质量驱动的铁路建设工程管理模型

陈小文，唐学伦

（1.贵州医科大学 计算机教育与信息技术中心，贵阳 550025；2.贵阳同心软件科技有限公司，贵阳 550001）

铁路工程建设项目具有施工范围跨度广、建设周期长、管控难度大等特点，进度、质量与成本既是3大控制目标，也是影响工程项目效益的3大因素[1]，需提出一种新的科学方法来提升铁路工程管理[2]。部分重点项目存在进度滞后、虚报建设任务的问题[3]，建设管理单位缺乏有效的进度、质量、验工监测手段与机制，难以降低项目的成本和风险[4]。如何科学解决虚报和超报、超验等问题是工程管理的难点。针对3大控制目标和管理难点，许多学者开展了相关的研究工作。文献[5]根据铁路工程进度管理的需要，设计了基于图形元件的工程形象进度图参数化生成方案，建立了VML代码后台化机制，进而获得了铁路工程形象进度图参数化生成系统。文献[6]提出了基于Web的施工进度形象的建模方法，研发了综合信息的录入、查询与形象展示的可视化平台，有利于控制工程质量、安全、成本和工期。文献[7]从建筑安全、质量控制和成本控制的角度，分析了项目管理的关键环节，提出了管理措施。文献[8]针对6D-BIM集成控制结构体系施工阶段，结合改进的挣值分析方法，研发了施工项目质量、进度和成本的监测和参数分析系统，进而实现施工过程的动态管理和多目标控制。文献[9]基于项目的进度、成本和质量之间的配置关系，研究了进度、成本、质量和项目绩效之间的关联。文献[10]介绍了范围和质量管理的思想，以及成本和进度控制的关键因素。文献[11-12]构建质量、进度、成本之间相互优化的方案，并探索出进度与成本的最佳协调方案和项目成本与其质量、进度时间相互协调的方法。文献[13]分析了铁路建设工程检验批数据的特征，把检验批数据应用到施工质量管理、安全管理、进度管理、投资管理过程中。虽然文献[5-6]对铁路工程项目进度管理提供了形象化展示工具，但未涉及进度、质量、成本间的关联关系。文献[7-13]对铁路工程项目的进度、质量、成本间关系进行了研究，但未涉及超报与虚报控制等方面。

针对铁路工程管理的难点，从施工图纸着手，利用工程进度图系统划分结构部位实体，采用质量检验批驱动机制将进度、计价进行深层次关联，构建了质量驱动的铁路建设工程管理模型，研发了相应的信息系统。在铁路客运专线公司的应用结果表明：该系统可分析进度、质量、成本之间的数据，自动识别超报、虚报等问题，可降低引入虚假数据的风险。自顶向下的层层追溯与查验的效率，提升客运专线建设工程管理的信息化水平。

1 模型分析

综合衡量项目的整体性、专业性，结合施工组织安排，将铁路建设项目划分成若干个管理标段，依据线路的地质地貌特征、水文等因素划分成若干个单位工程。本文以桥梁专业的单位工程进行描述，在此先给出相应的定义与术语。

1.1 相关定义与术语

n为结构数量，n＞2；

i表示第i个结构，其中1≤i≤n;

S={Si}表示结构集合, Si只包含一个元素。

B={Bi}表示部位集合，元素Bi={bi,j| 1≤j≤cb}；Bi表示Si的部位集合，bi,j表示第i个结构的第j个部位，cb为第i个结构的部位总数。

W={Wi}表示工序集合，Wi表示Si的施工工序集合，Wi,j表示bi,j的工序集合。

T={Ti}表示施工任务集合，Ti表示第Si的任务集合。Ti,j则表示bi,j的任务集合。每个任务t由元素三元组(b,w,s) 构成。

P={Pi}表示进度管理集合，元素Pi={pi,d|1≤d≤cp}表示第i个结构的进度管理集合。pi,d表示第i个结构的第d个进度管理项，cp为第i个结构的进度管理项总数。

Q={Qi}表示质量管理集合，元素Qi={qi,f|1≤f≤cq}表示第i个结构的施工任务集合。qi,f表示第i个结构的第f个质量管理项，cq为第i个结构的质量管理项总数。

