（道路与铁道工程专业论文）铁路工程施工现场可视化辅助管理系统的研究.pdf

摘要 摘要 “数字铁路”的建设是2 1 世纪中国铁路现代化建设的战略目标之一，它 贯穿于铁路的设计、施工和运营的全过程。在铁路工程施工过程中充分运用信 息技术，提高工程施工的信息化水平，成为铁路现代化发展的必然要求。 以施工现场管理信息化为目标，对铁路工程施工现场管理的现状、内容和 现有施工项目管理软件的优劣进行了分析。通过对铁路工程不同类别施工现场 管理要素的分析和总结，提出了铁路工程现场各种空间要素的分类方法和不同 种类空间要素的图形表示方法。根据施工现场管理的需要，对现场中不同种类 空间要素所应包含的信息进行了总结。利用地理信息系统f g i s ) 技术，结合分析 成果，开发了“铁路工程施工现场可视化辅助管理系统”。 系统的施工现场平面布置图绘制和输出功能旨在实现在g 1 s 环境下进行铁 路工程施工现场平面柿置图的绘制和输出。通过输入施工现场布置对象的各项 参数，系统可以根据对象的不同种类将其准确地表示并填绘在平面布置图上。 克服了以往运用a u t o c a d 软件生成的施工现场平面布置图的单调性和不准确 性。对完成填绘的施工现场平面布置图，利用系统的输出功能可以直接打印或 以文件形式保存。系统的查询分析功能使用户可以随时对施工现场的各种信息 进行查询，还可以对影响工程项目质量、进度和投资的施工现场要素进行分析。 查询和分析结果以各种形式呈现给用户，为实现施工现场的合理布置和管理提 供信息支持。 “铁路工程施工现场可视化辅助管理系统”集施工现场辅助布置和管理于 一体，将施工现场的各种信息通过施工现场平面布置图进行可视化表现，为实 现施工现场的规范、科学和高效管理提供了一个软件平台。 关键词：铁路工程，施工现场，布置，管理，地理信息系统 a b s t r a c l a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i n go ft h e “d i g i t a lr a i l w a y ”i so n eo ft h es t r a t e g i ca i m so ft h e r a i l w a yc o n s t r u c t i n gi n t h e2 1 s t c e n t u r y t h ec o n s t r u c t i n g h a si m p e n e t r a t et h e p r o c e s so ft h ed e s i g n ，t h ec o n s t r u c t i n ga n dt h eu s i n go ft h er a i l w a y u s i n gf u l l yt h e t e c h n i q u eo f i n f o r m a t i o nt oi m p r o v et h el e v e lo fr a i l w a yc o n s t r u c t i o ni st h e i n e v i t a b l er e q u i r e m e n to ft h em o d e r n i z a t i o no ft h er a i l w a y w i t ht h ea i mo fi n f o r m a t i o n i z a t i o no fc o n s t r u c t i o ns i t em a n a g e m e n t ，a c t u a l i t y a n dc o n t e n to ft h er a i l w a ye n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t em a n a g e m e n ta r ea n a l y z e d a f t e ra n a l y z i n ga n d s u m m a r i z i n gt h e d i f f e r e n tc o n s t r u c t i o ns i t e so fr a i l w a y e n g i n e e r i n g ，t h ec l a s s i f y i n g m e t h o do fd i v e r s i f i e d s p e c i a l e l e m e n t si n r a i l w a y e n g i n e e f i n gc o n s t r u c t i o ns i t e sa n dt h ee x p r e s s i n gm e t h o do fd i f f e r e n te l e m e n t sa r e i n d i c a t e d a c c o r d i n g t ot h ed e m a n do fc o n s t r u c t i o ns i t e m a n a g e m e n t ，t h e i n f o r m a t i o no fd i f f e r e n te l e m e n t si ne n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t e si ss u m m a r i z e