鐵路四電工程智慧工地的研究與應(yīng)用

劉維生 馮茂森

(中鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司 湖北武漢 430074)

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人們對鐵路行業(yè)運(yùn)輸速度要求也越來越高。同時(shí)，頻繁發(fā)生的工地安全事故，頻出的施工質(zhì)量問題也引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。蒙華鐵路是中國最大的煤炭運(yùn)輸線(蒙西到華中煤運(yùn)鐵路)，北起內(nèi)蒙古浩勒報(bào)吉南站，終點(diǎn)到達(dá)江西省吉安市[1]，線路總長度為1 815 km。施工線路長，專業(yè)多，接口復(fù)雜，工點(diǎn)不固定，施工管理難度大，信息的收集傳遞不及時(shí)，安全質(zhì)量監(jiān)管難度大等問題突出，如何對施工現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)管，促進(jìn)工地現(xiàn)場安全施工[2]、綠色施工、智能施工是各級(jí)部門亟待解決的問題。

2 四電項(xiàng)目信息化建設(shè)的必要性、可行性

2.1 項(xiàng)目建設(shè)必要性

(1)智慧工地建設(shè)將成為各級(jí)管理者最重要的監(jiān)管手段。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，2018年全國重點(diǎn)鐵路項(xiàng)目數(shù)量22個(gè)，中小型鐵路項(xiàng)目不計(jì)其數(shù)，而每個(gè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)，都會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。鐵路電氣化行業(yè)，所處環(huán)境惡劣、人員十分復(fù)雜、項(xiàng)目管理難度極大。對于管理人員來說，一套有效的智慧工地監(jiān)管系統(tǒng)是非常有必要的[3]。使用智慧工地的試點(diǎn)項(xiàng)目比未試點(diǎn)的項(xiàng)目具有更大程度的風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)，安全事故的發(fā)生率也大大降低。

(2)智慧工地的建設(shè)極大地促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展。

一方面，信息化為傳統(tǒng)的施工轉(zhuǎn)型注入了新的活力[4]，并推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)形式向更加創(chuàng)新和科學(xué)的新數(shù)字化方向發(fā)展；另一方面，信息化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，它能不斷提高產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；在管理方面，信息化為改善項(xiàng)目管理，確保當(dāng)前施工建設(shè)的安全，優(yōu)化資源配置和促進(jìn)機(jī)制轉(zhuǎn)換提供了新的手段。

(3)智慧工地建設(shè)可以有效促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

智慧工地基于項(xiàng)目服務(wù)，將互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)與鐵路項(xiàng)目管理無縫連接，以解決項(xiàng)目管理問題；為鐵路項(xiàng)目的整個(gè)周期提供專業(yè)和智能的解決方案，并促進(jìn)鐵路行業(yè)的現(xiàn)代化，從而極大地提升整個(gè)鐵路行業(yè)的發(fā)展水平。

綜上所述，智慧工地的研究與建設(shè)是非常緊迫和必要的。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)可行性

根據(jù)需求分析，“智慧工地”圍繞施工現(xiàn)場作業(yè)管理，實(shí)現(xiàn)對“人機(jī)料法環(huán)”各生產(chǎn)要素?cái)?shù)據(jù)的有效采集，在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，解決一線作業(yè)層工作需求，打破傳統(tǒng)管理系統(tǒng)通過填報(bào)實(shí)現(xiàn)管理要求，減少一線人員大量的重復(fù)勞動(dòng)，提升數(shù)據(jù)采集真實(shí)性，通過碎片化業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，產(chǎn)生作業(yè)數(shù)據(jù)，利用底層數(shù)據(jù)庫和智慧工地平臺(tái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間的有效互聯(lián)互通，深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，進(jìn)而推進(jìn)項(xiàng)目管理智慧化、數(shù)據(jù)化。形成一個(gè)以項(xiàng)目為載體、以成本為核心、以進(jìn)度為主線，以質(zhì)量安全為目標(biāo)的生產(chǎn)經(jīng)營智慧工地系統(tǒng)。

3 四電智慧工地平臺(tái)的研究

基于蒙華鐵路四電建設(shè)，研究的“智慧工地”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工地管理可視化[5]，通過安裝在施工作業(yè)現(xiàn)場的各類傳感裝置，構(gòu)建智能的監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)控方法和技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)對人員、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，變被動(dòng)“監(jiān)督”為主動(dòng)“監(jiān)控”[6]；同時(shí)，還將引入安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的新理念，真正體現(xiàn)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針[7]。

3.1 系統(tǒng)功能介紹

“智慧工地”一體化平臺(tái)功能圖如圖1所示。

圖1 智慧工地一體化平臺(tái)功能

3.2 技術(shù)架構(gòu)

