基于霍尔三维结构的大西高速铁路综合试验质量管理模型初探

范今

（中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心，北京100081）

高速铁路作为一种运量大、能耗低、污染小、安全舒适的交通运输方式，在我国交通运输体系中占有重要地位，是国家科学技术、装备制造、综合国力，以及现代化程度的集中体现。高速铁路是一项庞大的系统工程，涉及高速动车组、牵引供电、工务工程、通信信号、运营调度、客运服务、养护维修、安全防护、节能环保等系统，在高速铁路技术创新发展的进程中，为研究新技术运用中遇到的一系列综合重大技术问题，保证新技术的运用安全，需要组织开展高速铁路综合试验。通过试验研究验证，探索技术创新中的关键问题，确定新技术的运用条件和标准，协调各专业技术的接口关系，解决关键技术问题，测试与评估新技术、新装备的运用稳定性和可靠性。随着我国高铁技术的迅猛发展，高速铁路综合试验已成为铁路技术发展过程中不可或缺的重要环节。大西高速铁路综合试验（简称大西综合试验）是我国铁路迄今为止试验规模大、专业覆盖广、历时时间长、技术难度高的高速铁路综合试验［1］。以大西综合试验为典型案例，从系统工程的角度，运用霍尔三维结构理论，对大西综合试验质量控制管理模式进行深入研究，构建试验质量管理模型，为高质量组织开展试验提供科学方法和借鉴。

1 霍尔三维结构理论

霍尔三维结构理论是美国系统工程专家霍尔（A D·Hall）于1969年提出的一种系统工程方法论。霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的7个阶段和6个步骤，同时还考虑为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能，形成由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构。霍尔三维结构具有研究方法上的整体性，即技术应用上的综合性、组织管理上的科学性和系统工程工作的问题导向性的突出特点［2］。霍尔三维结构系统工程方法论的出现，为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种思想方法，应用广泛。

2 大西综合试验介绍

2.1 试验段概述

大西综合试验是一项铁路系统试验工程，其项目多、专业全、历时长、技术难度大、标准要求高。该试验段位于大同—西安铁路客运专线原平西—太原区段，沿线设有原平西、忻州西、阳曲西3个车站，正线长度86.67 km，线间距5 m，最小曲线半径4 000 m，设计速度250 km/h。试验段正线特大桥12座，大中桥21座，桥梁占全线长度的49.30%。试验段内隧道7座，累计长度约20.8 km［3］。为满足大西综合试验目标定位、试验项目的需要，按照350 km/h标准对试验段通信、信号、接触网、牵引网供电、曲线超高、减振降噪设施、检修设施等相关工程进行改造和调整，新增聚氨酯固化道床、自然灾害及异物侵限监测系统、地震监测预警系统等试验设施设备，并为开展最高速度385 km/h高速铁路综合试验提供试验条件。

2.2 试验内容

大西综合试验主要涉及中国标准高速动车组系统科学试验、关键系统及部件服役性能研究试验、型式试验和运用考核试验，以及工务工程、牵引供电、通信信号、振动噪声、自然灾害及异物侵限监测系统、地震预警系统等10类80项试验内容［4］。大西综合试验的实施，系统评价和验证了中国标准动车组及关键系统、部件的功能和性能，固定设施新结构、新型自然灾害及异物侵限监测系统、地震监测预警系统设计的合理性，固定设施养护维修新技术的实用性，通信信号系统优化技术的可靠性和安全性；全面掌握牵引供电系统参数和性能，以及铁路减振降噪措施应用效果，为深化高速铁路基础理论研究、核心技术攻关、建立健全我国高速铁路技术标准体系提供了技术支持。

2.3 质量管理维度及要素

大西综合试验是一项涉及多系统、多目标、多阶段的系统工程，且由相互联系、相互制约、相互影响的若干分试验系统组成，各分试验系统逻辑关联最终满足综合试验的整体要求。在时间维（试验过程）方面，主要涉及规划决策、拟定方案、试验准备、方案调整、动态调试、试验实施、总结验收等要素；在逻辑维方面，逻辑维的每个步骤贯穿于时间维的各个阶段，主要涉及明确问题、目标选择、提出方案、方案分析、方案确定、实施计划等要素；在组织维（试验组织管理）方面，主要涉及综合试验领导小组、工程建设指挥部，技术总体组、项目指挥部、试验段领导组、现场指挥部，综合试验项目部等机构要素；在资源维（试验资源）方面，主要涉及试验设施、试验车辆、试验方法、技术标准、参试人员等要素；在环境维（自然环境和社会环境）方面，主要涉及地质、气象、人文、规章、制度等要素；在知识维（知识结构）方面，主要涉及运筹学、控制论、管理科学、铁路专业技术知识等要素［5］。

