截至2023年底，我国铁路营业里程达到15.9万公里，其中高铁达到4.5万公里，2023年间，投产新线3637公里，其中高铁2776公里，高铁工程建设占比规模远超普速铁路。面对如火如荼的高铁建设形势，中共中央、国务院在《交通强国建设纲要》中提出“推动交通的快速发展由对规模和速度追求向更加注重质量效益转变”，后在《质量强国建设纲要》中提出“构建数字化、智能化质量管控模式”。高速铁路的高质量建设对服务国家重大战略，加快构建现代化铁路基础设施体系具备重大意义。因此，需进一步发展铁路工程质量数字化管理模式与方法，支撑高铁建设数字化转型。
自2013年起，国铁集团组织研发铁路工程管理平台辅助铁路工程建设数字化管理，针对工程原材料质量、过程质量、实体质量等管理已有部分数字化应用系统，但是质量相关业务与数据分散在各个系统，在实际应用中仍存在以下问题：①缺乏全局的高铁质量数字化管理顶层指导与清晰的数字化路径，导致数字化质量管理体系与实际情况不兼容,；②高铁工程质量管理点与管理人员众多且分散，缺乏面向分布式应用情况下的数据有效集成与可信提供的方法，导致信息提取效率不足。③缺乏基于工程质量知识-业务驱动模型的高铁质量数字化管理集成工具，导致难以通过数据深度分析应用辅助决策，制约铁路工程数字化应用成效。
在省部级科研项目支持下，项目组构建了“理论域-方法域-实践域”三域融合的高铁工程数字化质量管理体系与关键技术，有效提升了铁路工程质量管理水平，创新成果如下：
（1）提出“理论域-方法域-实践域”三域融合的数字化高铁质量管理体系。
针对高速铁路工程质量管理在数字化赋能转型过程中管理理念与管理要素的变化，提出面向轴面协同的“理论域-方法域-实践域”三域融合的数字化高铁工程质量系统管理三维概念模型，揭示了三域深度融合的运行机理，构建虚实融合的数字化高铁工程质量系统体系架构；构建“因子-要素-体系”三级高铁工程质量管理要素的辨识框架；以辨识框架为基础，搭建涵盖4体系、6要素、27因子三个层级的要素体系，提出“技术赋能＋管理融合”高速铁路工程质量系统管理数字化提升策略集。
（2）提出基于“模型-数据-知识”混合驱动的高铁工程数字化质量管理关键技术。
针对铁路工程质量数据分散，点状应用众多问题，提出高铁工程质量管理多域数据组织技术，建立基于关键要素构建高铁工程质量多域分层数据本体模型，实现数据层级判定的准确率达88%；提出了基于双向长短期记忆神经网络的工程质量隐患信息抽取模型与方法，实现各类实体抽取的准确率、召回率和F1值均达到0.85以上，建立质量问题知识模板和语义信息图，提出了一种基于本体的工程质量隐患信息审查知识模型与方法，实现了质量隐患整改单中的质量问题信息自动审查；提出一种基于帧间差分机制的视频关键帧提取方法与融合IPFS的区块链链上验证与交互方法，该方法的平均事务吞吐量为120TPS，平均延迟为0.7s。
（3）创新提出任务驱动的面向多源异构质量数据的应用
针对铁路工程场景复杂，质量要求高等特点，构建了面向不同管理级别的质量管理的综合指标体系，研制了铁路建设全过程质量管理数字化分析系统，提取多样化建设管理特征，实现模块动态装载，实现质量信息集成率提升12倍以上，质量问题预警覆盖率达90%以上；提出了混凝土生产过程质量报警的关键信息提取方法和数据驱动的混凝土坍落度预测技术，实现混凝土预警信息提取准确率达到70%，与现有的人工和计算机辅助方法相比，时间缩短了三分之二，混凝土坍落度预测误差在0左右波动；关联映射工程影像与工程实体，提出基于机器视觉的掌子面区域自动识别与分类技术，降低了掌子面识别过程对人工经验的依赖程度，基于支护体系深度图提出支护识别方法，实现对支护位置、间距、数量的自动测量与计算，支护间距检测覆盖度由10%提升至90%以上。
本成果在川藏铁路、合新铁路、雄商铁路等项目开展应用，创造经济效益达6000余万元，项目研究成果的运用可以大幅提升了高铁工程质量管理水平，开创铁路工程质量数字化管理的新模式，引领我国铁路智能建造的转型升级，有着良好的社会经济生态效益。
