鐵路線路問題管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陶 凱

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081）

鐵路線路問題管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陶 凱

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081）

本文采用問題管理、過程方法和標(biāo)準(zhǔn)化管理等科學(xué)理念，采用業(yè)務(wù)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)技術(shù)研發(fā)了鐵路線路問題管理系統(tǒng)，支持問題分類、分級(jí)精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)了問題處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)的閉環(huán)監(jiān)管，顯著提高了鐵路線路安全問題管理的工作效率和技術(shù)水平。

問題管理；過程方法；高速鐵路；安全管理

鐵路部門從新建高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試開始，就對(duì)高速鐵路線路安全問題進(jìn)行閉環(huán)管理，包括問題處理過程記錄和簡(jiǎn)單查詢統(tǒng)計(jì)。問題范疇一般覆蓋設(shè)備質(zhì)量病害、安全管理隱患和人員工作紀(jì)律等方面。隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng)，涉及的檢測(cè)數(shù)據(jù)、病害問題種類和數(shù)量持續(xù)增加、生產(chǎn)管理職能角色多元，導(dǎo)致問題管理的復(fù)雜性和難度增大；以報(bào)表為主的傳統(tǒng)問題管理方式已經(jīng)不能適應(yīng)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修管理的需要。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)及理念

問題管理是一種新的管理思想，該理論認(rèn)為問題本身不是問題，真正的問題是對(duì)待問題的態(tài)度和做法。問題管理的目的是預(yù)防問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。其主要特征有以下幾點(diǎn)：（1）由個(gè)別部門或少數(shù)人員的管理,變?yōu)楦髀毮懿块T、全員額的管理。（2）使管理的層次扁平化,把安全工作直接伸向基層一線,使存在的病害問題及時(shí)被發(fā)現(xiàn),并迅速反饋到直接領(lǐng)導(dǎo)或決策層。（3）將問題的發(fā)現(xiàn)和處理變成一種經(jīng)常性的活動(dòng)和制度。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)病害問題進(jìn)行制度化的全方位、全時(shí)空、全過程的管理。

過程方法是使用一組實(shí)踐方法、技術(shù)和工具來(lái)策劃、控制和改進(jìn)過程的效果、效率和適應(yīng)性，包括過程策劃、過程實(shí)施、過程監(jiān)測(cè)和過程改進(jìn)4個(gè)部分，即PDCA循環(huán)4階段。過程方法為確定病害問題的合理修理時(shí)機(jī)和最佳處置措施提供支持，并可追溯問題的發(fā)現(xiàn)登記、責(zé)任單位、診斷分析、整修方案和質(zhì)量驗(yàn)收等重要環(huán)節(jié)，對(duì)作業(yè)質(zhì)量驗(yàn)收和評(píng)價(jià)給予重點(diǎn)關(guān)注。

標(biāo)準(zhǔn)化是指在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)和管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)性的事物和概念，通過制訂、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)等手段達(dá)到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會(huì)效益。標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理和現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)。研究提出線路病害的標(biāo)準(zhǔn)化分類（代碼）和描述參數(shù)規(guī)范，以及問題處理過程監(jiān)管環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化建議，是構(gòu)建“鐵路總公司-鐵路局-工務(wù)段”三級(jí)“鐵路線路問題管理系統(tǒng)”架構(gòu)的充分必要條件。

場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)是指始終以軟件實(shí)際使用環(huán)境作為系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，定義軟件開發(fā)過程和軟件功能及約束。與傳統(tǒng)方法比較，場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)在進(jìn)行需求定義時(shí)，即決定產(chǎn)品的開發(fā)模式和運(yùn)行模式，甚至決定產(chǎn)品的安裝、升級(jí)方式。場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)是保障軟件產(chǎn)品符合用戶需求的有效途徑。

為了滿足鐵路線路問題管理的安全、實(shí)時(shí)和高效等新需求，采用問題管理、過程方法和標(biāo)準(zhǔn)化管理等科學(xué)理念，業(yè)務(wù)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)技術(shù)，研發(fā)了鐵路線路問題管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由基礎(chǔ)平臺(tái)和業(yè)務(wù)功能組成，業(yè)務(wù)功能包括問題數(shù)據(jù)管理和問題處理監(jiān)控；基礎(chǔ)平臺(tái)是系統(tǒng)各功能模塊運(yùn)行的基礎(chǔ)，包括鐵路工務(wù)設(shè)備臺(tái)賬、檢測(cè)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)參數(shù)的管理。此外，系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)張性，支持利用移動(dòng)終端在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)登記問題，支持登記綜合分析評(píng)價(jià)得出線路質(zhì)量不良單元，能夠?yàn)闄z修作業(yè)計(jì)劃制定提供數(shù)據(jù)支持。