3 大西综合试验质量管理模型

由于大西综合试验涉及维度多，且不同要素间存在相互耦合、相互作用的关系，在对大西综合试验质量管理总结分析的基础上，对试验产生影响的诸多维度中，以时间维、逻辑维、组织维最为关键。从大西综合试验的全局出发，研究系统整体与要素之间、整体与外部环境之间的相互联系、相互作用、相互制约关系，分析试验质量管理的关键环节及要素，提出基于霍尔三维结构的质量管理模型（见图1）。

3.1 时间维

时间维表述了大西综合试验从开始到结束按时间顺序排列的全过程，即从时间维度对各个工作阶段进行了界定，结合试验实际，将时间维划分为规划决策、拟定方案、试验准备、方案调整、动态调试、试验实施、总结验收7个阶段。

（1）规划决策。为进一步增强铁路自主创新能力，提高我国高速铁路技术装备自主化水平，经中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）组织研究和论证，决定选择大西铁路客运专线原平西—太原段开展高速综合试验，并明确试验区段、试验内容、试验时间、试验组织、试验经费，以及相关工作要求［6］。

图1 大西综合试验质量管理模型

（2）拟定方案。依据大西综合试验批复，大西综合试验项目部组织参试单位，进一步细化试验内容及相关要求，编制试验大纲初步方案，并组织多次研讨修订后，形成试验大纲送审方案，经国铁集团组织评审后获得批复［7］，完成大西综合试验方案拟定。

（3）试验准备。大西综合试验准备阶段主要完成以下5个方面的工作任务：一是350 km/h大西综合试验段工程改造、试验配套工程及试验段工程初步验收。二是车上、地面检测设备预先安装和调试。三是各项新技术、新产品的方案评审和上道试用评审。四是编制动态调试大纲及综合试验大纲、总体计划、测点布置图等。五是试验人员、设备准备就绪。

（4）方案调整。针对参试单位提出补充和调整试验内容的请求，经国铁集团组织研究并批准，对大西综合试验大纲部分内容进行调整［8］，调整后的试验大纲进一步优化和完善了试验内容。

（5）动态调试。依据《大西铁路客运专线高速综合试验段综合试验前动态调试大纲》［9］，采用高速综合检测列车，在确保安全的前提下逐级提速，完成轨道、路基及过渡段动力性能、桥梁动力性能、隧道、电力牵引供电、通信系统、信号系统、综合接地、电磁环境、声屏障、自然灾害及异物侵限监测等测试项目动态调试和条件确认。

（6）试验实施。大西综合试验现场实施分为5个阶段。第1阶段完成第1批次中国标准动车组型式试验、科学试验及其他一系列试验；第2阶段完成第1批次中国标准动车组运用考核试验及地震预警系统控车试验；第3阶段完成国产化、自主化列控系统试验；第4阶段完成第2批次中国标准高速动车组型式试验、科学试验及自主化列控系统互联互通试验；第5阶段完成第2批次中国标准高速动车组互联互通试验、科学试验及噪声源识别、地震预警系统试验、综合巡检车运用考核［1］。

（7）总结验收。为系统评价大西综合试验技术水平和试验成果，试验组织实施单位与各参试单位共同参与，分专业形成大西综合试验报告，试验报告经多次研讨和修订，具备开展总结验收的条件后，由国铁集团组织完成大西综合试验技术总结与技术评审。

3.2 逻辑维

逻辑维的每个步骤贯穿于时间维的各个阶段，以大西综合试验时间维的“拟定方案”阶段为例，将逻辑维设定为明确问题、目标选择、提出方案、方案分析、方案确定、实施计划6个步骤［6］，阐述研究确定大西综合试验方案和实施计划的过程。

（1）明确问题。在决定选择大西铁路客运专线原平西—太原段开展高速综合试验后，随即进入拟定大西综合试验方案（大纲）阶段。根据大西综合试验实际情况，采用解释结构模型法［10］，将复杂的系统分解为若干子系统，每个子系统又分解成若干个相互关联、相对简单的试验项目，利用实践经验和专业知识，构成多级递阶结构模型。

（2）目标选择。在初步明确大西综合试验系统结构及试验项目的前提下，应用效用理论，分离试验子项目的主观成分和客观成分，量化评判指标和评价方法，建立评价体系，对若干相互关联的子项目进行综合评价。在既有可支配资源的条件下，综合考虑试验预期、成效收益、所处环境、风险程度、预期损失等因素影响，确立大西综合试验总体目标，以及各个子系统和试验项目的预期目标。

（3）提出方案。设定大西综合试验关键子系统、试验项目，判断并提出关键要素，分析关键要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵，分解可达矩阵，建立结构模型描述大西综合试验内容，形成试验初步方案并采用网络图直观表示。

