铁路营业线施工一体化管理系统设计研究

冯小芳，林 宏

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；2.中国国家铁路集团有限公司 运输调度指挥中心，北京 100844)

1 铁路营业线施工管理现状

铁路营业线施工是指影响营业线设备稳定、使用和行车安全的各种施工作业，按照组织方式、影响程度分为施工和维修2 类[1]。施工管理和组织水平的高低，已经成为影响列车旅行速度、线路能力和移动设备使用效率的重要因素[2]。伴随着路网规模持续快速增长，运能运力不断释放，运输设备状态、运输组织方式等已发生深刻变化，铁路运输组织面临的安全挑战和风险日益严峻，如何针对施工作业点多线长、施工量大且频度高、安全卡控难度大等特点，进一步提高施工组织全过程关键环节信息化管理水平，确保施工安全，提高施工效率，是亟待解决的一道难题。

目前全路已成立了专门的营业线施工管理机构，形成了较为完善的营业线施工管理办法和安全防护体系，在铁路营业线施工管理过程中发挥着积极作用[3]。铁路营业线施工管理信息化工作起步较早，目前在运行揭示调度命令和施工月/日计划方面应用比较成熟，2005 年铁路施工运行揭示命令系统上线，支撑全路施工运行揭示调度命令编制和下达；2008 年运输调度管理系统中的施工调度子系统上线，支撑施工月计划和日计划的编制和管理。同时各铁路局集团公司、施工管理站段等根据自身需求，在天窗管理、维修管理、限速管理、安全防护等方面建立了一些信息化系统，但整体信息化水平不高，发展较为缓慢。营业线维修计划管理、施工安全监督计划管理、施工登销记、施工资料管理、施工现场监控、施工安全防护等环节还缺乏统一的信息系统支撑，施工过程还做不到全流程、一体化管理，施工作业写实过程分散，回溯和评价较为困难，很难满足目前对施工管理决策、信息共享等方面的需求。

为进一步加强铁路营业线施工全过程关键环节的管理和控制，确保施工安全，提高施工效率，加快新技术与营业线施工全过程管控的深度融合，构建人防、物防、技防“三位一体”的营业线施工管理保障体系，在总结前期科研单位和铁路局集团公司探索实践的基础上，提出研究铁路营业线施工一体化管理系统的设计方案。通过重新构建铁路营业线施工一体化管理系统，面向施工组织管理全过程进行数据管理、流程管理和安全防护，可提升施工计划编制质量，使得统筹协调运输生产与施工组织更加合理高效，是提升施工组织安全能力的需要，也是施工管理信息化、数字化发展的需要。

2 铁路营业线施工一体化管理系统总体方案设计

2.1 系统设计思路及目标

围绕铁路营业线施工管理业务需求，建立中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)、铁路局集团公司、站段、现场四级联动的铁路营业线施工一体化管理信息系统，支撑日常施工维修管理需求，面向施工组织全过程，实现施工信息全面自动采集和共享，以及施工管理全流程贯通和各环节作业协作、集中决策、关联卡控，其建设目标如下。

（1）施工基础资料统一规范化管理。结合施工维修管理需求，基于数字化铁路路网模型进行施工管理基础资料统一管理、规范化定义，面向施工管理全过程提供统一的数据服务支撑。

（2）施工方案、计划集中协同编制。可按线路、按区域进行施工方案、施工计划的集中决策和一体化编制，通过科学合理地安排年度计划、集中修计划、施工月计划、维修计划、邻近营业线安全监督计划、施工作业计划等，全面提升施工计划编制质量。

（3）施工命令数字化管理。基于统一的施工方案、施工计划、维修计划的格式化编制和数字化存储，自动拟写施工运行揭示命令、施工调度命令，自动匹配受令处所，并提供命令安全检查、命令一体化传输和执行监控。

（4）施工登销记流程化、可视化管理。在施工作业执行阶段，与现场作业管理形成相互校核，进行电子登销记管理，并实现远程施工盯控。

（5）施工组织一体化闭环管理。在施工管理全生命周期内全面拉通施工方案、计划编制、命令传输、作业计划执行、现场作业盯控、施工登销记、施工安全防护等各个环节，实现信息同源、流程贯通、闭环联动管理，全面提升安全防护能力。

