓磊，解亚龙，鲍 榴，等.基于Flex的施工组织形象进度图的设计与开发[J]. 铁路计算机应用，2017，26（3）：27-29.

[4]孙贵江．高速铁路（客运专线）的施工组织设计探讨[J]．中国工程咨询，2004（12）.

[5]赵君鑫，陆银根，张全文，等．铁路工程施工组织设计[M]成都：西南交通大学出版社，2004.

[6]苏大鹏．铁路施工组织管理系统的研究[J].科技资讯，2008（24）.

[7]李志义．铁路建设项目信息化管理的应用与发展[J].中国铁路，2016（1）：14-18.

[8]王万齐．铁路工程管理基础平台方案设计研究[J].铁路技术创新，2016（3）：18-20.