質(zhì)量驅(qū)動的鐵路建設(shè)工程管理模型

陳小文，唐學(xué)倫

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

鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目具有施工范圍跨度廣、建設(shè)周期長、管控難度大等特點(diǎn)，進(jìn)度、質(zhì)量與成本既是3大控制目標(biāo)，也是影響工程項(xiàng)目效益的3大因素[1]，需提出一種新的科學(xué)方法來提升鐵路工程管理[2]。部分重點(diǎn)項(xiàng)目存在進(jìn)度滯后、虛報建設(shè)任務(wù)的問題[3]，建設(shè)管理單位缺乏有效的進(jìn)度、質(zhì)量、驗(yàn)工監(jiān)測手段與機(jī)制，難以降低項(xiàng)目的成本和風(fēng)險[4]。如何科學(xué)解決虛報和超報、超驗(yàn)等問題是工程管理的難點(diǎn)。針對3大控制目標(biāo)和管理難點(diǎn)，許多學(xué)者開展了相關(guān)的研究工作。文獻(xiàn)[5]根據(jù)鐵路工程進(jìn)度管理的需要，設(shè)計了基于圖形元件的工程形象進(jìn)度圖參數(shù)化生成方案，建立了VML代碼后臺化機(jī)制，進(jìn)而獲得了鐵路工程形象進(jìn)度圖參數(shù)化生成系統(tǒng)。文獻(xiàn)[6]提出了基于Web的施工進(jìn)度形象的建模方法，研發(fā)了綜合信息的錄入、查詢與形象展示的可視化平臺，有利于控制工程質(zhì)量、安全、成本和工期。文獻(xiàn)[7]從建筑安全、質(zhì)量控制和成本控制的角度，分析了項(xiàng)目管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了管理措施。文獻(xiàn)[8]針對6D-BIM集成控制結(jié)構(gòu)體系施工階段，結(jié)合改進(jìn)的掙值分析方法，研發(fā)了施工項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度和成本的監(jiān)測和參數(shù)分析系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工過程的動態(tài)管理和多目標(biāo)控制。文獻(xiàn)[9]基于項(xiàng)目的進(jìn)度、成本和質(zhì)量之間的配置關(guān)系，研究了進(jìn)度、成本、質(zhì)量和項(xiàng)目績效之間的關(guān)聯(lián)。文獻(xiàn)[10]介紹了范圍和質(zhì)量管理的思想，以及成本和進(jìn)度控制的關(guān)鍵因素。文獻(xiàn)[11-12]構(gòu)建質(zhì)量、進(jìn)度、成本之間相互優(yōu)化的方案，并探索出進(jìn)度與成本的最佳協(xié)調(diào)方案和項(xiàng)目成本與其質(zhì)量、進(jìn)度時間相互協(xié)調(diào)的方法。文獻(xiàn)[13]分析了鐵路建設(shè)工程檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)的特征，把檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)應(yīng)用到施工質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理、投資管理過程中。雖然文獻(xiàn)[5-6]對鐵路工程項(xiàng)目進(jìn)度管理提供了形象化展示工具，但未涉及進(jìn)度、質(zhì)量、成本間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。文獻(xiàn)[7-13]對鐵路工程項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本間關(guān)系進(jìn)行了研究，但未涉及超報與虛報控制等方面。

針對鐵路工程管理的難點(diǎn)，從施工圖紙著手，利用工程進(jìn)度圖系統(tǒng)劃分結(jié)構(gòu)部位實(shí)體，采用質(zhì)量檢驗(yàn)批驅(qū)動機(jī)制將進(jìn)度、計價進(jìn)行深層次關(guān)聯(lián)，構(gòu)建了質(zhì)量驅(qū)動的鐵路建設(shè)工程管理模型，研發(fā)了相應(yīng)的信息系統(tǒng)。在鐵路客運(yùn)專線公司的應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)可分析進(jìn)度、質(zhì)量、成本之間的數(shù)據(jù)，自動識別超報、虛報等問題，可降低引入虛假數(shù)據(jù)的風(fēng)險。自頂向下的層層追溯與查驗(yàn)的效率，提升客運(yùn)專線建設(shè)工程管理的信息化水平。

