城市軌道交通建設(shè)工程進(jìn)度 可視化管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

崔 偉

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

隨著國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的高速發(fā)展，對建設(shè)工程施工的管理水平和管理要求不斷提高，對建設(shè)工程進(jìn)度的管理要求也在不斷提高。但是，由于地鐵項目的工程建設(shè)存在著參與方眾多、施工周期長、工程復(fù)雜度高以及工程進(jìn)度管理工具不成熟等情況，導(dǎo)致地鐵建設(shè)工程進(jìn)度的管理難以滿足對全局化、精細(xì)化及標(biāo)準(zhǔn)化的要求，依然廣泛存在著對工程建設(shè)進(jìn)度信息覆蓋不全面、標(biāo)準(zhǔn)表述不清晰、數(shù)據(jù)更新不及時及組織協(xié)調(diào)工作難以執(zhí)行等問題，致使線路建設(shè)工期拖后及工期延誤等情況時有發(fā)生，給建設(shè)工程進(jìn)度的管理工作帶來諸多困難[1]。

針對以上情況，筆者以南京地鐵建設(shè)工程項目為研究對象，提出并實現(xiàn)了一套覆蓋地鐵全線網(wǎng)在建項目工程進(jìn)度管理的可視化管理系統(tǒng)。通過對線網(wǎng)進(jìn)度、線路進(jìn)度及車站進(jìn)度的全面管控，滿足了建設(shè)管理單位對工程進(jìn)度情況全局化、直觀化及標(biāo)準(zhǔn)化的管理訴求。通過對工期進(jìn)度數(shù)據(jù)的智能化分析，為建設(shè)管理單位不同層級的進(jìn)度管控人員提供包含工程進(jìn)度預(yù)警、工程進(jìn)度報警等多樣化的智能管理輔助決策，提高了工程進(jìn)度管理水平及工作效率。當(dāng)前，該系統(tǒng)已經(jīng)在南京地鐵1 號線北延線、2 號線西延線、5 號線、6 號線、7 號線、9 號線、10 號線二期、S6 號線及S8號線南延線等9 條已開工的在建線路中投入使用，取得了良好的管控效果，得到了用戶的一致認(rèn)可與好評。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體設(shè)計路線

圍繞工程進(jìn)度可視化管控要求，為覆蓋在建地鐵車站土建施工、區(qū)間盾構(gòu)/明挖、軌道鋪軌、供電貫通及設(shè)備安裝調(diào)試等各專業(yè)領(lǐng)域建設(shè)進(jìn)度的管理特點，對各專業(yè)進(jìn)度的管控分別制定針對性的管控指標(biāo)，建立面向全專業(yè)工程進(jìn)度管控的統(tǒng)一管理指標(biāo)體系。利用數(shù)據(jù)建模技術(shù)，對不同進(jìn)度的管控指標(biāo)搭建相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算模型。

將線網(wǎng)級建設(shè)工程進(jìn)度的管理目標(biāo)逐級細(xì)化、拆分，最終實現(xiàn)與各施工單位、承包單位的工作分工相對應(yīng)，明確進(jìn)度數(shù)據(jù)的提報范圍?；诠こ踢M(jìn)度可視化管控系統(tǒng)，為工程進(jìn)度數(shù)據(jù)提報人員提供標(biāo)準(zhǔn)化、一體化的進(jìn)度數(shù)據(jù)提報平臺[2]。

通過工程進(jìn)度數(shù)字模型體系及數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實現(xiàn)，為工程進(jìn)度管理人員提供全局化、標(biāo)準(zhǔn)化及可視化的一體化管理功能；通過對各專業(yè)工程項目在計劃工期與實際進(jìn)度工期等方面的智能化分析，為進(jìn)度管控人員提供工程進(jìn)度預(yù)警、工程進(jìn)度報警等智能管理輔助決策；通過對工程進(jìn)度管理情況的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的實現(xiàn)，利用對外交互業(yè)務(wù)接口，實現(xiàn)與工程計量支付等項目管理相關(guān)業(yè)務(wù)的互聯(lián)，為進(jìn)度管理的有效落地執(zhí)行提供有力抓手。可視化進(jìn)度管控實現(xiàn)的技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 可視化進(jìn)度管控實現(xiàn)的技術(shù)路線 Figure 1 The technical route of visual progress management and control