智慧工地平臺(tái)緊跟時(shí)代步伐，有效結(jié)合目前市場上最新進(jìn)的技術(shù)，比如物聯(lián)網(wǎng)、AI等，作為平臺(tái)底層技術(shù)架構(gòu)，技術(shù)構(gòu)架圖如圖2所示；先進(jìn)的技術(shù)真正用于日常項(xiàng)目管理中，例如質(zhì)量和安全檢查、技術(shù)交底、物料跟蹤等；在業(yè)務(wù)應(yīng)用場景之后，可以生成海量數(shù)據(jù)，并且該平臺(tái)支持?jǐn)?shù)據(jù)倉庫的建立，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、清理和分析[8]；把有效數(shù)據(jù)篩選出來支撐領(lǐng)導(dǎo)決策，制定戰(zhàn)略規(guī)劃。

圖2 智慧工地一體化平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

4 智慧工地平臺(tái)的子系統(tǒng)功能介紹

智慧工地一體化平臺(tái)包含7個(gè)子系統(tǒng)功能，涵蓋了項(xiàng)目施工全部流程。

4.1 勞務(wù)現(xiàn)場管理系統(tǒng)

現(xiàn)場勞動(dòng)管理系統(tǒng)是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集成各種類型的智能終端設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場勞動(dòng)者有效管理的綜合信息系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)基于管理、業(yè)務(wù)的分類和統(tǒng)計(jì)分析等，以提高項(xiàng)目的現(xiàn)場勞動(dòng)管理能力，協(xié)助提高政府對勞動(dòng)就業(yè)的監(jiān)管效率，并確保勞動(dòng)者和企業(yè)的利益[9]。

4.2 工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是一個(gè)綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)及移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)技術(shù)對工程施工材料計(jì)算、全過程動(dòng)態(tài)跟蹤與管控的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。將設(shè)計(jì)文件數(shù)據(jù)化，自動(dòng)將工程數(shù)據(jù)加工形成工、料、機(jī)需求計(jì)劃，指導(dǎo)后續(xù)施工安排。其中包括審圖定測、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)匯總、變更管理、材料匯總、需用管理、限額管理等，簡化項(xiàng)目部工作流程，過程留痕可追溯，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的精細(xì)化和數(shù)據(jù)化。

4.3 物資管控系統(tǒng)

現(xiàn)場物料追蹤(物料掌中寶)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場物資成本、質(zhì)量的全流程管控；運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)給供應(yīng)商發(fā)送訂單、供應(yīng)商供貨、收料、發(fā)料、庫房盤點(diǎn)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)替代，提升現(xiàn)場效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)精確、實(shí)時(shí)的采集；運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商對賬環(huán)節(jié)、現(xiàn)場庫房的管控；二維碼作為載體，一次打印數(shù)據(jù)自動(dòng)、實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)了材料質(zhì)量全流程的追溯。

4.4 作業(yè)班組管理系統(tǒng)

作業(yè)班組在施工安裝過程中通過對材料等設(shè)備的現(xiàn)場掃碼確認(rèn)等操作，將作業(yè)人員、材料設(shè)備等信息及施工安裝過程信息與相應(yīng)的工程實(shí)體進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)以工程實(shí)體為架構(gòu)的工程各項(xiàng)組成要素?cái)?shù)據(jù)信息及施工過程數(shù)據(jù)信息的采集、關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，為項(xiàng)目工程建設(shè)質(zhì)量全過程管理提供了作業(yè)人員、材料設(shè)備及施工安裝過程均可系統(tǒng)追溯的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.5 安全管理系統(tǒng)

智慧工地安全管理系統(tǒng)為企業(yè)建立風(fēng)險(xiǎn)管理和隱患控制雙系統(tǒng)安全管理控制平臺(tái)。采用“云大物移智”的先進(jìn)技術(shù)，從用戶角度設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)、易用、易推廣。鞏固企業(yè)的管控流程，實(shí)現(xiàn)流程可以預(yù)警，可以對結(jié)果進(jìn)行分析，以確保管理體系落實(shí)實(shí)施。最終達(dá)到安全“零”事故的目標(biāo)。

4.6 質(zhì)量管理系統(tǒng)

質(zhì)檢員利用手機(jī)APP內(nèi)的質(zhì)量巡檢系統(tǒng)快速記錄現(xiàn)場問題，軟件自動(dòng)將信息推送至責(zé)任人進(jìn)行整改[10]、回復(fù)，形成問題閉環(huán)。后期隨時(shí)可以進(jìn)行問題查看，一鍵生成整改單等，提升效率。質(zhì)量檢查過程中留存的影像自動(dòng)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)倉庫，將為公司積累數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為下一步機(jī)器學(xué)習(xí)、視頻智能判別打下基礎(chǔ)。

