煤矿施工管理信息系统的研究与设计

煤矿施工管理信息系统的研究与设计
摘要：近年来随着煤矿建设规模的不断扩大，矿井建设项目管理信息化和科学化要求也越
来越高。

本文通过分析矿井建设项目信息管理的特点，结合内蒙古黄玉川煤矿建设项目，设
计了一套以项目进度管理为中心的管理信息系统，并探讨了矿井建设信息化的应用。

关键字：管理信息系统；PERT；项目管理；PMIS
0 前言
项目管理信息系统（Project Management Inf -ormation System ,PMIS）在很早的时候就出现了，主要用于制作图表、进度安排和信号跟踪等工作。

从20 世纪60 年代起，项目管理开始在我国部分重点项目中获得运用。

云南鲁布革水电站是我国20 世纪80 年代以来第一个应用项目管理的工程项目，该项目取得了巨大的成功。

随后，在二滩水电站、三峡水利枢纽建设和其他大型工程建设中，都实施了项目管理信息系统，并取得了良好的效果。

然而关于煤矿矿井建设过程中应用管理信息系统的研究却很少。

在煤矿建设施工管理工作中应用管理信息系统，将对矿井建设带来全面、深远、革命性的影响，使得煤矿建设工程项目管理日益系统化和科学化。

[1]
黄玉川煤矿是国家“十一五”规划重点建设项目，项目周期长，施工单位多，施工技术复杂，施工条件也非常恶劣。

在建设过程中没有采用总包的方式进行建设，而是采用了单项工程分包的方式，所以建设过程中的合同方较多，协调的工作量较大，彼此交叉牵扯的面较广，这对工程的信息管理提出了更高的要求。

本文根据黄玉川煤矿施工管理过程中要求，设计了一套管理信息系统，实现了施工管理的信息化和科学化，为矿井早日顺利投产提供了有利保障。

1 施工项目信息管理需求分析
1.1 工程项目信息管理系统
国际上对工程管理信息系统普遍认可的定义是：工程管理信息系统是处理项目信息的人
- 机系统。

它通过收集、存储及分析项目实施过程中的有关数据，辅助工程项目的管理人员和决策者规划、决策和检查，其核心是辅助对项目目标的控制。

它与一般管理信息系统的差别在于，工程管理信息系统是针对工程项目中的投资、进度、质量目标的规划与控制，是以工程管理系统为辅助工作对象。

工程管理信息系统作为国际管理的基本手段，其作用在于：
(1)利用计算机数据存储技术、集中存储管理与项目有关的信息，并动态地进行查询和
更新。

(2)利用计算机准确、及时地完成工程项目管理所需信息的处理。

(3)通过工程管理信
息系统可以按决策需要，方便、迅速地生成大量的控制报表，提供
高质量的决策信息支持。

[2]
1.2 矿井建设的项目管理
煤矿建设项目主要包括地下矿井建设、地上附属设施建设、机电设备安装三块内容。

其
中对于黄玉川煤矿而言，它是斜井开拓，矿建的主要内容就是斜井、副立井、回风井的建设主要是地下作业；土建的主要内容是建设煤矿生产的辅助设施包括井口联合建筑，洗煤厂，生产指控中心，职工宿舍食堂等；安装工程主要是指煤矿生产所需的挖掘设备，井巷通风设备的安装和辅助变电站以及土建中重要设备的安装等。

