珠江三角洲水資源配置工程智慧工地信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉智超，蘇兆景

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635)

1 項(xiàng)目背景

珠江三角洲水資源配置工程由輸水干線(鯉魚洲取水口至羅田水庫)、深圳分干線(羅田水庫至公明水庫)、東莞分干線(羅田水庫至松木山水庫)和南沙支線(高新沙水庫至黃閣水廠)組成，輸水線路總長度113.2km。本工程從珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)西部的西江水系向東引水至珠江三角洲東部，主要供水目標(biāo)是廣州市南沙區(qū)、深圳市和東莞市的缺水地區(qū)。實(shí)施該工程可有效解決受水區(qū)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的缺水矛盾，改變廣州市南沙區(qū)從北江下游沙灣水道取水及深圳市、東莞市從東江取水的單一供水格局，提高供水安全性和應(yīng)急備用保障能力，適當(dāng)改善東江下游河道枯水期生態(tài)環(huán)境流量，對維護(hù)廣州市南沙區(qū)、深圳及東莞市供水安全和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

2 智慧工地信息化建設(shè)范圍

珠江三角洲水資源配置工程智慧工地信息化建設(shè)范圍如下：

2.1 數(shù)字工地建設(shè)

具體的建設(shè)內(nèi)容主要有智慧工地總覽(三維全景電子沙盤)、人員定位、施工器械監(jiān)測、拌合站監(jiān)測、門禁管理、視頻安防、施工用電監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、水情監(jiān)測、污水處理監(jiān)測、車輛進(jìn)出管理、運(yùn)輸車輛監(jiān)測管理等內(nèi)容[1]。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境建設(shè)

具體的建設(shè)內(nèi)容主要有智慧工地通信網(wǎng)絡(luò)(對外通信、語音通信、應(yīng)急通訊保障)、智慧工地辦公網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)器配置、視頻會商、機(jī)房設(shè)施。

2.3 標(biāo)段監(jiān)控分中心建設(shè)

具體的建設(shè)內(nèi)容主要有大屏幕，以及配套設(shè)施和相關(guān)軟件等。

2.4 營地指揮部建設(shè)

具體的建設(shè)內(nèi)容主要有大屏幕，以及配套設(shè)施等。

2.5 智慧工程管理信息系統(tǒng)集成

具體的建設(shè)內(nèi)容主要有集成數(shù)據(jù)交換接入、視頻交換接入等。

3 智慧工地信息化整體架構(gòu)

智慧工地信息化建設(shè)架構(gòu)分為數(shù)字工地、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、標(biāo)段監(jiān)控分中心、。營地指揮部及智慧工程管理信息系統(tǒng)集成。

1)數(shù)字工地的建設(shè)需要在每個工區(qū)配備實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場管理、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)輸監(jiān)測、視頻安防等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，包括人員定位、門禁管理、視頻監(jiān)控、施工器械監(jiān)測、拌合站監(jiān)測、施工用電監(jiān)測、車輛進(jìn)出管理、運(yùn)輸車輛監(jiān)測管理、環(huán)境監(jiān)測、水情監(jiān)測、污水處理監(jiān)測等業(yè)務(wù)應(yīng)用，同時(shí)需要在標(biāo)段監(jiān)控分中心配置三維全景電子沙盤[2-4]。

2)智慧監(jiān)管建設(shè)需要在監(jiān)控分中心所在工區(qū)配備視頻會商、應(yīng)急通訊、標(biāo)段監(jiān)控分中心等系統(tǒng)。標(biāo)段監(jiān)控分中心需要將業(yè)主提供的智慧工程管理系統(tǒng)平臺中本標(biāo)段業(yè)務(wù)以及自建需求業(yè)務(wù)集中監(jiān)控，并按照業(yè)主要求安排人員24h值班。

3)智慧監(jiān)管建設(shè)需要在營地指揮部配備LED屏幕及音視頻設(shè)備。

3.1 數(shù)字工地建設(shè)