d i n v i r t u eo fg i st e c h n i q u e ，t h ev i s u a l i z a t i o na i dm a n a g e m e n ts y s t e mo fr a i l w a y e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t ei se x p l o i t e d t h ef u n c t i o no fd r a w i n gt h ea r r a n g e m e n tc h a r to fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t e b a s e do ng i si st od r a wa n d e x p o r t t h e a r r a n g e m e n t c h a r to fe n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o ns i t ec o m m e n d a b l y e x p o r t i n gt h ep a r a m e t e r so ft h ed i f f e r e n te l e m e n t s ， t h es y s t e mc a ne x p r e s sa n dd r a wt h ee l e m e n t sw e l la n dt r u l yo nt h ea r r a n g e m e n t c h a r to fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t eb yt h ek i n do ft h e m t h es y s t e mo v e r c o m e st h e d i s a d v a n t a g eo fb l a n k n e s sa n di n e x a c t n e s so fs o f t w a r eb a s e do na u t o c a d u s i n g t h ef u n c t i o no fe x p o r t i n g ，t h es y s t e mc a np r i n tt h ea r r a n g e m e n tc h a r to fe n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o ns i t et od r a w i n go rf i l e u s i n gt h ef u n c t i o no fq u e r y i n ga n da n a l y z i n g ， t h ei n f o r m a t i o no fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t ec a nb eq u e r i e da ta n ym o m e n t t h e e l e m e n t so fi n f l u e n c i n gt h eq u a l i t y , p l a na n di n v e s t m e n to ft h ee n g i n e e r i n gc a nb e a n a l y z e d t h er e s u l to fq u e r y i n ga n da n a l y z i n gc a nb ee x h i b i t e db yd i f f e r e n tf o r m a n dp r o v i d et h em a n a g e rw i t hi n f o r m a t i o nt oa r r a n g ea n dm a n a g et h ee n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o ns i t er e a s o n a b l y a b s t r a c t t h ev i s u a l i z a t i o na i dm a n a g e m e n ts y s t e mo fr a i l w a ye n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n s i t ec o m b i n e st h ea r r a n g e m e n ta n dm a n a g e m e n to ft h ec o n s t r u c t i o ns i t e t h es y s t e m s h o w st h ev a r i o u si n f o r m a t i o no ft h ec o n s t r u c t i o ns i t eb yt h ea r r a n g e m e n tc h a r to f c o n s t r u c t i o ns i t ea n dp r o v i d e sai n s t r u m e n to fr e a l i z i n gt h en