解亞龍，王萬齊，劉紅良

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081）

0 引言

隨著我國鐵路建設大規(guī)模開展，以及鐵路投資持續(xù)高位運行，鐵路建設項目的質(zhì)量問題日益受到關(guān)注。大型鐵路工程項目的質(zhì)量管理和監(jiān)督，對保證鐵路工程建設質(zhì)量、保障人民群眾生命安全、維護國家利益至關(guān)重要。鐵路工程項目具有建設規(guī)模大、投資大、工期長、技術(shù)復雜、參與單位多、風險高、組織實施困難等特點［1］，其質(zhì)量問題是由認識不到位、管理漏洞、制度不完善、法規(guī)不健全、監(jiān)督管理水平落后等多方面因素造成。因此，需要以數(shù)字化為重要技術(shù)手段，建立鐵路工程全面質(zhì)量管理框架體系，提升現(xiàn)階段我國鐵路工程質(zhì)量控制水平。

1 鐵路工程質(zhì)量管理體系現(xiàn)狀

我國鐵路行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，形成由3個層級構(gòu)成的鐵路工程質(zhì)量管理體系（見圖1）。

圖1 鐵路工程質(zhì)量管理體系示意圖

第1層：政府機構(gòu)及其委托的工程監(jiān)督機構(gòu)。該層級不是市場主體，因此不承擔工程質(zhì)量責任，僅承擔監(jiān)督責任。該層級主要從宏觀和微觀2個方面，對第2、3層級的建設單位和相關(guān)機構(gòu)履行質(zhì)量責任的行為及工程實體質(zhì)量實施全面監(jiān)督管理。

第2層：建設單位（業(yè)主）、施工圖審核單位、監(jiān)理單位及第三方檢測單位。該層級按各自職責對工程質(zhì)量進行監(jiān)管。

第3層：勘查設計單位、施工單位及設備材料供應商。按照“誰設計誰負責、誰施工誰負責”的質(zhì)量責任慣例，該層級主要通過內(nèi)部質(zhì)量保證體系對產(chǎn)品質(zhì)量進行控制，即鐵路工程質(zhì)量責任主體的自我約束和自我規(guī)范［2］。

施工單位作為工程質(zhì)量的首要和直接責任人，應將質(zhì)量控制貫穿于施工的全過程、各環(huán)節(jié)。對于工程質(zhì)量控制，根據(jù)工程實體形成的時間階段，分為事前控制、事中控制和事后控制［3］；根據(jù)工程實體形成過程中物質(zhì)形態(tài)的轉(zhuǎn)化，分為投入品質(zhì)量控制、施工過程質(zhì)量控制和產(chǎn)出品質(zhì)量控制及驗收。鐵路工程施工過程質(zhì)量驗收體系示意見圖2。在該體系中，投入品質(zhì)量控制是對材料、構(gòu)配件和設備等的質(zhì)量品控，主要通過外觀檢查、資料檢查和試驗檢驗完成；施工過程質(zhì)量控制主要通過自檢、互檢和交接檢驗等形式，對分項和工序質(zhì)量進行檢驗；產(chǎn)出品質(zhì)量控制及驗收是在分項和工序質(zhì)量控制的基礎上，通過實體質(zhì)量和主要功能核查、單位工程觀感質(zhì)量評定、控制資料核查等手段，確保單位工程和工程分部的質(zhì)量達標。

圖2 鐵路工程施工過程質(zhì)量驗收體系示意圖

鐵路工程在完成竣工驗收后，還需按照我國鐵路現(xiàn)行管理程序，開展新線開通前的靜態(tài)驗收、動態(tài)驗收、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等達標檢驗活動，確保工程質(zhì)量和系統(tǒng)設計功能滿足列車以目標速度值運行時的安全性、平穩(wěn)性要求［4］。

2 基于智能建造的鐵路工程全面質(zhì)量管理

2.1 總體框架

以施工、監(jiān)理、建設、監(jiān)督及竣工驗收相關(guān)單位人員為用戶對象，研究搭建基于智能建造的鐵路工程全面質(zhì)量管理平臺（簡稱管理平臺），管理平臺的功能框架分為基礎服務層、應用功能層和用戶交互層3個層級（見圖3）。

