以设备为核心的铁路四电工程建设管理研究

■ 朱超平

0 引言

铁路四电工程（通信、信号、电力、牵引供电）建设作为一个大的系统归口管理，相比站前项目具有工程体量小、设备安装分散、技术要求精细、系统离散性大的特点[1]；另一方面，由于四电工程系统内部在专业管理特性、施工安装工艺、设备系统结构、性能指标调试、维护管理要求等方面的差异，四电项目各专业间也存在较大的差异[2]。近年来，随着工程建设管理的自动化程度不断提高，以数据采集和运用为核心的工程管理逐步取得共识。中国铁路总公司工程管理中心推出的铁路工程管理平台，旨在通过现场的数据采集加强现场的工艺、质量、进度自动控制，实现高铁建设的高水平、信息化、智能化，虽然在站前工程应用中已取得了初步成果，但在四电工程的信息化应用方面还较少[3]。

1 建设特点

相比于铁路路基、桥涵、隧道等站前工程，铁路四电工程建设领域由于各专业的差异具有下列特点[4]：

（1）建设周期短，设备分散，系统离散性大。四电工程一般在几个月内完成，四电各专业设备、同一专业内部的设备在线路上呈离散分布，且相比于站前工程四电设备的运用规律性较小。

（2）四电专业设备复杂性。四电专业设备种类众多，物理结构和功能特性差异大，特别对于实现逻辑控制功能的设备，对安装和调试的精细化要求较高。

（3）管理要求多样性。不同功能的设备在建设阶段具有不同的技术要求，包括专业管理特性、施工安装工艺、设备系统结构、性能指标调试、维护管理要求等方面的差异。

（4）管理信息系统多样性。四电工程的设备供应、进场检验、设备安装施工、工程验收、交付运维等环节由多个信息系统管理，各系统相互独立，缺少统一的规划管理，甚至个别环节技术手段比较落后，例如工程验收普遍采用纸质方式管理，导致工程建设信息在各环节脱节，形成信息孤岛，无法保证信息的充分共享和运用[5-6]。

上述铁路四电工程建设所存在的特点，说明铁路四电工程建设管理存在自身特殊的需求。

2 管理需求

综合考虑中国铁路总公司对四电工程建设全面管理的要求，以及各铁路局集团公司、建设单位和参建单位的实际需要，结合新技术和社会服务发展、专项技术发展，有必要对铁路四电工程信息化建设统筹考虑、规划和管理。

无论建设指挥部、设计单位、四电设备生产厂商、施工单位还是运营单位，从各自角度出发，对四电工程及设备的精细化管理目标是一致的。现阶段四电工程从设备出厂开始，设备内部名称编号、性能参数、合格证、第三方检验、厂家信息、设备安装、质量验收信息、设备安装位置、设备的区间/线路名称、公里数、工程竣工需要交付设备清单及运维期设备台账信息等多个重要环节的信息，由于缺乏更加先进、可用的信息化平台，导致四电设备在建设、运维过程中数据信息割裂、数据性实效差，制约四电设备建设期进度、成本的有效管控等精细化管理，同时，建设期对后期运维管理的支撑作用也有限。

通过分析四电工程相关单位的管理目标、四电工程信息化管理平台的基本功能需求和数据共享需求，为四电信息化建设提供研究目标和方向。

2.1 四电工程相关角色管理目标

四电工程信息化服务对象主要有建设单位、施工单位、运营单位和设备厂商。

（1）建设单位需要直观掌握铁路四电建设项目进展情况，包括甲供设备采购进度、收发货情况、工程进度管理、验工计价及工程信息的查询、统计、分析功能等。

（2）施工单位通过信息化实现线上编写采购计划管理、合同管理、设备采购订货管理、设备的出入库管理、设备安装、电子施工日志管理、工程进度管理等四电工程全方位管理。

（3）运营单位通过四电工程建设期收集设备基础信息、检验信息、安装信息等，掌握完整的设备台账和设备履历，实现设备的可追溯及运维支撑。

（4）设备厂商根据采购计划进行设备生产、发货，随时掌握合同的履行情况、设备的发货情况，后续运维期可准确掌握自家设备在各铁路局集团公司、区间的分布。

2.2 工程数据共享需求

铁路四电工程管理平台的共享信息主要是指工程建设信息在多个主体管理过程中的数据共享。四电工程管理的核心要素包括研究设计、施工图审核、集成方案及施工组织流程编制、施工过程管理、联调联试、工程验收等环节数据信息，需要组织合理的数据范围和层次，达到各环节数据联通。