o r m a t i v e ，s c i e n t i f i ca n d e f f i c i e n tm a n a g e m e n to ft h ec o n s t r u c t i o ns i t e k e yw o r d s ：r a i l w a ye n g i n e e r i n g ，e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t e ，a r r a n g e m e n t ， m a n a g e m e n t ，g i s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得石家庄铁道学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 签名：缁日期：坦阻! ! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石家庄铁道学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：学院有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，呵以采用影e 1 j 、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：签垫经导师签名：三埂主日期：坦泌 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 铁路建设是一项关系到国计民生的重大工程。铁路工程在施工中的管理工 作，直接关系和影响到工程的工期、投资和质量等各个方面，是铁路建设中极 其重要的环节。随着我国铁路整体建设水平的提高，传统的施工管理方式和手 段急需得到改进，以满足铁路工程建设现代化的需要。 信息化是当今世界发展的大趋势。“数字铁路”的建设成为2 1 世纪中国铁 路现代化建设的战略目标之一，它贯穿于铁路的设计、施工和运营的全过程。 信息技术是实现这一战略目标的关键技术。在铁路工程施工过程中充分运用信 息技术，提高铁路建设的信息化水平成为铁路现代化发展的必然要求。 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m s ，g i s ) 技术是从2 0 世纪6 0 年代开始发展起来的。它是一种以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的 支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用 地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理 决策服务而建立起来的计算机技术系统。经过4 0 多年的发展，g i s 技术不仅成 为了解决资源与环境问题的重要手段，在管理和科学决策中也成为一种重要的 工具【”。 g i s 技术作为专门处理和分析具有空间特征信息的技术，能利用空间图形处 理技术实现传统数据库系统无法或难以实现的统计和分析功能，同时弥补了一 般信息系统只能进行单调、抽象的文字查询检索的缺憾。它具有强大的图形表 现能力，能够直观地表现出空间事物的位置，并使空间位置与原来可以存储在 传统的数据库中的属性按一定方式有机结合起来，从而实现图文互动的管理， 使信息的表现图形化、形象化和可视化。 铁路工程施工现场管理是施工管理工作的重要组成部分，是各项施工生产 活动高效地、有秩序地进行和施工生产任务圆满完成的保证i 铁路工程施工现 场管理对象大多为具有地理意义的元素。例如施工现场的供水系统、供电系统、 第一章绪论 房屋系统、渣场系统等。而g i s 技术正是处理具有地理意义元素的先进工具。 将g i s 技术引入铁路工程施工现场管理中，充分发挥其强大的信息处理和显示 功能，为施工现场管理人员提供便利的管理工具，提高施工现场管理的效率， 对实现施工管理的信息化和科学化将起到极大的促进作用。课题( 自选) e 是在这 种背景下产生的o 1 2 施工现场管理 1 2 1 施工现场管理的内容 施工现场管理是管理者运用科学的管理思想、方法和手段，对施工现场的 各种生产要素进行静态的合理配景和动态的优化组合，通过有效的计划、组织、 指挥、控制、协调、激励等管理职能，保证优质、高效、低耗、均衡、安全和 文明的施工生产，达到预定目标的一系列的行为过程。施工现场管理是施工企 业管理的基层环节，也是重要环节。施工现场管理的水平体现着旌工企业的管 理水平，是施工企业生产经营的综合表现1 2 1 。 旋工现场管理是对施工过程中各个生产环节的管理。其内容比较繁杂，它 随着工程内容、工程平面布置、现场地形、交通运输条件和工程建设进度的要 求而变化。其主要内容包括以下几个方面【3 】： ( 1 ) 施工现场平面布置与管理。 施工现场的布置，是按照施工部署、施工方案和施工进度的要求，对施工 用临时房屋、临时预制场、材料仓库、堆场、临时水、电、动力管线和交通运 输道路等作出的周密规划和布景。施工现场的平面管理是在施工过程中对施工 场地的布置进行合理的调整，也是施工总平面图全面落实的过程。 ( 2 ) 物资、料具、机械设备管理。 