高铁工程质量管理系统内涵与总体架构

卢春房， 穆文奇

（1. 中国工程院，北京 100088；2. 中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081）

我国高铁建设工程质量管理经过多年大量的实践和探索，取得了较为丰富的经验，但由于相关体制、机制不完善及部分参建单位质量意识相对滞后，且高铁工程质量管理尚未形成一整套规范和行为流程，仍存在建设标准化程度较低、质量管理标准不一、系统性较弱、流程化程度不高、协调难度大等多方面问题。因此，运用系统工程思维，构建高铁工程质量管理系统，围绕提高质量管理水平、打造精品工程的目标，细化系统维度并界定维度内涵、关系，从而为新时期提高我国高铁工程质量管理效率、规范质量管理工作提供新的思路。

1 系统工程研究综述

系统是物质世界一种普遍存在的方式，是由相互作用的多种要素形成、具有一定功能并处于一定环境中的有机整体。由于现实研究中的“系统”具有规模庞大、技术复杂、需求多样等特征，使系统设计及研究呈现复杂度高、困难度大等问题，因而从20 世纪30 年代开始“系统工程”理论逐步兴起，对于复杂管理系统开发等过程具有十分重要的指导作用，能够有效解决系统设计的方法及其工具不足等问题。

关于系统工程，国际系统工程协会（INCOSE）定义为一种成功建设系统的跨学科方法和工具；美国电子工业协会定义为一个综合全部技术工作的跨学科；三浦武雄认为系统工程与其他学科不同之处在于，它是跨学科的科学，同时也是填补这些学科边界空白的一种边缘性学科［1］；钱学森［2］则认为系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的成套科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。综合各领域学者研究成果及观点，系统工程可定义为：一种根据用户需求提供系统性方案产品的方法或应用技术，主要针对系统构成要素、系统结构、信息元素交换、反馈机制等重点问题进行研究。系统工程以集成—分解为主要指导思路，通过分析、综合、试验和评价等环节，运用多学科、多专业知识，开展系统的需求分析、方案设计、制造与总装、验证和使用等工作，结合系统工程管理和系统工程技术两大领域优化过程，开发出满足客户需求的全生命周期总体功能最优的集成系统。

系统工程在良性结构问题和结构明晰的系统问题分析方面具有较大优势，在解决可量化、结构清晰的系统问题时具有较好效果。

2 高铁工程质量管理系统内涵

高铁工程大到整条线路，小到1 个车站的单体改造，都体现出明显的系统性特点［3］。一方面，高铁项目参建单位众多，在完善大、小业主职能界定的基础上，还必须加强建设单位与其他单位的统筹协调，避免各参建单位管理功能结构的相互交叉，在组织管理方面体现出系统性；另一方面，高铁项目涉及多专业、多类高难技术交叉融合，尤其对于大型综合性工程项目，普遍具有规模较大、涉及因素众多、建设标准高、技术复杂、建设期长、投资大等特点，都要经过科学严格的规划、研究、设计、施工、验收等规范环节，因此需要通过多环节科学论证，达到整体工程系统性最优化的最终目标。与此相对应，高铁工程质量管理工作构成复杂、要素众多、关联密切、结构复杂、时空边界及目的明确、变化动态，符合系统工程解释良性结构的优势。因此，运用系统工程理论为基础，构建高铁工程质量管理系统，并将高铁工程质量管理实践中的诸多技术及管理等复杂因素纳入系统中进行解构，能够更加清晰界定高铁工程质量管理工作中的重要内容，为提高我国高铁质量管理水平和效率提供参考。

2.1 三维概念模型建立

高铁工程质量涉及工程设计质量、施工质量，有路基、桥隧、房屋、四电（电力、通信、信号、电气化）等多个专业及接口［4］，要控制好工程质量，首先要按照系统管理的思路做好顶层设计，推动质量管理系统功能整体最优［5］。研究采用1996 年Hall 所创立的三维形体系统工程方法论，紧密结合高铁工程质量管理特征，从高铁工程建设项目全生命周期角度出发，把握系统工程技术和系统工程管理两大过程，同时细化各阶段管理流程，建立高铁工程质量管理的时间维、逻辑维、知识维三维结构（见图1）。

图1 高铁工程质量管理系统三维结构

2.2 三维模型各维度内涵解构

2．2．1 时间维

表示高铁建设工程项目的全生命周期。按照高铁工程项目进度阶段划分，可将高铁工程质量管理按时间顺序划分为项目研究决策、勘察设计、工程施工、竣工验收等4 个建设阶段［6］；同时，由于较多质量问题可能在高铁运营阶段集中涌现，需要通过反馈的方式为后续高铁建设项目提供决策参考和支撑，因此应将高铁运营阶段的质量管理效果共同纳入高铁工程质量管理系统范畴［7］。综合看来，高铁项目质量管理应包括5个阶段：