1 模型分析

綜合衡量項(xiàng)目的整體性、專業(yè)性，結(jié)合施工組織安排，將鐵路建設(shè)項(xiàng)目劃分成若干個管理標(biāo)段，依據(jù)線路的地質(zhì)地貌特征、水文等因素劃分成若干個單位工程。本文以橋梁專業(yè)的單位工程進(jìn)行描述，在此先給出相應(yīng)的定義與術(shù)語。

1.1 相關(guān)定義與術(shù)語

n為結(jié)構(gòu)數(shù)量，n＞2；

i表示第i個結(jié)構(gòu)，其中1≤i≤n;

S={Si}表示結(jié)構(gòu)集合, Si只包含一個元素。

B={Bi}表示部位集合，元素Bi={bi,j| 1≤j≤cb}；Bi表示Si的部位集合，bi,j表示第i個結(jié)構(gòu)的第j個部位，cb為第i個結(jié)構(gòu)的部位總數(shù)。

W={Wi}表示工序集合，Wi表示Si的施工工序集合，Wi,j表示bi,j的工序集合。

T={Ti}表示施工任務(wù)集合，Ti表示第Si的任務(wù)集合。Ti,j則表示bi,j的任務(wù)集合。每個任務(wù)t由元素三元組(b,w,s) 構(gòu)成。

P={Pi}表示進(jìn)度管理集合，元素Pi={pi,d|1≤d≤cp}表示第i個結(jié)構(gòu)的進(jìn)度管理集合。pi,d表示第i個結(jié)構(gòu)的第d個進(jìn)度管理項(xiàng)，cp為第i個結(jié)構(gòu)的進(jìn)度管理項(xiàng)總數(shù)。

Q={Qi}表示質(zhì)量管理集合，元素Qi={qi,f|1≤f≤cq}表示第i個結(jié)構(gòu)的施工任務(wù)集合。qi,f表示第i個結(jié)構(gòu)的第f個質(zhì)量管理項(xiàng)，cq為第i個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量管理項(xiàng)總數(shù)。

V={Vi}表示驗(yàn)工管理集合，元素Vi={vi,g|1≤g≤cv}表示第i個結(jié)構(gòu)的驗(yàn)工管理信息。vi,g表示第i個結(jié)構(gòu)的第g個驗(yàn)工管理項(xiàng)，cv表示第i個結(jié)構(gòu)的驗(yàn)工項(xiàng)。

fr(x, y)關(guān)聯(lián)函數(shù)，若執(zhí)行fr函數(shù)，則x→y。若存在fr(x, y)和fr(y, z)，則x→z，函數(shù)fr具有傳遞性。

定義1：工程量清單，涵蓋鐵路工程所需施工類型的工程數(shù)量與單價，是工程驗(yàn)收與計價的基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)項(xiàng)與工程數(shù)量表存在一對多關(guān)系。

定義2：檢驗(yàn)批任務(wù)，根據(jù)施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對每一個結(jié)構(gòu)部位的每一次施工活動，是質(zhì)量控制的最小單元。

定義3：質(zhì)量驅(qū)動，以檢驗(yàn)批任務(wù)的驗(yàn)收結(jié)果任為模型的驅(qū)動源。

1.2 圖紙分解

施工圖紙是施工的基礎(chǔ)，蘊(yùn)含了豐富的數(shù)據(jù)，涵蓋了施工方法、工程數(shù)量、幾何屬性等重要信息。對圖紙中的數(shù)據(jù)予以深層次分解，所獲數(shù)據(jù)元素可為進(jìn)度、質(zhì)量、計價管理提供最小管理單元，從圖紙劃分工程數(shù)量、結(jié)構(gòu)部位、分部分項(xiàng)的關(guān)系，如圖1所示。