根据施工计划和工程进度安排，确定现场材料的供料和用料目标、方式， 组织材料及制品的采购、加工和储备，搞好材料的现场验收、保管和发放工作， j 下确选择机械设备，做好设备的检查、维护保养和修理工作，对设备进行日常 管理，包括分类、编号、事故处理、作业统计等。 ( 3 ) 施工过程中的业务分析，如施工质量情况、成本费用情况、施工进度 情况、机械使用情况、材料消耗情况的分析。 一2 一 第一章绪论 ( 4 ) 安全管理与文明施工。 安全生产是现场施工的重要控制目标之一，也是衡量施工现场管理水平的 重要标志。文明施工是指在施工现场管理中，按照现代化施工的客观要求，使 施工现场保持良好的施工环境和施工秩序。 施工现场管理是根据工程项目的需要对施工现场中各种要素的合理配置和 优化组合。施工现场管理要始终为工程项目服务。工程项目的质量、进度和投 资情况与施工现场管理相互影响，相互制约，密不可分。工程项目的质量、进 度和投资情况对施工现场管理提出要求；施工现场管理状况对工程项目的质量、 进度和投资产生直接的影响。施工现场管理者要以工程项目的实际情况为依据， 采取各种措施，促进工程质量、进度和投资目标的顺利实现。 1 2 2 施工现场管理的意义 在工程施工管理中，人们往往非常重视对工程本身的进度、质量、成本的 管理，对工程施工现场的合理布置和管理的关注不够。然而很多时候由于施工 现场布置混乱和不合理而造成不必要的损失，进而影响到整个工程的进展。 施工现场布黉是施工现场管理的前提和基础，是施工组织设计的重要组成 部分，也是施工准备工作的一项重要内容。施工现场布置是指对拟建工程项目 施工所需的各项设施，设备等，按照施工布置，施工方案和施工进度计划在施 工现场平面和空间上的周密规划和合理布局。施工现场的合理布置对指导现场 文明施工、节约用地、减少临时设施有着重要的意义。对施工道路的合理布置 有利于减少交通拥挤和加快工程进度以及减少不必要的纠纷；对库房、堆场的 合理布置有利于减少二次搬运，从而减少运输造价，尤其是对存放易燃易爆材 料库房的合理布簧，可以减少工程中不必要的损失：对生活用房的合理布置， 有利于降低临时设施的修建费用；对加工厂的合理布置，既方便管理，又能降 低铺设道路、动力管线及给排水管道的费用；对临时供电、供水系统的合理布 置，可以减少由于断水、断电对工程造成质量、进度等各方面的损失和对工地 生活带来的不便。总之，对施工现场布景进行合理规划，对加快工程进度、保 证工程质量、方便管理、文明施工都具有重要意义【4 刊。 施工现场的物资与料具管理是企业物资管理工作的基础，占工程造价三分 之二以上的各种建筑安装材料，只有通过现场的加工、制作、安装施工才能构 成工程实体。加强施工现场的物资与料具管理是企业基层物资管理的中心环节。 1 第一章绪论 在物资和料具的管理中做到严格验收，定置安放，限额领料，物尽其用，使材 料质量符合工程质量设计的要求，材料堆放符合平面规划要求，使材料和料具 不仅保证供应，而且得到合理使用，杜绝浪费和不必要的消耗。对现场物资的 数量、规格、品种、质量进行检验，并登记入册，按期对材料和料具进行盘点， 加强管理和核算，最大限度减少物资成本。 加强施工现场机械设备的管理，充分发挥其效能，是优质、高效、安全地 完成各项施工任务，取得最佳经济效益的重要保证。在施工现场机械设备的管 理中做到合理配置，按章使用，及时保养，使现场的机械设备得到合理、充分 的使用和保养，以求发挥其最大效能，并保证人身和机械的安全。 施工现场的质量管理是指对影响工程质量的人、机械设备、原材料、操作 方法和生产环境等因素的分析和控制。掌握各种影响因素的变化与工程质量的 内在联系，改善不利因素，提高工程质量，是施工现场质量管理的任务。 施工现场的进度管理是指按照工程施工进度计划的要求对施工现场的物 资、机械设备、劳动力等的组织和调整。劳动力的数量和质量应满足施工进度 计划中劳动力的需要量和各种工人的技术等级要求；施工机械设备的数量和型 号要满足施工进度计划的施工期限要求；材料、半成品和安装设备按施工进度 计划要求的时间组织供应，保证施工的顺利进行；施工现场的临时用电、用水、 仓库、生产基地和生活设施等要保证施工进度计划的贯彻。 施工现场的成本管理是指对组成工程成本的施工现场因素的分析和控制。 这些因素包括：材料费、机械费、人工费以及临时设施修建费用等。通过对一 定时期内各项费用的预算值与实际值的对比，以及不同时期各项费用的构成情 况的对比，及时发现成本消耗中的问题，并采取相应的措施进行调整。 1 2 3 提高施工现场管理水平的途径 施工现场管理是一项科学性、实用性、综合性非常强的管理工作，兼之铁 路工程点多，线长，项目种类多，施工条件差别大，施工现场复杂的特点，要 实现施工现场规范化、科学化的高效管理是一项艰巨的任务，需要从管理思想、 管理制度、管理方法、管理手段等各个方面进行改进和提高。 计算机软件和硬件技术的不断发展为施工现场管理手段的改进提供了有力 的工具。目前计算机在工程施工中的应用已相当普遍，从简单的统计汇总、报 表和文字的处理到复杂的工程项目管理软件、定额预算软件、劳资软件、财务 一d 第一章绪论 和会计管理软件、a u t o c a d 软件的使用都应用了计算机技术。充分运用计算机 技术，开发适合于铁路工程施工现场管理的软件系统是提高施工现场管理水平 的重要途径。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 施工项目管理软件的应用现状 随着工程建设规模的增大，施工技术的现代化水平迅速提高，施工管理的 内容也日渐丰富、涉及的范围不断扩大，信息管理变得越来越重要。