（1）研究决策阶段：具体识别分析项目质量风险，提前预测研判质量风险发生可能性及规律，根据对各类问题影响程度的综合分析，作出相应的质量管理决策；

（2）勘察设计阶段：综合考虑质量影响因素的控制措施，不断优化设计方案、细化实施计划、明晰项目结构，逐步细化各工作单元工作任务，落实到基础工作上；

（3）工程施工阶段：全面检测和控制质量影响因素，与项目既定计划比较，积极采取有效的质量管理措施，落实质量责任，推进设计蓝图转变为质量合格的高铁项目实体；

（4）竣工验收阶段：全面组织各参建单位参与竣工验收，分析质量管理措施对不同参与方利益的影响；

（5）项目运营阶段：根据维修保养情况及质量问题，对工程项目质量管理全过程进行总结评价，同时完善工程质量的运营反馈机制和后评价机制，为今后高铁建设工程质量管理积累经验和材料。

2．2．2 逻辑维

表示分析问题和解决问题时的逻辑思维过程。具体到高铁工程建设项目中，从工程质量管理实际问题解决流程出发，可在逻辑维上划分为问题提出及分析、质量目标选择、系统综合及分析、解决方案优化、科学决策以及具体实施。

（1）问题提出及分析：明确质量管理任务的主要问题目标，结合与主要问题相关的历史性数据及趋势性资料，全面分析系统问题的关键因素；

（2）质量目标选择：针对质量问题，确定当前质量管理任务所要达到的具体目标，拟定评价标准，以利于衡量系统方案；

（3）系统综合及分析：根据质量目标，制定相关解决方案，在方案中说明系统结构、参数、条件及优缺点，提出备选方案；

（4）解决方案优化：对各备选方案进行比较、精简，并对精简后的方案进一步阐明性能、特点及整个系统的相互关系，形成模型，根据系统的评价目标对各备选方案进行分析比较，并提出各方案优化的相关措施；

（5）科学决策：决策1个或几个方案试行；

（6）具体实施：按照最终决策方案，将系统付诸实施。

2．2．3 知识维

表示为完成各步骤和阶段所需相关专业技术知识。结合高铁工程项目特点，以及系统工程在解决系统问题时必然涉及的两大专业领域，在知识维度上将工程质量管理划分为管理和技术两方面内容。

（1）管理：主要指高铁质量管理体系中所涉及的管理架构、管理文件、管理人员、责任考核、管理流程等一系列管理机制；

（2）技术：主要指高铁质量管理过程中需要采取的先进技术手段等。

3 高铁工程质量管理系统总体架构

3.1 系统构成

高铁工程质量管理系统三维概念模型界定了高铁工程质量管理的主要工作范围，在此范围内，需将系统理论与现实工作内容紧密结合，才能使高铁工程质量管理系统具有实践指导意义：（1）时间维。主要体现了质量管理应在宏观层面上贯穿于工程项目全生命周期的每个环节，从系统整体角度考虑质量管理问题，因而需要在项目全过程都营造良好的质量文化，构建完善的质量体系，从而明确高铁工程质量管理的宏观思路和管理边界。（2）逻辑维。主要体现了在微观层面上解决具体质量问题的方法和流程，因而需要细化项目周期内每个阶段主要的质量方法和质量技术，并通过设定质量红线的方式进行严密监控和管理，保证高铁工程质量管理落到实处。（3）知识维。主要体现了在宏观及微观2个层面上解决具体问题的支撑性技术及理论，因此高铁工程质量管理系统中应高度重视宏观层面质量体系的建立，以及微观层面质量方法和质量技术等的应用，特别是新质量技术、新管理理论的应用。

结合高铁工程质量管理实践过程中各项具体工作，深入解析高铁工程质量管理系统概念模型各维度的内涵，可知高铁工程质量管理系统应涵盖5个方面主要内容（子系统），即：质量文化、质量体系、质量技术、质量方法以及质量红线。通过5 个子系统间的相互作用，以及与外部环境之间的互动作用，推动高铁工程质量管理系统不断优化。高铁工程质量管理系统构成见图2。