2.3 四电工程管理系统功能需求

四电信息化平台业务功能主要划分为基础平台、过程控制、调度指挥、辅助决策等需求。

（1）基础平台。主要功能是管理和维护铁路四电工程项目基础信息，包括项目、标段、工区、工点等基础数据，也包括组织结构分解、工程结构分解（设计单元分解）、人员管理、用户管理、权限管理等基础功能。

（2）过程控制。铁路四电项目建设质量要求高、技术复杂，做好项目建设的过程控制是铁路四电建设取得成功的重要保证。其所包含的进度、成本和质量三者控制之间的关系中，进度控制是中心环节、质量控制是根本、成本控制是关键，三者相互关联、相互依存、相互影响。

（3）调度指挥。铁路四电项目投资建设规模大、周期长、工期紧、管理难度大。由于项目部、指挥部等地理位置分散、信息沟通难度大，只有做到现场工程建设的实际进度和问题的及时沟通和反馈，才能保证项目管理者快速做出正确决策。

（4）辅助决策。收集分析工程建设过程中的动态、关键信息，实现对工程进度和资源配置提供数据支撑和依据。

3 四电工程管理系统建设

四电工程以设备管理为主线，以设备建筑安装为基础，以设备验收交付为标志。因此，四电工程管理系统要满足需求，首要任务是建立覆盖设备生产、物资采购、施工管理、入场检验、设备安装到竣工交接各阶段的过程管理和数据管理体系。建设并完善四电工程管理系统的前提是对四电工程管理业务流程进行深入分析，并通过分析对四电工程管理功能进行详细设计。

3.1 业务流程分析及设计

四电工程管理将项目信息管理与设备信息管理相结合，面向四电工程相关的建设单位、施工单位、监理单位、设备供应商、运营维护单位，提供从采购、入厂检验、施工安装到交付运维的设备管理方案。

通过调研分析，工程管理需满足如下各环节的信息录入、流程控制、数据存储，并提供信息展示、进度查询、设备统计、数据分析功能，保证信息及时准确传递[7]。四电工程管理系统业务流程见图1。

3.1.1 合同信息录入

根据采购的主体不同，物资可划分为甲供物资和自购物资，甲供物资由建设单位录入合同信息；自购物资由施工单位录入合同信息。录入的合同信息包括合同的签订信息，合同扫描件，物资的型号、数量及厂家等[8]。

3.1.2 订货采购

施工单位根据现场施工情况、厂家供应能力等，分批次向供应商下达订货单进行采购，由施工单位录入本批次订货单设备型号、数量、收发货人信息等。

图1 四电工程管理系统业务流程

3.1.3 厂家生成设备二维码并安装二维码

二维码技术是设备信息便捷化录入和提取的有效手段。信息录入平台后，通过移动端扫描二维码随时随地提取。设备供应商在平台录入设备信息办理发货时，平台自动生成唯一编码及对应二维码，供应商在发货前将二维码打印并粘贴到设备上，完成设备身份ID的刻印。平台的移动终端提供二维码识别功能，在进场检验、入所检验、施工安装、交付验收、运营维护等多个环节可通过扫描二维码定位设备，提取和录入信息[9]。

3.1.4 设备出厂

根据设备编码规则，由设备生产商在出厂时生成设备二维码，并将设备出厂基础数据录入平台。基础数据包括：设备名称、生产厂家、出厂编号、生产日期、合格证、设备出厂说明书、参数记录表、第三方检验等信息。

3.1.5 设备进场检验

设备到货后，由现场施工人员会同现场监理，核对进场设备规格型号是否与设计一致、检查设备外观是否完好、需入所检测的设备相关检测是否完成等。检查完毕后，施工单位相关人员完善设备入场检验数据，数据包括：进场设备检验结果报验单、设备感观记录表、入所检测数据。

