以設備為核心的鐵路四電工程建設管理研究

■ 朱超平

0 引言

鐵路四電工程（通信、信號、電力、牽引供電）建設作為一個大的系統歸口管理，相比站前項目具有工程體量小、設備安裝分散、技術要求精細、系統離散性大的特點[1]；另一方面，由于四電工程系統內部在專業管理特性、施工安裝工藝、設備系統結構、性能指標調試、維護管理要求等方面的差異，四電項目各專業間也存在較大的差異[2]。近年來，隨著工程建設管理的自動化程度不斷提高，以數據采集和運用為核心的工程管理逐步取得共識。中國鐵路總公司工程管理中心推出的鐵路工程管理平臺，旨在通過現場的數據采集加強現場的工藝、質量、進度自動控制，實現高鐵建設的高水平、信息化、智能化，雖然在站前工程應用中已取得了初步成果，但在四電工程的信息化應用方面還較少[3]。

1 建設特點

相比于鐵路路基、橋涵、隧道等站前工程，鐵路四電工程建設領域由于各專業的差異具有下列特點[4]：

（1）建設周期短，設備分散，系統離散性大。四電工程一般在幾個月內完成，四電各專業設備、同一專業內部的設備在線路上呈離散分布，且相比于站前工程四電設備的運用規律性較小。

（2）四電專業設備復雜性。四電專業設備種類眾多，物理結構和功能特性差異大，特別對于實現邏輯控制功能的設備，對安裝和調試的精細化要求較高。

（3）管理要求多樣性。不同功能的設備在建設階段具有不同的技術要求，包括專業管理特性、施工安裝工藝、設備系統結構、性能指標調試、維護管理要求等方面的差異。

（4）管理信息系統多樣性。四電工程的設備供應、進場檢驗、設備安裝施工、工程驗收、交付運維等環節由多個信息系統管理，各系統相互獨立，缺少統一的規劃管理，甚至個別環節技術手段比較落后，例如工程驗收普遍采用紙質方式管理，導致工程建設信息在各環節脫節，形成信息孤島，無法保證信息的充分共享和運用[5-6]。

上述鐵路四電工程建設所存在的特點，說明鐵路四電工程建設管理存在自身特殊的需求。

2 管理需求

綜合考慮中國鐵路總公司對四電工程建設全面管理的要求，以及各鐵路局集團公司、建設單位和參建單位的實際需要，結合新技術和社會服務發展、專項技術發展，有必要對鐵路四電工程信息化建設統籌考慮、規劃和管理。

無論建設指揮部、設計單位、四電設備生產廠商、施工單位還是運營單位，從各自角度出發，對四電工程及設備的精細化管理目標是一致的?，F階段四電工程從設備出廠開始，設備內部名稱編號、性能參數、合格證、第三方檢驗、廠家信息、設備安裝、質量驗收信息、設備安裝位置、設備的區間/線路名稱、公里數、工程竣工需要交付設備清單及運維期設備臺賬信息等多個重要環節的信息，由于缺乏更加先進、可用的信息化平臺，導致四電設備在建設、運維過程中數據信息割裂、數據性實效差，制約四電設備建設期進度、成本的有效管控等精細化管理，同時，建設期對后期運維管理的支撐作用也有限。

通過分析四電工程相關單位的管理目標、四電工程信息化管理平臺的基本功能需求和數據共享需求，為四電信息化建設提供研究目標和方向。

2.1 四電工程相關角色管理目標

四電工程信息化服務對象主要有建設單位、施工單位、運營單位和設備廠商。

（1）建設單位需要直觀掌握鐵路四電建設項目進展情況，包括甲供設備采購進度、收發貨情況、工程進度管理、驗工計價及工程信息的查詢、統計、分析功能等。

（2）施工單位通過信息化實現線上編寫采購計劃管理、合同管理、設備采購訂貨管理、設備的出入庫管理、設備安裝、電子施工日志管理、工程進度管理等四電工程全方位管理。

（3）運營單位通過四電工程建設期收集設備基礎信息、檢驗信息、安裝信息等，掌握完整的設備臺賬和設備履歷，實現設備的可追溯及運維支撐。

（4）設備廠商根據采購計劃進行設備生產、發貨，隨時掌握合同的履行情況、設備的發貨情況，后續運維期可準確掌握自家設備在各鐵路局集團公司、區間的分布。

2.2 工程數據共享需求

鐵路四電工程管理平臺的共享信息主要是指工程建設信息在多個主體管理過程中的數據共享。四電工程管理的核心要素包括研究設計、施工圖審核、集成方案及施工組織流程編制、施工過程管理、聯調聯試、工程驗收等環節數據信息，需要組織合理的數據范圍和層次，達到各環節數據聯通。