依靠计算 机，研发相应的软件及时处理施工管理中大量信息，已经成为r r 乔的一个共识。 在国外，从事工程项目管理软件开发的工作进行的比较早，相继推出了许 多管理软件。美国p r i m a v e r a 公司的p 3 工程项目管理软件以其在进度计划、资 源管理、成本控制与分析等方面的卓越性能，成为国内外最负盛名的项目管理 软件。微软公司的p r o j e c t 软件易学易用、功能强大，得到了使用者的广泛认同。 它提供了强大的工时、材料等资源及成本的计划安排、优化、跟踪、调控的工 具，而且可以以多种方式为任务分配资源。同时采用了一系列符合施工管理实 际操作方式的设簧，如任务可以中断、允许为任务设置工作日历、资源可以采 用不同的分前j 方式、资源的成本费率可以改变：采用各种不同的视图和表，对同 一组数据，以不同的方式，从不同的方面进行表示，让使用者对所管理的项目 分析全面、准确，采用的管理措施及时、有效：支持i n t e r n e t 和企业内部的i n t r a n e t 新技术，有助于项目管理中的各项信息全面迅速的传递。提供v b a 扩展、资源 工具、软件开发工具等，便于二次丌发，满足特定施工项目管理的需要。 国外一些项目管理软件功能强大，性能优良，对项目管理过程中的进度、 资源、费用安排，报告表现应付自如，在国外和国内都有一定的市场。但这些 软件依据的标准和我国的标准不同，设计习惯上也存在差异，使用不是很方便； 初始准备工作多，对于施工单位的普通用户来说，存在一定的困难，所以研制 符合我国国情的项目管理软件，满足市场需要，也是国内计算机软件行业发展 的一个方向。 我国项目管理软件的丌发较晚，但发展速度很快，很多成熟的项目管理软 件已经推向市场。梦龙公司的智能项目管理系统是目前国内先进的项目管理软 一5 一 第一章绪论 件之一。该软件基于网络计划技术原理，并且通过建立数据交换标淮体系，利 用i n t c m e t 、i n t r a n e t 及其他通讯手段，实现了各功能模块、多项目之间的数据共 享，统一合理调度，成为项目管理集成系统。具有适合中国国情、界面友好、 操作简单直接、功能丰富可靠、运算速度快、对软硬件适应性强等优点。大连 同洲电脑有限责任公司推出的项目管理软件可以快速完成计划的制定工作，而 且能够对项目实施动态管理，还具有网络计划的编制及动态调整功能、资源优 化功能、费用管理功能、日历管理及系统安全机制、分类剪裁输出功能，可以 提供数据库和讵文文件接口，可以读取概预算软件生成的数据，简化项目管理， 可与同系列的其他软件连接、调用。中国建筑科学院与中国建筑业协会工程项 目管理委员会共同研制开发的一体化施工项目管理软件p k p m 是以工程数据库 为核心，以施工管理为目的，专门针对建筑企业的特点开发的。它具有标书制 作及管理、施工平面图的设计及绘制和施工项目管理等功能。 这些软件在借鉴国外优秀软件的基础上，结合我国工程的实际情况，有侧 重点的开发一些切实高效的功能，在国内大、中型建筑施工项目中发挥了很大 的作用。但是对于一些土木工程，尤其是铁路工程，点多，线长，项目种类多， 施工条件差别大，施工涉及到地理空间范围广，施工现场复杂，如果能对施工 现场进行可视化管理，显示基于地理位置的各种信息，就能更直观和高效地把 握各种施工信息，为管理者的决策提供更加强大和便利的信息支持。 1 3 2 施工现场辅助布置软件的应用现状 施工现场- 布置情况最终要反映在施工平面布置图上。施工平面布置图包括 施工总平面布置图和单项工程施工场地平面布置图。施工平面布篇图是将线路 通过地区或工点附近范围内的施工现场情况及研究确定的主要施工布置反映在 图纸上，便于了解线路行经地区内的工程分布、材料产地、交通运输条件，拟 建便道、便线、施工驻地、临时房屋，厂矿企业位置以及供水、供电方案，施 工区段及行政区划分等情况，为运输方案的比选、编制材料供应计划提供资料， 便于领导和施工技术管理人员有效地安排和指导施工。 施工现场布置图作为指导施工现场布置的技术性文件，其准确性和合理性 将直接影响到施工现场布置的结果。方便、准确、快捷地绘制出施工现场布置 图是实现施工现场合理布簧的重要保证。 当前，施工场地平面布置图一般是在a u t o c a d 环境或基于a u t o c a d 进行 一6 一 第一章绪论 二次开发的软件环境下绘制的。这些软件大多是针对建筑工程开发的，不能很 好地应用于铁路工程中，而且其查询和分析功能较弱，包含的信息有限。施工 现场布置人员进行现场布簧时要结合自己的经验，参考工程实际情况，进行分 析和总结，工作强度大，效率低。如果能开发一种适用于铁路工程，具有查询 和分析功能的施工现场布景图绘制软件，必将大大提高施工现场布胃人员的工 作效率，降低其工作强度。 1 3 3g i s 及其在工程施工中的应用 通过对施工项目管理软件和施工现场辅助布置软件应用现状的分析可知， 开发一种集施工现场辅助布置和辅助管理于一体，适用于铁路工程的施工现场 可视化辅助管理系统具有很大的现实意义。地理信息系统( g i s ) 技术的发展和应 用为这一目标的实现提供了技术支持。 地理信息系统作为信息处理技术的一种，是以计算机技术为依托，以具有 空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存 储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统。