（4）方案分析。在大西综合试验初步方案基础上，针对预设试验内容和目标进行深入分析研究，突出对新技术、新装备的试验验证与考核，根据实际情况对试验方案提出调整建议，进一步优化试验项目，明确试验目标，确定试验内容，完善试验方案，并对试验大纲的完整性、系统性、合理性、可行性，以及试验环境、条件、风险等进行分析评估，形成试验送审方案。

（5）方案确定。针对大西综合试验送审方案，组织开展方案评审，考虑大西综合试验实际需求、试验环境和条件，以及诸多不确定因素，对试验方案进行进一步优化和完善，形成大西综合试验报送方案，经大西综合试验领导小组审核批准后，形成试验实施方案。

（6）实施计划。依据批复的大西综合试验实施方案及相关要求，聚焦大西综合试验子系统、试验项目预期目标，综合考虑试验线路、试验时间、试验地点、试验列车、试验设施设备、试验环境、试验项目特定条件、行车调度、试验组织、安全保障等因素，采用关键路线法制定周密的试验实施计划，经试验段领导小组和现场指挥部批准后实施。

3.3 组织维

组织维是指在上述各阶段和每一步骤中的组织管理形态。

（1）组织管理。针对大西综合试验组织管理、工程改造、试验装备、综合试验、安全保障等管理需求，创新管理体制、运行机制，采用项目型或矩阵型的组织结构形式，组成分工明确、各司其职、结构合理、协作高效的的管理团队，实行项目全过程管理，制定管理制度、工作流程和工作标准，明确各层级及相关部门的组织关系、工作范围和职责权限，探索并形成分层制、专业化的组织管理模式，构建产学研用联合攻关的协同创新体系，为顺利实施试验提供组织保障［11］。

（2）工程改造。大西铁路客运专线有限责任公司（简称大西客专公司）成立工程项目建设指挥部，负责试验段工程改造和试验配套工程实施，提供设施设备质量保障。大西客专公司是试验段工程改造的组织实施机构，是实现建设目标的直接责任者。试验配套工程的实施，在大西客专公司原有管理制度的基础上，增加了试验人员的技术指导和过程控制，由中国铁道科学研究院集团有限公司（简称铁科院集团有限公司）组织相关试验单位在项目实施前，提供书面施工方案、工艺流程和作业指导书，现行规范没有验收标准的需提供技术条件。在试验配套项目施工时，铁科院集团有限公司组织相关试验单位安排专人进驻现场进行技术指导、过程控制、结果把关，确保施工质量满足试验要求。

（3）试验装备。在装备研制方面，成立技术总体组，由专家和工程技术人员组成，负责相关企业、高校、科研院所等机构的技术支持，组织协调试验装备研制工作。为有效组织装备采购，在国铁集团的领导下，铁科院集团有限公司成立项目指挥部，下设办公室、物资采购工作组、财务工作组、审计工作组，以及高速动车组、综检车、巡检车、基础设施检测监测等14个子项目工作组，全面负责试验装备采购工作。

（4）综合试验。在综合试验实施方面，国铁集团成立综合试验领导小组，领导和协调试验组织工作。中国铁路太原局集团有限公司成立试验段领导组和现场指挥部，全面负责大西综合试验期间的行车组织和安全管理工作。铁科院集团公司成立综合试验项目部，组织参试单位完成各项试验任务，各参试单位全面参与相关试验，负责本专业测试、试验验证和技术保障工作。

（5）安全保障。大西客专公司成立试验段施工安全生产管理领导小组，负责综合试验段工程改造安全生产管理工作。各施工（监理）单位成立安全生产工作组，配备专职安全管理人员，落实巡视、旁站制度，加强施工过程的安全管控。工程设计、咨询等参建单位成立相应的安全管理领导小组，落实安全管理责任，从设计源头上把控安全。太原铁路公安局成立试验段安保工作领导小组和专项办公室，负责综合试验段安防工作。

4 结束语

通过运用霍尔三维结构理论，结合大西综合试验实际，从时间维、逻辑维、组织维3个维度，将大西综合试验转换为较直观的立体空间结构，通过建立时间维和逻辑维，将大西综合试验的各个阶段映射到二维平面上，该平面的任意一点都能反映大西综合试验某一时间点的状态，通过该状态可以清晰了解每一阶段的进展情况，并及时做好各项工作的调度和安排，而组织维的建立，为大西综合试验高效和有序实施提供了组织保障。

在对大西综合试验质量管理与控制进行了初步探讨后，提出了大西综合试验质量管理模型。按照这一思路，以霍尔三维结构理论为指导，研究建立试验进度、投资、安全等管理模型，形成大西综合试验完整的管理控制体系，对于强化试验各阶段管理工作，全面落实质量、进度、投资、安全等管理要求，高标准、高质量、高效率完成大西综合试验将发挥重要作用。?