2.3 四電工程管理系統功能需求

四電信息化平臺業務功能主要劃分為基礎平臺、過程控制、調度指揮、輔助決策等需求。

（1）基礎平臺。主要功能是管理和維護鐵路四電工程項目基礎信息，包括項目、標段、工區、工點等基礎數據，也包括組織結構分解、工程結構分解（設計單元分解）、人員管理、用戶管理、權限管理等基礎功能。

（2）過程控制。鐵路四電項目建設質量要求高、技術復雜，做好項目建設的過程控制是鐵路四電建設取得成功的重要保證。其所包含的進度、成本和質量三者控制之間的關系中，進度控制是中心環節、質量控制是根本、成本控制是關鍵，三者相互關聯、相互依存、相互影響。

（3）調度指揮。鐵路四電項目投資建設規模大、周期長、工期緊、管理難度大。由于項目部、指揮部等地理位置分散、信息溝通難度大，只有做到現場工程建設的實際進度和問題的及時溝通和反饋，才能保證項目管理者快速做出正確決策。

（4）輔助決策。收集分析工程建設過程中的動態、關鍵信息，實現對工程進度和資源配置提供數據支撐和依據。

3 四電工程管理系統建設

四電工程以設備管理為主線，以設備建筑安裝為基礎，以設備驗收交付為標志。因此，四電工程管理系統要滿足需求，首要任務是建立覆蓋設備生產、物資采購、施工管理、入場檢驗、設備安裝到竣工交接各階段的過程管理和數據管理體系。建設并完善四電工程管理系統的前提是對四電工程管理業務流程進行深入分析，并通過分析對四電工程管理功能進行詳細設計。

3.1 業務流程分析及設計

四電工程管理將項目信息管理與設備信息管理相結合，面向四電工程相關的建設單位、施工單位、監理單位、設備供應商、運營維護單位，提供從采購、入廠檢驗、施工安裝到交付運維的設備管理方案。

通過調研分析，工程管理需滿足如下各環節的信息錄入、流程控制、數據存儲，并提供信息展示、進度查詢、設備統計、數據分析功能，保證信息及時準確傳遞[7]。四電工程管理系統業務流程見圖1。

3.1.1 合同信息錄入

根據采購的主體不同，物資可劃分為甲供物資和自購物資，甲供物資由建設單位錄入合同信息；自購物資由施工單位錄入合同信息。錄入的合同信息包括合同的簽訂信息，合同掃描件，物資的型號、數量及廠家等[8]。

3.1.2 訂貨采購

施工單位根據現場施工情況、廠家供應能力等，分批次向供應商下達訂貨單進行采購，由施工單位錄入本批次訂貨單設備型號、數量、收發貨人信息等。

圖1 四電工程管理系統業務流程

3.1.3 廠家生成設備二維碼并安裝二維碼

二維碼技術是設備信息便捷化錄入和提取的有效手段。信息錄入平臺后，通過移動端掃描二維碼隨時隨地提取。設備供應商在平臺錄入設備信息辦理發貨時，平臺自動生成唯一編碼及對應二維碼，供應商在發貨前將二維碼打印并粘貼到設備上，完成設備身份ID的刻印。平臺的移動終端提供二維碼識別功能，在進場檢驗、入所檢驗、施工安裝、交付驗收、運營維護等多個環節可通過掃描二維碼定位設備，提取和錄入信息[9]。

3.1.4 設備出廠

根據設備編碼規則，由設備生產商在出廠時生成設備二維碼，并將設備出廠基礎數據錄入平臺?；A數據包括：設備名稱、生產廠家、出廠編號、生產日期、合格證、設備出廠說明書、參數記錄表、第三方檢驗等信息。

3.1.5 設備進場檢驗

設備到貨后，由現場施工人員會同現場監理，核對進場設備規格型號是否與設計一致、檢查設備外觀是否完好、需入所檢測的設備相關檢測是否完成等。檢查完畢后，施工單位相關人員完善設備入場檢驗數據，數據包括：進場設備檢驗結果報驗單、設備感觀記錄表、入所檢測數據。

