数字化高铁工程质量系统管理体系架构研究

高铁工程质量管理的数字化转型主要从以下2个角度展开：（1）高铁质量管理数字化转型新需求。一是需要完善的理论支持，为实践提供指导和参考；需要完善的管理体系，系统性指导信息化管理落地；二是需要将质量管理全要素数字化，充实质量数据库；三是需要加强数据利用，提升数据价值，形成数据资产。

（2）传统质量管理需要数字技术支撑。一是传统高铁工程质量管理要素需要转变为数字化要素；二是需要形成统一的质量相关数据标准；三是需要对BIM、GIS、VR等先进数字技术深入了解，并应用到工程实际中；四是需要创新数字化管理办法，融合业务知识，实现整体质量水平提升。

数字化高铁工程质量管理是在新一轮科技革命大背景下，由数字技术与高铁质量管理系统融合形成的高铁质量管理创新发展模式，即利用数字技术，在工程建造要素资源数字化的基础上，通过规范化建模、网络化分享、可视化认知、高性能计算、智能化决策支持，实现数据驱动的高铁工程全生命周期质量管理。通过数字技术的引入，构建高铁工程质量系统管理体系的IT能力、数据能力、业务能力以及3类能力之间的交互提升，支撑不同用户的应用需求，进一步推动高铁工程质量管理的变革。数字化高铁工程质量管理提升路径示意见图1。

图1 数字化高铁工程质量管理提升路径示意图

（1）总体架构

基于高铁工程质量管理体系的理论研究，提出数字化高铁工程质量系统管理体系架构（见图2），主要包括资源平台、基础平台、数字中台、业务应用、技术体系、管理体系等，共同支撑高铁工程各应用场景中的质量管理。

图2 数字化高铁工程质量系统管理体系架构

（2）资源平台

资源平台是数字化高铁工程质量系统管理体系的基础，按照数据采集—传输—存储的流向构建资源平台，自下而上形成了感知资源、传输资源、安全资源、存储资源4层结构（见图3）。

图3 资源平台架构

1）感知资源。包含高铁工程质量管理各参与单位的全部信息，包括建设单位的建设管理数据 （如调度信息、日常检查、试验审批等）、设计单位的设计数据 （如勘察数据、测量数据、气象数据、地理地质数据等）、厂商产生原材料/设备出厂信息、预制加工厂的加工数据 （如材料使用、生产情况、检测情况等）、施工过程的施工与监理数据 （如施工日志、施工记录、人员、监理日志等）、运维单位的基础设施运维数据（如基础设施运行状态、检修数据等）等。

2）传输资源。包括高铁工程数据上传的多种传输方式，如光纤、Wi-Fi、4G/5G、蓝牙、铁路专网、对讲机等。

3）安全资源。包括防火墙、流量监控、主动防御等保护数据安全的手段，避免工程数据遭篡改、破坏、泄露，以及非法获取、非法利用的可能。

4）存储资源。包括计算服务器、存储服务器、云服务器等，采集的工程数据存储于服务器，供应用系统使用、下载，实现工程数据的高效率、高可靠、低成本传输。

（3）基础平台

基础平台是一系列服务的集合，包括服务总线、认证中心、消息中心、日志中心、流程引擎、搜索引擎、图形引擎、GIS引擎等（见图4）。

图4 基础平台架构

1）服务总线。实现数据与工程项目标段、大临、工点、构建物等的对应关系，用户申请注册相关服务后，进行对应服务的编排和寻址、路由器分配等。

2）认证中心。实现项目人员、用户角色等的认证和授权，如用户管理、统一认证等。

3）消息中心。是各类工程数据的接口，对工程数据进行状态监控，应用统一模板将数据变动发送给业务中台与数据中台，实现数据统计分析与可视化展示等。

4）日志中心。实现业务日志标准化管理，通过高效检索引擎对日志内容交叉分析，支持日志审计等功能。

5）流程引擎。对不同组织机构的业务流程进行统一定义，业务人员按流程执行工作任务，扩展接口为个性化业务流程定制提供服务，也支持数据对外等服务。

6）搜索引擎。支持全文性检索、模糊检索和多次递进检索等服务，为用户提供高效的信息检索体验。

7）图形引擎。为用户提供 BIM 模型快速浏览和精准数据的查阅存储，实现 BIM 模型轻量化展示、模型属性的提取和存储、模型操作等功能。

8）GIS引擎。实现建设项目、建设工程、大临项目等铁路工程信息按地理空间坐标在电子地图上的动态显示，以及铁路工程空间信息查询、属性查询、快速空间索引等功能。

数字中台是一种整合业务与数据资源的技术，将企业的共性需求进行抽象表达，并打造成平台化、组件化的系统能力，以接口、组件等形式共享给各业务单元使用。研究主要从业务与数据2个角度设计业务与数据中台。数字中台架构见图5。

图5 数字中台架构

1）业务中台。业务中台的建设是对高铁工程质量管理各项业务中共性需求的提炼，并沉淀为相对稳定的、可共享的业务服务能力。以高铁工程质量管理体系为指导理论，提炼出5个业务中心，主要包括质量文化中心、质量体系中心、质量方法中心、质量技术中心、质量红线中心等，各中心通过服务接口向业务应用提供业务支撑。

2）数据中台。数据中台的建设是对通用数据服务能力的集成，以减少冗余流程、增加功能复用性为原则，整合复用率高的基础数据服务，开展数据治理提升数据价值，开放对应用系统的接口供其调用，主要包括数据汇集、数据治理、数据计算、数据资产、智能计算、模型服务等。

以铁路工程管理平台为基础，提出包括人员、机械、物料、方法、环境、验收等的业务应用（见图6）。

图6 业务应用架构

（1）人员。包括信用评价、人员诚信、劳务用工管理等业务。

（2） 机械。包括 TBM 施工监控、智能施工机械监控、四电设备管理、四电设备试验等业务。

（3） 物料。从物资进场开始，对拌合站、试验室等开展物料质量管理业务。

（4）方法。包括检验批标准、监理管理标准、第三方检测等业务。

（5） 环境。对工程沿线区域开展环水保、沉降观测、灾害监测等业务。

（6） 验收。应用数字技术，对工程验收环节管理开展工序报检、竣工验收等业务。

（1）技术保障体系

基于前沿 数字技术，支撑数字 化高铁工程质量系 统管理体系架构； 应用物联网、增强显示等，实现智 能化数据采集； 通过互联网、云计算等技术，实现数 据高质量、高保真、高安全性传输； 运用大数据、人 工智能等技术，构建数据处理智慧大脑，提供高质量、 个性化、有深度的数据分析辅助质量管理决策，实现 铁路工程数据资产增值； 利用 BIM 模型、数字仿真等， 实现数据可视化呈现，提高质量管理工作效率。

（2）管理保障体系

在数字化转型背景下，高铁工程质量管理存在完善数字化工作机制、提高数字化运行能力、降低数据开发难度等需求。以数字技术为支撑、质量管理理论为指导思想，构建数字化高铁工程质量系统管理体系，是首次聚焦数字化与高铁工程质量管理体系的融合。将高铁工程全生命周期质量管理关键要素进行数字化展现，以期改善现有的高铁工程质量管理模式，为高铁工程质量管理模式数字化转型提供理论基础。