圖3 鐵路工程全面質(zhì)量管理平臺功能框架示意圖

2.1.1 基礎服務層

基礎服務層主要提供以下5個功能：

（1）工程實體結(jié)構(gòu)分解。結(jié)合質(zhì)量檢驗和施工工藝，將工程實體結(jié)構(gòu)層層分解并賦予編碼，是工程產(chǎn)出品的數(shù)字化表達。在工程質(zhì)檢控制流程中，分項、分部、單位工程的檢驗都可與工程實體結(jié)構(gòu)編碼關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程進度與檢驗進度的對比分析，提高對工程的微觀把控能力。

（2）質(zhì)量檢驗任務分解。按照工序、分項、分部、單位工程和工程整體質(zhì)量，實現(xiàn)施工過程質(zhì)量檢驗任務的分解和管理。

（3）質(zhì)量檢驗標準管理。實現(xiàn)各類鐵路工程質(zhì)量檢驗標準的電子化管理，以及標準檢驗項的結(jié)構(gòu)化存儲，形成檢驗項模板庫并支持版本管理。通過移動手簿，可隨時掌握工序施作要點和檢驗要求，各建設、施工單位總結(jié)的經(jīng)驗也可補充至模板庫。

（4）質(zhì)檢表格模板管理。將國家、地方、中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）發(fā)布的標準模板進行管理，同時支持各建設單位自定義模板。

（5）質(zhì)量檢驗流程定義。采用工作流引擎，支持按照建設單位、建設項目自定義質(zhì)檢流程。

2.1.2 應用功能層

在基礎服務層基礎上，分別從影響質(zhì)量的人員、機械、材料、工法、環(huán)境（簡稱“人、機、料、法、環(huán)”）等5個方面形成切實可行的功能，并增加監(jiān)督機構(gòu)監(jiān)督、建設單位監(jiān)管和竣工驗收等協(xié)同管理功能。

2.1.3 用戶交互層

用戶可通過瀏覽器、移動手簿、電子計算機等終端登錄管理平臺，同時支持現(xiàn)場數(shù)字化工裝和專用數(shù)字質(zhì)檢工具的數(shù)據(jù)接口。

2.2 “人、機、料、法、環(huán)”管理

2.2.1 “人”的管理

建立參建企業(yè)和人員的動態(tài)名庫和數(shù)字檔案，實現(xiàn)企業(yè)和人員的履歷、在崗動態(tài)、不良行為及黑名單管理，逐步建立動態(tài)履歷庫和信用體系。對施工隊伍和人員的技術(shù)資格與條件進行審查；對于特殊作業(yè)、重點工序、重點崗位的人員，進行必要考核和培訓，確保人員能力和素質(zhì)。

2.2.2 “機”的管理

機械及設備是施組進度管理的重要因素，也是工程質(zhì)量控制的主要因素，尤其在鐵路智能建造趨勢下，各類數(shù)字化工裝應用愈加廣泛，須從以下幾方面進行管理：

（1）建立數(shù)字化臺賬。包括機械及設備的生產(chǎn)廠家、技術(shù)參數(shù)、規(guī)格型號等，確保其配置滿足施組設計要求。

（2）動態(tài)管理。跟蹤機械及設備的施工工點、保養(yǎng)標定等情況，確保其處于良好狀態(tài)。

（3）實時信息采集傳輸。對于具備數(shù)字化和網(wǎng)絡化條件的工裝機械，可利用信息平臺發(fā)布接口標準，將現(xiàn)場運行監(jiān)控信息或測量數(shù)據(jù)實時采集傳輸至管理平臺，隨時掌握機械運行態(tài)勢和現(xiàn)場工程質(zhì)量態(tài)勢。

2.2.3 “料”的管理

主要對原材料、半成品、構(gòu)配件、四電設備及器材進行全面和全過程質(zhì)量控制。其中，工地試驗室管理是原材料管理最重要的環(huán)節(jié)，也是鐵路工程質(zhì)量管理體系的重要內(nèi)容和技術(shù)保證。利用工地試驗室的試驗檢測手段，能夠科學地評定材料及工程實體質(zhì)量情況［5-6］。搭建鐵路工地試驗檢測管理系統(tǒng)，實現(xiàn)試驗室數(shù)據(jù)的實時上傳、實時監(jiān)控、統(tǒng)一管理和匯總分析，為規(guī)范材料管理提供數(shù)據(jù)支撐，從源頭上杜絕不合格材料。鐵路工地試驗檢測管理系統(tǒng)功能框架示意見圖4。如圖所示，該系統(tǒng)分為移動端、終端軟件和管理平臺3個部分：

