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范文娜，中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計算技術(shù)研究所

王焜，中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計算技術(shù)研究所

郝蕊，中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計算技術(shù)研究所

張素華，中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計算技術(shù)研究所

引言

高速鐵路是民生工程、創(chuàng)新工程，是打造交通強(qiáng)國的基礎(chǔ)工程。高速鐵路為國民出行帶來極大便利，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力，社會、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。目前，我國高鐵事業(yè)的發(fā)展在世界占據(jù)首要地位，自2021年國務(wù)院發(fā)布“十四五規(guī)劃”以來，高速鐵路蓬勃發(fā)展，現(xiàn)已建成“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)，是全球規(guī)模最大、現(xiàn)代化水平最高的鐵路網(wǎng)。

高鐵工程具有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大等特點，工程質(zhì)量偏差對運營影響重大?？梢哉f，工程質(zhì)量是高鐵建設(shè)的生命線，提高高鐵工程質(zhì)量管理水平勢在必行。《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》 提出，“到2025年交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化率顯著提高，數(shù)據(jù)開放共享和平臺整合優(yōu)化取得實質(zhì)性突破”；《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》 提出，“明確以新一代信息技術(shù)應(yīng)用為特征的智能鐵路技術(shù)保持引領(lǐng)，鐵路本體本質(zhì)質(zhì)量安全水平顯著增強(qiáng)”。新一代信息和技術(shù)引領(lǐng)的產(chǎn)業(yè)變革，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為大勢所趨，以數(shù)字化賦能全過程、全方位質(zhì)量管理，提升產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈質(zhì)量協(xié)同水平，是實現(xiàn)鐵路行業(yè)質(zhì)量、效率、動力變革和高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。

現(xiàn)階段對數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量管理的研究仍在探索期，存在管理機(jī)制不完善、管理方法不成體系等問題。為加快數(shù)字技術(shù)在高鐵工程質(zhì)量管理中多階段、多場景和多維度的應(yīng)用，推動我國高鐵高質(zhì)量建設(shè)、高水平發(fā)展，并持續(xù)確立我國高鐵在世界的領(lǐng)先地位，對高鐵工程質(zhì)量管理現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出高鐵工程質(zhì)量管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型新需求，構(gòu)建數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理體系，以期改善現(xiàn)有高鐵工程質(zhì)量管理模式。

研究現(xiàn)狀

高鐵工程質(zhì)量管理具有影響因素多、控制難度大、過程控制要求高、人員素質(zhì)要求高、社會影響大的特點。黎界平從全面質(zhì)量管理的角度出發(fā)，對鐵路建設(shè)過程中影響工程質(zhì)量的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”因素重點剖析，從人員組織、施工技術(shù)兩個方面提出了保證工程質(zhì)量的措施，指導(dǎo)鐵路工程高質(zhì)量建設(shè)。盧春房等明確了高鐵工程質(zhì)量管理的內(nèi)涵，提出高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理“時間維-邏輯維-知識維”三維概念模型，并對應(yīng)形成質(zhì)量文化、質(zhì)量體系、質(zhì)量技術(shù)、質(zhì)量方法、質(zhì)量紅線5個子系統(tǒng)的高鐵工程質(zhì)量管理體系。德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)建設(shè)部門推廣應(yīng)用BIM技術(shù)，并在鐵路建設(shè)中廣泛使用。我國鐵路行業(yè)在中國國家鐵路集團(tuán)有限公司的統(tǒng)一組織下，由中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司主持研發(fā)了鐵路工程管理平臺，該平臺可對工程質(zhì)量進(jìn)行精細(xì)化管理，嚴(yán)格把控原材料管理、隧道專業(yè)、線路專業(yè)、橋梁專業(yè)、路基專業(yè)、軌道專業(yè)、四電專業(yè)、站房專業(yè)的質(zhì)量管理重點，應(yīng)用數(shù)字化、智能化、信息化手段支撐質(zhì)量管理工作開展，確保了鐵路工程質(zhì)量。