1.2 進(jìn)度管控體系

在城市軌道交通建設(shè)進(jìn)度的管理過程中，存在著諸多難點。在工程總體管控方面，存在著建設(shè)周期長、工程專業(yè)眾多及施工過程復(fù)雜等問題；在工程進(jìn)度管控方面，存在著進(jìn)度管控指標(biāo)不健全、參與方工作分工界限不明確及進(jìn)度數(shù)據(jù)收集方式多樣且不標(biāo)準(zhǔn)等問題；在工程進(jìn)度情況分析方面，存在著指標(biāo)數(shù)據(jù)不標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)動態(tài)更新不一致及數(shù)據(jù)統(tǒng)籌分析不到位等情況；在進(jìn)度評價及管控方面，缺乏對各方進(jìn)度情況的預(yù)警、報警機(jī)制，在工程項目進(jìn)度嚴(yán)重滯后的情況下，對施工單位缺少管控抓手等問題；在管理要求下達(dá)方面，缺乏統(tǒng)一管理手段，特別是在進(jìn)度計劃更新后，如何協(xié)調(diào)全線路乃至全線網(wǎng)工程建設(shè)參與方及時進(jìn)行進(jìn)度管理要求的更新，存在著諸多難點[3]。

為解決上述問題，滿足線網(wǎng)級工程進(jìn)度管理工作在標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)籌、可視化展示及全局化管控等方面的管理要求，筆者針對各施工專業(yè)不同的建設(shè)工藝特點，結(jié)合施工現(xiàn)場進(jìn)度跟蹤管理的易執(zhí)行、易描述及易更新的要求，建立了一整套進(jìn)度管控指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 軌道交通各專業(yè)工程建設(shè)進(jìn)度管控指標(biāo)體系 Figure 2 Construction progress control system for various professional projects of rail transit

軌道交通各專業(yè)工程建設(shè)進(jìn)度管控體系，涵蓋車站工程、區(qū)間工程、設(shè)備系統(tǒng)等參與軌道交通工程建設(shè)的各專業(yè)門類。針對各專業(yè)工程工藝特點，逐級細(xì)化進(jìn)度管控指標(biāo)。例如：對車站工程，細(xì)分為地下站、高架站等；對地下站，細(xì)分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土方開挖等；對圍護(hù)結(jié)構(gòu)，細(xì)分為圍護(hù)樁、連續(xù)墻等；對連續(xù)墻，又細(xì)分為鉆孔樁、咬合樁等。因篇幅有限，僅對各專業(yè)進(jìn)度的指標(biāo)進(jìn)行概要介紹。

同時，針對各工程進(jìn)度管理指標(biāo)，設(shè)定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化工程計量規(guī)則、工程計量單位及各層級進(jìn)度管控系數(shù)，充分滿足各專業(yè)建設(shè)工程進(jìn)度管理對標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的要求。 指標(biāo)加權(quán)平均量化，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)由圍護(hù)樁柱及連續(xù)墻的構(gòu)成比例加權(quán)平均，而圍護(hù)樁柱，由計劃完成總量與實際完成量進(jìn)行比例量化，即：車站工程進(jìn)度=工程動工系數(shù)+圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成比例×量化系數(shù)1+土石方完成比例×量化系數(shù)2+主體結(jié)構(gòu)完成比例×量化系數(shù)3+附屬結(jié)構(gòu)完成比例×量化系數(shù)4。

以工程進(jìn)度管控指標(biāo)的實際工程量為基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)，結(jié)合基于不同指標(biāo)層級、不同專業(yè)及不同線路/車站工程實際情況而制定的相應(yīng)工程量化系數(shù)，通過對進(jìn)度提報數(shù)據(jù)集成后的層層運算，最終實現(xiàn)對車站級、線路級乃至線網(wǎng)級工程進(jìn)度的全局化、數(shù)字化和統(tǒng)一化管控。

1.3 數(shù)字模型構(gòu)建

工程進(jìn)度數(shù)字模型體系的建立，不僅要考慮進(jìn)度指標(biāo)數(shù)字量化執(zhí)行的易維護(hù)性、科學(xué)性及準(zhǔn)確性，而且要著重考慮在不同專業(yè)、不同層級指標(biāo)間數(shù)字量化的權(quán)重關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定[4]。