圖4 鐵路工地試驗檢測管理系統(tǒng)功能框架示意圖

（1）移動端。主要方便各級管理層查看試驗統(tǒng)計指標，實現(xiàn)試驗報告和試驗數(shù)據(jù)的快速檢索，并可查看相關(guān)檢測標準規(guī)范。

（2）終端軟件。包括委托試驗、自動采集試驗、現(xiàn)場試驗檢測、試驗報告、配料單管理和數(shù)據(jù)上傳等功能。其中，自動采集試驗主要針對鋼筋、混凝土等材料試驗，對其實時數(shù)據(jù)進行自動計算和評判，自動生成試驗報告和試驗記錄，通過RESTful接口上傳至管理平臺，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，確保數(shù)據(jù)的真實性、試驗的規(guī)范性和試驗結(jié)果的可追溯性；對于需手動輸入的數(shù)據(jù)，應在工作結(jié)束后及時錄入；對于配料單的管理，則通過與工程實體掛鉤，實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量的信息追溯。

（3）管理平臺。具備試驗管理、報警管理、統(tǒng)計分析、試驗室管理和系統(tǒng)管理等功能，主要完成對試驗數(shù)據(jù)的曲線擬合、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和處理，以及試驗的分類、匯總信息查詢、流程管理、設備統(tǒng)計、安全預警管理和信息圖表展示。同時，將全路試驗檢驗數(shù)據(jù)上傳至統(tǒng)一的管理平臺，基于大數(shù)據(jù)的匯總分析，有效反映各單位的試驗檢測質(zhì)量和企業(yè)管理水平，形成材料供應質(zhì)量分析報告，為設備材料供應商的分類管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，對質(zhì)量問題進行更精準的影響分析和責任追溯。

鐵路工地試驗室管理系統(tǒng)能實現(xiàn)試驗結(jié)果的自動計算及判定，以及重要試驗數(shù)據(jù)自動采集和實時傳輸。該系統(tǒng)具有提醒、分析、統(tǒng)計和監(jiān)控功能，確保試驗數(shù)據(jù)真實可靠、試驗過程規(guī)范、試驗結(jié)果可追溯，保證了試驗檢驗報告的規(guī)范性和權(quán)威性，提高了試驗檢測的效率和及時性。

2.2.4 “法”的管理

施工方案及工藝工法的管理包括設計、施工、監(jiān)測、檢測等多個環(huán)節(jié)的技術(shù)手段和施工工藝。在施工期間，動態(tài)跟蹤控制是質(zhì)量管控的關(guān)鍵，通過對工程進行持續(xù)監(jiān)控和評價，判斷其是否出現(xiàn)偏差。這種持續(xù)監(jiān)控的基本單元即為工序，其評價標準是鐵路工程質(zhì)量的驗收標準。工序質(zhì)量控制分為人控和機控2類。

機控指工裝設備經(jīng)過信息化改造，實時采集和記錄施工過程的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并可根據(jù)參數(shù)反饋調(diào)整工程機械的作業(yè)狀態(tài)［7］。目前，橋梁、路基、軌道、四電、站房等專業(yè)都涌現(xiàn)了工序管控的數(shù)字化工裝，這些應用對規(guī)范作業(yè)流程、提高作業(yè)效率、實現(xiàn)工地現(xiàn)場的少人化和無人化具有現(xiàn)實意義。工序質(zhì)量控制（數(shù)字化工裝）功能框架示意見圖5。

圖5 工序質(zhì)量控制（數(shù)字化工裝）功能框架示意圖

雖然不少施工工序已實現(xiàn)機控，但仍有大量人控工序存在。在管理平臺，可通過“移動手簿+云端管理平臺”方式，實現(xiàn)基于人控的數(shù)字化協(xié)同。技術(shù)人員依據(jù)鐵路工程竣工驗收標準，通過移動手簿記錄工序自檢的狀態(tài)參數(shù)，報請監(jiān)理單位審核，重要工序和隱蔽工程施工工序需要監(jiān)理人員旁站，留影拍照后提交管理平臺，通過各工序的數(shù)字化記錄，自動生成檢驗批表格，匯總工程驗收資料。

在現(xiàn)場填報過程中，用于施工自檢和監(jiān)理驗收的移動手簿，可從管理平臺下載施工要點、檢驗要求、檢驗方法等信息，在移動手簿上簡單填寫和拍照后即可提交驗收。移動手簿支持語音輸入，可將語音直接轉(zhuǎn)為文字，最大程度減少現(xiàn)場填報工作量。如工序質(zhì)量不合格，則返工整改后重新提交，直至工序驗收通過。施工質(zhì)量目標分解及管控功能框架示意見圖6。