本成果发表论文20篇（含SCI收录论文5篇、IEEE收录论文3篇、中文核心6篇、其他期刊6篇），获授权专利7项（含发明专利6项、外观专利1项），软著6项，开展科技查新2项，形成白皮书1本，制定技术标准3项（含国铁集团标准1项、团体标准2项），通过总体技术方案评审1项，完成系统安全评估测试1项。
1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 2.华中科技大学 3.长安大学 4.北京经纬信息技术有限公司
1.卢文龙 2.钟波涛 3.郝蕊 4.范文娜 5.张静晓 6.朱宏伟 7.杨静 8.程智博
| |
评价单位： |
中国管理科学学会 |
报告编号： |
CMSS2024R020 |
评价日期： |
2024-06-21 |
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组织单位： |
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项目负责： |
范文娜 |
成果管理： |
18800101793 |
2024年6月21日，中国管理科学学会通过视频会议形式组织专家召开了由中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所、中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所、华中科技大学、长安大学、北京经纬信息技术有限公司单位申请的“‘理论域-方法域-实践域’三域融合的高铁工程数字化质量管理体系与关键技术”科技成果评价会。专家组对项目资料进行了审阅和评价，听取了成果汇报，经质询与讨论，形成意见如下：
1.评价材料
资料完整齐全、规范，符合科技成果评价要求。
2.主要创新点
项目组针对高铁工程数字化质量管理顶层架构、数据可信提供与有效集成、数据贯通与集成应用等面临的问题与挑战，形成以下创新成果：
（1）首次提出了基于“理论域-方法域-实践域”三域融合的高铁工程质量数字化管理三维概念模型，构建了面向轴面协同的高铁工程数字化质量管理体系，建立了“体系-要素-因子”三级高铁工程质量管理要素的辨识框架，设计了涵盖4体系、6要素、27因子三个层级的要素体系与对应数字化提升策略集。
（2）创新提出了基于“模型-数据-知识”混合驱动的高铁工程数字化质量管理关键技术，具体包括：构建时间域、空间域和业务域关联的高铁工程质量多域数据组织架构与本体模型，提出了工程质量隐患信息抽取与评价的模型与方法，提出了融合IPFS的工程影像区块链链上验证与交互方法
（3）创新提出业务场景驱动的面向多源异构质量数据的贯通与集成应用。构建了面向不同管理级别的质量管理的综合指标体系，提出了混凝土坍落度预测技术，设计了基于机器视觉的掌子面分类与支护参数提取方法，研制了高速铁路工程质量全生命周期管理系统，应用效果显著。
3.应用范围
本项目研究成果在合新铁路、雄商铁路等项目开展应用，大幅提升了高铁工程数字化质量管理水平，开创了我国高铁工程质量数字化管理新模式，经济效益与社会效益显著，可在高速铁路及普速铁路工程质量管理中广泛推广应用。
4.专家组意见
评价委员会认为该成果总体达到国际先进水平，同意通过科技成果评价。
| 姓名 |
工作单位 |
职称 |
| 刘玉明 |
北京交通大学 |
正高 |
| 张忠良 |
中铁工程设计咨询集团有限公司 |
正高 |
| 胡鹏 |
长江沿岸铁路集团四川有限公司 |
副高 |
| 刘海峰 |
兰新铁路甘青有限公司 |
副高 |
| 苏林 |
中国铁路设计集团有限公司 |
正高 |
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