V={Vi}表示验工管理集合，元素Vi={vi,g|1≤g≤cv}表示第i个结构的验工管理信息。vi,g表示第i个结构的第g个验工管理项，cv表示第i个结构的验工项。

fr(x, y)关联函数，若执行fr函数，则x→y。若存在fr(x, y)和fr(y, z)，则x→z，函数fr具有传递性。

定义1：工程量清单，涵盖铁路工程所需施工类型的工程数量与单价，是工程验收与计价的基础，其数据项与工程数量表存在一对多关系。

定义2：检验批任务，根据施工质量验收标准对每一个结构部位的每一次施工活动，是质量控制的最小单元。

定义3：质量驱动，以检验批任务的验收结果任为模型的驱动源。

1.2 图纸分解

施工图纸是施工的基础，蕴含了丰富的数据，涵盖了施工方法、工程数量、几何属性等重要信息。对图纸中的数据予以深层次分解，所获数据元素可为进度、质量、计价管理提供最小管理单元，从图纸划分工程数量、结构部位、分部分项的关系，如图1所示。

（1）工程数量，施工图纸所标识各结构类型施工数量，每个数据可利用图纸上各项参数计算而得。

（2）实体划分，依据单位工程的类型和施工方法，划分结构集合S={S1, S2,...,Sn}和部位集合B={B1, B2,…, Bn}。

图1 图纸分解示意图

（3）工序划分，依据质量验收标准，结合施工指南和方法，划分工序集合W={W1,W2,…,Wn}。

1.3 检验批任务驱动

施工建设管理者以施工图为基础，结合各种质量验收标准和技术指南，实施对施工质量Q控制管理；结合工程数量形成了实体工程的进度P管理；利用工程量清单和验工数据实施验工计价V管理。在质量检验批管控过程中，依据施工验收标准对每一个施工任务的质量进行验收。其验收步骤依次为施工任务检验批、分项工程、分部工程、单位工程。由此可见，检验批任务是铁路工程施工过程控制的最基本单元，也是质量验收中最小单元。

利用检验批任务所关联的数据进行汇总或加工后的数据更具真实性和准确性，并具备数据追溯的条件。因此可将检验批任务状态的变化看成是整个项目的驱动源，支撑模型中的各个功能模块运转。

基于质量驱动的项目管理模型结构，如图2所示（图2中的虚线为驱动流），利用工序划分和实体划分的数据形成任务集，关键任务状态发生变化时则驱动业务模块的运转。驱动流的活动变化流程，如图3所示。分别涉及到进度、质量、成本（计价），所有数据均来自于质量检验合格的施工任务。

2 驱动模型设计

根据施工图纸信息，对工程形象进度图进行参数设置，快速分解成结构S和部位B集合。将任务与工程形象进度图的部位bi,j关联，并对结构、部位绑定相应工程数量表，最后在工程数量表的基础上与工程量清单关联，从而形成以任务的驱动的管理模型。当关键施工任务的状态发生改变时，以工程形象进度图为展示载体，利用关键任务上所附的关联属性，将进行进度、质量、计价等模块的数据加工处理。任务生成之前，需利用fr(x,y)函数进行数据关联。

图 2 基于质量驱动的工程管理模型

图 3 活动变化流程

2.1 数据关联

（1）工程数量表中的数据项是进度管理集合中的重要数据，而施工任务是最小的质量控制单元，两者之间无法直接关联。需要借助工程进进度图中的S结构集合方可与进度P集合，即进行fr(Si, Pi)运算。

（2）工程量清单验工管理集合中的基础数据，与工程数量存在一对多的关系，需要借助fr(Pi,Vi)函数实现两者之间的关联。

（3）依据质量验收标准，每个部位需要进行多个工序，因此部位需要与工序进行关联，即fr(Bi,Wi)运算。

（4）施工任务是质量控制的最小单元，每个工序有工序W均需要施工、监理单位进行检查评定验收，因此工序W集合还需与Q质量集合进行关联，即fr(W, Q)。

2.2 任务分解ct(b, w, s)函数

任务分解是管理模型的基础，需要借助工程形象进度图所生成的结构S、部位B集合，利用任务分解ct(b, w, s)函数进行批量分解。若第1#桥墩包含6根桩基，均采用钻孔法施工。依据本文先前定义可表示为：

i=1, 1 ≤ j≤ 6 ；S1={1#桥墩}；B1={b1,j}={ 1#桩基，2#桩基，3#桩基，4#桩基，5#桩基，6#桩基};

W1={W1,j}={{钻孔,钢筋,混凝土}…{ 钻孔,钢筋,混凝土}}；

T1,j= ct(b1,j,w1,j, Si)