（6）施工综合化安全检查和冲突检测管理。通过路网建模和数字化支撑，实现智能化限速卡控，可视化评估施工影响范围，实现时间、空间、资源等多个维度的冲突检测并利用大数据、物联网、5G、北斗等新技术，提供远程盯控、视频会商、语音分析、视频分析等技术措施，全面提升安全防护和智能操控能力。

2.2 系统总体架构设计

铁路营业线施工一体化管理系统采用一级集中部署，为国铁集团、铁路局集团公司、站段、现场车间(基地)等四级提供应用。

（1）系统采用平台+应用的模式进行架构设计。首先构建施工一体化协同管理平台，提供统一资源描述、信息动态采集、冲突检测和综合监控等4 个方面的基础支撑管理功能，并面向施工管理全过程实现数据共享、业务流程贯通和各环节一体化管理。

（2）面向施工一体化全过程提供施工基础资料管理。统筹考虑各专业的技术标准、技术要求、安全措施等进行施工基础资料管理。依托平台和基础资料管理，通过集中统一管理工务、电务、供电相关技术资料，施工器具设备、线网能力、运行线铺画、天窗分配等基础资料，进行格式化描述和数字化存储，实现贯通于施工前准备、施工过程组织、施工后期统计等施工管理全过程的核心功能应用，包含施工计划管理、施工命令管理、施工登销记管理、施工安全防护管理、施工作业管理、统计分析等核心应用功能。

（3）基于统一平台进行数据交互和信息融合。与列车调度集中控制系统/列车调度指挥系统(CTC/TDCS)通过标准的交换协议(T/D 结合)完成施工符号和施工命令的交互，与列车运行图编制系统和运输调度管理系统(TDMS)等实现列车运行线、天窗数据、日班计划数据等信息共享，与既有的综合维修生产管理系统进行流程协作、计划贯通，与机辆相关的系统进行路用车、工程车数据交互，其系统架构如图1 所示。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

在施工一体化协同管理平台和施工资料管理的支撑下，与综合维修、LKJ、机辆、运输等相关的各生产系统进行数据贯通和流程贯通、专业联动。系统遵循服务独立、应用集成的原则进行设计，相关的公共服务依托于施工一体化协同管理平台进行集中部署，通过应用框架集成技术，将既有系统与新研发及改造的功能进行应用集成，对外提供集成统一的应用功能界面。

3 铁路营业线施工一体化管理系统业务功能设计

贯穿于施工组织全过程进行业务功能设计，系统主要包含施工一体化管理基础支撑和业务功能设计2 方面。施工一体化管理基础支撑包含施工一体化协同管理平台和施工基础资料管理2 部分。在施工一体化协同管理过程中，通过构建一体化协同管理平台，按照需求配置工作流程和各个关键环节的冲突检测规则，起到集中流程编排、冲突检测和协同调整等作用；在施工基础资料管理方面，提供施工基础资料管理，包含铁路路网结构、工电供设备资料、LKJ 数据、列车基本运行图、天窗数据、施工器具设备、施工项目、规章制度、组织机构、线网能力、施工计划、作业计划、调度命令等资料的统一管理和数字化描述，并利用模板化的规范描述和标准化的流程管理，实现施工安全协议、施工方案、规章制度、电子签章等环节的信息化功能和数字化存储。业务功能包含施工计划管理、施工命令管理、施工登销记和施工安全防护管理、施工作业管理与统计分析等部分。

3.1 施工计划管理

基于数字化铁路路网模型和统一的基础数据，提供施工计划集中一体化编制管理功能，包含施工年度计划、施工月度计划、集中修计划、施工方案、维修周计划、维修日计划、施工维修作业计划、邻近营业线安全监督计划等模块，施工计划集中编制方案如图2 所示。

