韋合導(dǎo)

(1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063；2.鐵路軌道安全服役湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430063)

無砟軌道是高速鐵路核心技術(shù)之一，其建造的質(zhì)量直接影響高速動(dòng)車運(yùn)營(yíng)的安全性、舒適性。隨著我國(guó)高速鐵路無砟軌道技術(shù)的深入研究、不斷實(shí)踐和理論體系的逐漸完善，目前已形成真正具有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型無砟軌道——CRTSⅢ型板式無砟軌道。中國(guó)鐵路總公司先后頒布了多份技術(shù)性文件對(duì)CRTSⅢ型無砟軌道的原材料特性、生產(chǎn)工藝、加工運(yùn)輸、施工工藝、測(cè)量方法等過程提出了標(biāo)準(zhǔn)和要求。為了滿足不斷提升的高速鐵路無砟軌道建造要求，有必要研發(fā)高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統(tǒng)。利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)化、數(shù)字化的技術(shù)手段[1]，以“互聯(lián)網(wǎng)+”模式將建造過程中各階段數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建造數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)管控，為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制提供信息化支撐，進(jìn)一步提高施工及管理效率和無砟軌道鋪設(shè)質(zhì)量。

1 系統(tǒng)研究目標(biāo)

高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統(tǒng)面向建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位，提供質(zhì)量參數(shù)、技術(shù)資料和檢驗(yàn)資料的管理，基于互聯(lián)網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)，為無砟軌道建造過程質(zhì)量監(jiān)控和追溯提供一種全新的管理模式[2]，提高工程建設(shè)的信息化水平。以滿足先進(jìn)性、實(shí)用性、可拓展性、可管理性和安全性為前提，以安全可靠、經(jīng)濟(jì)規(guī)范為原則，融合高精度先進(jìn)測(cè)量方式、技術(shù)手段和無線互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，完成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，建立各階段信息之間的有效流轉(zhuǎn)機(jī)制，消除信息碎片式管理帶來的孤島效應(yīng)。完成建造工序的統(tǒng)一管理和流程有序管控，提供輔助決策手段，實(shí)時(shí)追蹤質(zhì)量信息和跟蹤工期進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)CRTSⅢ型板式無砟軌道的“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化建設(shè)和管理。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具備可視化、人性化的人機(jī)交互界面，從而提高操作效率和舒適性。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能應(yīng)包括以下方面：

1)實(shí)現(xiàn)建造過程中各道工序信息數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和實(shí)時(shí)傳輸，確保建造信息的準(zhǔn)確性，促進(jìn)建造工藝改進(jìn)，提高無砟軌道的建造質(zhì)量。

2)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)完成自動(dòng)化分析和處理，并按照設(shè)計(jì)的格式自動(dòng)生成進(jìn)度報(bào)表、精度質(zhì)量報(bào)表、質(zhì)量整治報(bào)表等，實(shí)現(xiàn)報(bào)表管理。方便施工現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和進(jìn)度問題，同時(shí)便于建設(shè)單位統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3)通過限差管理、預(yù)警值設(shè)置、短信預(yù)警提醒實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

4)建立以RFID(射頻識(shí)別)芯片[3]編號(hào)為索引的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，基于軌道板中的RFID芯片將無砟軌道的制造、倉儲(chǔ)、鋪設(shè)信息相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造、施工鋪設(shè)等信息的快速檢索和追溯。

5)能夠?qū)崿F(xiàn)無砟軌道建造原材料、工藝、接口工序的檢驗(yàn)批審批，能夠自動(dòng)化生成審批報(bào)表，改變傳統(tǒng)的手工作業(yè)流程。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)采用SOA(Service-Oriented Architecture)架構(gòu)理念[4]，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取建造過程數(shù)據(jù)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫，集成無砟軌道建造管理所需的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)面向多用戶角色的建造管理信息化平臺(tái)。該架構(gòu)的服務(wù)總線和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)了建造階段的底座施工、軌道板施工、鋼軌精調(diào)、施工檢驗(yàn)批質(zhì)量管理等系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作，形成了感知層、處理層、展示層的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)機(jī)制[5]。

感知層中利用工裝、電子設(shè)備、信息化配套軟件高效率、高精度地完成測(cè)量作業(yè)并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器。

處理層、展示層基于B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、處理、統(tǒng)計(jì)，提供施工過程的工程進(jìn)度及質(zhì)量精度信息，掌握工程建設(shè)進(jìn)度，把控工程質(zhì)量。根據(jù)無砟軌道建造管理要求，實(shí)現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)及人員信息管理以及無砟軌道建造原材料、工藝、接口工序的檢驗(yàn)批的在線填報(bào)、復(fù)核及審批，具備相關(guān)文檔上傳及下載功能，實(shí)現(xiàn)建設(shè)過程歸檔文件的上傳及整理，完成電子歸檔。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及應(yīng)用