图2 高铁工程质量管理系统构成

5个子系统具体内涵为：质量文化指在质量管理中应营造的精益求精的文化氛围，通过形成战略思维、明确质量目标、抓住关键环节、加强质量教育、强化团队建设、加强品牌建设等具体措施，使质量文化深入人心，达到鼓舞士气、提升战斗力等目的；质量体系是指在质量方面指挥和控制组织的管理体系，是实现质量方针和目标的一组相互关联或相互作用过程的集合，具体体现在管理组织、制度、流程、人员等一系列管理措施手段中；质量技术是指工程勘察设计、建设施工、竣工验收、投入运营等全过程中所采取的质量管理相关技术和手段，在实际高铁工程中应体现在BIM、AI 技术、物联网技术、服务保障系统、灾害监控系统等先进技术手段的应用［8］；质量方法是指高铁工程全过程质量把控的成套方法及管理流程，主要包括全面质量管理、建立信用评价体系、运营单位提前介入、动态验收、项目标准化管理等工程质量管理方法运用机制等方法；质量红线是指为保证高铁平顺性、稳定性及基础设施强度要求而必须坚守的质量底线。

3.2 各子系统间的关系

在高铁工程质量管理系统各子系统中，质量文化是引领，质量体系是保障，质量技术是支撑，质量方法是基础，质量红线是底线。

第一，质量文化是引领。在大规模、高标准高铁建设中，通过质量文化作为纽带，能够进一步凝聚各参建单位团结意识，共同推动高铁工程实现高质量建设目标，使“创新引领，勇争一流”的质量方针和“开工必优，一次成优”“要干就干精品工程”“习惯符合标准，标准成为习惯”等观念深入人心，从而引导高铁工程质量管理效率不断提高，进一步提高我国高铁的质量品牌影响力。因此，“质量文化”在高铁工程质量管理系统中应起到引领性作用。

第二，质量体系是保障。在高铁建设中，需要针对具体的质量管理工作所采取的一系列管理性措施，通过建立质量制度、完善管理组织、优化管理模式、完善人力资源、明确管理流程、完善责任考核等管理体制机制措施，形成完整的质量管理体系，保障高铁工程质量管理能够有序、规范推进。因此，“质量体系”在高铁工程质量管理系统中应起到保障性作用。

第三，质量技术是支撑。现代高铁工程质量管理工作更多采取现代化手段，通过信息化、智能化、机械化、专业化等现代技术手段在质量管理过程中的创新应用，进一步提高高铁工程质量管理效率，从而支撑高铁工程质量控制工作的具体实施。因此，“质量技术”在高铁工程质量管理系统中应起到支撑性作用。

第四，质量方法是基础。高铁工程质量管理需要采取贯穿于项目全过程的管理方法及方法论。以全面质量管理为主，并根据工程各环节质量管理工作特点，综合运用先进可行的质量管理方法，从而形成一整套系统性的方法体系，为高铁工程全生命周期的科学性和规范性质量管理奠定基础［9］。因此，“质量方法”是高铁工程质量管理的行为规范和指导，在高铁工程质量管理系统中应起到基础性作用。

第五，质量红线是底线。高铁工程建设中必须强制执行相关的标准和措施，设定项目参建各方必须遵守、不可突破的底线，为高铁工程质量管理系统划定系统边界。通过确定质量红线，能够确定工程实体质量和系统功能的最基本要求，有效保障后期高铁运营期间的人民生命财产安全、生态环境安全和其他公众利益安全［10］。因此，“质量红线”在高铁工程质量管理系统中应起到托底性作用。

以上5个子系统中，质量文化作为高铁工程质量管理系统的引领，需要具体体现在质量体系、质量技术、质量方法及质量红线各子系统中，始终以“建设精品工程”等质量文化引领各方面质量管理工作的精细化、高质量发展；质量体系主要体现为高铁工程质量的管理能力和管理水平，主要涉及知识维的系统工程管理专业，为质量技术、质量方法、质量红线等提供制度性框架；质量技术和质量方法属于具体处理质量问题的子系统，主要涉及知识维的系统工程技术专业，其中质量方法为高铁工程质量管理提供解决问题的思路和逻辑，而质量技术是实施质量方法的必要前提。高铁工程质量管理系统各子系统关系见图3。

3.3 最优机制

高铁工程质量各分项、单位工程及各专业工程质量最优，并不能意味着整体工程最优。除各项工程质量合格外，高铁质量管理系统最优应体现在：系统协调一致、多目标协同、能力匹配、与外部环境相协调等方面。

