基于Web的參數(shù)化施工組織系統(tǒng)研究

陳小文，唐學(xué)倫

（1.貴州醫(yī)科大學(xué) 計(jì)算機(jī)教育與信息技術(shù)中心，貴陽(yáng) 550025；2. 貴陽(yáng)同心軟件科技有限公司，貴陽(yáng) 550001）

“工程規(guī)模大, 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高, 建設(shè)速度快”是新時(shí)期鐵路建設(shè)的顯著特點(diǎn)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的質(zhì)量、成本、進(jìn)度實(shí)施有效控制, 是當(dāng)前鐵路建設(shè)管理的必然選擇[1]。進(jìn)度也是影響工程項(xiàng)目成效的重要因素之一。面對(duì)跨度廣、周期長(zhǎng)、工點(diǎn)多等特點(diǎn)的鐵路施工項(xiàng)目，傳統(tǒng)AOV網(wǎng)(Activity On Vertex Network)和AOE網(wǎng)(Activity On Edge Network)已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工管理要求。文獻(xiàn)[1]研究了基于B/S模式的鐵路工程形象進(jìn)度圖參數(shù)化生成系統(tǒng)，獲得了基于圖形元件工程形象進(jìn)度圖參數(shù)化生成方法，以不同顏色代表某個(gè)橋梁的施工進(jìn)展情況，未涉及到各施工工點(diǎn)之間的依賴關(guān)系。文獻(xiàn)[2]提出了基于Flex和J2EE總體架構(gòu)的開發(fā)思路,開發(fā)實(shí)現(xiàn)了可在線閱覽、數(shù)據(jù)及時(shí)共享、標(biāo)準(zhǔn)格式統(tǒng)一的鐵路工程指導(dǎo)性施工組織形象進(jìn)度圖。文獻(xiàn)[3]建立了建設(shè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)/工作分解結(jié)構(gòu)（EPS /WBS），編制、優(yōu)化多級(jí)施工進(jìn)度計(jì)劃,整合各參建單位施工進(jìn)度控制信息反饋機(jī)制。文獻(xiàn)[4]依據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度管理的定義和內(nèi)容,分析影響鐵路工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)度的內(nèi)部管理因素、技術(shù)因素和外部因素,提出了項(xiàng)目進(jìn)度安排與質(zhì)量管理統(tǒng)一。文獻(xiàn)[5-6]分析了鐵路建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度控制中存在的主要問題，研究了基于檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)的施工進(jìn)度與投資控制關(guān)聯(lián)模型、工期預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建了鐵路建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度控制信息系統(tǒng)，并在新疆烏魯木齊鐵路局精伊霍新建鐵路建設(shè)指揮部進(jìn)行了試用。文獻(xiàn)[4-6]分析影響進(jìn)度的因素，建立了多級(jí)施工進(jìn)度劃分，但未涉及各工點(diǎn)相互影響、制約的關(guān)系。文獻(xiàn)[7]參考鐵路建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的特點(diǎn)，提出了基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（CAS）的鐵路建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃概念模型，利用主計(jì)劃生成預(yù)測(cè)計(jì)劃，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃調(diào)整。文獻(xiàn)[8]在京津城際鐵路應(yīng)用P3E/C項(xiàng)目管理軟件的跟蹤項(xiàng)目進(jìn)度，整合時(shí)間表和資源，結(jié)合總體解決方案，解決了復(fù)雜任務(wù)集成的問題。文獻(xiàn)[9]從機(jī)械的配置入手探討機(jī)械化施工方案的形成機(jī)制，并建立了基于該方案的優(yōu)化模型，編制了應(yīng)用軟件并對(duì)路基工程進(jìn)行了檢驗(yàn)。文獻(xiàn)[10]分析了鐵路施工組織設(shè)計(jì)過程，建立了使投資曲線呈正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型。通過模型的建立過程和計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)探討施工組織進(jìn)度輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的流程、思路和方法。文獻(xiàn)[11]針對(duì)鐵路施工組織設(shè)計(jì)中方案的比選和優(yōu)化問題，研發(fā)了鐵路施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提出了層次分析法、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃優(yōu)化與實(shí)施中的優(yōu)化調(diào)整相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)優(yōu)化流程和施工組織設(shè)計(jì)輔助編制。文獻(xiàn)[9-11]建設(shè)了施工組織的編制方法和優(yōu)化模型，但缺乏對(duì)指導(dǎo)性、實(shí)施性、實(shí)際施工進(jìn)度之間的進(jìn)度分析與監(jiān)控。