根據(jù)人、機(jī)、料、法、環(huán)五大重點(diǎn)，同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)字工地的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場的實(shí)時(shí)化監(jiān)管。

數(shù)字工地的建設(shè)內(nèi)容由現(xiàn)場的區(qū)域施工環(huán)境和施工對象來確定，根據(jù)各標(biāo)段建設(shè)內(nèi)容來設(shè)置工區(qū)(含生活區(qū))，每個工區(qū)均設(shè)置有人員定位系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、施工器械監(jiān)測、施工用電監(jiān)測系統(tǒng)、視頻安防系統(tǒng)、車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)、運(yùn)輸車輛管理系統(tǒng)、水情監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、污水處理監(jiān)測等內(nèi)容，并在相應(yīng)工區(qū)設(shè)置拌合站監(jiān)測內(nèi)容[5-6]。

為實(shí)現(xiàn)智慧工地建設(shè)，需建設(shè)數(shù)字工地，因?yàn)閿?shù)字工地是工地建設(shè)、管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，不可或缺。

3.1.1 智慧工地總覽(三維全景電子沙盤)

在標(biāo)段監(jiān)控分中心建設(shè)三維全景電子沙盤，根據(jù)現(xiàn)場情況，通過BIM、傾斜攝影、VR等手段，制作對應(yīng)標(biāo)段的三維全景電子模型，應(yīng)實(shí)現(xiàn)整體面貌展示、三維線路預(yù)覽、關(guān)鍵數(shù)據(jù)展示、施工資源統(tǒng)計(jì)等功能。

1)面向工程管理的三維電子沙盤構(gòu)建：

基于現(xiàn)有的BIM+GIS平臺，結(jié)合BIM+GIS平臺中已有的矢量(主要是區(qū)劃、交通、路網(wǎng)、水系等數(shù)據(jù))、柵格數(shù)據(jù)(影像、地形數(shù)據(jù))，將項(xiàng)目收集、建立的包括傾斜攝影、720影像、施工各階段BIM模型發(fā)布到BIM+GIS平臺，通過BIM+GIS平臺提供的工具和開發(fā)接口，結(jié)合項(xiàng)目工程數(shù)據(jù)庫及現(xiàn)場采集的監(jiān)測、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，建立面向工程應(yīng)用的電子沙盤，用于工程項(xiàng)目管理管控，如：質(zhì)量、安全、進(jìn)度、資金和設(shè)備管理等。

2)面向可視化場景應(yīng)用的三維電子沙盤構(gòu)建：

制作用于沉浸式體驗(yàn)的三維電子沙盤，具備交互功能，易于操作，能展示項(xiàng)目建設(shè)過程和建成后的實(shí)際效果，展示建設(shè)過程中的工程全貌，重點(diǎn)細(xì)節(jié)以及關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)。

3.1.2 視頻安防

在施工區(qū)域布置高清紅外球機(jī)、高清紅外槍機(jī)、人臉識別攝像機(jī)；在施工高點(diǎn)布置高清全景270°拼接攝像機(jī)；在重要區(qū)域布置高清紅外球機(jī)、高清紅外槍機(jī)、人臉識別攝像機(jī)；在標(biāo)段監(jiān)控分中心布置網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、監(jiān)控硬盤、網(wǎng)絡(luò)鍵盤、監(jiān)視器、視頻監(jiān)控軟件。

主要功能包括實(shí)時(shí)視頻播放及錄像、云臺控制、錄像回放、人臉抓拍、違規(guī)行為判斷(含區(qū)域入侵檢測、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、安全帽識別)、視頻智能運(yùn)維、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測，同時(shí)視頻存儲時(shí)長≥3個月。