图2 施工计划集中编制方案图Fig.2 Comprehensive preparation scheme of construction plan

在施工计划编制过程中，按内容可包含施工计划、维修计划和邻近营业线安全监督计划等3 类，按照不同时间维度可覆盖年度计划、月度计划、集中修、日计划、作业计划等全周期，在施工一体化协同管理平台的支撑下，各业务部、施工办、调度所、设备管理单位、施工单位等进行不同计划编制过程中的专业联动、协同编制和可视化影响评估[4]。同时提供集中的施工决策管理功能，可按铁路局集团公司、线路、路网区域等模式进行计划集中决策、协同编制和动态调整，实现跨线、跨局、跨区域施工计划的冲突检测和计划协同，并实现施工准备方案、计划编制到作业计划落成和执行的全过程闭环管理。

以计划为核心与各相关专业系统进行联动，与工务、供电、电务、通信等站段生产管理系统和维修基地、车间的作业管理系统之间共用基础数据，将施工作业计划与施工日计划进行联动编制，并与机务段运安系统、动车折返段管理系统之间共享施工运行揭示命令信息，进行作业流程互控和综合冲突检测。

3.2 施工命令管理

施工命令包含施工调度命令、施工运行揭示命令2 种类型。施工命令功能模块如图3 所示，包含施工命令编制管理、施工命令审批管理、施工安全卡控、施工命令发布管理等几个阶段。

图3 施工命令功能模块图Fig.3 Construction order function module diagram

（1）施工命令编制管理。在施工命令编制阶段，以铁路营业线施工方案和施工计划、维修计划的格式化编制和数字化存储为基本数据源，利用《铁路运输调度规则》中常用的调度命令模板进行格式化编制。命令编制过程中采用文本生成、语音辅助生成[5-6]等调度命令生成模型进行自动拟写和格式化录入，并结合施工基础数据数字化管理划分受令处所管辖范围，对受令处所进行自动识别。

（2）施工命令审批管理。在施工命令审批阶段，进行审批流程定制和卡控，确保逐级审批，权责分明，同时进行电子签名和用户数字证书管理，对审批结果、审批意见、修改内容进行备份和抗抵赖管理。命令审批时对命令内容调整，尤其对限速区段、运行揭示进行严格卡控，提高揭示复核的全面性、有效性，大大减少复核的工作量，提高揭示编辑及复核的效率[7]。

（3）施工安全卡控。在施工安全卡控方面，主要包含命令号自动提取、命令内容检验和冲突检测、关键字检索等部分。命令号自动提取时，根据命令类型和用户需求配置命令号，在发布命令的同时对命令号进行卡控，包含号码是否重复、是否有效等。命令内容检验分为限速卡控、施工天窗卡控2 个部分：限速卡控方面主要依据铁路营业线路网基础数据、路线限速数据、长期限速区段数据等基础信息，校验施工运行揭示命令中的限速数据是否合理；施工天窗卡控方面主要校验施工、维修时间是否在天窗内安排，施工维修计划中的路用列车、工程车计划是否与列车计划矛盾。冲突检测主要考虑施工维修平衡安排，通过预先设置区间施工维修安排规则，如同一区间施工维修错峰开展等，根据规则进行冲突检测和提醒。关键字检索主要提供命令内容快速定位、精准匹配和精细化筛选。

（4）施工命令发布管理。在施工命令发布管理阶段，对于命令发布和转发流程进行一体化管理，支持用户联机状态检查和传输状态监控，提供命令转发管理和数据联动推送，包含一键下达、多级转发等多种方式的转发，支持基于用户权限和数据访问权限定制进行系统间的运行揭示和施工调度命令数据共享和交互，解决目前运行揭示命令下达不及时或者采用邮件下达等形式，无法在第一时间接收运行揭示调度命令，给轨道车运行带来安全隐患[8]。数据充分共享可避免因多头录入、手工数据核对带来的人为误差和数据误差风险，规避施工命令发布风险，对过程中涉及到的施工安全风险进行分析,进而提出精细化模式在施工中的应用，以提高铁路营业线施工安全风险管理水平[9]，并全面提升命令传输和执行过程中的效率和质量。

基于统一的技术数据管理和流程卡控进行命令格式化编制、全面多维安全检查、一体化传输监控和执行情况跟踪反馈。以施工命令、运行揭示命令为牵引，进行现场作业命令的一体化编制和现场作业环节的关联卡控，从而提升施工调度命令管理水平和施工组织安全管理与防护能力。