文章根據(jù)鐵路建設(shè)項(xiàng)目施工組織管理需要，設(shè)計(jì)了施工組織管理系統(tǒng)的總體思路和功能模塊，獲得了基于Web的參數(shù)化施工組織系統(tǒng)，在多個(gè)高鐵建設(shè)項(xiàng)目的應(yīng)用結(jié)果表明：有效縮短施組編制周期，實(shí)現(xiàn)了指導(dǎo)性、實(shí)施性、實(shí)際進(jìn)度之間的對(duì)比分析與預(yù)警，可快捷檢測(cè)施工進(jìn)度超前、滯后問題，為后續(xù)工期調(diào)整提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、調(diào)整（PDCA）循環(huán)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)鐵路建設(shè)項(xiàng)目線路長(zhǎng)、跨度廣、涉及到工點(diǎn)多等特點(diǎn)，以橫坐標(biāo)作為項(xiàng)目的正線里程，以縱坐標(biāo)表示時(shí)間，以二維平面圖為基礎(chǔ)，并為每個(gè)專業(yè)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的元件，并納入到平臺(tái)的工具中，簡(jiǎn)化建模過程，提高工作效率。系統(tǒng)基于Silverlight、Web Service技術(shù)，采用Ajax技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以參數(shù)化方式生成施工組織圖，并實(shí)現(xiàn)頁(yè)面數(shù)據(jù)異步傳輸與實(shí)時(shí)無(wú)刷新顯示。設(shè)計(jì)總體思路：（1）依據(jù)工程管理需要，構(gòu)建指導(dǎo)性施工組織和實(shí)施性施工組織，并將其進(jìn)行數(shù)據(jù)字處理；（2）搭建圖例畫布；（3）設(shè)計(jì)施工組織模型中的圖形元件，配備參數(shù)設(shè)計(jì)屬性，獲取參數(shù)控制圖形的機(jī)制；（4）構(gòu)建指導(dǎo)、實(shí)施、實(shí)際三者之間的對(duì)比策略；（5）數(shù)據(jù)交互與進(jìn)度報(bào)表匯總，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示進(jìn)度信息。系統(tǒng)采用B/S三層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle，涉及到Asp.Net、Silverlight、Javascript、Web Server、Ajax技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 主要功能模塊

施工組織系統(tǒng)（COS，Construction Organization System）具有畫布管理、圖例管理、數(shù)據(jù)管理、權(quán)限管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。其功能模塊如圖2所示。圖例展示作為施工組織所有圖例的展示平臺(tái)，涉及到施工里程、時(shí)間、單位工程等信息，是系統(tǒng)的重要支撐模塊。圖例管理是管理施工組織所有圖形及元件的模塊，通過參數(shù)控制每個(gè)圖形元件顯示的各項(xiàng)展示屬性。利用數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的匯總工作。權(quán)限管理則對(duì)各用戶進(jìn)行范圍、操作內(nèi)容等進(jìn)行控制管理。

圖 2 系統(tǒng)功能模塊圖

1.2 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

綜合考慮系統(tǒng)的功能、實(shí)現(xiàn)等因素，COS應(yīng)包含4類重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（1）畫布數(shù)據(jù)，包含鐵路工程的里程、施工工期等信息，COS通過該數(shù)據(jù)繪制畫布，為各圖形展示提供容器。

（2）圖形數(shù)據(jù)，在圖形數(shù)據(jù)中主要包含圖形基礎(chǔ)屬性、圖形控制數(shù)據(jù)和預(yù)警控制數(shù)據(jù)?；A(chǔ)屬性包含圖例基本的幾何信息，該數(shù)據(jù)主要來(lái)源于元件庫(kù)中的默認(rèn)設(shè)置數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際管理的需要可在畫布上進(jìn)行調(diào)整與修正；控制數(shù)據(jù)是實(shí)際施工進(jìn)度所形成的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均來(lái)自于施工報(bào)表中的數(shù)據(jù)；預(yù)警數(shù)據(jù)為最晚完工時(shí)間，數(shù)據(jù)來(lái)源于重要控制工點(diǎn)所分解后的控制時(shí)間，但實(shí)際施工過程中也可進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。COS利用圖形基礎(chǔ)屬性初始化圖形的基本信息，結(jié)合圖形控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)圖形狀態(tài)及位置改變，獲取預(yù)警控制數(shù)據(jù)與實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行碰撞檢測(cè)。基礎(chǔ)屬性、控制數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)3個(gè)數(shù)據(jù)共同支撐一個(gè)圖例的展示。

（3）關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，畫面中的每一個(gè)圖例除了本身展示之外，還需要與管理信息系統(tǒng)（MIS，Management Information System）進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，因此需存儲(chǔ)每個(gè)圖形元件與MIS中的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（4）版本數(shù)據(jù)，施工組織涉及指導(dǎo)性施組、實(shí)施性施組、實(shí)際施工進(jìn)度。實(shí)現(xiàn)各個(gè)版本之間的分析對(duì)比，需存儲(chǔ)各個(gè)版本的施組數(shù)據(jù)。