3.1.3 運(yùn)輸車輛監(jiān)測管理

對砂石料、混凝土以及渣土進(jìn)行運(yùn)輸?shù)能囕v實(shí)現(xiàn)監(jiān)測管理，主要設(shè)備包括車載主機(jī)、通訊模塊、高清攝像機(jī)、顯示設(shè)備、存儲設(shè)備、麥克風(fēng)、報(bào)警裝置、防護(hù)機(jī)箱等。

主要功能包括視頻采集、車輛位置采集、數(shù)據(jù)備份、行駛記錄、語音調(diào)度、數(shù)據(jù)通信。

3.1.4 人員定位

對施工區(qū)域的施工人員進(jìn)行定位，主要設(shè)備包括定位標(biāo)簽、發(fā)卡器、定位軟件、通信基站。

主要功能包括人員定位、區(qū)域監(jiān)控、人員定位查詢、突發(fā)情況的緊急報(bào)警、低電量報(bào)警。

3.1.5 門禁管理

在工區(qū)入口設(shè)置門禁設(shè)備，主要設(shè)備包括人臉道閘、發(fā)卡器、標(biāo)簽卡、顯示屏、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、訪客機(jī)、管理軟件。

在施工區(qū)域入口設(shè)置門禁設(shè)備，主要設(shè)備包括人臉道閘、顯示屏。

主要功能包括人員進(jìn)出管理、人員考勤管理、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、訪客管理、語音播報(bào)、信息顯示、緊急開閘、遠(yuǎn)程發(fā)布及管理。

3.1.6 環(huán)境量監(jiān)測

監(jiān)測的內(nèi)容有空氣質(zhì)量、氣象、噪音等，主要設(shè)備包括揚(yáng)塵實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備(PM2.5、PM10)、氣象監(jiān)控設(shè)備、噪聲采集設(shè)備、錄音采集設(shè)備、報(bào)警及軟件系統(tǒng)。

主要功能包括顯示空氣質(zhì)量(PM2.5/PM10)、顯示氣象參數(shù)(溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、雨量)、支持治理設(shè)備接入(噴淋、霧炮)、現(xiàn)場噪聲監(jiān)測和判斷、噪聲及揚(yáng)塵超標(biāo)現(xiàn)場輸出功能。

3.1.7 車輛進(jìn)出管理

車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)的主要設(shè)備包括一體化抓拍相機(jī)、顯示屏、道閘、LED補(bǔ)光燈、數(shù)字車輛檢測器、出入口相機(jī)立桿、地感線圈等。

主要功能包括自動識別、智能控制、視頻抓拍、報(bào)警提示、無卡(外來)車輛監(jiān)管、工程車輛出入場流程。

3.1.8 施工器械監(jiān)測

施工器械等現(xiàn)場設(shè)備支持 Modbus TCP、OPC UA 等工業(yè)通訊協(xié)議，或支持 HTTP 協(xié)議，接入工區(qū)自建的網(wǎng)絡(luò)、或自帶通信傳輸設(shè)備，將信息傳送到各工區(qū)。

配置相應(yīng)的軟件，主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

3.1.9 施工用電監(jiān)測

施工用電監(jiān)測系統(tǒng)的主要設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備、交流電量監(jiān)測模塊、聲光報(bào)警器。

可實(shí)現(xiàn)低壓二級配電柜出線交流電路中的電壓、電流、功率數(shù)據(jù)的監(jiān)測及存儲，并根據(jù)需求查詢和展示相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.1.10 拌合站監(jiān)測

拌合站現(xiàn)場設(shè)備須支持 Modbus TCP、OPC UA 等工業(yè)通訊協(xié)議，或支持 HTTP 協(xié)議，接入工區(qū)自建的網(wǎng)絡(luò)、或自帶通信傳輸設(shè)備，將信息傳送到各工區(qū)。

配置相應(yīng)的軟件，主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

3.1.11 水情監(jiān)測

監(jiān)測的內(nèi)容為水位監(jiān)測，主要設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集終端(RTU)、太陽能供電設(shè)備、雷達(dá)式水位計(jì)、采集及管理軟件。