以車站工程進(jìn)度數(shù)字模型建設(shè)為例：車站建設(shè)進(jìn)度由圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土方開挖、主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)4 項

1.4 可視化界面設(shè)計

基于進(jìn)度管控體系及數(shù)字化模型的建立及運算，利用SVG 技術(shù)的多圖層交互模式及矢量圖可視化交互特點，為各專業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)度管控人機(jī)交互圖元(見圖3)。通過預(yù)定通信協(xié)議，將底層數(shù)字化指標(biāo)模型與人機(jī)交互界面圖元進(jìn)行一一關(guān)聯(lián)，最終實現(xiàn)對工程進(jìn)度數(shù)據(jù)的實時推送、可視化分析展示等功能。

圖3 各專業(yè)可視化顯示圖元 Figure 3 Visual display primitives for each specialty

2 系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)的總體業(yè)務(wù)功能

本項目在工程進(jìn)度數(shù)字模型及可視化技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立覆蓋軌道交通建設(shè)全專業(yè)工程項目在建設(shè)期全過程管理的工程進(jìn)度可視化管控系統(tǒng)，實現(xiàn)對地鐵 建設(shè)項目提供覆蓋全業(yè)務(wù)工點的進(jìn)度信息、地鐵建設(shè)進(jìn)度的全局信息及各參與方的工程進(jìn)度信息等各方面進(jìn)度信息的標(biāo)準(zhǔn)化及一體化管理，同時提供對地鐵全線網(wǎng)、全線路建設(shè)進(jìn)度情況的可視化展示及智能化輔助決策等功能。系統(tǒng)的總體業(yè)務(wù)功能架構(gòu)設(shè)計如圖4 所示。

圖4 工程進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)的總體業(yè)務(wù)功能架構(gòu) Figure 4 Overall business function framework of the project progress visualization management system

2.2 工程進(jìn)度可視化展示

對地鐵建設(shè)工程進(jìn)度提供基于線網(wǎng)級進(jìn)度可視化、線路級進(jìn)度可視化及車站級進(jìn)度可視化的三級管控，如圖5～9 所示。

圖5 線網(wǎng)工程進(jìn)度可視化 Figure 5 Visualization of the wire network project progress

圖6 線路工程進(jìn)度可視化 Figure 6 Visualization of the line engineering progress

如圖5 所示，線網(wǎng)級進(jìn)度可視化處于全線網(wǎng)管理層面，對當(dāng)前全線網(wǎng)開工車站數(shù)、已完成主體結(jié)構(gòu)車站數(shù)、盾構(gòu)隧道數(shù)、盾構(gòu)機(jī)總數(shù)及始發(fā)臺數(shù)等全線網(wǎng)及各條線的建設(shè)開工進(jìn)度情況進(jìn)行全局管理、統(tǒng)籌管控。

如圖6 所示，線路級進(jìn)度可視化以線路進(jìn)度管理為側(cè)重，對全線車站總工程進(jìn)度、全線區(qū)間總工程進(jìn)度、全線鋪軌總工程進(jìn)度、全線設(shè)備總工程進(jìn)度及全線車輛交付等線路級總體進(jìn)度信息進(jìn)行把控。通過可視化技術(shù)，對車站、區(qū)間、鋪軌、供電等專業(yè)建設(shè)工法特點及進(jìn)度數(shù)據(jù)，以不同的圖元化方式，將“洞通、電通、軌通”等不同工程節(jié)點的建設(shè)進(jìn)度情況進(jìn)行直觀、形象展示，并對各工程節(jié)點提供可視化的工期進(jìn)度情況預(yù)警和報警。

如圖7～9 所示，車站級進(jìn)度可視化以車站建設(shè)為單位，通過車站施工平面圖、施工剖面圖及車站站廳層設(shè)備系統(tǒng)布局圖、站臺層設(shè)備系統(tǒng)布局圖，對包括車站維護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)、土石方、安裝、裝修及各設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)的工程進(jìn)度情況，以可視化圖元方式進(jìn)行詳細(xì)展示。其中，配置與施工現(xiàn)場實時監(jiān)控攝像頭 關(guān)聯(lián)的功能，可隨時調(diào)取現(xiàn)場攝像頭的實景情況，加強(qiáng)對實際施工進(jìn)度情況的管理。

