铁路环境保护与水土保持工程管理系统设计与应用

魏强，韩美清，，郑心铭，徐学存，吴剑华，李德良

（1.中国国家铁路集团有限公司 工程管理中心，北京 100844；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081）

0 引言

信息化技术是铁路建设项目环境保护与水土保持（简称环水保）管理工作的重要支撑。2018年9月，原中国铁路总公司发布《关于全面推进绿色铁路发展的通知》，提出至2020年，要充分利用信息化手段，实现建设项目环水保的全过程监管，达到铁路节能环保信息化和智能化水平显著提升的绿色铁路发展阶段目标。

当前铁路工程建设管理的信息化、智能化总体呈现高速发展态势[1]，但在环水保管理方面尚未实现信息化应用。环水保管理工作目前主要依托项目管理体系开展。为与项目标准化管理相接轨，结合环水保专业特点，应提出全过程、系统性的信息化解决方案，替代传统管理方式，实现管理能力的显著提升。因此，研究开发并运用铁路环水保工程管理信息系统，是当前推进铁路环水保工作的重要内容和积极举措。

1 需求分析

环水保全过程管理包括项目前期、施工建设、竣工验收3个阶段[2]的环水保相关工作内容、管理流程、数据填报等，涉及建设、设计、施工、监理、咨询等参建单位各方。现阶段对于信息化的需求，是对各单位管理工作内容的数字化、管理流程的标准化与电子化、数据采集的自动化等，并对关键环境问题实现扁平化的重点管理，达到减少管理层次、减轻管理强度的目的。

1.1 项目前期环水保管理

根据现行基本建设管理程序，铁路项目前期主要包括决策、设计和开工准备等工作。在决策过程中，项目预可研、可研应贯彻环水保理念开展项目选线，编制沿线环境敏感区、特殊保护区、规划区等专项评估报告，并取得相关主管部门的同意；完成环评报告书、水土保持方案编制，并报环保、水利行政主管部门审批。项目初步设计应对照环评、水保文件，编制环境保护、水土保持专章，严格落实各项措施要求。如果设计变动导致与环评、水保文件要求发生重大偏离的，还需办理变更审批手续。项目施工图设计，则要细化各项环境保护、水土保持设施建设的设计内容。在开工准备工作中，应明确环水保监理、监测开展要求和方式，完成专项监理、监测招标。

本阶段的环水保信息化管理需要实现前期工作成果的数字化。包括环评、水保评估审批状态，成果文件的展示与查询，管理信息的提取等，便于管理者掌握项目环水保审批手续办理、重大变更、各项措施设计等情况，为项目施工建设管理、竣工验收提供指导依据。

1.2 施工建设环水保管理

铁路项目施工建设阶段总体包括施工准备、日常作业、专项工程、监督管理等工作。

1.2.1 施工准备

以建设单位为主导核心，各单位组建环水保组织机构，完善环水保管理制度；进行环水保施工图审核并完善相关内容，是否涉及设计变更及补充手续，大型临时工程、弃渣场建设施工前应符合环水保“一场一图”要求等；编制并审核施工方案环水保内容或专项方案，环水保监理大纲、实施细则等；开展环水保培训。

本环节需要实现环水保管理制度及管理文件的索引查询、管理流程包括掌上办公等电子化操作、环水保设计图及相关方案数字化集中管理查询，促进前期工作的标准化开展，强化对关键工作的管理及监控。

1.2.2 日常作业

以施工单位为主体，路基、桥梁、隧道，制梁场、拌合站等主体、临时工程，取、弃土（渣）场等各类工点在日常施工作业中，要按照图纸方案、技术标准作业和环水保措施，办理各类用地手续、恢复移交手续等，满足生态保护、水土保持和施工污染防治的要求；做好日常施工过程详细记录；监测单位按标准开展水土流失、环境污染和生态专项监测，提供过程监测数据；设计单位提供现场指导等支持。

本环节需要实现对环水保日常作业各类数据的采集、统计与管理处理，对各类环境检查、监测实现有效的监督管理。作为环水保日常管理重要手段，信息化管理主要促进解决当前日常作业环境保护和水土保持措施不到位、精细化标准化水平不足，台账记录管理粗放、混乱等突出问题；针对隧道废水处理、弃渣场手续和施工管理等重点问题提出针对性指标、要求，强化监管[3-4]。