雖然高鐵工程質(zhì)量管理理論體系已較完整，但其數(shù)字化轉(zhuǎn)型仍在探索階段，主要存在以下問題：

（1） 數(shù)字化工作機(jī)制有待完善。由于參建單位眾多、人員流動大，數(shù)字化質(zhì)量管理意識普及難度大，對應(yīng)的管理制度未成體系，數(shù)字化手段落地仍是一大難題。
（2） 數(shù)字化運行能力有待提高。全路智能化設(shè)備推廣、全流程物料數(shù)字化管理、全面試驗室數(shù)字化管理情況較良好，但崗位人員數(shù)字化作業(yè)能力仍需提高。
（3） 數(shù)據(jù)開發(fā)難度大。處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索期，工程數(shù)據(jù)、算法與專業(yè)技術(shù)人員較匱乏，對質(zhì)量數(shù)據(jù)的開發(fā)利用難度較大。

數(shù)字化提升新需求

高鐵工程質(zhì)量管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型主要從以下2個角度展開：

（1）高鐵質(zhì)量管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型新需求。一是需要完善的理論支持，為實踐提供指導(dǎo)和參考；需要完善的管理體系，系統(tǒng)性指導(dǎo)信息化管理落地；二是需要將質(zhì)量管理全要素數(shù)字化，充實質(zhì)量數(shù)據(jù)庫；三是需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)利用，提升數(shù)據(jù)價值，形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

（2）傳統(tǒng)質(zhì)量管理需要數(shù)字技術(shù)支撐。一是傳統(tǒng)高鐵工程質(zhì)量管理要素需要轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化要素；二是需要形成統(tǒng)一的質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；三是需要對BIM、GIS、VR等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)深入了解，并應(yīng)用到工程實際中；四是需要創(chuàng)新數(shù)字化管理辦法，融合業(yè)務(wù)知識，實現(xiàn)整體質(zhì)量水平提升。

體系架構(gòu)

數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量管理是在新一輪科技革命大背景下，由數(shù)字技術(shù)與高鐵質(zhì)量管理系統(tǒng)融合形成的高鐵質(zhì)量管理創(chuàng)新發(fā)展模式，即利用數(shù)字技術(shù)，在工程建造要素資源數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過規(guī)范化建模、網(wǎng)絡(luò)化分享、可視化認(rèn)知、高性能計算、智能化決策支持，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的高鐵工程全生命周期質(zhì)量管理。通過數(shù)字技術(shù)的引入，構(gòu)建高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理體系的IT能力、數(shù)據(jù)能力、業(yè)務(wù)能力以及3類能力之間的交互提升，支撐不同用戶的應(yīng)用需求，進(jìn)一步推動高鐵工程質(zhì)量管理的變革。數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量管理提升路徑示意見圖1。

1.體系架構(gòu)

（1）總體架構(gòu)

基于高鐵工程質(zhì)量管理體系的理論研究，提出數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理體系架構(gòu)（見圖2），主要包括資源平臺、基礎(chǔ)平臺、數(shù)字中臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用、技術(shù)體系、管理體系等，共同支撐高鐵工程各應(yīng)用場景中的質(zhì)量管理。

（2）資源平臺

資源平臺是數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理體系的基礎(chǔ)，按照數(shù)據(jù)采集—傳輸—存儲的流向構(gòu)建資源平臺，自下而上形成了感知資源、傳輸資源、安全資源、存儲資源4層結(jié)構(gòu)（見圖3）。

1）感知資源。包含高鐵工程質(zhì)量管理各參與單位的全部信息，包括建設(shè)單位的建設(shè)管理數(shù)據(jù) （如調(diào)度信息、日常檢查、試驗審批等）、設(shè)計單位的設(shè)計數(shù)據(jù) （如勘察數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地理地質(zhì)數(shù)據(jù)等）、廠商產(chǎn)生原材料/設(shè)備出廠信息、預(yù)制加工廠的加工數(shù)據(jù) （如材料使用、生產(chǎn)情況、檢測情況等）、施工過程的施工與監(jiān)理數(shù)據(jù) （如施工日志、施工記錄、人員、監(jiān)理日志等）、運維單位的基礎(chǔ)設(shè)施運維數(shù)據(jù)（如基礎(chǔ)設(shè)施運行狀態(tài)、檢修數(shù)據(jù)等）等。