基于上述分析考慮，COS主要采用的數(shù)據(jù)如表1所示。圖例屬性表用于存儲(chǔ)各個(gè)圖例的基本信息，主要用于圖例的初始化工作。控制數(shù)據(jù)記錄各個(gè)時(shí)間段內(nèi)圖例的顯示位置信息。預(yù)警表則記錄了每個(gè)單位工程的最早開工、最晚完工和工期信息，以及施工的先決條件，并蘊(yùn)含整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵路徑。關(guān)聯(lián)表則存儲(chǔ)每個(gè)圖例與MIS中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，用于后續(xù)的進(jìn)度統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)匯總工作。

表1 COS主要數(shù)據(jù)表

1.3 圖形元件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Silverlight提供靈活的編程模型，并可以集成到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中。它是一個(gè)跨瀏覽器、跨平臺(tái)的插件，可以對(duì)運(yùn)行在Mac或Windows上的主流瀏覽器提供高質(zhì)量視頻信息傳遞。充分考慮到Silverlight跨平臺(tái)、低成本的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合施工組織管理的需要，采用Silverlight作為COS展示工具。鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目的部分單位工程之間存在先后依賴關(guān)系。針對(duì)鐵路建設(shè)項(xiàng)目跨度廣、周期長(zhǎng)、管控難的特點(diǎn)，以不同圖例代表相應(yīng)專業(yè)的單位工程。每個(gè)圖例均表示一個(gè)單位工程，依據(jù)1.2所述的各類數(shù)據(jù)對(duì)圖形進(jìn)行繪制與控制。COS的形成過程如圖3所示，主要分成3個(gè)層次：

（1）技術(shù)支撐層，利用Silverlight提供的基礎(chǔ)的圖形繪制方法（點(diǎn)、線、多邊形、矩形），結(jié)合用戶設(shè)置的各類顯示屬性（顏色、填充、位置、其它樣式），形成繪制各專業(yè)的操作方法，封裝成相應(yīng)的操作類，并為外界調(diào)用提供相應(yīng)接口。

（2）圖形繪制層，以橫坐標(biāo)為時(shí)間軸縱坐標(biāo)為時(shí)間軸，繪制施工組織畫布。獲取各個(gè)單位工程參數(shù)，利用技術(shù)支撐層所提供的封裝類中的方法繪制相應(yīng)的施工管理圖例，并初始化每個(gè)圖例的基礎(chǔ)屬性。

（3）獲取權(quán)限數(shù)據(jù)控制每個(gè)用戶可操作的范圍和權(quán)限，利用控制數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)關(guān)系調(diào)整每個(gè)圖例的開工、完成時(shí)間和工期屬性，最后獲取預(yù)警數(shù)據(jù)和版本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)版本施工組織分析對(duì)比，并給出相應(yīng)的警示信息。

圖 3 COS 形成過程

1.4 進(jìn)度對(duì)比與預(yù)警

施工組織可分成指導(dǎo)性施工組織、實(shí)施性施工組織，在實(shí)際管理過程中，建設(shè)管理部門制定指導(dǎo)性施工組織，確定各個(gè)重點(diǎn)控制工程的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。參建單位則依據(jù)建設(shè)單位的指導(dǎo)性施工組織，結(jié)合施工條件和環(huán)境編制實(shí)施性施工組織。指導(dǎo)性施工組織、實(shí)施性施工組織是根據(jù)實(shí)際情況而制定的施工計(jì)劃，施工進(jìn)度則是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況的真實(shí)反映。在進(jìn)度對(duì)比過程中涉及到兩個(gè)部分：（1）指導(dǎo)性施工組織與實(shí)施性施工組織的對(duì)比分析；（2）實(shí)施性施工組織與實(shí)際施工進(jìn)度的對(duì)比。根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)度，若單位工程的預(yù)計(jì)結(jié)束日期晚于實(shí)施性施工組織的時(shí)間，給予相應(yīng)的警示信息，并非所有單位工程滯后都會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的工具，根據(jù)工期滯后所帶來(lái)的影響分成3種等級(jí)，如表2所示。

表 2 影響等級(jí)

