智慧調(diào)度管理系統(tǒng)在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用

中圖分類號：U49文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)高速公路建設(shè)規(guī)模不斷擴大，建設(shè)水平也不斷提升，對項目管理、施工效率及工程質(zhì)量等提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的高速公路建設(shè)管理模式較為粗放，信息化程度較低，施工計劃下達、進度控制流程復(fù)雜，數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計繁瑣且易出錯，存在諸多問題及弊端[1-2]。如何加強施工現(xiàn)場管控，實現(xiàn)對項目全流程、全方位管理，是目前公路工程施工面臨的一大難題。

近年來，國家高度重視高速公路智慧化的建設(shè)與發(fā)展，相繼出臺相關(guān)政策，為高速公路智慧化建設(shè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境。隨著信息化技術(shù)的應(yīng)用，高速公路建設(shè)質(zhì)量穩(wěn)步提升，智能化管控水平不斷提高，智慧調(diào)度發(fā)揮著越來越重要的作用，在系統(tǒng)化建設(shè)、數(shù)據(jù)化集成、協(xié)同化管控等方面均有建樹。雖然我國高速公路智慧建設(shè)取得了一定成效，但整體發(fā)展水平仍有待提升，施工建設(shè)過程中仍存在信息孤島、數(shù)據(jù)共享無法實現(xiàn)、資源配置不合理、效率較低等問題，需進一步加強技術(shù)研發(fā)及成果應(yīng)用，提高智慧調(diào)度管理水平，促進高速公路智慧化、數(shù)智化建設(shè)。

智慧調(diào)度管理運用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息化模型（BuildingInformationModeling，BIM）、人工智能等新一代信息化技術(shù)，對項目進度、物資、質(zhì)量、安全等進行實時監(jiān)控及全過程管理，并進行數(shù)據(jù)集成、分析、優(yōu)化，以實現(xiàn)高速公路建設(shè)全過程的智能化、信息化、精細(xì)化管理，是一種全新的項目智能管理方式，旨在提升管理水平、提高施工效率、優(yōu)化資源配置、確保施工質(zhì)量[3-5]。

1 項目簡介

武漢至重慶高速公路（以下簡稱“武重高速”）武漢至漢川段二標(biāo)項目地處鄂東低山丘陵與江漢平原的過渡地帶，線路全長 21.684km ，橋梁占比約為80% ，包括特大橋3座，互通3處（分水互通、里潭互通、田二河樞紐互通），服務(wù)區(qū)1處（華嚴(yán)服務(wù)區(qū)），總合同工期為3年。全線樁基共2897根，預(yù)制箱梁6227片，路基土石方工程約203萬 m³ ，軟基處理約34.3萬 m² 。項目施工工期短、路線長、工程量大、涉及作業(yè)面廣，作業(yè)人員、機械設(shè)備眾多，管理難度大，施工任務(wù)重；沿線跨越多處省道、河流、房屋、高壓線等，施工組織困難；項目處于江漢平原腹地，地表水系發(fā)達，雨量充沛，年平均降水量1228mm，汛期及雨季長，且暴雨頻繁易發(fā)生洪澇，嚴(yán)重影響施工進度。

2智慧調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)思路

通過BIM技術(shù)創(chuàng)建建筑工程三維模型，并為模型提供完整的、與實際情況一致的信息庫，有利于實現(xiàn)對高速公路工程建設(shè)的動態(tài)管理，便于項目部及時了解工程建設(shè)基本情況，掌握施工現(xiàn)場具體內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳感器、攝像頭等設(shè)備實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能，對高速公路各施工工序信息的實時監(jiān)控，有效提高高速公路的管理效率和安全性。大數(shù)據(jù)技術(shù)分析則可對海量數(shù)據(jù)進行快速處理和分析，為高速公路的運營提供更精確的預(yù)測和決策支持，實現(xiàn)對建設(shè)資源的優(yōu)化配置，提高資源利用率。