2）傳輸資源。包括高鐵工程數(shù)據(jù)上傳的多種傳輸方式，如光纖、Wi-Fi、4G/5G、藍(lán)牙、鐵路專網(wǎng)、對講機(jī)等。

3）安全資源。包括防火墻、流量監(jiān)控、主動防御等保護(hù)數(shù)據(jù)安全的手段，避免工程數(shù)據(jù)遭篡改、破壞、泄露，以及非法獲取、非法利用的可能。

4）存儲資源。包括計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器、云服務(wù)器等，采集的工程數(shù)據(jù)存儲于服務(wù)器，供應(yīng)用系統(tǒng)使用、下載，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的高效率、高可靠、低成本傳輸。

（3）基礎(chǔ)平臺

基礎(chǔ)平臺是一系列服務(wù)的集合，包括服務(wù)總線、認(rèn)證中心、消息中心、日志中心、流程引擎、搜索引擎、圖形引擎、GIS引擎等（見圖4）。

1）服務(wù)總線。實現(xiàn)數(shù)據(jù)與工程項目標(biāo)段、大臨、工點、構(gòu)建物等的對應(yīng)關(guān)系，用戶申請注冊相關(guān)服務(wù)后，進(jìn)行對應(yīng)服務(wù)的編排和尋址、路由器分配等。

2）認(rèn)證中心。實現(xiàn)項目人員、用戶角色等的認(rèn)證和授權(quán)，如用戶管理、統(tǒng)一認(rèn)證等。

3）消息中心。是各類工程數(shù)據(jù)的接口，對工程數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，應(yīng)用統(tǒng)一模板將數(shù)據(jù)變動發(fā)送給業(yè)務(wù)中臺與數(shù)據(jù)中臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與可視化展示等。

4）日志中心。實現(xiàn)業(yè)務(wù)日志標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過高效檢索引擎對日志內(nèi)容交叉分析，支持日志審計等功能。

5）流程引擎。對不同組織機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行統(tǒng)一定義，業(yè)務(wù)人員按流程執(zhí)行工作任務(wù)，擴(kuò)展接口為個性化業(yè)務(wù)流程定制提供服務(wù)，也支持?jǐn)?shù)據(jù)對外等服務(wù)。

6）搜索引擎。支持全文性檢索、模糊檢索和多次遞進(jìn)檢索等服務(wù)，為用戶提供高效的信息檢索體驗。

7）圖形引擎。為用戶提供 BIM 模型快速瀏覽和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的查閱存儲，實現(xiàn) BIM 模型輕量化展示、模型屬性的提取和存儲、模型操作等功能。

8）GIS引擎。實現(xiàn)建設(shè)項目、建設(shè)工程、大臨項目等鐵路工程信息按地理空間坐標(biāo)在電子地圖上的動態(tài)顯示，以及鐵路工程空間信息查詢、屬性查詢、快速空間索引等功能。

（4）數(shù)字中臺

數(shù)字中臺是一種整合業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)資源的技術(shù)，將企業(yè)的共性需求進(jìn)行抽象表達(dá)，并打造成平臺化、組件化的系統(tǒng)能力，以接口、組件等形式共享給各業(yè)務(wù)單元使用。研究主要從業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)2個角度設(shè)計業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)中臺。數(shù)字中臺架構(gòu)見圖5。

1）業(yè)務(wù)中臺。業(yè)務(wù)中臺的建設(shè)是對高鐵工程質(zhì)量管理各項業(yè)務(wù)中共性需求的提煉，并沉淀為相對穩(wěn)定的、可共享的業(yè)務(wù)服務(wù)能力。以高鐵工程質(zhì)量管理體系為指導(dǎo)理論，提煉出5個業(yè)務(wù)中心，主要包括質(zhì)量文化中心、質(zhì)量體系中心、質(zhì)量方法中心、質(zhì)量技術(shù)中心、質(zhì)量紅線中心等，各中心通過服務(wù)接口向業(yè)務(wù)應(yīng)用提供業(yè)務(wù)支撐。