3.1.6 领料出库

施工人员在安装前，向库房管理员申请领料，系统登记设备对应的安装工点、领料人信息，完成领料出库的过程。

3.1.7 设备安装

在安装调试过程中，将相关的设备技术参数和调整批标、特性参数录入数据平台，为设备标准化调整、初始化参数设定、设备定位管理建立基础数据，设备安装完后需要填写的信息包括：施工单位信息、施工人员、施工负责人、设备定位信息、安装部位、基本配线资料、施工日志信息。

在设备安装环节，施工人员在设备安装完后，通过手持终端扫描设备上的二维码填写安装信息，实现安装信息录入的及时性和准确性。其中，位置信息通过选择设计单元结构树下对应的具体设备，实现设备与安装位置信息的挂接。

3.1.8 设备调试

安装后需要调试的设备，在完成调试后录入调试信息，包括调试单位、调试人及调试报告，从而完成整个设备安装过程。

3.1.9 施工验收

通常设备施工结束后需要现场完成批次验收，由施工单位检验员和现场监理工程师录入验收数据，填写检验批验收信息，自动形成质量验收记录的原始文件。现场提供手持终端扫码完成单位工程、分项、分部工程的验收。

3.1.10 交付运维

经过上述步骤，完成四电设备从出厂到安装整个建设期过程的管理及数据采集工作，形成四电设备基础台账以及设备相关资料，交付接管单位进行管理和运维，从而为设备的运维打下基础。

3.2 功能模块设计及实现

四电工程管理系统可按基础信息管理、四电工程流程管理、工程进度管理、检验批次管理和施工日志等5方面进行设计。基础信息管理模块用于管理项目和用户的基础信息，该部分信息可从铁路工程管理平台读取并完善；其他模块功能的实现以统一的设备编码和工程设计单元划分为前提，此外系统使用过程中，必须基于统一编码规则为所有物资设备分配唯一的编号，该编号用于标识唯一设备，贯穿于设备全生命周期过程中。同时，在四电工程设计阶段，需为各专业进行设计单元的切分。

3.2.1 系统实现前提工作

（1）与铁路工程管理平台对接基础信息。四电工程管理系统基于铁路工程管理平台工作，因此，项目信息、标段信息、四电专业设计单元分解信息、工区、工点、用户、角色权限等基础数据需要通过接口的方式从铁路工程管理平台获取。

（2）统一设备编码。设备编码是四电设备管理的基础。目前设备供应商、施工单位、维护单位都有各自对于设备的编码规则和管理方法，多个环节的重复性编码造成交付设备过程繁琐、浪费人力、编码不统一、工艺良莠不齐、影响设备外观、查找困难等问题，也是信息共享和统一管理的壁垒。本方案阐述的四电工程管理平台作为各方的统一管理平台，结合设备出厂基本信息，遵循全路设备编码唯一的原则，建立统一设备编码。

（3）划分设计单元。四电工程进行工程设计单元的划分是设备安装位置录入、进度统计的基础。根据铁路工程信息模型表达标准，四电工程将根据专业习惯将内部相对独立完整的工程单元划分为一个设计单元[10]。

①通信设计单元划分。基于长途光电缆、通信各系统设备、综合布线、其他通信设施等划分工程范围存在不同概算段落的特点，按照概算段落划分为2个或多个设计单元。例如：区间通信干线32芯光缆##DK560+000—DK580+300；昌图西车站##通信工程。

②信号设计单元划分。按照铁路局集团公司不同场所，如调度楼、独立车站、编组站独立车场、线路所、动车段、动车运用所、中继站、区间、铁路局集团公司或电务段监测中心、信号设备测试检修场所、车载设备检修测试场所等对设计单元进行划分。例如：DK151+340处的中继站。

③电力设计单元划分。变电、配电所按每座单独划分工点。包含基础、构架及遮拦制作与安装、变配电装置安装与检验、电缆线路敷设、防雷接地等。区间电力按每个供电臂的工程划分工点。包含电缆线路敷设、35 kV及以下架空线路架设、箱变电所及箱式电抗器电器装置安装与检验、低压配电、防雷接地等。