（1）工程數(shù)量，施工圖紙所標(biāo)識各結(jié)構(gòu)類型施工數(shù)量，每個數(shù)據(jù)可利用圖紙上各項(xiàng)參數(shù)計算而得。

（2）實(shí)體劃分，依據(jù)單位工程的類型和施工方法，劃分結(jié)構(gòu)集合S={S1, S2,...,Sn}和部位集合B={B1, B2,…, Bn}。

圖1 圖紙分解示意圖

（3）工序劃分，依據(jù)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合施工指南和方法，劃分工序集合W={W1,W2,…,Wn}。

1.3 檢驗(yàn)批任務(wù)驅(qū)動

施工建設(shè)管理者以施工圖為基礎(chǔ)，結(jié)合各種質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指南，實(shí)施對施工質(zhì)量Q控制管理；結(jié)合工程數(shù)量形成了實(shí)體工程的進(jìn)度P管理；利用工程量清單和驗(yàn)工數(shù)據(jù)實(shí)施驗(yàn)工計價V管理。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)對每一個施工任務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。其驗(yàn)收步驟依次為施工任務(wù)檢驗(yàn)批、分項(xiàng)工程、分部工程、單位工程。由此可見，檢驗(yàn)批任務(wù)是鐵路工程施工過程控制的最基本單元，也是質(zhì)量驗(yàn)收中最小單元。

利用檢驗(yàn)批任務(wù)所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總或加工后的數(shù)據(jù)更具真實(shí)性和準(zhǔn)確性，并具備數(shù)據(jù)追溯的條件。因此可將檢驗(yàn)批任務(wù)狀態(tài)的變化看成是整個項(xiàng)目的驅(qū)動源，支撐模型中的各個功能模塊運(yùn)轉(zhuǎn)。

基于質(zhì)量驅(qū)動的項(xiàng)目管理模型結(jié)構(gòu)，如圖2所示（圖2中的虛線為驅(qū)動流），利用工序劃分和實(shí)體劃分的數(shù)據(jù)形成任務(wù)集，關(guān)鍵任務(wù)狀態(tài)發(fā)生變化時則驅(qū)動業(yè)務(wù)模塊的運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動流的活動變化流程，如圖3所示。分別涉及到進(jìn)度、質(zhì)量、成本（計價），所有數(shù)據(jù)均來自于質(zhì)量檢驗(yàn)合格的施工任務(wù)。

2 驅(qū)動模型設(shè)計

根據(jù)施工圖紙信息，對工程形象進(jìn)度圖進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，快速分解成結(jié)構(gòu)S和部位B集合。將任務(wù)與工程形象進(jìn)度圖的部位bi,j關(guān)聯(lián)，并對結(jié)構(gòu)、部位綁定相應(yīng)工程數(shù)量表，最后在工程數(shù)量表的基礎(chǔ)上與工程量清單關(guān)聯(lián)，從而形成以任務(wù)的驅(qū)動的管理模型。當(dāng)關(guān)鍵施工任務(wù)的狀態(tài)發(fā)生改變時，以工程形象進(jìn)度圖為展示載體，利用關(guān)鍵任務(wù)上所附的關(guān)聯(lián)屬性，將進(jìn)行進(jìn)度、質(zhì)量、計價等模塊的數(shù)據(jù)加工處理。任務(wù)生成之前，需利用fr(x,y)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

圖 2 基于質(zhì)量驅(qū)動的工程管理模型

圖 3 活動變化流程

2.1 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

（1）工程數(shù)量表中的數(shù)據(jù)項(xiàng)是進(jìn)度管理集合中的重要數(shù)據(jù)，而施工任務(wù)是最小的質(zhì)量控制單元，兩者之間無法直接關(guān)聯(lián)。需要借助工程進(jìn)進(jìn)度圖中的S結(jié)構(gòu)集合方可與進(jìn)度P集合，即進(jìn)行fr(Si, Pi)運(yùn)算。

（2）工程量清單驗(yàn)工管理集合中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，與工程數(shù)量存在一對多的關(guān)系，需要借助fr(Pi,Vi)函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩者之間的關(guān)聯(lián)。