主要功能包括監(jiān)測水位數(shù)值并定時(shí)上報(bào)；當(dāng)水位數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(過高或者過低)，進(jìn)行上報(bào)并報(bào)警。

3.1.12 污水處理監(jiān)測

污水處理設(shè)備須支持 Modbus TCP、OPC UA 等工業(yè)通訊協(xié)議，或支持 HTTP 協(xié)議，接入工區(qū)自建的網(wǎng)絡(luò)、或自帶通信傳輸設(shè)備，將信息傳送各工區(qū)。

配置相應(yīng)的軟件，主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境建設(shè)

智慧工地系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境建設(shè)應(yīng)從布線、安裝、供電、維護(hù)等方面提高集成度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和集成化?？刹捎镁C合無線自組網(wǎng)與定位基站，具備移動音視頻通話、移動視頻監(jiān)控、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和隧洞應(yīng)急通信和搶險(xiǎn)救援通信功能，可快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，一機(jī)多能、一網(wǎng)多用，集無線自組網(wǎng)+定位+物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測于一體，同時(shí)滿足應(yīng)急通信需求。

3.2.1 智慧工地通信網(wǎng)絡(luò)

1)對外通信：

為實(shí)現(xiàn)各工區(qū)與標(biāo)段監(jiān)控分中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，各工區(qū)需搭建專用線路，具體要求如下：①專線類型：企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專線、裸纖等，帶固定外網(wǎng)IP地址；②專線帶寬：上下行對等，帶寬≥100M。

為了保障智慧工地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，各工區(qū)的辦公網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)段監(jiān)控中心之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)必須分開。

2)語音通信：

在每個工區(qū)設(shè)置語音通信系統(tǒng)。在標(biāo)段監(jiān)控分中心設(shè)置程控交換機(jī)，滿足整個標(biāo)段的總?cè)萘啃枨蟆?/p>

各工區(qū)設(shè)置一定數(shù)量的模擬話機(jī)。模擬話機(jī)通過語音網(wǎng)關(guān)接入程控交換機(jī)。

語音通信系統(tǒng)的程控交換機(jī)與當(dāng)?shù)赝ㄐ胚\(yùn)營商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，滿足工地對外通信需要。

3)應(yīng)急通信：

配備應(yīng)急通信衛(wèi)星電話，作為應(yīng)急備用。

3.2.2 智慧工地辦公網(wǎng)絡(luò)

在各工區(qū)配置智慧工地辦公網(wǎng)絡(luò)，配置交換機(jī)和無線AP，為工區(qū)的管理區(qū)和施工區(qū)提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。配置路由器接入互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)安全則通過配置防火墻來實(shí)現(xiàn)。

主要設(shè)備包括交換機(jī)、無線AP、無線控制器、路由器、網(wǎng)管系統(tǒng)。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備

配置防火墻、上網(wǎng)行為管理等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，為各工區(qū)提供可靠的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，同時(shí)需滿足各工區(qū)日常與標(biāo)段監(jiān)控分中心通信的需求。

3.2.4 服務(wù)器配置

各工區(qū)按需配置服務(wù)器，部署需要的操作系統(tǒng)和智慧工地管理系統(tǒng)。

根據(jù)監(jiān)控室日常工作的需要，工區(qū)及標(biāo)段監(jiān)控分中心需配置工作站，部署對應(yīng)的操作系統(tǒng)和軟件，用于日常辦公和值班。

主要軟硬件包括服務(wù)器、工作站、數(shù)據(jù)庫管理軟件、操作系統(tǒng)。

3.2.5 機(jī)房設(shè)施

每個工區(qū)和標(biāo)段監(jiān)控分中心需建設(shè)面積≥20m2的監(jiān)控室，配置服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)等設(shè)備。

為保障服務(wù)器有良好的工作環(huán)境，需配備機(jī)柜來放置服務(wù)器。

為了保障服務(wù)器的穩(wěn)定供電需求，配備UPS電源，供電時(shí)長≥3h。

3.3 標(biāo)段監(jiān)控分中心建設(shè)