④接触网设计单元划分。接触网工程按照车站、区间、场（段/所）划分设计单元，每个段落对应一个设计单元，每个设计单元由若干个接触网锚段组成。以“车站（区间、场段）名称##起讫里程”的形式命名。例如：庆阳车站接触网##DK238+237．64—DK241+575。

⑤信息设计单元划分。按照铁路局集团公司运输调度中心及信息中心、车站、场、段、所，工务或综合维修机构的工区、车间、段，单体建筑，线路及区间信息工程划分。

四电工程管理系统的实现基于以上设备编码技术与设计单元划分方式，覆盖了四电工程管理业务流程，其功能结构见图2。按照流程中涉及的用户角色划分功能模块见图3。

下面对工程管理过程的主要业务流程，以及施工进度管理、四电工程检验批、四电工程施工日志等重点管理模块实现思路进行说明。

图2 四电工程管理系统分模块功能结构图

图3 四电工程管理系统按用户划分模块功能结构图

3.2.2 平台基础信息管理

平台基础信息包括：（1）项目信息，包括项目的基本信息、组织结构信息等；（2）标段信息，包括项目划分的标段信息；（3）用户和权限信息，包括用户账户、所属组织、角色及权限分配信息；（4）四电设计单元信息，包括各专业工程结构分解的层级信息；（5）数据字典。

以上信息可以通过铁路工程管理平台提供的接口获取，以保证与铁路工程管理平台基础信息的一致性，方便从不同维度查询统计项目信息。

3.2.3 流程管理

本模块从四电业务流程的角度基于工作流的方式对各环节进行信息化管理，为用户提供相应的工作流，采集设备在流转过程中所有数据。本模块实现的功能包括：（1）合同管理；（2）设备订货管理；（3）设备库存管理；（4）编审批管理；（5）进场检验管理；（6）设备安装管理。

以上功能模块的实现，为工程进度的管理、施工日志、检验批管理、验工计价、统计分析提供了数据支撑。

3.2.4 工程进度管理

工程进度的统计从设备采购进度、设备安装进度两个维度进行。

设备采购进度=设备采购的实际价值量/预算购置的设备价值。具体系统实现时，提供各专业设备当前的采购情况，各专业设备采购进度见图4。

设备安装进度的计算是根据四电设计图纸完成设计单元的划分后，以设计单元结构树节点数量确定总安装工程量；安装过程中，通过设计单元结构树上绑定的设备数量与总共需要绑定的节点数的比值来计算当前的安装进度。各专业设备安装进度见图5。

建设单位和施工单位用户均具有进度的统计、查询权限，方便随时掌握准确的工程进度，避免当前进度填报的随意性。

3.2.5 检验批管理

施工单位检验员和现场监理工程师通过手持终端对验收数据进行录入，填写检验批验收信息，自动形成质量验收记录的原始文件。

按照单位工程、分部工程、分项工程等方面对安装量进行验收统计，提供更灵活、详细的统计分析，方便高效安排调配设备供货、施组，从而推进项目进度。四电工程管理系统检验批界面见图6。

3.2.6 施工日志

四电工程电子施工日志管理的实现有赖于四电设计单元的划分，依据四电质量验收标准、四电工程施工规范，同时定义工点的安全日志、质量日志和技术日志数据字典，并通过电子施工日志系统，填写四电施工日志，由此可展示四电施工进度。

四电工程电子施工日志模块提供的管理功能结构见图7。

3.2.7 统计分析

图4 设备采购进度

图5 各专业设备安装进度

图6 四电工程管理系统检验批界面

图7 四电工程电子施工日志管理功能

统计分析模块基于工程建设阶段采集的设备全过程的数据，根据用户权限实现从单个工点到全线的设备合同情况、订货单情况、设备的发货/收货情况、工点施工情况、日志填报情况的统计分析功能（见图8）。

4 结束语

分析四电建设管理信息化的特点和铁路四电工程建设管理需求，建立四电工程全过程管理体系，提出以二维码标签的形式管理四电设备从厂家出厂、进场检验、入库出库、安装、验收等工程各环节的实现方案，在完成四电建设过程管控和数据采集的同时满足铁路建设相关单位的管理要求，也为运营单位后期对设备的运维提供数据准备。

图8 统计分析界面