比较一般工程项目煤矿建设较为复杂，涉及资源多，施工技术也受地质条件限制，项目周期较长一般从立项到投产要2-3 年。

因此对于信息的管理的要求也越高。

煤矿施工项目管理主要有以下特点：
（1）涉及面广。

煤矿施工项目管理是一个多部门、多专业的综合全面的管理。

它不单包括施工过程中的生产管理，还涉及到技术、质量、材料、计划、安全和合同等方方面面的管理内容。

（2）工作量大。

一个煤矿的建设，需要消耗的物资种类繁多，需要大量的施工活动共同参与。

对所有这些施工环节及其用到的资源都做到管理上的深入到位，可以想到煤矿施工项目管理工作的复杂与繁重程度，而这些仅仅是项目管理中的生产管理和材料管理两个侧面。

（3）制约性强。

项目管理工作必须符合煤矿施工从准备到竣工验收这样一个循序渐近的规律。

因此，煤矿施工项目管理不仅要符合建筑工程有关规范规定的要求，还要做到彼此协作、安排有序。

（4）信息流量大。

信息与物质、能源一样，是构成社会经济发展的重要资源。

任何一项管理活动，都离不开某种信息的处理工作。

煤矿施工项目各方面的管理活动井不孤立，它们之间存在相互依赖、相互制约的联系。

于是，各管理活动之间必然需要信息的交流与传递，而且煤矿施工项目管理工作的复杂与繁重程度，直接决定了项目管理中信息流动的复杂和频繁等特点。

[3][4]
2 煤矿施工管理信息系统的开发
2.1 系统目标
本系统开发的目标是保证矿井按国家质量要求在计划工期内顺利投产。

煤矿建设的自然环境恶劣、技术条件复杂、结构复杂和工程庞大等基本特征，决定了煤矿施工具有生产周期长、资源使用的品种多、用量大、空间流动性高等特点。

对矿井施工过程本身以及施工过程中涉及到的人力、物力和财力进行有效的计划、组织和控制，是煤矿施工项目管理的主要内容。

2.2 系统框架和主要功能矿井施工管理信息系统的设计面向煤矿建设管理单位，是一个采集、
输入、存储、检索
与分析空间数据，并输出各种查询、分析结果的计算机系统，主要针对煤矿建设过程中对于工序信息、物料信息和组织人员信息的查询、管理和各种报表的管理与打印输出。

其中最重要的部分是进行项目进度的编排与控制，利用网络计划技术排定项目网络图，计算出网络时间参数，在此基础上对项目中的各种资源进行管理。

信息管理系统总体功能模块设计为四个功能模块，如图1。

图 1 系统功能设计图
Fig1. System function design drawing
系统用户管理模块用于管理系统用户信息；施工信息管理模块用于存储和管理施工管理
的基本信息（包括施工工序的名称、施工方法、持续时间以及对各种资源的需求等等），施工进度管理模块用于绘制施工网络计划图，计算网络时间参数，生成项目进度横道图，并且可以在网络图中对各工序详细信息进行查询和修改（如图2，图3）。

部门员工管理模块包括施工项目组织、部门信息管理和员工信息管理三块。

在项目管理中有效的项目组织很重要，该模块可以自己建立适合项目需求的组织机构，并且可以方便的管理部门信息和各部门的员工信息。

图 2 横道图Fig2. Bar chart
图 3 网络图
Fig3. Network Diagram
2.3 系统数据分析及处理流程
2.3.1 业务流程分析本系统的数据处理流程如
图4。

图 4 业务流程图
Fig4. Business process diagrams
施工单位通过WBS 任务分解，将项目划分为每个具体的施工工序。

每个施工工序的信息包括计划开始时间，计划完工时间，施工方法，施工单位或招投标方式，需要的个种资源等等，同时在项目立项以后必然会有项目管理组织机构。

在本系统中可以创建部门并且编辑部门的员工信息，并在项目过程中根据需要随时调整。

对人力资源进行科学的管理。

在确定施工组织和施工工序信息后，就可以进行施工计划的排定，利用三点法计算各单项工作持续时间的期望和方差，利用网络计划技术计算网络时间参数，最后进施工管理，管理者可以通过网络图和横道图清晰方便的观察各施工的工序的情况，并且即时把握施工进度情况，对施工过程进行监控，出现问题即时调整。

2.3.2 网络参数计算本系统中最重要的一个环节是施工进度管理模块。

矿井建设施工进度计
划编制常采用的
方法有关键日期法，横道图（又称甘特图）法，网络计划技术，前锋线比较法，列表法等等，其中最常用的是网络计划技术[11]。

本系统对于煤矿进度的管理就是采用PERT 技术。

在PERT 网络计划中，各项工作的持续时间均以一个期望值t
e 来表示的，这样将不确定
网络转化为确定型网络，按照CPM 网络计划计算时间参数的方法进行计算，找出工程项目的关键路线。

求解关键路线的指导思想：首先计算各节点的最早、最晚时间，并通过结果计算各工作的时间参数，然后计算各工作的总时差和自由时差，总时差和自由时差都为零的工作为关键路线上的工作。

计算流程图如图5。

T
图 5 网络参数计算流程
Fig5. Network parameter calculation process
其中各时间参数的计算参照公示如下：
（1）工序的最早开始时间指一项工序在紧前工序逻辑关系和资源、成本约束条件下， 有可能开始的最早时间。

计算公式为：
ES
max { ES } T i - j = T h -i + D h -i
T ES D 式中： h -i ——工序 i-j 的紧前工序 h-i 的最早开始时间； h -i ——工序 i-j 的紧前工序
h-i 的持续时间。

（2）工序的最早完成时间指在工序最早开始的条件下有可能完成的最早时刻。

它是该 工序的最早开始时间与该工序的持续时间之和。

计算公式为：
EF ES
T i - j = T i - j + D i - j
（3）网络计划的工期及可求得网络计划的“计算工期” T
C ，其公式为： T = max {T i -n +
D i -n } = max {T i -n } ES EF C
i i
ES
式中： i -n ——网络结束工序 i-n （终止节点 j=n ）为最早开始时间。

有了计划工期，还需要视不同情况分别确定网络“计划工期”。

当事先并未对计划规定要
T = T - D F = T - T - D F = T - T - D 求工期时，计划取其计算工期，即 T P = T C ；当某个计划有“要求工期”时，计划工期应按 T P ≤ T r （ T r 是网络计划的要求工期）确定。