1)功能要求：

在標(biāo)段監(jiān)控分中心設(shè)置一間≥100m2的監(jiān)控值班室，配置大屏幕、音頻設(shè)備、監(jiān)控工作站等。

標(biāo)段監(jiān)控分中心應(yīng)滿足標(biāo)段各工區(qū)信息的集中展示、24h值班及應(yīng)急工作處理等功能需求。

2)設(shè)備配置要求：

主要軟硬件包括機(jī)柜、UPS電源。

3)配套環(huán)境要求：

為滿足智慧工地管理信息平臺的日常運(yùn)行監(jiān)控，系統(tǒng)日常問題處理，以及與智慧工程管理信息平臺全線管理平臺的集成對接等工作。標(biāo)段監(jiān)控分中心的照明、網(wǎng)絡(luò)、供電、音響設(shè)備需滿足相關(guān)技術(shù)要求，其余空調(diào)設(shè)備、監(jiān)控臺桌椅、裝修等，需滿足進(jìn)行監(jiān)控工作的基本要求。

4)邊緣服務(wù)器要求：

由于各工區(qū)的復(fù)雜程度不同，可能會有不同程度的壓力，為保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，在標(biāo)段監(jiān)控分中心的機(jī)房內(nèi)配置邊緣服務(wù)器(含操作系統(tǒng))，負(fù)責(zé)采集并上傳各工區(qū)的數(shù)據(jù)、同時(shí)還負(fù)責(zé)與工程安全監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)及視頻的傳輸。

主要軟硬件包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫管理軟件、操作系統(tǒng)。

5)視頻會商要求：

為保障各單位之間的交流，在標(biāo)段監(jiān)控分中心配置視頻會商設(shè)備。

3.4 營地指揮部建設(shè)

在營地指揮部設(shè)置一間≥100m2的監(jiān)控值班室，配置大屏幕、音視頻設(shè)備、監(jiān)控工作站等。

主要軟硬件包括機(jī)柜、UPS系統(tǒng)。

3.5 智慧工程管理信息系統(tǒng)集成

智慧工地將數(shù)據(jù)、視頻等按要求與智慧工程管理信息平臺交換數(shù)據(jù)。智慧工程管理信息平臺將接收到的數(shù)據(jù)、視頻等信息進(jìn)行統(tǒng)一歸集、處理、分析后，將以服務(wù)的形式，提供給智慧工地使用，智慧工地按照要求對服務(wù)進(jìn)行結(jié)合性使用，例如標(biāo)段監(jiān)控分中心安排人員24h值班、安全、質(zhì)量和進(jìn)度管理按要求填報(bào)等，以滿足對智慧工地的管理要求。

1)智慧工程管理信息平臺集成接入配合：

按智慧工程管理信息平臺要求提供部署環(huán)境，配合智慧工程管理信息平臺建設(shè)做好接入的初始化、聯(lián)調(diào)，保障運(yùn)行穩(wěn)定等工作。

在標(biāo)段前置數(shù)據(jù)交換服務(wù)器部署數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并上報(bào)給智慧工程管理信息平臺。

2)標(biāo)段內(nèi)各工區(qū)數(shù)據(jù)采集、視頻采集集成：

標(biāo)段內(nèi)各工區(qū)數(shù)據(jù)及視頻，按照相關(guān)的接入要求，分別接入到智慧工程管理信息平臺。

4 總 結(jié)

智慧工地信息化建設(shè)是珠三角智慧水利工程建設(shè)不可或缺的一部分，為工程全線的智慧監(jiān)管提供的基礎(chǔ)信息和管理平臺。通過智慧工地信息化的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)各標(biāo)段設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各方面的數(shù)據(jù)支撐及管理，提高施工期的運(yùn)行管理水平，更好的保證工程高效有序推進(jìn)。