2）數(shù)據(jù)中臺。數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)是對通用數(shù)據(jù)服務(wù)能力的集成，以減少冗余流程、增加功能復(fù)用性為原則，整合復(fù)用率高的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，開展數(shù)據(jù)治理提升數(shù)據(jù)價值，開放對應(yīng)用系統(tǒng)的接口供其調(diào)用，主要包括數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)資產(chǎn)、智能計算、模型服務(wù)等。

（5）業(yè)務(wù)應(yīng)用

以鐵路工程管理平臺為基礎(chǔ)，提出包括人員、機(jī)械、物料、方法、環(huán)境、驗收等的業(yè)務(wù)應(yīng)用（見圖6）。

（1）人員。包括信用評價、人員誠信、勞務(wù)用工管理等業(yè)務(wù)。

（2） 機(jī)械。包括 TBM 施工監(jiān)控、智能施工機(jī)械監(jiān)控、四電設(shè)備管理、四電設(shè)備試驗等業(yè)務(wù)。

（3） 物料。從物資進(jìn)場開始，對拌合站、試驗室等開展物料質(zhì)量管理業(yè)務(wù)。

（4）方法。包括檢驗批標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)理管理標(biāo)準(zhǔn)、第三方檢測等業(yè)務(wù)。

（5） 環(huán)境。對工程沿線區(qū)域開展環(huán)水保、沉降觀測、災(zāi)害監(jiān)測等業(yè)務(wù)。

（6） 驗收。應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，對工程驗收環(huán)節(jié)管理開展工序報檢、竣工驗收等業(yè)務(wù)。

2.保障體系

（1）技術(shù)保障體系

基于前沿數(shù)字技術(shù)，支撐數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理體系架構(gòu)；應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)顯示等，實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)采集；通過互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高質(zhì)量、高保真、高安全性傳輸；運用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)處理智慧大腦，提供高質(zhì)量、個性化、有深度的數(shù)據(jù)分析輔助質(zhì)量管理決策，實現(xiàn)鐵路工程數(shù)據(jù)資產(chǎn)增值；利用BIM模型、數(shù)字仿真等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，提高質(zhì)量管理工作效率。

（2）管理保障體系

管理體系是傳統(tǒng)質(zhì)量管理方法在數(shù)字化環(huán)境下的優(yōu)化提升，包括全面質(zhì)量管理理論、系統(tǒng)工程理論、全生命周期理論、精益建造理論、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論等，與數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，為高鐵工程質(zhì)量管理數(shù)字化提供理論指導(dǎo)，舉例如下：
（1）PDCA理論與數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合，使工程質(zhì)量管理信息流動更直觀，加快了工程質(zhì)量PDCA循環(huán)的迭代速率，通過對質(zhì)量信息從頂層到底層、從底層到頂層的縱向流動或同一層次的橫向流動進(jìn)行控制，實現(xiàn)質(zhì)量管理和控制。
（2）系統(tǒng)工程理論與數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合，將高鐵工程時間、成本、節(jié)點、交付等相關(guān)變量，建立在質(zhì)量業(yè)務(wù)模型中，并開展質(zhì)量管理活動，實現(xiàn)工程項目的精細(xì)化、超前化，對管理進(jìn)行深入指導(dǎo)，保障系統(tǒng)的有機(jī)、高效配合，進(jìn)而保障系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的效率。

總結(jié)

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，高鐵工程質(zhì)量管理存在完善數(shù)字化工作機(jī)制、提高數(shù)字化運行能力、降低數(shù)據(jù)開發(fā)難度等需求。以數(shù)字技術(shù)為支撐、質(zhì)量管理理論為指導(dǎo)思想，構(gòu)建數(shù)字化高鐵工程質(zhì)量系統(tǒng)管理體系，是首次聚焦數(shù)字化與高鐵工程質(zhì)量管理體系的融合。將高鐵工程全生命周期質(zhì)量管理關(guān)鍵要素進(jìn)行數(shù)字化展現(xiàn)，以期改善現(xiàn)有的高鐵工程質(zhì)量管理模式，為高鐵工程質(zhì)量管理模式數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供理論基礎(chǔ)。

來源：鐵路BIM聯(lián)盟