3.3 施工登销记和施工安全防护管理

为了对施工计划执行过程进行一体化组织和关联闭环管理，将施工登销记和施工安全防护管理进行一体化设计。

（1）施工登销记。在施工登销记环节，取代手工作业和电话沟通，实现电子登销记，可根据需要提供远程登销记、集中登销记、现场登销记等多种模式[10]。登记内容覆盖临时施工登记、施工登销记、行车设备故障登销记等。与既有的电子登销记相比，在施工一体化协同管理平台的支撑下，施工登销记与现场施工安全防护进行一体化管理，施工登销记与施工安全防护管理方案如图4 所示。登销记过程分为施工计划调整、施工请点登记、施工承认、施工销点开通等阶段。

图4 施工登销记与施工安全防护管理方案图Fig.4 Construction registration & cancellation and safety management scheme diagram

（2）施工安全防护管理。施工安全防护管理包含安全防护、现场视频盯控、现场作业管控等模块。安全防护模块中主要设计利用精准定位设备、便携防护装备、高铁线路作业门、电子围栏、震动提醒手环等进行人员、设备和施工现场全方位防护，包括对作业进度偏移、现场人员位置、现场器具、施工车辆越界等防护预警和多维度综合防护监控等核心功能。现场视频盯控模块利用5G、北斗等新技术提供远程视频会商、群组视频讨论、集中施工方案研讨、语音分析、视频分析等技术措施，主要对施工作业现场和路用作业车进行全方位盯控，包含设备、人员、列车、作业进度、现场音视频监控、传输和风险分析等；现场作业管控包含各专业的作业流程编排管控、列车开行管控、停送电倒闸管控等。

在施工一体化协同管理平台提供防护规则定义、防护校验环节的动态信息采集、流程互控和冲突预警提醒的技术支撑下，登销记过程并不只是单纯地将手工登记薄电子化，而是将各个环节进行流程化管控。在施工请点环节、承认施工、施工销点及开通等环节都加入了与行车、供电调度形成相互握手确认和互控审批环节，与施工现场进行联动卡控和相互校核；与牵引供电数据采集及监控系统中的停送电倒闸作业形成闭环。将施工登销记与现场作业和安全防护形成一体化流程编排，登记过程层层把关，数据自动比对和提取，调度命令贯通车站、车间和现场，实现施工组织各个关键环节的联动互控，以此提升安全防护和智能管控能力。

3.4 施工作业管理与统计分析

（1）施工作业管理。施工作业管理主要与现场作业计划进行一体化编制；对于施工维修全过程进行统一业务流程编排，实现施工作业计划编制和施工作业命令编制。同时进行施工作业现场作业盯控，包含作业进度偏移预警、现场人员位置预警、现场器具、施工车辆位置跟踪等，以便进行施工作业临时计划调整确保施工作业安全可控。

（2）统计分析。主要提供兑现率分析、趋势分析、质量评价等，包含天窗利用率分析、计划审批兑现率分析、计划要点率兑现分析、停工影响占比分析和施工延点[11]、推迟给点情况分析、计划综合质量分析、考核评价、作业培训等功能。通过与相关系统联动和数据分析对比，提升施工计划编制精细化和精准化能力，同时提前研判施工管理风险，为计划安排和调整提供决策支撑。

4 结束语

创新铁路营业线施工一体化管理系统设计，提出构建施工一体化协同管理平台和统一基础资料管理等基础服务，可深入促进施工组织管理向信息化、数字化和智能化方向发展。基于施工一体化协同管理平台提供的统一资源描述、流程卡控、冲突检测等技术支撑，施工组织全过程进行一体化闭环管理，对统筹协调全路主要干线的集中施工计划和决策调整提供支撑。铁路营业线施工一体化管理系统业务功能设计还有助于提升施工计划与命令的编制质量，提高施工管理和组织水平，有利于提升施工作业组织和施工安全防护能力，也为强化施工延点分析、循环迭代提升计划编制精准化和精细化水平提供基础支撑。