它可以为规划、管理和 决策提供信息来源和技术支持。简单地说，g i s 就是研究如何利用计算机技术来 管理和应用地球表面的空间信息。它在最近的3 0 年内取得了惊人的发展，并广 泛地应用于资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等 领域，成为一个跨学科、多方向的研究领域1 7 , 8 】。 一般的地理信息系统包括以下几项基本功能： ( 1 ) 数据采集与输入。 数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统 内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。对多 种形式、多种来源的信息，可实现多种方式的数据输入。主要有图形数据输入( 如 管网图的输入) 、栅格数据输入( 如遥感图像的输入) 、测盘数据输入( 如全球定位 系统g p s 数据的输入) 和属性数据输入( 如数字和文字的输入) 。 ( 2 ) 数据编辑与更新。 数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合 在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼 接、图形变换、投影变换、误差校f 等功能。数据更新即以新的数据项或记录 来替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录，它是通过删除、修改、插 1 第一章绪论 入等一系列操作来实现的。由于空间实体都处于发展着的时间序列中，人们获 取的数据只反映某一瞬时或一定时间范围内的特征。随着时间的推进，数据会 随之改变。数据更新可以满足动态分析的需要，对自然现象的发生和发展做出 合乎规律的预测预报。 ( 3 ) 数据存储与管理。 数据存储，即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。其 存储方式与数据文件的组织密度相关，关键在于建立记录的逻辑顺序，即确定 存储的地址，以便提高数据存取的速度。属性数据管理一般直接利用商用关系 数据库软件，如：o r a c l e ，s q l s e r v e r , f o x b a s e ，f o x p r o 等进行管理。空间数据 管理是g i s 数据管理的核心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构存放在 空间数据库中。 ( 4 ) 空间查询与分析。 空间查询与分析是g i s 的核心，是g i s 最重要的和最具有魅力的功能，也 是g i s 有别于其他信息系统的本质特征。它主要包括数据操作运算、数据查询 检索与数据综合分析。数据查询检索即从数据文件、数据库或存储装置中，查 找和选取所需的数据，是为了满足各种可能的查询条件而进行的系统内部数据 操作，如数据格式转换、矢量数据叠合、栅格数据迭加等操作以及按一定模式 关系进行的各种数据运算，包括算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。 综合分析功能可以提高系统评价、管理和决策的能力，主要包括信息量测、属 性分析、统计分析、二维模型分析、三维模型分析及多要素综合分析等。 ( 5 ) 数据显示与输出。 数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来 选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息量和密集程度，可选 择放大或缩小显示。g i s 不仅可以输出全要素地图，还可以根据用户需要，分层 输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等【9 1 。 g i s 技术在工程施工中的应用正在成为其应用领域的重要组成部分。一些发 达国家己将g i s 技术成功地应用于铁路的规划、设计、施工和管理等工作中， 并取得较好的效益。在国内，一些基于g i s 的施工项目辅助管理系统已经出现。 这些系统借助g i s 技术特有的空间分析及可视化表达功能，使图形查询及空间 信息管理能力大大加强。一些基于g i s 的水利水电工程施工辅助系统可以为用 户提供各种施工动念、静态信息，初步实现了施工仿真、高度优化等决策支持 一8 一 第一章绪论 功能。当前，g i s 在工程项目管理中的应用研究主要在两个方面：一是在工程进 度控制中可视化数据管理方面的应用；二是迅速发展起来的w e b g i s 技术对项目 一体化的贡献上。 我国在铁路和公路工程施工方面应用g i s 进行管理还处于研究和局部应用 阶段，目前还没有成熟的软件可供使用。研发和完善具有g i s 功能的施工现场 辅助管理系统，集施工现场布置和管理于一体，能够补充传统施工项目管理系 统的不足，具有很大的研究价值和市场价值【1 。 1 4g l s 技术在施工现场管理中的优势 在施工现场平面布置与管理系统中运用g i s 技术比c a d 技术更具有优势。 