1.2.3 专项工程

以全面落实“三同时”要求为目标建设环保专项工程。设计单位负责跟踪沿线环境敏感目标变化，及时调整完善声屏障、隔声窗等环保专项工程设计，及时提供站场污水处理、废气防治、固废收集工程和设施的图纸等设计资料；施工单位严格按图施工，并确保质量与进度，环保专项工程实施完毕后，质量检验、调试监测合格资料等齐备；工程监理单位负责监督建设。

本环节需要实现环保专项工程的基础资料如点位信息、工程指标、变更情况等的数字化管理，对工程进度、文件资料、质量控制等数据采集、管理，以全面掌握工程建设情况及问题。

1.2.4 监督管理

对全过程加强监督管理。施工单位开展日常环水保自查工作，包括一般的人员作业、物资管理、台账记录等相关要求的执行情况；建设、监理单位按管理制度的规定开展检查，包括表土剥离保存、临时防护等生态保护措施，施工扬尘、噪声、废水等污染控制措施的落实情况及其效果，取弃土（渣）场手续文件办理、变更情况，以及防护、恢复等环水保措施执行情况等重点监督内容。对发现的问题及时下发通知或处罚，施工单位按期整改，形成问题处理闭环，并做好过程记录。

本环节需要实现环水保现场检查、问题闭环等数据采集、管理流程电子化，各方工作进行电子签认等，全面提高过程控制效率和质量。

1.3 环水保竣工验收管理

竣工验收阶段按照原中国铁路总公司及行政规定完成环水保静态、动态验收和企业自主验收各项工作，满足验收条件后方可投入运营。验收主要工作内容包括：建设单位委托的验收调查单位进场工作，收集资料并汇总整理、补充完善，梳理问题及安排整改；开展验收监测、公众参与调查；编写静动态、自主验收调查报告，完成验收审查；按要求完成信息公开及验收报备。

本阶段环水保管理应借助信息技术手段，将验收管理流程进行固化，指导用户完成各项工作，并实现验收资料的整理。管理者应能够实时了解验收实施情况、存在的问题；对项目资料按验收要求管理。最终，应促进解决当前环水保验收计划性不强，验收数据资料管理缺失，整理工作重复，投入大、成效差等问题。

2 技术方案

2.1 建设模式

一直以来，铁路行业主管部门积极探索和推广工程建设管理信息化。2013年，原中国铁路总公司确定了以BIM技术作为铁路工程建设信息化的主要技术方向[2]，并研究制定了建立统一开放的工程信息化平台和应用的铁路工程建设信息化总体规划、推进计划，以整个铁路建设项目管理为主线，集成多专业、多种技术，开发各类管理功能应用，形成可持续发展的工程建设信息化“生态圈”，并建设成为铁路工程建设技术创新平台[5-6]。

环水保工程管理系统以工程管理平台为基础，作为其管理应用功能的1个模块进行开发。平台端环水保工程管理系统主要根据需求实现数据组织、分析、管理等功能，可与工程管理平台采用相同的工程实体基础（EBS）[7-8]，实现底层数据共享，与其他应用模块进行数据交换，并采用统一的用户验证，极大简化开发内容，充分发挥工程管理平台“生态圈”效应。

环水保工程管理系统运行数据，包括工程点位基础信息、日常管理数据等的采集则通过终端实现。“平台—终端”模式是工程管理平台各类功能应用的主要开发模式，有利于从源头对数据进行统一管理，便于对应用功能优化升级；独立的数据采集终端设计开发可以提供更大的灵活性，并实现市场化管理降低开发成本、激发创新活力。

2.2 功能架构

环水保管理系统采用以工程对象为基础的功能架构设计。系统共包含基础信息、综合管理、主体工程、临时工程、取弃土场、环保工程、竣工验收7大模块，其功能见表1。实现对项目环水保基础与过程数据、基本工作流程、关键环节、资料档案等的全面和系统性管理。