3.1.6 領料出庫

施工人員在安裝前，向庫房管理員申請領料，系統登記設備對應的安裝工點、領料人信息，完成領料出庫的過程。

3.1.7 設備安裝

在安裝調試過程中，將相關的設備技術參數和調整批標、特性參數錄入數據平臺，為設備標準化調整、初始化參數設定、設備定位管理建立基礎數據，設備安裝完后需要填寫的信息包括：施工單位信息、施工人員、施工負責人、設備定位信息、安裝部位、基本配線資料、施工日志信息。

在設備安裝環節，施工人員在設備安裝完后，通過手持終端掃描設備上的二維碼填寫安裝信息，實現安裝信息錄入的及時性和準確性。其中，位置信息通過選擇設計單元結構樹下對應的具體設備，實現設備與安裝位置信息的掛接。

3.1.8 設備調試

安裝后需要調試的設備，在完成調試后錄入調試信息，包括調試單位、調試人及調試報告，從而完成整個設備安裝過程。

3.1.9 施工驗收

通常設備施工結束后需要現場完成批次驗收，由施工單位檢驗員和現場監理工程師錄入驗收數據，填寫檢驗批驗收信息，自動形成質量驗收記錄的原始文件?，F場提供手持終端掃碼完成單位工程、分項、分部工程的驗收。

3.1.10 交付運維

經過上述步驟，完成四電設備從出廠到安裝整個建設期過程的管理及數據采集工作，形成四電設備基礎臺賬以及設備相關資料，交付接管單位進行管理和運維，從而為設備的運維打下基礎。

3.2 功能模塊設計及實現

四電工程管理系統可按基礎信息管理、四電工程流程管理、工程進度管理、檢驗批次管理和施工日志等5方面進行設計?；A信息管理模塊用于管理項目和用戶的基礎信息，該部分信息可從鐵路工程管理平臺讀取并完善；其他模塊功能的實現以統一的設備編碼和工程設計單元劃分為前提，此外系統使用過程中，必須基于統一編碼規則為所有物資設備分配唯一的編號，該編號用于標識唯一設備，貫穿于設備全生命周期過程中。同時，在四電工程設計階段，需為各專業進行設計單元的切分。

3.2.1 系統實現前提工作

（1）與鐵路工程管理平臺對接基礎信息。四電工程管理系統基于鐵路工程管理平臺工作，因此，項目信息、標段信息、四電專業設計單元分解信息、工區、工點、用戶、角色權限等基礎數據需要通過接口的方式從鐵路工程管理平臺獲取。

（2）統一設備編碼。設備編碼是四電設備管理的基礎。目前設備供應商、施工單位、維護單位都有各自對于設備的編碼規則和管理方法，多個環節的重復性編碼造成交付設備過程繁瑣、浪費人力、編碼不統一、工藝良莠不齊、影響設備外觀、查找困難等問題，也是信息共享和統一管理的壁壘。本方案闡述的四電工程管理平臺作為各方的統一管理平臺，結合設備出廠基本信息，遵循全路設備編碼唯一的原則，建立統一設備編碼。

（3）劃分設計單元。四電工程進行工程設計單元的劃分是設備安裝位置錄入、進度統計的基礎。根據鐵路工程信息模型表達標準，四電工程將根據專業習慣將內部相對獨立完整的工程單元劃分為一個設計單元[10]。

①通信設計單元劃分?；陂L途光電纜、通信各系統設備、綜合布線、其他通信設施等劃分工程范圍存在不同概算段落的特點，按照概算段落劃分為2個或多個設計單元。例如：區間通信干線32芯光纜##DK560+000—DK580+300；昌圖西車站##通信工程。

②信號設計單元劃分。按照鐵路局集團公司不同場所，如調度樓、獨立車站、編組站獨立車場、線路所、動車段、動車運用所、中繼站、區間、鐵路局集團公司或電務段監測中心、信號設備測試檢修場所、車載設備檢修測試場所等對設計單元進行劃分。例如：DK151+340處的中繼站。

③電力設計單元劃分。變電、配電所按每座單獨劃分工點。包含基礎、構架及遮攔制作與安裝、變配電裝置安裝與檢驗、電纜線路敷設、防雷接地等。區間電力按每個供電臂的工程劃分工點。包含電纜線路敷設、35 kV及以下架空線路架設、箱變電所及箱式電抗器電器裝置安裝與檢驗、低壓配電、防雷接地等。