圖6 施工質(zhì)量目標分解及管控功能框架示意圖

2.2.5 “環(huán)”的管理

首先，檢查施工單位的組織架構(gòu)、檢測制度、人員配置、質(zhì)量管理制度、質(zhì)量自控體系、重點工程質(zhì)量保證方案是否制定并且完整，形成對比清單并上傳至管理平臺；其次，指水電或動力供應、施工照明、安全防護設備、施工場地的空間條件和通道，以及交通運輸和道路條件等，施工單位形成施工環(huán)境準備的電子臺賬，監(jiān)理工程師檢查施工單位對施工作業(yè)的技術(shù)環(huán)境準備情況，并通過管理平臺將檢查結(jié)果提報建設單位。

2.3 建設監(jiān)管

在建設推進過程中，各級管理部門組織各種形式的巡檢、抽查活動，以有效確保質(zhì)量管理體系規(guī)范運行。在各類巡檢、抽查活動中，檢驗人員可通過移動手簿，隨時掌握工程進度、質(zhì)量、安全進展情況，以及目標地點的工程動態(tài)。移動手簿將質(zhì)量檢查標準中的各類檢驗項內(nèi)置于系統(tǒng)，方便查詢、調(diào)閱、記錄和提交，由施工單位整改、監(jiān)理單位復核，為建設單位深入開展質(zhì)量檢查活動提供技術(shù)條件。

2.4 行業(yè)監(jiān)督

通過鐵路工程監(jiān)督系統(tǒng)，實現(xiàn)工程監(jiān)督管理業(yè)務的全過程管理，以及監(jiān)督手續(xù)、在監(jiān)項目、監(jiān)督檢查、監(jiān)督檢測的在線管理；實現(xiàn)對企業(yè)及人員的不良行為、信用評價及黑名單等市場信息進行整合、通報、處罰；深度分析工程質(zhì)量狀況、施工安全狀況及監(jiān)督處理情況；實現(xiàn)監(jiān)督檢查的及時采集、電子標記、實時上傳，相關(guān)管理規(guī)范的實時查閱，以及監(jiān)督業(yè)務的掌上辦公。鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)功能框架示意見圖7。該系統(tǒng)支持各種數(shù)據(jù)的查詢、對比、統(tǒng)計與分析，提供各種信息和決策支持，從而高效、便捷地服務于質(zhì)量安全監(jiān)督管理工作，提升監(jiān)督管理業(yè)務的數(shù)字化管理水平。

圖7 鐵路工程監(jiān)督管理系統(tǒng)功能框架示意圖

2.5 竣工驗收

竣工驗收的一個重要理念是從運營角度驗收工程，包括靜態(tài)驗收、動態(tài)驗收、初步驗收、安全評估和正式驗收［8］。其中，靜態(tài)驗收由運營接管單位提前介入，對鐵路工程進行整體性質(zhì)量驗收。整體性質(zhì)量驗收包括內(nèi)業(yè)檢查和外業(yè)檢查：內(nèi)業(yè)檢查主要對資料完整性、全面性進行檢查；外業(yè)檢查則針對觀感質(zhì)量、主要功能和實體質(zhì)量進行抽查。傳統(tǒng)手工記錄方式統(tǒng)計量大、準確率低，通過驗收管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)錄入和驗收，可實時反饋缺陷問題、真實準確了解驗收進度、降低驗收工作成本、提升作業(yè)管理效率。

靜態(tài)驗收系統(tǒng)可實現(xiàn)設施設備履歷數(shù)字化，掃描二維碼直接查詢相關(guān)履歷信息，總結(jié)多年經(jīng)驗，將驗收中可能發(fā)生的問題整理成檢驗項目，方便現(xiàn)場人員查找問題，對于現(xiàn)場結(jié)構(gòu)復雜不容易定位的設施設備，在移動端以圖形化方式輔助驗收。對于無網(wǎng)絡區(qū)域，可切換至離線模式，有網(wǎng)絡號時再提交至管理平臺。在現(xiàn)場驗收過程中，通過快速拍照、語音輸入等手段，快速提交缺陷記錄至問題庫。對于驗收時發(fā)現(xiàn)的問題，可通過手機端進行整改銷號；對于共性問題，可通過網(wǎng)頁端批量填報進行問題銷號。靜態(tài)驗收系統(tǒng)功能框架示意見圖8。