图3 高铁工程质量管理系统各子系统关系

3．3．1 系统协调一致

高铁工程从建设内容来看，涉及路基、桥隧、房屋、电力、通信、信号、电气化等多个专业及接口；从时间维度来看涉及项目决策、工程设计、工程施工、竣工验收、运营维护等全生命周期过程；从组织结构来看，涉及设计单位、施工单位、监理单位、咨询单位以及各个材料设备供应商等多个参与主体。与此相对应，系统协调一致应包括系统功能、系统全生命周期和系统组织三部分的协调一致。因此，必须以统一的质量文化凝聚各参与主体，保证高铁工程项目建设的计划性、可实施性和鲁棒性，推动项目各参与主体为总体质量目标共同发展；必须建立完整的质量体系，保证工程项目的全生命周期各个阶段有章可循，推动高铁项目从策划筹备到运营维护整体最优；同时，必须以科学的质量方法和质量技术串联各专业及其接口，形成一系列质量标准，促进高铁工程质量管理系统功能整体最优。

3．3．2 多目标协同

高铁建设有质量、工期、投资、安全、环境、稳定等6个控制目标，其中最重要的是应把握好质量和投资两大目标之间的对立统一关系。结合高铁工程项目特点，质量与投资有矛盾时，应紧紧把握质量红线，树立投资服从质量的意识，不应因为节约投资而牺牲质量；与此同时，在树立建设“精品工程”的质量文化基础上，也应特别注意，不随意提高质量标准导致投资成本居高不下。具体应树立如下质量文化理念：一是追求质量合格，不追求质量优良率；二是追求结构物的稳固可靠，不追求过度保险；三是追求结构物整体长寿命，不追求单一结构物长寿命；四是追求技术先进，不追求部分没有实用价值、只起锦上添花作用的新技术的应用。在工程实践中，应根据以上四方面要求，科学设立质量目标，探索采用多目标精准协调的质量方法设立各方面分目标，推动多目标协同，实现“系统功能最优、整体质量最好”。

3．3．3 能力匹配

高铁线路的输送能力涉及很多方面，只有相互匹配，才不至于造成资源浪费，且能有效提高高铁运营服务水平。因此，必须采用合适的质量技术和质量方法，促进点线能力匹配、固定与移动设施能力匹配、维修能力匹配和服务匹配。具体的：一是点线能力匹配，主要指区间线路的通过能力与车站的接发能力匹配。二是固定与移动设备匹配，动车组的性能要与线路设计参数相一致。三是维修能力匹配，动车组和线路设备均应通过经常维修以保持质量良好，要一次规划、分期建设，既保证能力匹配，又不使维修设施闲置。四是服务匹配，主要体现在车站规模和功能上，包括候车面积、进出站口、进出站道路、停车场、售票窗口或自动取售票机等，需根据车站每天接发旅客的数量计算确定。

3．3．4 与外部环境协调

高铁工程质量管理应在与外部环境相互作用下实现动态平衡和系统功能最优、整体质量最好。与自然环境协调方面，高铁建设中必须注意适应和改善环境，树立保护生态环境、严防自然灾害的质量文化，并在建设规划、景观设计等方面采用良好的质量技术，尽可能减少对周边地形地貌、森林植被等的破坏，促进高铁立体线形与自然景观融为一体，达到尊重自然、保护自然、恢复自然的目的。与社会环境协调方面，高铁沿线群众的传统习惯、劳动力状况等可对铁路工程质量管理产生一定影响，因此应在高铁质量技术确定过程中，进一步考虑当地交通、社会实际需求，广泛考察当地劳动力素质并提供相应的就业机会，使高铁产生更大的社会效益，承担更多的社会责任。与当地政策协调方面，高铁沿线的经济发展政策、特别是发展规划，与高铁建设是相互影响的，因此应采用更加科学的质量技术，实现高铁规划设计与当地发展规划及相关政策主动对接、有效协商，发挥高铁建设对经济社会的带动作用。与当地文化传承协调方面，不同地区的文化特色各异，高铁建设时应在设计施工时，在质量文化内涵中进一步体现当地文化特色，并注重宣传高铁质量文化。

4 结束语

高铁工程质量管理体现出涉及因素多、控制难度大、过程控制要求高、管理跨度大及社会影响大等特点，构成了一个要素众多、结构复杂、动态变化的良性系统。由于系统工程在解释良性结构的运行机制方面具有明显优势，因而运用系统工程的思想，构建包含质量文化、质量体系、质量技术、质量方法及质量红线5个子系统的高铁工程质量管理系统，可以全面涵盖高铁工程质量管理的具体内容，明确质量管理重点理念、工作、方法及底线，并明确高铁工程质量管理系统最优的主要机制，这将为新时期提高我国高铁质量管理水平和效率提供有益参考。