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

CRTS Ⅲ 型板式無砟軌道建造一體化管理系統(tǒng)在應(yīng)用之初，首先由設(shè)計(jì)單位根據(jù)線路、橋梁、隧道等相關(guān)設(shè)計(jì)資料，由系統(tǒng)生成包含軌道板制造、鋪設(shè)相關(guān)的數(shù)字化文件。如圖2所示，無砟軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)流的起始數(shù)據(jù)提供給軌道板廠及施工單位進(jìn)行生產(chǎn)和鋪設(shè)。在軌道板制造過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)提供的原始資料，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道板關(guān)鍵性指標(biāo)檢驗(yàn)和幾何尺寸偏差記錄。各項(xiàng)偏差及測(cè)量記錄以數(shù)據(jù)流形式，通過既定的數(shù)據(jù)接口，進(jìn)入信息業(yè)務(wù)處理平臺(tái)。在無砟軌道施工階段，各道工序進(jìn)行時(shí)對(duì)施工測(cè)量、成品驗(yàn)收、質(zhì)量抽檢等環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)同樣以數(shù)據(jù)流形式傳輸至平臺(tái)服務(wù)器。平臺(tái)具有通用業(yè)務(wù)層與應(yīng)用層，通用業(yè)務(wù)層針對(duì)數(shù)據(jù)流中的相關(guān)信息進(jìn)行解析、再封裝、匹配等相關(guān)操作，將數(shù)據(jù)以規(guī)定結(jié)構(gòu)格式傳輸至應(yīng)用層。應(yīng)用層可實(shí)現(xiàn)具體的管控功能，對(duì)通用業(yè)務(wù)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，提供數(shù)據(jù)的檢索、超限數(shù)據(jù)自動(dòng)分析等功能，為每一道工序提供管理，針對(duì)出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警處理?，F(xiàn)場(chǎng)針對(duì)異常問題處理完畢后，再次利用數(shù)據(jù)流形式將最新數(shù)據(jù)上傳。平臺(tái)根據(jù)分析結(jié)果解除異常預(yù)警，同時(shí)將問題納入問題庫，對(duì)相似工序進(jìn)行提前警醒，以防類似問題再次出現(xiàn)。

根據(jù)以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能主要包括組織機(jī)構(gòu)管理、工程進(jìn)度管理、施工質(zhì)量及預(yù)警管理、檢驗(yàn)批管理等。具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1)組織機(jī)構(gòu)管理

用戶根據(jù)不同的單位、部門、職責(zé)等分為建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位等[6]，每個(gè)單位機(jī)構(gòu)中賬號(hào)分為多級(jí)，基于角色訪問控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理，不同級(jí)別用戶對(duì)應(yīng)不同的功能級(jí)和數(shù)據(jù)級(jí)權(quán)限，只能訪問已被授權(quán)的資源。

2)工程進(jìn)度管理

圖3 工程進(jìn)度管理流程

在無砟軌道施工之前，對(duì)即將開展的工序制訂工程計(jì)劃[7]，如底座放樣計(jì)劃、軌道板粗鋪計(jì)劃、軌道板精調(diào)計(jì)劃、軌道板復(fù)測(cè)計(jì)劃等。如圖3所示，計(jì)劃制訂包括生產(chǎn)信息導(dǎo)入，分段計(jì)劃配置和工序計(jì)劃配置。工程計(jì)劃包括日計(jì)劃、周計(jì)劃和月計(jì)劃。各分部的工程計(jì)劃應(yīng)包括編制說明、工程形象進(jìn)度計(jì)劃、材料使用計(jì)劃、安全控制計(jì)劃等。每個(gè)標(biāo)段管理員查看和修改本標(biāo)段的工程計(jì)劃。同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際工程情況生成進(jìn)度報(bào)表，詳細(xì)展現(xiàn)各工序的進(jìn)度信息，有助于掌握現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)施工動(dòng)態(tài)，把握整體的工程進(jìn)度，確保工程計(jì)劃按部就班完成。