= b1,j• W1,j• S1

={(1#桩基,钻孔,1#桥墩)，(2#桩基,钻孔,1#桥墩)，(3#桩基,钻孔,1#桥墩)，(4#桩基,钻孔,1#桥墩)，(5#桩基,钻孔,1#桥墩)，(6#桩基,钻孔,1#桥墩)，(1#桩基,钢筋,1#桥墩)，… (5#桩基,混凝土,1#桥墩)，(6#桩基,混凝土, 1#桥墩)}。

T1集合包含18个任务元素。任务集合的分解示意图，如图4所示。

图4 任务划分示意图

图4展示了某一个桥墩的桩基础任务划分过程，承台、墩身、梁的划分方法与桩基础的类似。对整座桥梁进行任务划分可表示为：

2.3 驱动模型

基于质量驱动模型，利用驱动机制，将质量、进度、计价进行有机结合。实现质量、进度、计价三者之间的深度关联。任务t是由b, w, s组成的三元组，根据fr函数，任务t可实现：

（1）t→b, w, s；

（2） s→p进行进度控制；

（3）p→v进行验工计价管理；

（4）b→w进行施工工序管理；

（5）w→q进行质量管理。

由于fr函数具有传递性，可知t→q, p, v，检验批任务是过程控制和质量验收的最小管理单元，基于检验批任务的数据加工具备了数据审核与追溯的条件。施工管理过程为：施工任务完成后填报施工记录与检验批资料，并向监理单位报验，质量验收合格后改变任务的状态，系统根据任务的类型进行进度图着色、完成数量汇总和工程量清单计算。检验批任务驱动的流程，如图5所示。

图5 检验批任务驱动流程

3 系统实现及应用分析

3.1 系统及实现

铁路建设工程管理模型的信息系统结构，如图6所示。

在Win7平台下，系统以Microsoft Visual Studio.NET 2012为开发工具，利用跨浏览器的、跨平台Silverlight 对工程形象进度图进行升级改造，模型中的其它业务模块均采用Asp.net进行开发，在开发过程中，采用Visual SourceSafe进行源代码管理与版本控制，考虑到铁路工程涉及到数据较多，在数据管理方面则采用Oracle数据库。

图6 基于铁路建设工程管理模型的信息系统结构图

3.2 应用案例

基于铁路建设工程管理模型的信息系统已在国内多个铁路客运专线公司进行应用示范。

（1）在西成客运专线（陕西段）实现了质量与进度进行统一管理。通过提取质量资料中的关键任务所关联的数据，获取进度信息，并与参建单位提交的进度进行分析对比，有效地控制虚报进度和质量资料滞后的现象。质量资料、施工进度对比，如表1所示。建设管理者可利用图表中的左侧的超链接，依次获取标段、项目部、项目分部、单位工程、分部分项、乃至施工任务等多层次的数据追溯管理，真正实现自顶向下的精细化管理。

表1 西成、宝兰铁路客运专线质量资料、施工进度对比表

（2）在武广铁路公司对武九客运专线、郑万客运专线（湖北段）进行质量、进度、验工的统一管理。严格遵循先质量、后进度、再验工的流程，通过提取质量验收合格的任务所关联的施工数据，按类别进行多层次汇总获得了进度、验工数据，有效地控制超报、虚验等现象。验工数据关联界面，如图7所示。

图7 质量、进度、验工关联

3.3 效果分析

从建设单位、施工单位反馈的信息来看，基于该模型的信息系统为工程、质量、计财部门提供了一个良好的检测与监控手段和追溯工具。通过对基于质量驱动管理模型的信息系统的实施，建设单位扭转以往管理过程中存在的鞭长莫及尴尬局面，将进度、质量、计价进行统一有效的管理。同时也改变部分管理模式，并提高了工作效率，管理模式与管理项的对比分别如图8、表2所示。

图8 施工管理模式示意图

4 结束语

基于质量驱动的铁路建设工程管理模型，将每个检验批任务所关联的施工属性进行多层次汇总，获得可深层次检验、追溯的各种数据报表，以工程形象进度图为导向，可为各级管理者提供数据审核、来源追溯的管理工具，提升施工管理水平。但由于部分施工结构物的特殊性，通过本管理模型计算的完成数量和工程量清单与实际数据可能存在一些偏差，下一步工作将重点研究特殊结构物施工数量的计算法则与算法，进一步提升管理模型的精度与准确性。

表2 传统模式与基于质量驱动模型管理模式对比