④接觸網設計單元劃分。接觸網工程按照車站、區間、場（段/所）劃分設計單元，每個段落對應一個設計單元，每個設計單元由若干個接觸網錨段組成。以“車站（區間、場段）名稱##起訖里程”的形式命名。例如：慶陽車站接觸網##DK238+237．64—DK241+575。

⑤信息設計單元劃分。按照鐵路局集團公司運輸調度中心及信息中心、車站、場、段、所，工務或綜合維修機構的工區、車間、段，單體建筑，線路及區間信息工程劃分。

四電工程管理系統的實現基于以上設備編碼技術與設計單元劃分方式，覆蓋了四電工程管理業務流程，其功能結構見圖2。按照流程中涉及的用戶角色劃分功能模塊見圖3。

下面對工程管理過程的主要業務流程，以及施工進度管理、四電工程檢驗批、四電工程施工日志等重點管理模塊實現思路進行說明。

圖2 四電工程管理系統分模塊功能結構圖

圖3 四電工程管理系統按用戶劃分模塊功能結構圖

3.2.2 平臺基礎信息管理

平臺基礎信息包括：（1）項目信息，包括項目的基本信息、組織結構信息等；（2）標段信息，包括項目劃分的標段信息；（3）用戶和權限信息，包括用戶賬戶、所屬組織、角色及權限分配信息；（4）四電設計單元信息，包括各專業工程結構分解的層級信息；（5）數據字典。

以上信息可以通過鐵路工程管理平臺提供的接口獲取，以保證與鐵路工程管理平臺基礎信息的一致性，方便從不同維度查詢統計項目信息。

3.2.3 流程管理

本模塊從四電業務流程的角度基于工作流的方式對各環節進行信息化管理，為用戶提供相應的工作流，采集設備在流轉過程中所有數據。本模塊實現的功能包括：（1）合同管理；（2）設備訂貨管理；（3）設備庫存管理；（4）編審批管理；（5）進場檢驗管理；（6）設備安裝管理。

以上功能模塊的實現，為工程進度的管理、施工日志、檢驗批管理、驗工計價、統計分析提供了數據支撐。

3.2.4 工程進度管理

工程進度的統計從設備采購進度、設備安裝進度兩個維度進行。

設備采購進度=設備采購的實際價值量/預算購置的設備價值。具體系統實現時，提供各專業設備當前的采購情況，各專業設備采購進度見圖4。

設備安裝進度的計算是根據四電設計圖紙完成設計單元的劃分后，以設計單元結構樹節點數量確定總安裝工程量；安裝過程中，通過設計單元結構樹上綁定的設備數量與總共需要綁定的節點數的比值來計算當前的安裝進度。各專業設備安裝進度見圖5。

建設單位和施工單位用戶均具有進度的統計、查詢權限，方便隨時掌握準確的工程進度，避免當前進度填報的隨意性。

3.2.5 檢驗批管理

施工單位檢驗員和現場監理工程師通過手持終端對驗收數據進行錄入，填寫檢驗批驗收信息，自動形成質量驗收記錄的原始文件。

按照單位工程、分部工程、分項工程等方面對安裝量進行驗收統計，提供更靈活、詳細的統計分析，方便高效安排調配設備供貨、施組，從而推進項目進度。四電工程管理系統檢驗批界面見圖6。

3.2.6 施工日志

四電工程電子施工日志管理的實現有賴于四電設計單元的劃分，依據四電質量驗收標準、四電工程施工規范，同時定義工點的安全日志、質量日志和技術日志數據字典，并通過電子施工日志系統，填寫四電施工日志，由此可展示四電施工進度。

四電工程電子施工日志模塊提供的管理功能結構見圖7。

3.2.7 統計分析

圖4 設備采購進度

圖5 各專業設備安裝進度

圖6 四電工程管理系統檢驗批界面

圖7 四電工程電子施工日志管理功能

統計分析模塊基于工程建設階段采集的設備全過程的數據，根據用戶權限實現從單個工點到全線的設備合同情況、訂貨單情況、設備的發貨/收貨情況、工點施工情況、日志填報情況的統計分析功能（見圖8）。

4 結束語

分析四電建設管理信息化的特點和鐵路四電工程建設管理需求，建立四電工程全過程管理體系，提出以二維碼標簽的形式管理四電設備從廠家出廠、進場檢驗、入庫出庫、安裝、驗收等工程各環節的實現方案，在完成四電建設過程管控和數據采集的同時滿足鐵路建設相關單位的管理要求，也為運營單位后期對設備的運維提供數據準備。

圖8 統計分析界面