2 問題數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)支持對(duì)線路安全問題進(jìn)行分類、分級(jí)和可視化管理。包括問題類型定義、問題描述參數(shù)，問題登記及分級(jí)，問題狀態(tài)與數(shù)量分布統(tǒng)計(jì)，問題合并、推送和可視化管理等。

2.1 問題分類定義

工務(wù)管理問題通?？梢苑譃樵O(shè)備質(zhì)量類問題和安全管理類問題，如圖1所示，頁(yè)面如圖2所示。設(shè)備質(zhì)量問題是各類檢測(cè)、檢查和分析發(fā)現(xiàn)的需要關(guān)注的設(shè)備質(zhì)量問題。安全管理類問題是可能導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)安全隱患，需要閉環(huán)監(jiān)控的管理類問題，不一定有對(duì)應(yīng)的工務(wù)設(shè)備，如營(yíng)業(yè)線外部施工侵害和綜合檢查發(fā)現(xiàn)的管理問題。

圖1 鐵路線路問題分類（建議）

圖2 鐵路線路問題定義頁(yè)面

考慮到構(gòu)建“鐵路總公司-鐵路局-工務(wù)段”三級(jí)“鐵路線路問題管理系統(tǒng)”需要，線路安全問題定義必須遵循統(tǒng)一的編碼規(guī)范。問題代碼設(shè)計(jì)分為三級(jí)，問題庫(kù)類型、問題類型和問題，每級(jí)為兩位數(shù)代碼。

2.2 問題描述參數(shù)

線路問題描述參數(shù)與檢測(cè)偏差數(shù)據(jù)一致，并支持問題描述參數(shù)自定義，并在傳統(tǒng)的描述參數(shù)類型的基礎(chǔ)上增加照片和語(yǔ)音。主要描述參數(shù)如表1所示。

表1 主要描述參數(shù)

2.3 問題登記和分級(jí)

系統(tǒng)建立開放的問題登記平臺(tái)，支持多種方式記錄問題。對(duì)于無(wú)縫上傳的檢測(cè)偏差數(shù)據(jù)和系統(tǒng)智能綜合評(píng)價(jià)得出的不良單元（如軌道幾何態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)偏差數(shù)據(jù)），后臺(tái)配置規(guī)則自動(dòng)納入問題庫(kù)；通過數(shù)據(jù)挖掘分析得出潛在病害問題，支持可手動(dòng)納入問題庫(kù)。此外，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)的問題可通過移動(dòng)終端登記。

按照問題對(duì)鐵路行車安全影響的大小確定問題等級(jí)和維修優(yōu)先程度；就動(dòng)態(tài)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問題而言，其等級(jí)與檢測(cè)偏差等級(jí)一致；靜態(tài)檢查或添乘檢查發(fā)現(xiàn)的問題遵循相關(guān)安全管理規(guī)章制度，按照影響安全的大小分級(jí)，一般分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)。對(duì)Ⅰ級(jí)問題應(yīng)做好記錄，對(duì)Ⅱ級(jí)問題應(yīng)列入維修計(jì)劃并適時(shí)進(jìn)行處理，對(duì)Ⅲ級(jí)問題應(yīng)及時(shí)處理。

2.4 問題狀態(tài)與數(shù)量分布統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)支持按照發(fā)現(xiàn)日期、所屬單位、問題位置與等級(jí)等條件組合查詢檢索問題數(shù)據(jù)，包括各單位問題數(shù)量及其處理狀態(tài)等。

2.5 問題合并、推送和可視化管理

2.5.1 問題合并

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)問題經(jīng)過綜合分析確認(rèn)為同一個(gè)問題，且未維修處理時(shí)，可將多個(gè)問題合并處理。

2.5.2 問題推送

在定義問題處理流程，伴隨著也定義了問題處理每個(gè)監(jiān)控環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)職能角色。由此，可按照職能角色將問題推送至責(zé)任用戶的登陸首頁(yè)，提醒及時(shí)處置，如圖3所示。

圖3 首頁(yè)的線路問題推送

2.5.3 可視化管理

地理信息系統(tǒng)是直觀展示問題位置和嚴(yán)重等級(jí)的最佳可視化方式，系統(tǒng)支持基于GIS實(shí)現(xiàn)線路問題的查詢展示與報(bào)警，界面如圖4所示。