g i s 所存储和处理的数据，包含了许多地学方面的特性，包括空间位置、投影方 式、地理要素间的关系等；g i s 有完整的空间和属性数据的管理特性，可以处理 要素的空间定位特征，并将其空间和属性信息有机地结合起来，从空间和属性 两个方面对要素进行查询、检索和分析；在g i s 空间数据存储的基础上，g i s 集成许多空间分析工具，生成点、线、面多边形拓扑，完成包括拓扑叠加、缓 冲区、最短路径等典型的g i s 分析功能。用g i s 技术开发的施工现场辅助布置 系统，不仅可以提供方便快捷的图形绘制工具，而且还可以为图形附加更多的 属性信息，并提供更多的分析和计算工具，为实现施工现场的合理布置提供更 加便捷的工具，也为施工现场的管理提供信息支持。 在施工现场管理的过程中，必须合理地组织安排人员、资金、设备、材料 等各项资源，并对其进行动态管理。这样就必须对大量的信息进行及时的处理。 计算机管理信息系统的引入，通过将数据保存在数据库中，可迅速查找到与工 程施工相关的非空间信息，为整个施工管理提供了方便。然而，铁路工程施工 区域分布广，大部分的信息都与地理位置有关，对许多数据的分析都依赖于地 理空间数据，一般管理信息系统软件并不能提供一种直观的、可视化的方式来 管理分析这些工程施工信息i l ”。 地理信息系统不仅具有图形显示、编辑处理等功能，而且提供了强大的空 间分析能力，通过内置的属性数据库和其它联系方式，将图形管理系统和数据 管理系统有机的结合起来，不但克服了一般管理信息系统和图形管理系统固有 一9 一 第一章绪论 的局限性，而且使二者的优势强强联合。它既管理对象的位置又管理对象的其 它属性，而且位置和其他属性是自动关联的。地理信息系统提供的信息产品不 仅仅是简单的文字和数据，而且还有一幅幅空间图形和图像，给管理者以直观 完整而深刻的认识。 在地理信息系统中，可以将已经获取的各种地理空间数据，经空间可视化 模型的计算机分析，转换成可以被人的视觉感知的计算机二维图形和图像以及 用于对数据进行分析评价的可视化表达的散点图、直方图和条形图表等。地理 空间数据包括图形、图像和属性信息、还包括与地理对象有关的音频、视频、 动画等多媒体信息。运用地理信息系统技术可以将施工现场可视化表现及属性 数据实时更新，使得管理者能通过计算机了解到整个施工现场的情况，从而能 统观全局，避免了过去图形和数据分离的局限性，使管理者做出更加合理的决 策。 地理信息系统技术的优越性远不止这些，随着研究的深入，还可以与其它 项目管理软件相结合、有机地集成专业模型，引入人工智能技术，提供智能决 策，使管理更及时、高效、准确和直观，在施工管理中发挥出更大的作用。 1 5 主要研究内容、研究方法及重难点 论文主要就以下几方面进行研究： ( 1 ) 对铁路工程施工现场布胃要素的分析。 分析总结桥梁工程、隧道工程、路基工程、轨道工程等施工现场平面稚置 和管理的主要内容，以指导施工现场辅助布置功能的设计和开发。 ( 2 ) 对铁路工程施工现场管理内容的分析。 分析与工程质量、投资、进度有关的施工现场要素，对系统的现场管理功 能进行设计。 ( 3 ) 对“铁路工程施工现场可视化辅助管理系统”的各项功能进行详细设计， 并研究实现的方法。 通过文献查阅和实地调查对铁路工程施工现场管理的内容进行总结，明确 系统应具有的功能是研究工作的重点。采用合适的丌发方法和开发工具实现系 统设计的各项功能是研究工作的难点。 一1 0 第一二章系统功能设计 第二章系统功能设计 2 1 施工现场辅助布置功能 施工现场辅助布置功能主要完成施工现场平面布置图的填绘、输出以及现 场各种信息的录入。 2 1 1 铁路工程施工现场平面布置图的内容 施工平面布置要满足施工方案、施工进度及资源进场存放量的要求，其内 容的多少与施工期限长短、工程类别、工程量大小、地形地貌的复杂程度有关。 铁路工程施工现场平面布置图一般包含以下主要内容【1 2 _ 14 1 。 ( 1 ) 反映线路通过地区的地形、地貌。可以用地形图、遥感影像等来表示。 ( 2 ) 标出新建线路的中线位罱和桥涵、隧道等结构物的位置、里程及各施工 单位驻地的位置。 ( 3 ) 标出沿线的村庄，城市，原材料产地，地表覆盖物，典型目标物，既有 铁路、公路，车站等的位景及其它信息。 ( 4 ) 确定取弃土场的位置和面积。 ( 5 ) 标出高压线位鬣、水源位置，既有的河流位置及河道改移位置。 ( 6 ) l 临时设施的布簧情况。主要包括： 各种运输道路及临时便桥、过渡工程设施的位置。 临时生活房屋的位置。如管理人员、施工人员的宿舍、管理办公用房， 食堂、浴池、文化服务用房。 各种加工场的位置。包括钢筋加工棚，混凝土成品预制场，混凝土拌和 楼、站。 各种材料、半成品、成品等仓库或堆栈位簧。 大堆料的堆放地点及机械设备的放罱地点。 各种临时供电线( 配电室) 、供水、蒸汽、压缩空气站及其管线和l 临时通 信线路信息等。 第二章系统功能设计 其他生产房屋、木工棚、铁工棚、机具修理棚、车库、油库、炸药库等。 施工场地排水系统位置。 以上是一般铁路工程施工现场布置的主要内容，工程项目的类别不同施工 现场布置的内容也有所侧重。以下对不同工程类别的施工现场布置要素进行分 析。 2 1 2 轨道工程施工现场布置要素分析 铺轨基地的布置是轨道工程施工现场布置的主要内容。铺轨基地是一项临 时性工程，是铺轨材料的装卸，存放，加工以及轨排、道贫的组装，工程列车 编组、到发的生产基地。普通线路施工通常是铺轨与桥梁施工的架梁作业结合 进行，因此铺轨基地有时也作为桥梁的铺架基地。 