（4）工序的最迟完成时间指某项工序在不影响任务按期完成并满足计划的各种约束条 件下，必须完成的最迟时刻。

LF LF 网络计划结束工序 i-n 的最迟完成时间
T i -n 按网络工期 T P 确定，即T i -n = T P 。

其它工序 i-j 的最迟完成时间是其紧后工序最迟完成时间与该紧后工序的持续时间之差的最小值，即 LF min { LF } T i - j = k T i -k - D i - j
（5）工序的最迟开始时间指工序按最迟完成的条件下必须开始时间，其计算公式：
LS LS i - j i - j i - j
（6）工序的总时差指在不影响工期的前提下，一项工序所拥有的机动时间的极限值。

一项工序的活动范围受其紧前工序的影响，它的极限活动范围是从其最早开始时间到最迟完 成时间这段时间中，扣除本身作业所占用的时间之后的剩余差值。

总时差的计算公式为：
T LF ES i - j i - j i - j i
- j
（7）工序的自由时差是总时差的一部分，指某项工序在不影响紧后工序最早开始的前 提下，可以机动灵活使用的时间，其值等于工序最早开始时间与其紧后工序的最早开始时间 这段极限活动范围，扣除工序本身的持续时间的剩余差值，即
F ES ES i - j j -k i - j i
- j
由于自由时差是总时差的一部分，某工序的自由时差值必小于或等于该工序的总时差 值。

当总时差为零时，自由时差必为零。

有时候某项工序虽然有总时差却没有自由时差，因 此，该工序推迟一天开始或者推迟一天完成，虽不影响计划工期，但将影响紧后工序的最早 开始时间。

总时差和自由时差都为 0 的工序为关键工序，工程项目工期是 PERT 网络计划关键线路 上各关键工序期望持续时间的总和，即：
T e = ∑(t e ) = t e 1 + t e 2 + t e 3 + L + t en
工程项目工期的方差也是关键路线上各关键工序的方差和，即： S e = ∑(σ e ) = σ e 1 + σ e 2 + σ e 3 + + σ e n 2 2 2 2 2
若 PERT 网络计划存在多条关键路线，工期期望值相等而方差不等时，工期的方差应取 各关键线路方差的最大值。

[5][6][11]
3 小结
本文研究的煤矿施工管理信息系统立足于煤矿施工环境的特点，利用信息管理系统对施 工信息进行管理，用网络计划技术对施工进度计划进行编制和调整，计算时间参数和关键路 径，为管理决策提供有利保障。

PMIS 是一项科学的施工管理思想、方法和手段， 它的应用不仅是一个技术问题， 还 涉及到项目管理体制和同项目有关的单位、 个人等多方面的因素。

因此管理信息系统在施
工中的应用，企业重视是关键，外部提供良好环境和加强引导是企业提高应用水平的有效途径。

参考文献
[1] 杰克·R·梅瑞狄斯，小塞缪尔·J·曼特尔.项目管理：管理新视角（第六版）. 北京：电子工业工业出版社，2006
[2] 齐东海,宋向群.工程项目进度管理.大连理工大学出版社.2001 年6 月:27
[3] 王佰顺,王广湖. 论煤矿管理信息系统的建设与开发[J]. 中国煤炭, 2000,(11) .
[4] Jeffrey K.Pinto.Project management: achieving competitive advantage. Beijing:China Machine Press，2007 [5] 刘志红.施工项目进度控制原理.同煤科技，2007（3）
[6] 薛华成.管理信息系统(第三版).北京：清华大学出版社.1999
[7] 郭常常.工程管理信息系统在项目管理中的应用.建筑与装饰，2007 年8 月下旬刊
[8] 文广超,邓寅生,余永强,张俊. 煤矿信息管理系统的设计与实现[J]. 矿业研究与开发, 2008,(03) . [9]
王磊,朱明. 基于C/S 模式的某煤矿动态档案管理信息系统[J]. 西部探矿工程, 2006,(12) .
[10] 朱庆春,余志伟,汪欣,段德亮,赵俊生.大阳煤矿综合管理信息系统的设计[J]. 中国西部科技(学术), 2007,(14) .
[11] 尤孩明，王祖和.工期控制.煤炭工业出版社.1994(3)
Mine Construction Project Management Information
System Research and Design
Li Dai, Lu Yangjie
School of Mining, CUMT, Jiangsu Xuzhou (221116)
Abstract
In recent years, with the ever-expanding scale of coal mine construction, requirements are getting higher and higher for the informatization and scientization of mine construction project management. By analyzing the features of mine construction project information management, combined with Huang Yu-chuan coal mine construction project in Inner Mongolia, this article designed a management information systems centered on the management of project schedule, and it also discussed the application of project information management in coal mine construction.
Keywords: MIS; PERT; Project Management; PMIS。