圖8 靜態(tài)驗收系統(tǒng)功能框架示意圖

3 效果與建議

智能建造的核心在于工程建造過程各個環(huán)節(jié)的數(shù)字化和網(wǎng)絡化，能實現(xiàn)工程建造全過程數(shù)字化模擬、感知、記錄和協(xié)同，主要包括工程實體的數(shù)字化表達、過程管理的數(shù)字化感知與記錄、參與要素的數(shù)字化協(xié)同，實現(xiàn)工程過程質(zhì)量控制和管理行為的規(guī)范，同時，量化管理指標，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量管理。

自2015年起，國鐵集團開始推廣應用鐵路工程管理平臺，在一定程度上提高了工程智能化管理水平，提升了現(xiàn)場數(shù)字化和智能化的管理意識；在橋梁、路基、隧道等專業(yè)施工的工序質(zhì)量控制上，廣泛推廣應用智能裝備，如橋梁預應力自動張拉系統(tǒng)、橋梁靜載試驗裝置、路基連續(xù)壓實檢測系統(tǒng)、隧道襯砌質(zhì)量檢測系統(tǒng)等，關(guān)鍵工序質(zhì)量得到有效控制；在人員方面，通過信息化手段強化關(guān)鍵人員入場培訓和考核，加強人員資質(zhì)管理；在材料管理方面，推廣應用混凝土生產(chǎn)監(jiān)控、試驗室管理等系統(tǒng)，在源頭質(zhì)量上規(guī)避不合格產(chǎn)品進入工程實體；在行業(yè)監(jiān)督方面，應用工程監(jiān)督系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)督業(yè)務的在線管理和掌上辦公，為行業(yè)監(jiān)督執(zhí)法提供新的管理手段。

隨著國鐵集團縱深推進標準化與信息化“兩化融合”戰(zhàn)略，智能建造技術(shù)的發(fā)展對全面質(zhì)量管理的作用愈發(fā)凸顯，結(jié)合當前我國鐵路工程項目管理發(fā)展現(xiàn)狀，主要建議如下：

（1）工序質(zhì)量是質(zhì)量管控的基本單元，在站前專業(yè)工序質(zhì)量信息化管理基礎上，有序推進對軌道、四電、站房的數(shù)字化裝備應用研究。

（2）在推廣檢驗批系統(tǒng)基礎上，進一步深化工序質(zhì)量驗收系統(tǒng)研發(fā)，通過移動端質(zhì)量驗收手簿，實現(xiàn)工程現(xiàn)場質(zhì)量驗收記錄的實時填報和缺陷問題庫的數(shù)字化管理，提高現(xiàn)場報驗流程協(xié)同效率，確保數(shù)據(jù)真實性和及時性。

（3）有序推進靜態(tài)驗收、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等驗收交接相關(guān)系統(tǒng)的研制推廣工作，進一步做好竣工驗收階段質(zhì)量管理，為運營交接數(shù)據(jù)傳遞奠定基礎。

（4）在重點項目上推進全面質(zhì)量管理智能化應用，總結(jié)經(jīng)驗，探索全面質(zhì)量管理的執(zhí)行模式。

（5）探索鐵路工程電子檔案的單軌制運行和單套制管理模式，實現(xiàn)建設過程無紙化記錄和電子化歸檔，為基于知識圖譜的全生命周期管理奠定技術(shù)條件。

（6）基于工程質(zhì)量大數(shù)據(jù)資源池，有序開展大數(shù)據(jù)分析，為全路質(zhì)量缺陷管理和質(zhì)量行為管理提供決策依據(jù)，逐步形成基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的建設管理新模式。

4 結(jié)束語

智能建造是現(xiàn)代信息技術(shù)與工程建造技術(shù)的深度融合，是實現(xiàn)工程建造全過程各環(huán)節(jié)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的新型建造方式，是提升工程品質(zhì)、控制成本的有效管理手段，是鐵路工程全面質(zhì)量管理的必由之路［9-10］。在系統(tǒng)總結(jié)基于智能建造的鐵路工程全面質(zhì)量管理框架體系的基礎上，從施工過程中“人、機、料、法、環(huán)”5個質(zhì)量影響因素方面，提出智能建模模式下過程管理方案；從建設監(jiān)管、監(jiān)督執(zhí)法、竣工驗收等方面，提出數(shù)字化協(xié)同管理方案，為國鐵集團工程質(zhì)量管理的進一步提升提出應用建議，以期為我國鐵路工程全面質(zhì)量管理起到指導和借鑒作用。