表1 环水保工程管理系统功能表

2.3 技术架构

环水保工程管理系统采用“浏览器—服务器”（B/S）模式，运用成熟、先进的计算机网络技术和工具进行开发建设，并与工程管理平台功能应用模块开发主流技术保持一致。系统技术架构符合现行通用标准，包含基础层、支撑层、应用层、展现层，总体架构见图1。在核心的业务实现层，则使用了spring-boot标准微服务架构，集成了REST API、Web、Tasks等各种形式的基础功能服务。支持关系数据库和非关系数据库；集成安全策略，支持热启动、运行内嵌服务等，各种功能完备。另外还使用mybatis、druid、mysql、shiro、guava、xiaoymin等 主 流 基础组件，确保日志管理、监控等基本管理功能的完善。

图1 环水保工程管理系统的技术架构图

3 实践应用

3.1 试点应用与成效

环水保工程管理系统建设完成后，通过京雄城际铁路、太焦铁路、贵南高铁、盐通铁路等6个在建铁路项目开展试点应用。通过一段时间的实际运行，系统采集了大量环水保施工、管理数据，文件、影像资料等，实现了现场检查记录，问题通知下发、闭环管理等主要管理流程的数字化、电子化，与传统的以人工管理为主的方式相比具有显著优势，总体达到了功能需求目标。

3.1.1 基础信息管理效果显著

（1）环水保管理基础信息、文件的集中展示和管理有效促进了管理能力提升。通过考察试点项目，相较于传统的管理方式，建设单位和各参建单位专职管理人员中熟悉项目环水保管理详细要求的比例从不足20%提升至60%以上。绝大部分（90%以上）人员知道通过信息系统了解环水保管理的内容和要求，利用所提供的资料。

（2）工程基础信息的集中管理大幅提高了环水保精细化管理水平和管理效率。传统方式下环水保管理工作对于具体目标和内容掌握度不高，仅能对重点工程、问题点位进行专项管理，具有随机性和及时性不够的缺点，且信息从统计收集到反馈周期一般长达几天或几周。信息化管理将所有工程逐项、实时统计基础信息，使环水保管理工作实施清单化、100%全覆盖，同时分析能力大幅提升。

3.1.2 过程控制质量效率提升

（1）规范化台账管理，明显提高了过程管理的质量水平。施工过程环水保台账记录是重要的管理成果凭证和基础数据。传统管理的环水保记录不规范、内容不完整，且数据统计工作量大。通过信息化管理统一台账记录格式，过程记录标准化、规范化，内容完整，数据统计自动化。从试点情况看，各项目对环水保管理所要求的过程记录，主要包括施工过程记录、生态恢复记录、“三同时”设施建设记录等的数据项目填报完善率基本达到75%以上，相比传统方式相同内容不足30%的记录水平有大幅提升（见图2）。

图2 试点项目环水保过程数据记录完善率

（2）有力促进了环水保重要管理要求的落实。对铁路项目环水保管理工作当中十分重要但落实效果不佳的方案管理，弃渣场手续办理、质量文件等管理要求，通过信息化方式“倒逼”各单位积极落实。以弃渣场管理为例，各项目“一场一图”率由以往不足30%，均基本提升到70%以上；用地手续完善率平均由原来的76%提高到90%（见图3）。

图3 弃渣场重点管理要求落实率

（3）管理流程的规范化水平、执行效率明显提升。传统管理方式的现场检查、问题管理要求、方式因项目情况、管理水平各异，流程规范化水平不高，各环节响应效率可控性不强。以环水保管理工作中重要的现场检查为例，从试点项目情况看，相较于传统管理方式无固定频次要求、缺少记录统计的情况，通过信息化管理任务派发，各项目现场自查、监理检查的工点比例平均达到83%以上（见图4）；所有问题通知单通过系统平台标准化内容、格式，各相关方集中操作管理，并实现直接成文、输出存档。

3.1.3 验收资料管理一步到位

资料收集统计工作占铁路项目环水保验收工作投入的资源比例一般高达60%以上。传统管理方式中，环水保验收所需的资料分散于建设、设计、施工、监理等不同单位，整理统计工作量繁重、沟通成本高。加之过程管理不善或不够重视，通常在验收阶段很多资料统计工作实际属于重复劳动，管理资源浪费情况较为突出。

图4 重要改场检查落实率

从试点情况看，由于环水保管理系统中统一了各类环水保台账记录格式，实现了环水保专业静动态验收、环保自主验收、水保自主验收6类共28项验收资料的自动整理、自动统计、生成打包文件的功能，可直接下载，满足竣工验收要求，实现了验收基础工作一步到位。