（3）依據(jù)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，每個部位需要進(jìn)行多個工序，因此部位需要與工序進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即fr(Bi,Wi)運(yùn)算。

（4）施工任務(wù)是質(zhì)量控制的最小單元，每個工序有工序W均需要施工、監(jiān)理單位進(jìn)行檢查評定驗(yàn)收，因此工序W集合還需與Q質(zhì)量集合進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即fr(W, Q)。

2.2 任務(wù)分解ct(b, w, s)函數(shù)

任務(wù)分解是管理模型的基礎(chǔ)，需要借助工程形象進(jìn)度圖所生成的結(jié)構(gòu)S、部位B集合，利用任務(wù)分解ct(b, w, s)函數(shù)進(jìn)行批量分解。若第1#橋墩包含6根樁基，均采用鉆孔法施工。依據(jù)本文先前定義可表示為：

i=1, 1 ≤ j≤ 6 ；S1={1#橋墩}；B1={b1,j}={ 1#樁基，2#樁基，3#樁基，4#樁基，5#樁基，6#樁基};

W1={W1,j}={{鉆孔,鋼筋,混凝土}…{ 鉆孔,鋼筋,混凝土}}；

T1,j= ct(b1,j,w1,j, Si)

= b1,j? W1,j? S1

={(1#樁基,鉆孔,1#橋墩)，(2#樁基,鉆孔,1#橋墩)，(3#樁基,鉆孔,1#橋墩)，(4#樁基,鉆孔,1#橋墩)，(5#樁基,鉆孔,1#橋墩)，(6#樁基,鉆孔,1#橋墩)，(1#樁基,鋼筋,1#橋墩)，… (5#樁基,混凝土,1#橋墩)，(6#樁基,混凝土, 1#橋墩)}。

T1集合包含18個任務(wù)元素。任務(wù)集合的分解示意圖，如圖4所示。

圖4 任務(wù)劃分示意圖

圖4展示了某一個橋墩的樁基礎(chǔ)任務(wù)劃分過程，承臺、墩身、梁的劃分方法與樁基礎(chǔ)的類似。對整座橋梁進(jìn)行任務(wù)劃分可表示為：

2.3 驅(qū)動模型

基于質(zhì)量驅(qū)動模型，利用驅(qū)動機(jī)制，將質(zhì)量、進(jìn)度、計價進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、進(jìn)度、計價三者之間的深度關(guān)聯(lián)。任務(wù)t是由b, w, s組成的三元組，根據(jù)fr函數(shù)，任務(wù)t可實(shí)現(xiàn)：

（1）t→b, w, s；

（2） s→p進(jìn)行進(jìn)度控制；

（3）p→v進(jìn)行驗(yàn)工計價管理；

（4）b→w進(jìn)行施工工序管理；

（5）w→q進(jìn)行質(zhì)量管理。

由于fr函數(shù)具有傳遞性，可知t→q, p, v，檢驗(yàn)批任務(wù)是過程控制和質(zhì)量驗(yàn)收的最小管理單元，基于檢驗(yàn)批任務(wù)的數(shù)據(jù)加工具備了數(shù)據(jù)審核與追溯的條件。施工管理過程為：施工任務(wù)完成后填報施工記錄與檢驗(yàn)批資料，并向監(jiān)理單位報驗(yàn)，質(zhì)量驗(yàn)收合格后改變?nèi)蝿?wù)的狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)的類型進(jìn)行進(jìn)度圖著色、完成數(shù)量匯總和工程量清單計算。檢驗(yàn)批任務(wù)驅(qū)動的流程，如圖5所示。

圖5 檢驗(yàn)批任務(wù)驅(qū)動流程

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用分析

3.1 系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)