圖7 車站工程進(jìn)度可視化：施工平面 Figure 7 Visualization of the station project progress-construction plan

圖8 車站工程進(jìn)度可視化：設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)度 Figure 8 Visualization of the station project progress-equipment system progress chart

圖9 車站工程進(jìn)度可視化：站廳層設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)度 Figure 9 Visualization of the station project progress-station hall floor equipment system progress chart

2.3 數(shù)據(jù)收集及集成管理

全線網(wǎng)各專業(yè)建設(shè)工程進(jìn)度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由參與地鐵建設(shè)的各施工單位、監(jiān)理單位以周報的形式進(jìn)行提報。結(jié)合工程進(jìn)度管理指標(biāo)系統(tǒng)，為各專業(yè)制定不同的周報數(shù)據(jù)提報標(biāo)準(zhǔn)。

基于各線路工程建設(shè)參與單位的實際職責(zé)劃分，由建設(shè)管理單位制定進(jìn)度計劃要求并牽頭組織各方，以各標(biāo)段施工單位、承包單位作為周報基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的提供單元。由各標(biāo)段的監(jiān)理人員匯總并審核周報基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，于每周四下班前在系統(tǒng)周報提報模塊，進(jìn)行本周工作量的提報；系統(tǒng)推送周報至建設(shè)管理單位各項目主管部門的經(jīng)辦人審核；審核無誤后，各項目周報數(shù)據(jù)由系統(tǒng)統(tǒng)一集成、運算并更新各可視化進(jìn)度管控界面。各參與方的分工職責(zé)如表1 所示。

表1 參與方分工職責(zé) Table 1 Participants’ division of responsibilities

2.4 智能化輔助決策功能

1) 對各項目進(jìn)度情況的預(yù)警、報警?；趯Ω鲗I(yè)進(jìn)度指標(biāo)數(shù)據(jù)的集中管理及統(tǒng)籌運算分析，將各施工單位的計劃工作總量、計劃工期、當(dāng)前已完成工作總量、當(dāng)前實際工期等各項進(jìn)度、成本數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，結(jié)合工程建設(shè)凈值分析等管理方法，實現(xiàn)對各項目工期推進(jìn)情況的預(yù)警及報警提醒。幫助建設(shè)管理人員，從全局更直觀地及時掌握各項目工期進(jìn)度情況，在及時發(fā)現(xiàn)項目推進(jìn)隱患、分析全線路工期進(jìn)展問題、有序調(diào)度各項目工作協(xié)同推進(jìn)等諸多方面，提供智能輔助支撐。

2) 各項目施工進(jìn)度與合同支付進(jìn)度的對照分析?；诟鳂?biāo)段項目的實際施工進(jìn)展情況，通過對各項目施工進(jìn)度情況的標(biāo)準(zhǔn)化提報、數(shù)字化運算及可視化展示，將各項目施工進(jìn)度數(shù)據(jù)與其在合同管理業(yè)務(wù)范疇內(nèi)的工程計量支付情況進(jìn)行數(shù)據(jù)化及可視化對比，實現(xiàn)施工進(jìn)度與支付進(jìn)度的直觀對照，為建設(shè)管理單位在減少或避免合同支付管理工作中少付及超付等問題的出現(xiàn)，提供輔助支撐。

3) 全線路施工進(jìn)度與概算使用情況、投資進(jìn)度情況的對照分析?；趯Ω黜椖渴┕みM(jìn)度情況的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化及可視化實現(xiàn)，與建設(shè)工程項目管理信息化系統(tǒng)的管理平臺對接，在地鐵全線范圍內(nèi)，對線路概算使用情況、當(dāng)前線路投資情況及當(dāng)前線路施工進(jìn)度情況等多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的橫向綜合統(tǒng)計和智能分析，提供輔助支撐。