4.7 可視化監(jiān)控系統(tǒng)

智慧工地一體化平臺(tái)集成了多個(gè)可視化監(jiān)控平臺(tái)，利用現(xiàn)場安裝的攝像頭實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。

5 四電工程智慧工地平臺(tái)的應(yīng)用

5.1 四電現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)可視化管理

智慧工地系統(tǒng)在勞務(wù)駐地和中心料庫安裝了人臉識(shí)別智能攝像頭，防止陌生人非法闖入，能實(shí)時(shí)看到現(xiàn)場情況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人臉考勤方式，對勞務(wù)人員的出勤情況更加精準(zhǔn)；現(xiàn)場安全人員佩戴執(zhí)法記錄儀，實(shí)時(shí)回傳工作畫面到平臺(tái)，平臺(tái)展現(xiàn)人員實(shí)時(shí)定位位置和監(jiān)控畫面，對現(xiàn)場安全情況進(jìn)行監(jiān)控，避免風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可通過作業(yè)班組系統(tǒng)掃碼采集現(xiàn)場的任務(wù)完成情況，分專業(yè)、分站和區(qū)間展示，形成各專業(yè)完成情況對比分析圖，清晰直觀，實(shí)現(xiàn)了真正的現(xiàn)場可視化管理。

5.2 四電物資提報(bào)實(shí)現(xiàn)信息化管理

四電工程物資提報(bào)工程量大、耗時(shí)長、工作量大、易出錯(cuò)。在以往項(xiàng)目中，物資提報(bào)需從施工藍(lán)圖上進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)，然而施工藍(lán)圖沒有給出全部的物資量，配套的物資均需在通用圖進(jìn)行查詢，這樣的物資提報(bào)工作耗時(shí)長、易出錯(cuò)，智慧工地?cái)?shù)據(jù)庫中包含了相關(guān)的通用圖數(shù)據(jù)，在物資提報(bào)頁面，我們只需輸入圖號(hào)及數(shù)量，即可直接得到所需配套物資數(shù)量并可直接導(dǎo)出word格式文件用于打印，極大地節(jié)省了物資提報(bào)人員反復(fù)查看通用圖、制作表格的時(shí)間；同時(shí)智慧工地手機(jī)app中，我們只需要輸入物資名稱，可快速查詢庫房庫存量情況，快速掌握庫存情況，及時(shí)提報(bào)需用計(jì)劃，采購物資，保證項(xiàng)目進(jìn)度按計(jì)劃開展。

5.3 四電施工中BIM建模的應(yīng)用

工程量的統(tǒng)計(jì):蒙華鐵路四電施工，使用BIM建模指導(dǎo)施工，模型創(chuàng)建完成后，通過解讀，能夠詳細(xì)分析出各施工階段各材料的工程量，如四電電纜、支柱等的工程量，避免了技術(shù)人員重復(fù)地統(tǒng)計(jì)、提報(bào)物資的工作[11]。

碰撞檢查:四電施工配電所電纜間電纜眾多，多時(shí)達(dá)到500余根，合理設(shè)置電纜敷設(shè)路徑可有效避免電纜浪費(fèi)以及保證成品的美觀，施工前，確認(rèn)完了電纜敷設(shè)方案及走線架的尺寸，我們利用BIM建模提前完成效果模型圖，在模擬圖中標(biāo)識(shí)各種電纜型號(hào)、走向及長度，利用其漫游功能，可以直觀地體現(xiàn)支架及電纜敷設(shè)的具體情況，施工時(shí)按照模型既定的電纜敷設(shè)路徑次序，仔細(xì)核對現(xiàn)場電纜走向，確定高低壓電纜敷設(shè)順序，以避免電纜交叉。

5.4 四電現(xiàn)場精準(zhǔn)定位

四電施工尤其牽引供電專業(yè)施工，鐵路DK里程尤為重要，智慧工地系統(tǒng)帶有GIS地圖，標(biāo)注蒙華鐵路各站點(diǎn)名稱和DK值，標(biāo)注項(xiàng)目部位置，標(biāo)注重點(diǎn)隧道或者橋梁位置，標(biāo)注變電所等位置，而在智能安全帽、執(zhí)法記錄儀、單兵設(shè)備均攜帶攝像頭，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，在GIS地圖上所處位置、DK里程一目了然。

6 結(jié)束語

信息化技術(shù)的推廣應(yīng)用，不僅提高了企業(yè)的整體形象，提高了工作效率、技術(shù)水平和安全水平，而且提高了企業(yè)的整體競爭力。同時(shí)，信息化也降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本和工作強(qiáng)度，從而保證工程質(zhì)量[12]。