3 問題處理監(jiān)管

問題處理監(jiān)管的主要意義是保障每個(gè)發(fā)現(xiàn)的病害問題均得到適時(shí)與恰當(dāng)?shù)奶幹?，從而控制安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 問題處理流程及對(duì)應(yīng)職能角色定義

從每類問題處理過程提煉出若干個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)作為監(jiān)管節(jié)點(diǎn)如圖5所示。從安全角度考慮，必須包含的3個(gè)環(huán)節(jié)是：明確責(zé)任主體、分析評(píng)價(jià)和質(zhì)量驗(yàn)收。每個(gè)環(huán)節(jié)需要配置相關(guān)的職能角色，確保每個(gè)問題的每個(gè)階段都有責(zé)任單位。

圖4 線路安全問題可視化展示與報(bào)警

圖5 線路問題處理流程（關(guān)鍵環(huán)節(jié)）

3.2 問題關(guān)鍵環(huán)節(jié)記錄

除個(gè)別特殊環(huán)節(jié)外，每個(gè)問題處理環(huán)節(jié)需要記錄的內(nèi)容包括處理日期、單位、內(nèi)容，以及分析文檔和佐證圖片等附件。隨著問題處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)記錄的填寫，問題的處理狀態(tài)業(yè)自動(dòng)變更。

3.3 問題關(guān)閉

當(dāng)主管工程師依據(jù)記錄的分析小結(jié)、維修方案和結(jié)果判定問題處理效果合格時(shí)，即可關(guān)閉問題；否則，問題處理返回至分析環(huán)節(jié)從新開始，如圖6所示。

4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)

綜合考慮鐵路線路生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)特點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與安全性保證、用戶分布訪問、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等因素，系統(tǒng)整體架構(gòu)上采用節(jié)點(diǎn)分布應(yīng)用、數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)的“分布-集中式”結(jié)構(gòu)，即“應(yīng)用和數(shù)據(jù)分級(jí)管理”的模式，由“鐵路總公司-鐵路局-工務(wù)段”三級(jí)組成。每級(jí)應(yīng)用主體管理所轄單位的問題數(shù)據(jù)，上下級(jí)應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交互通過數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)。

圖6 線路安全問題關(guān)閉頁(yè)面

軟件開發(fā)技術(shù)主要包括兩大陣營(yíng)：Microsoft的.net和Oracle的Java。雖然.net開發(fā)的產(chǎn)品穩(wěn)定性較高且可以模塊化，但是在實(shí)際應(yīng)用中，Java開發(fā)平臺(tái)在B/S結(jié)構(gòu)企業(yè)級(jí)開發(fā)中具備跨平臺(tái)、優(yōu)良的擴(kuò)展性和并發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)。鑒于此，最終選定本系統(tǒng)采用Java平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。

系統(tǒng)應(yīng)用采用了多層結(jié)構(gòu)體系：Windows操作系統(tǒng)、Java開發(fā)環(huán)境、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle、Weblogic中間件、各類組件以及系統(tǒng)應(yīng)用層。WebLogic Server提供應(yīng)用服務(wù)，用于管理和發(fā)布應(yīng)用。業(yè)務(wù)邏輯組件提供事務(wù)控制、數(shù)據(jù)庫(kù)連接控制、數(shù)據(jù)量控制、內(nèi)存控制、低效率業(yè)務(wù)、SQL監(jiān)控以及前臺(tái)頁(yè)面的展示。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle，部署在Windows服務(wù)器上，與應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互通信，保障了整個(gè)系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)圖

5 系統(tǒng)特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

問題類型定制化：綜合考慮檢測(cè)問題數(shù)據(jù)的多樣化，系統(tǒng)提供自定義問題接口，包括問題數(shù)據(jù)類型及問題屬性。

問題監(jiān)控流程化：系統(tǒng)采用多種檢測(cè)類型數(shù)據(jù)統(tǒng)一監(jiān)控管理的方式，為提高問題處理靈活性，支持問題流程定制化，包括流程處理步驟、處理數(shù)據(jù)及相應(yīng)的處理角色。

問題納入多樣化：為提高系統(tǒng)友好性，本系統(tǒng)采用中間接口轉(zhuǎn)換方法，同時(shí)提供問題數(shù)據(jù)自動(dòng)納入與手工納入兩種方式。

6 生產(chǎn)應(yīng)用

“鐵路線路問題管理系統(tǒng)”是鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理分析平臺(tái)的重要組成部分，業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系如圖8所示?？山柚耙苿?dòng)終端應(yīng)用”登記現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)的問題；分析評(píng)價(jià)檢測(cè)數(shù)據(jù)通過，將其中需要跟蹤檢查和維修整治的病害問題亦可納入“線路問題管理”；同時(shí)，問題數(shù)據(jù)也是指定檢修作業(yè)計(jì)劃重要依據(jù)。