2.5 與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接

利用企業(yè)服務(wù)總線、Web Service 等相關(guān)接口技術(shù)，實現(xiàn)與建設(shè)工程項目管理信息化系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)對接。在實現(xiàn)用戶組織、人員賬戶、地鐵線路、項目信息等基礎(chǔ)主數(shù)據(jù)共享的同時，為建設(shè)工程項目管理平臺，提供進(jìn)度管控指標(biāo)、進(jìn)度管理元數(shù)據(jù)，以及各層級、各項目的進(jìn)度核心數(shù)據(jù)。另外，以單點穿透及統(tǒng)一待辦、統(tǒng)一權(quán)限、統(tǒng)一消息管理等方式，與項目管理信息系統(tǒng)平臺實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能上的充分融合。對全線網(wǎng)地鐵建設(shè)項目的信息化全局管控提供完備的進(jìn)度管控數(shù)據(jù)及管理工具，提高地鐵建設(shè)管理人員的綜合項目管理效率及管理水平。

3 應(yīng)用效果

3.1 提高工程進(jìn)度管理水平

通過工程進(jìn)度可視化系統(tǒng)的建設(shè)，建立健全了地鐵建設(shè)各專業(yè)在線網(wǎng)、線路及車站中的三級進(jìn)度管控指標(biāo)體系，明確并完善了地鐵建設(shè)的各參與方在工期進(jìn)度管控方面的工作分工、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及工作流程，為建設(shè)管理單位對工程進(jìn)度的管理提供了統(tǒng)一平臺及管控手段，提高了地鐵建設(shè)工程進(jìn)度的管理水平。

3.2 提高工程進(jìn)度管理效率

通過對各線路全專業(yè)的建設(shè)工程進(jìn)度標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)的數(shù)字化、可視化的實現(xiàn)，為地鐵建設(shè)進(jìn)度管理提供了集標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)集成、全局把控、可視化展示、自動預(yù)警/報警、多維度分析及智能決策等特點于一身的一體化管理平臺及管控工具。工程進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)的建設(shè)，不僅實現(xiàn)了對不同專業(yè)下單個項目、不同基礎(chǔ)工程節(jié)點進(jìn)度管理的數(shù)字化及可視化情況分析，而且基于各工程節(jié)點進(jìn)度數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重體系，同時對各專業(yè)項目進(jìn)度情況在縱向逐層級、橫向跨門類等多個維度，實現(xiàn)了進(jìn)度情況的數(shù)字量化及數(shù)據(jù)化整合。最終將不同建設(shè)專業(yè)、不同建設(shè)工法、不同層級項目的建設(shè)進(jìn)度情況，進(jìn)行多角度、多維度數(shù)字化分析及可視化展現(xiàn)，實現(xiàn)了對包含各專業(yè)建設(shè)情況在內(nèi)的整車站建設(shè)進(jìn)度、整線路建設(shè)進(jìn)度乃至全線網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度的綜合分析，提高了工程進(jìn)度管理的工作效率，為工程進(jìn)度的精細(xì)化管控提供了支撐。

3.3 提高工程建設(shè)綜合管理能力

在工程進(jìn)度可視化系統(tǒng)的項目建設(shè)過程中，以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，以可視化為執(zhí)行主線，協(xié)同地鐵建設(shè)各參與方，在計量支付管理、現(xiàn)場視頻監(jiān)控管理、項目質(zhì)量安全管理及項目信息化管理等諸多業(yè)務(wù)管理領(lǐng)域中互聯(lián)互通，為建設(shè)單位管理人員提供了綜合全面的實戰(zhàn)鍛煉機(jī)會，提高了建設(shè)管理單位對各施工階段的監(jiān)管能力，提升了軌道交通建設(shè)的綜合管理水平。

4 結(jié)語

筆者以南京地鐵建設(shè)工程進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)項目為研究對象，設(shè)計并實現(xiàn)了一種建設(shè)周期短、資金精力投入少的進(jìn)度可視化管理系統(tǒng)，適合各地鐵建設(shè)管理單位在不同建設(shè)模式下使用。本系統(tǒng)將各專業(yè)工程數(shù)據(jù)與建設(shè)管理要求相融合，為建設(shè)管理單位在工程進(jìn)度方面提供了標(biāo)準(zhǔn)化、可視化及一體化管理平臺。 本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于南京地鐵多種建設(shè)模式下的9 條已開工在建線路中，提高了工程建設(shè)進(jìn)度管理水平及工作效率，得到了業(yè)主及用戶的多方認(rèn)可和好評，具有良好的推廣價值和應(yīng)用前景。