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)在Win7平臺(tái)下，以微軟Visual Studio.NET 2010為開發(fā)平臺(tái)，使用Asp.net與Silverlight結(jié)合的方法系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，前臺(tái)顯示采用CSS加以控制。Javascript實(shí)現(xiàn)前臺(tái)操作和交互，運(yùn)用Ajax調(diào)用WebService的方法，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷新數(shù)據(jù)交互。在整個(gè)軟件開發(fā)過程中，采用Visual SourceSafe進(jìn)行源代碼管理與版本控制，考慮到與現(xiàn)有的MIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，在數(shù)據(jù)管理方面則采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。為增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)性，采用Ajax方法與Web Service進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳輸數(shù)據(jù)則采用JSON（Java Script Object Notation）格式，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷新的動(dòng)態(tài)展示施工組織。數(shù)據(jù)交互過程：（1）利用Ajax創(chuàng)建請(qǐng)求對(duì)象并發(fā)送請(qǐng)求和操作參數(shù)；（2）Web Service 接受到客戶端請(qǐng)求后分析各個(gè)參數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理模塊，并將操作結(jié)果以JSON格式返回至客戶端；（3）客戶端根據(jù)返回的狀態(tài)（error、success、complete），調(diào)用圖例操作方法。通過3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)無(wú)刷新的數(shù)據(jù)交互和圖例展示功能。COS的合成步驟和操作模塊如圖4所示。

圖 4 COS合成步驟與操作模塊

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用

參數(shù)化施工組織系統(tǒng)作為鐵路建設(shè)項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)（RCPMIS）的子系統(tǒng)，先后已在西成客專（陜西段）、武九鐵路進(jìn)行了應(yīng)用示范。

（1）根據(jù)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)， 繪制以橫坐標(biāo)為里程軸、縱坐標(biāo)為時(shí)間軸的二維畫布，根據(jù)施工管理要求，以不同類型圖例表示相應(yīng)專業(yè)的單位工程。并為每個(gè)專業(yè)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的建模元件，只需簡(jiǎn)單的拖拽即可實(shí)現(xiàn)快速工期安排。操作界面形象簡(jiǎn)單明了，支持多人協(xié)同編制，提高了工作效率。系統(tǒng)主界面如圖5所示。圖中黑框內(nèi)的圖例分別代表不同專業(yè)的單位工程，標(biāo)尺上為具體單位工程的名稱和所跨越的里程范圍，而標(biāo)尺下方則為具體的施工計(jì)劃。

圖 5 施工組織主界面

（2）采用簡(jiǎn)單明了的方法， 實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度的總體、局部分析對(duì)比，總體對(duì)比如圖6所示。空心豎條圖例代表該工點(diǎn)計(jì)劃的施工時(shí)間，圖例中的紅色線條則代表實(shí)現(xiàn)的施工進(jìn)度。從圖6中可知：a.工點(diǎn)實(shí)際施工進(jìn)度滯后于計(jì)劃；b.工點(diǎn)實(shí)際施工與計(jì)劃相符；c.工點(diǎn)則超前計(jì)劃完成施工。

圖 6 進(jìn)度分析對(duì)比圖

每一個(gè)工點(diǎn)則涉及到多個(gè)結(jié)構(gòu)部位或施工工序，而局部的對(duì)比如圖7所示。在隧道施工過程中涉及到開挖、支護(hù)、襯砌等工序，以開挖工序?yàn)槔鶕?jù)施工計(jì)劃情況繪制隧道開挖曲線，曲線上每個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為施工時(shí)間。若實(shí)現(xiàn)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的進(jìn)度分析對(duì)比，將鼠標(biāo)移至開挖曲線上，鼠標(biāo)的參考線Y軸與形象進(jìn)度圖進(jìn)行相切，實(shí)際進(jìn)度（紅色）超參考線即為超前，否則為滯后。

圖 7 隧道進(jìn)度局部分析

（3）形成了施工曲線，依據(jù)施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)將和各專業(yè)的單位工程劃分成若干個(gè)結(jié)構(gòu)部位，將施工單位上報(bào)的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次的匯總，形成相應(yīng)的開累與剩余情況，利用施工曲線描繪某時(shí)間段內(nèi)施工進(jìn)度趨勢(shì)，為建設(shè)管理部門實(shí)施工期調(diào)整提供了科學(xué)依據(jù)。施工曲線圖如圖8所示。

圖 8 施工曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)方式管理施工組織所存在的局限性和信息化程度較低的情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Web的參數(shù)化施工組織管理系統(tǒng)，借助動(dòng)態(tài)直觀的施工組織圖，建設(shè)與參建單位均可整體把握管理、分析、監(jiān)控施工進(jìn)度。在西成客專（陜西段）、武九高鐵建設(shè)項(xiàng)目上應(yīng)用結(jié)果表明：（1）系統(tǒng)支持多人協(xié)同編制施工組織，縮短施組編制周期；（2）直觀形象展示施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了施組監(jiān)控與警示功能，快速有效檢測(cè)超前、滯后現(xiàn)象；（3）實(shí)現(xiàn)建設(shè)單位指導(dǎo)性進(jìn)度、施工單位計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際施工進(jìn)度之間的對(duì)比分析，為鐵路建設(shè)項(xiàng)目后續(xù)工期控制提供依據(jù)。

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