鐵路建設(shè)工程管理模型的信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

在Win7平臺下，系統(tǒng)以Microsoft Visual Studio.NET 2012為開發(fā)工具，利用跨瀏覽器的、跨平臺Silverlight 對工程形象進(jìn)度圖進(jìn)行升級改造，模型中的其它業(yè)務(wù)模塊均采用Asp.net進(jìn)行開發(fā)，在開發(fā)過程中，采用Visual SourceSafe進(jìn)行源代碼管理與版本控制，考慮到鐵路工程涉及到數(shù)據(jù)較多，在數(shù)據(jù)管理方面則采用Oracle數(shù)據(jù)庫。

圖6 基于鐵路建設(shè)工程管理模型的信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 應(yīng)用案例

基于鐵路建設(shè)工程管理模型的信息系統(tǒng)已在國內(nèi)多個鐵路客運(yùn)專線公司進(jìn)行應(yīng)用示范。

（1）在西成客運(yùn)專線（陜西段）實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量與進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)一管理。通過提取質(zhì)量資料中的關(guān)鍵任務(wù)所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，獲取進(jìn)度信息，并與參建單位提交的進(jìn)度進(jìn)行分析對比，有效地控制虛報進(jìn)度和質(zhì)量資料滯后的現(xiàn)象。質(zhì)量資料、施工進(jìn)度對比，如表1所示。建設(shè)管理者可利用圖表中的左側(cè)的超鏈接，依次獲取標(biāo)段、項(xiàng)目部、項(xiàng)目分部、單位工程、分部分項(xiàng)、乃至施工任務(wù)等多層次的數(shù)據(jù)追溯管理，真正實(shí)現(xiàn)自頂向下的精細(xì)化管理。

表1 西成、寶蘭鐵路客運(yùn)專線質(zhì)量資料、施工進(jìn)度對比表

（2）在武廣鐵路公司對武九客運(yùn)專線、鄭萬客運(yùn)專線（湖北段）進(jìn)行質(zhì)量、進(jìn)度、驗(yàn)工的統(tǒng)一管理。嚴(yán)格遵循先質(zhì)量、后進(jìn)度、再驗(yàn)工的流程，通過提取質(zhì)量驗(yàn)收合格的任務(wù)所關(guān)聯(lián)的施工數(shù)據(jù)，按類別進(jìn)行多層次匯總獲得了進(jìn)度、驗(yàn)工數(shù)據(jù)，有效地控制超報、虛驗(yàn)等現(xiàn)象。驗(yàn)工數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)界面，如圖7所示。

圖7 質(zhì)量、進(jìn)度、驗(yàn)工關(guān)聯(lián)

3.3 效果分析

從建設(shè)單位、施工單位反饋的信息來看，基于該模型的信息系統(tǒng)為工程、質(zhì)量、計財部門提供了一個良好的檢測與監(jiān)控手段和追溯工具。通過對基于質(zhì)量驅(qū)動管理模型的信息系統(tǒng)的實(shí)施，建設(shè)單位扭轉(zhuǎn)以往管理過程中存在的鞭長莫及尷尬局面，將進(jìn)度、質(zhì)量、計價進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理。同時也改變部分管理模式，并提高了工作效率，管理模式與管理項(xiàng)的對比分別如圖8、表2所示。

圖8 施工管理模式示意圖

4 結(jié)束語

基于質(zhì)量驅(qū)動的鐵路建設(shè)工程管理模型，將每個檢驗(yàn)批任務(wù)所關(guān)聯(lián)的施工屬性進(jìn)行多層次匯總，獲得可深層次檢驗(yàn)、追溯的各種數(shù)據(jù)報表，以工程形象進(jìn)度圖為導(dǎo)向，可為各級管理者提供數(shù)據(jù)審核、來源追溯的管理工具，提升施工管理水平。但由于部分施工結(jié)構(gòu)物的特殊性，通過本管理模型計算的完成數(shù)量和工程量清單與實(shí)際數(shù)據(jù)可能存在一些偏差，下一步工作將重點(diǎn)研究特殊結(jié)構(gòu)物施工數(shù)量的計算法則與算法，進(jìn)一步提升管理模型的精度與準(zhǔn)確性。

表2 傳統(tǒng)模式與基于質(zhì)量驅(qū)動模型管理模式對比