3)施工質(zhì)量及預(yù)警管理

無砟軌道施工過程中，通過數(shù)據(jù)感知層的測(cè)量設(shè)備及工裝設(shè)備采集施工過程的數(shù)據(jù)，如軌道板精調(diào)后的水平和高程偏差、底座板的厚度偏差等。如圖4所示，數(shù)據(jù)采集后能夠自動(dòng)上傳至管理系統(tǒng)，結(jié)合各種質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指南，系統(tǒng)分析無砟軌道各道工序施工質(zhì)量狀況，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的合格率和超限值所占百分比，超限過大的數(shù)據(jù)將通過預(yù)警手段[8](如短信、郵件等)發(fā)送至建設(shè)單位、施工單位和監(jiān)理單位。各單位的管理員根據(jù)超限情況，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否需要整改。施工單位根據(jù)整改要求，采取現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)、調(diào)整、返工等措施以修復(fù)施工缺陷，滿足驗(yàn)收要求。最終進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，平臺(tái)根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果解除該項(xiàng)工序的預(yù)警狀態(tài)。

圖4 系統(tǒng)一體化管理流程

4)RFID信息管理

軌道板內(nèi)置的2塊RFID芯片中含有唯一的標(biāo)識(shí)編碼[9]。在軌道板制造階段采用RFID掃描設(shè)備將各道工序的制造數(shù)據(jù)與RFID編碼一一關(guān)聯(lián)，并將關(guān)聯(lián)后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器。在軌道板鋪設(shè)階段，采用RFID掃描設(shè)備進(jìn)行二次掃描，將鋪設(shè)過程的數(shù)據(jù)與RFID編碼關(guān)聯(lián)。至此，通過RFID芯片的唯一編碼便實(shí)現(xiàn)了軌道板加工制造與施工過程的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。能夠在軌道板鋪設(shè)前后實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)追溯軌道板場(chǎng)生產(chǎn)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋制造的質(zhì)量問題。通過施工過程的有效管控約束關(guān)鍵工序，按照控制指標(biāo)有效規(guī)范施工流程，對(duì)前后工序的接口數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化管理，使其前道工序滿足下道工序的質(zhì)量要求，提前發(fā)現(xiàn)施工偏差以便及時(shí)整改，避免因誤差累積造成的資源和人力浪費(fèi)。

5)檢驗(yàn)批管理

檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)主要包含所屬標(biāo)段、單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程，施工單位信息、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目檢查驗(yàn)收信息、驗(yàn)收結(jié)論、驗(yàn)收日期等信息。在質(zhì)量檢驗(yàn)批管控過程中，依據(jù)施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一項(xiàng)施工任務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。檢驗(yàn)批是工程質(zhì)量驗(yàn)收的基本單元，能夠反映工程的施工質(zhì)量狀況[10]。檢驗(yàn)批涵蓋了規(guī)范要求的主要施工檢驗(yàn)記錄表，主要包括線下接口工程、模板工序、鋼筋工序、混凝土工序、伸縮縫填縫、隔離層、彈性墊層等。如圖5所示本系統(tǒng)集成了檢驗(yàn)批的管理和審批功能。系統(tǒng)用戶(測(cè)量員或同等權(quán)限用戶)登錄后，首先提交本次檢驗(yàn)批的記錄表格，填寫完畢后提交質(zhì)檢員、監(jiān)理等，對(duì)應(yīng)的用戶完成系統(tǒng)中的電子審核后，該檢驗(yàn)批才能完成最終歸檔。

圖5 無砟軌道檢驗(yàn)批管理流程

本系統(tǒng)目前正在昌吉贛客運(yùn)專線等項(xiàng)目中應(yīng)用，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工和工程建設(shè)管理工作效率，其信息化技術(shù)為工程質(zhì)量的管控和驗(yàn)收提供了有力保障。

4 結(jié)語

針對(duì)高速鐵路鋪設(shè)的高精度、高標(biāo)準(zhǔn)要求，利用高精密的測(cè)量手段，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)采集、無線發(fā)送、組網(wǎng)能力等方面的技術(shù)，研發(fā)高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建造過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，對(duì)無砟軌道建造過程關(guān)鍵工序進(jìn)行了質(zhì)量與進(jìn)度管控。該系統(tǒng)管理了建造過程檢驗(yàn)批的相關(guān)信息，通過內(nèi)置的RFID芯片構(gòu)建了一種新的信息管理模式，不僅關(guān)聯(lián)了軌道板的設(shè)計(jì)、制造、施工信息，也能夠?yàn)檫\(yùn)營(yíng)維護(hù)階段提供信息接口，為軌道的全生命周期管控提供了基礎(chǔ)。一體化管理系統(tǒng)的應(yīng)用降低了人力成本，提高了施工精度，保證了建造的質(zhì)量。CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統(tǒng)為高速鐵路建設(shè)提供了有力的信息化支撐和系統(tǒng)保障，進(jìn)一步提升了高速鐵路軌道建設(shè)現(xiàn)代化管理水平。