3.2 系统改进与完善

3.2.1 提升数据共享水平

铁路工程管理平台在建设规划初期，以对工程建设质量、安全和进度管理为主要目标，同时环水保管理建设的制度、标准、技术规范各方面还在发展过程当中，因此基础平台的底层数据设计在内容和形式上对于支撑环水保管理仍有不足。例如环水保管理所需的项目整体信息、环水保工点信息等不全或不便利用，在环水保管理系统中需要重新采集、设计，增加了用户工作量，降低了体验效果。

通过深度优化数据内容设计、完善共享接口等，提高工程管理基础平台、其他功能模块与环水保管理模块的数据共享水平。环水保管理是一项综合性很强、内容繁杂、覆盖面广的管理工作，通过提高数据共享水平，实现与环水保管理相关的工程基础数据、统计信息的充分利用，对于减少数据采集的重复性和矛盾、丰富管理信息、进一步提高管理效率和用户体验具有重要作用。

3.2.2 完善考核评定功能

考核评定是标准化管理的重要环节，也是环水保工程管理信息化关注的重点。现阶段环水保工程管理有一定的制度和标准基础，但可量化程度较低，主要适用于传统管理方式[9]，需要进行完善和细化方可以信息化方式实现及应用，同时与考核相关的工程技术、管理标准规范等也需同步完善。在基础条件成熟后，设计考核算法，实现通过管理系统对项目环水保工程管理成效评估、参建单位工作评比，并提高考核评定的科学性、公正性，完善信息化管理重要功能。

3.2.3 充分实现智能化应用

（1）实现环水保自动监测数据接入。推动环境监测、水土流失监测自动化设备的数据采集、传输标准规范的制定，将符合要求的大气、噪声、水质、水土流失、气象等传感器采集数据接入，实现环水保实时监测，完善达标分析管理的重要功能。

（2）地理信息系统（GIS）平台应用。将环水保管理的工点信息、数据，以及污染源监控情况、问题管理情况等，通过GIS平台进行集中展示，进一步提高系统性、直观性，同时丰富自然保护位置范围、环境保护目标、小流域等基础图层数据，为环水保管理提供充分的信息支撑。

（3）发展和应用智能化分析。通过大数据分析、人工智能识别等技术开发与应用，逐步掌握铁路建设过程中对关键环境要素的影响程度、底层关系和演化发展趋势，发现管理薄弱环节和重要潜在问题，进而提出智能化、整体解决方案，并为铁路规划决策、政策制定等提供深层次信息参考。

4 结论与建议

4.1 结论

环水保工程管理系统以铁路施工、验收全过程环水保管理要求为基础，以标准化、精细化管理为目标，将环水保管理基本内容、主要流程进行规范化设计，实现了对主体、临时工程，取弃土场，环保工程等各项工程环境保护、水土保持现场管理和过程控制的信息化，显著提高了环水保管理数据统计、分析，验收资料管理的效率，相较于传统管理方式，大幅提高了管理水平，是铁路工程管理新技术应用、信息化建设、环境保护与水土保持工作的重要成果。

4.2 建议

（1）转换传统观念，推动信息化管理应用。加强宣传教育、制度引导和技术指导，转换传统观念，提高项目建设各方做好环水保工作的思想意识，主动运用和完善信息化、智能化管理手段，促进传统管理模式的转化提升，促进环水保工程管理质量、效率的提高。

（2）加强标准化建设，完善信息化管理基础。通过完善环水保工作技术规范、标准，以及配套管理制度、资源保障等，为充分开展信息化管理创造条件，通过信息化管理应用，促进环水保工程标准化管理建设，深入提高管理水平。

（3）贯彻全局原则，为环水保运营管理信息化预留条件。随着铁路管理信息化的深入发展，建设、运维一体化[10]作为远期目标，在下阶段环水保工程管理系统升级完善过程中,应进一步全局规划，考虑运营管理与建设期管理的数据流程、应用功能衔接问题，预留开发条件。

（4）把握政策方向，注重与监管结合。做好与国家环评水保申报与验收管理系统、排污许可管理系统、生态环境大数据平台、“天地一体化”动态监管系统[11]等各类外部监管环境对接、联结的管理和技术准备，从更高层面将铁路行业环水保工程信息化管理建设成为我国工程领域的标杆。