新建铁路客运专线由于采用新技术、新工艺、新设备，轨道工程采用一次 铺设跨区间无缝线路技术，并且大量采用无碴轨道结构和大号码无缝道岔，施 工模式与普通线路差别很大，铺轨基地的布置与普通线路有所不同。 从广义上讲，所有轨道工程施工所必须的辅助设备设施，均应包含于铺轨 基地范围之内，主要包括以下几个部分 1 5 - 1 9 】： ( 1 ) 材料的生产存放场。 普通线路的材料生产存放场地主要包括：轨料( 钢轨、钢轨配件、钢筋混凝 土枕、轨枕扣件、道岔等) 存放场、轨排组装生产线、轨排储备场。如果兼作铺 架基地，还包括存梁场。 轨排组装生产线包括固定工作台生产线和活动工作台生产线。固定工作台 生产线主要包括：固定工作台、龙门架走行线、作业线、装车线、硫磺锚固浆 棚等。 活动工作台生产线中，单线往复式生产线是目前广泛采用的一种机械化程 度较高的轨排组装生产线。该生产线主要包括：组装台、卷扬机棚、硫磺库、 电器房、熬硫磺浆房、空压机房、起落架、龙门吊走行线、装车线、均位线、 锚固作业线、配件存放区、钢轨存放区、进料线等。 客运专线的材料生产存放场地主要包括：有碴轨道( 轨枕、扣配件) 存放场地、 无碴轨道( 包括轨道板、支撑块、长枕、扣配件) 存放场地、道碴存放场地、大号 码道俞组装与存放场地、长钢轨生产与存放场地等。 长钢轨生产线主要包括：标准轨存放区( 待焊钢轨存放区) 、龙门吊、待焊钢 一1 2 第一：章系统功能设计 轨的选配及焊前处理区、接头焊接区、 区、长轨条储存装运区、接头试验区、 器、供暖设施、水源、气源) 等。 热处理区、焊后矫f 、打磨及探伤检验 钢轨输送滚道线、辅助设施( 厂房、变压 ( 2 ) 工程列车的编组、检修场站与股道。 主要包括：牵入与牵出线、调车线、联络线、机修线、装卸线及相应设备 占用的场地。 ( 3 ) 指挥调度中心。 主要包括：调度室、会议室、搬道房、有线与无线通信通讯设施等。 ( 4 ) 辅助生产生活基地。 主要包括：材料工具库、机修车间、配件加工车间、办公区、生活区、进 出场道路、外接电源、外接水源、与环境和水土保持有关的设施等。 2 1 3 桥梁工程施工现场布置要素分析 桥梁施工现场主要包括预制梁场、施工材料和机械的存放场、生产设旌及 生产用房、办公用房、职工生活区等。 普通铁路桥梁上部建筑一般采用2 4m 、3 2m 标准设计的预应力混凝土t 梁。 t 梁的来源主要有两种： ( 1 ) 工厂集中预制，使用时从较近的桥梁厂进行采购。 ( 2 ) 工地设置制梁场预制。 目前，由于制梁技术的普及，建设方为节省混凝土梁从工厂至工地的运费， t 梁大多由工地设景的制梁场供应。客运专线大量使用的预应力钢筋混凝土双线 整孔简支箱梁，断面开阔、重量大，一般不采用“工厂预制，铁路运输，工地 架设”这一传统方法施工，而是在施工现场选址并设置临时预制场预制箱梁， 然后通过专用运架设备完成箱梁架设，因此客运专线在大规模建设施工前必须 先对箱梁预制场进行设置。所以，预制梁场的布置是客运专线的桥梁工程施工 现场布置的重要内容【2 0 , 2 1 】。 预制梁场主要包含以下几个作业区：原材料( 砂、石、水泥) 存放区、钢筋加 工区、台座区( 预制台座和钢筋绑扎台座) 、混凝土拌和站、存梁区、辅助生产生 活设施及场地等。 一1 3 第二章系统功能设计 2 1 4 隧道工程施工现场布置要素分析 山岭隧道洞口场地一般比较狭窄，施工前应根据隧道规模大小、洞口地形 特点、弃渣场位置和水源情况及工期要求，结合劳动力安排、机械设备、材料 用量、施工方法等因素，本着全面规划、统筹安排、合理布局、因地制宜的原 则进行洞口施工现场的布置。 山岭隧道洞口施工现场主要包括以下部分：弃渣场地及卸渣道路、材料存 放加工场地和料库、生产房屋和生产设施、生活房屋等。 材料存放加工场地和料库主要指砂、石料、水泥、木材、钢材等的存放场 地及木材、钢材加工场地。生产房屋和生产设旌包括，通风机房、空压机房、 发电机房、配电房、蓄水池、搅拌站、火工材料库、油料库、机修房、行政管 理和生活福利设施等【2 2 引。 2 1 5 路基工程施工现场布置要素分析 路基工程主要是土石方工程，施工现场主要包括：取弃土场、运输道路、 机械行走路线、生产房屋、生活房屋、材料和机械存放场地等。 生产房屋主要包括：试验室、机械房、维修间、工具房、火工材料库、油 料库，电工房等。材料和机械存放场地主要包括：预制场、堆料场、停车场、 蓄水池等。有些弃土场要求用干砌片石或浆砌片石围护例。 2 1 6 铁路工程施工现场布置要素的概括和分类 通过对铁路工程不同类别施工现场要素的分析，结合地理信息系统的特点， 对施工现场中的所有要素进行概括和分类。所有要素可以概括为用面图元、线 图元、点( 图标) 图元、以及点、线、面的组合体表示的四种类型。 可以用面图元表示的要素如图2 - 所示。 一1 4 第一：章系统功能设计 图2 - 1可以用面图元表示的要素 一1 5 第二章系统功能殴计 可以用线图元表示的要素如图2 - 2 所示。 图2 - 2 可以用线圈元表示的要素 可以用点( 图标) 图元表示的要素如图2 - 3 所示。 图2 3 可以用点( 图标) 图元表示的要素 一1 6 第，二章系统功能设计 要用组合体表示的要素如图2 - 4 所示。 图2 - 4 用组合体表示的要素 用面图元表示的现场要素中，材料及机械存放场地可以用反映场地形状的 面图元表示。不同种类的存放场地通过面图元的不同颜色和不同填充形式来区 分。生活、生产、办公用房可以用矩形表示。不同种类的房屋通过矩形边界的 不同颜色来区分。其余用面图元表示的要