圖8 業(yè)務(wù)邏輯與功能布局

自2015年8月陸續(xù)在多個(gè)鐵路局“鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理分析系統(tǒng)”平臺(tái)部署試用。實(shí)踐運(yùn)用表明：系統(tǒng)改變了過去以報(bào)表為主的傳統(tǒng)、低效的問題管理方式，從日常重復(fù)、繁瑣的報(bào)表中解放了生產(chǎn)管理技術(shù)人員。車間安全員和工務(wù)段調(diào)度指揮中心安全主管工程師利用系統(tǒng)提供的問題管理平臺(tái)，在分類、分級(jí)精細(xì)管理問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了問題處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)閉環(huán)監(jiān)管，顯著提高了問題管理的效率和安全。

7 結(jié)束語(yǔ)

以報(bào)表為主的傳統(tǒng)問題管理方式不能適應(yīng)高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全生產(chǎn)管理的需要。本文采用問題管理、過程方法和標(biāo)準(zhǔn)化管理等科學(xué)理念，并以業(yè)務(wù)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)研發(fā)的《鐵路線路問題管理系統(tǒng)》從日常重復(fù)、繁瑣的報(bào)表中解放了生產(chǎn)管理人員?！败囬g-工務(wù)段-鐵路局”各級(jí)管理人員均可利用系統(tǒng)提供的問題管理平臺(tái)，在分類、分級(jí)精細(xì)管理問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了問題處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)閉環(huán)監(jiān)管，顯著提高了問題管理的效率和安全。

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責(zé)任編輯 徐侃春

圖6 基于BIM模型的數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)

2.3 大數(shù)據(jù)分析與挖掘

基于BIM技術(shù)的橋梁建養(yǎng)一體化平臺(tái)將匯集大量的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維數(shù)據(jù)，需開展大數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)研究，除采用傳統(tǒng)BI工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的組合、篩選、關(guān)聯(lián)、計(jì)算、排重等相關(guān)分析外，還要利用分類、聚類、關(guān)聯(lián)性分析、預(yù)測(cè)分析、偏差檢測(cè)等主流技術(shù)，探索數(shù)據(jù)可視化工具在挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的應(yīng)用，為鐵路橋梁專業(yè)的基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品研發(fā)和規(guī)范修訂提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，這是BIM理念核心價(jià)值，也是利用以BIM為手段實(shí)施服務(wù)的最終目標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

以BIM技術(shù)為核心的橋梁建養(yǎng)一體化平臺(tái)，融合了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)管理的創(chuàng)新模式，形成高度自動(dòng)化、規(guī)范化、流程化，具有科學(xué)合理性與實(shí)用擴(kuò)展性的信息化管理機(jī)制，具有以下顯著作用：

（1）橋梁建養(yǎng)一體化平臺(tái)的BIM應(yīng)用，為橋梁工程的高效施工、精準(zhǔn)管養(yǎng)提供基礎(chǔ)，是推動(dòng)橋梁大國(guó)向橋梁強(qiáng)國(guó)升級(jí)的重要途徑。

（2）以BIM技術(shù)為核心的信息化帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化，形成有特色的規(guī)范化操作和管理體系，不僅提高施工和管理水平，而且是行為模式和管理方式的革新，這種模式可以復(fù)制和不斷優(yōu)化，為以后類似工程實(shí)踐提供重要借鑒作用。

（3）基于BIM建養(yǎng)一體化平臺(tái)將構(gòu)建基于產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用體系，不僅引領(lǐng)橋梁工程BIM技術(shù)應(yīng)用潮流，而且是鐵路軟實(shí)力增強(qiáng)的重要標(biāo)志。

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責(zé)任編輯 王 浩

Design and application of Permanent Way Problem Management System

TAO Kai
( Infrastructure Inspection Research Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

Permanent Way Problem Management System was developed by scientific idea of using problem management,process method and standardization management.The System could be used to deal with the problems of classifcation and graded fne management,implement closed-loop regulation on the key link of problem disposal,improved signifcantly the effciency and technical level of permanent way safety problem management.

problem management;process method;high-speed railway;safety management

U238∶U216.42

A

1005-8451（2016）05-0043-05

2015-12-16

中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題（2014G009-D）；國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目（2015DFA81780）；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基金青年課題（2014YJ050）。

陶 凱，助理研究員。