針對武重高速施工特點，項目部以人、料、機、法、環(huán)五要素為管控重點，利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)建立全面感知、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理、互聯(lián)互通的管理方式，研發(fā)智慧調(diào)度管理系統(tǒng)，對施工全過程進行實時、動態(tài)、智能監(jiān)控。

（1）建立項目部管控中心，對項目概況、智慧調(diào)度、質(zhì)量安全、視頻監(jiān)控、BIM技術(shù)等進行實時展示。

（2）創(chuàng)建計劃協(xié)同模塊，根據(jù)工作分解結(jié)構(gòu)（WorkBreakdownStructure，WBS）及總計劃自動生成月度計劃，并進行任務(wù)下發(fā)、執(zhí)行及監(jiān)控。（3）創(chuàng)建統(tǒng)計分析模塊，對項目混凝土用量及強度進行監(jiān)控，并對下部結(jié)構(gòu)施工模板投人決策分析。（4）創(chuàng)建物資協(xié)同模塊，對物資清單、月度物資計劃等進行管控，便于物資供應(yīng)及核銷。（5）建立項目級電子檔案庫，對項目部重點資料進行管理，為項目竣工驗收提供支撐。

3武重高速智慧調(diào)度管理系統(tǒng)實踐應(yīng)用

3.1 項目部管控中心

項目部管控中心共分為項目總覽、智慧調(diào)度中心、質(zhì)安中心、視頻中心、BIM技術(shù)5大板塊，對項目總體施工情況及鋼筋加工廠、拌和站、預(yù)制梁場三大區(qū)域生產(chǎn)信息進行展示，各板塊數(shù)據(jù)通過與對應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接可實時更新和共享，有效解決了傳統(tǒng)項目信息更新不及時、無法及時掌握施工進度及信息孤島等問題，提高了項目信息化水平。

3.1.1 項目總覽

項目總覽（見圖1）對項目總體情況進行簡要介紹，并對總進度計劃、總產(chǎn)值、總預(yù)制箱梁數(shù)及橋梁各構(gòu)件的完成情況進行實時監(jiān)控、匯總，使項目施工進度一目了然，且可實時查看。

3.1.2 智慧調(diào)度中心

智慧調(diào)度中心（見圖2）統(tǒng)籌鋼筋加工廠、拌和站、預(yù)制梁場三大區(qū)域（以下簡稱三大區(qū)域）信息化建設(shè)，集成智慧信息和生產(chǎn)要素信息，對三大區(qū)域的生產(chǎn)情況進行實時展示。鋼筋加工廠展示原材料進場、生產(chǎn)、消耗、庫存等重點數(shù)據(jù)，拌和站關(guān)注當(dāng)日拌料、累計拌料、合格率、當(dāng)日生產(chǎn)盤數(shù)、累計生產(chǎn)盤數(shù)等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，梁場展現(xiàn)預(yù)制箱梁的全生產(chǎn)流程“計劃 $$ 生產(chǎn) $$ 存放 $$ 架設(shè)”各個階段梁片的數(shù)量和狀態(tài)信息。系統(tǒng)可對三大區(qū)域每日、月、季度、年的產(chǎn)能進行統(tǒng)計分析，并通過圖表直觀展示，為現(xiàn)場生產(chǎn)、項目決策提供數(shù)據(jù)支撐，有效提高管理效率，減少管理人員數(shù)量，節(jié)約施工成本。

3.1.3 質(zhì)安中心

質(zhì)安中心（見圖3）通過傳感技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)等在線采集施工設(shè)備的運行狀態(tài)信息，將數(shù)據(jù)傳輸至管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互與分析，出現(xiàn)故障時及時預(yù)警提示；對施工過程中工序質(zhì)量報驗及現(xiàn)場質(zhì)量、安全巡查發(fā)現(xiàn)的隱患問題數(shù)、整改數(shù)、閉合率等進行統(tǒng)計分析并直觀展示，可實時查看質(zhì)量、安全隱患及整改等相關(guān)信息，便于質(zhì)量安全全過程管控，提升監(jiān)管效率與效果。在廠區(qū)內(nèi)安裝AI攝像頭對施工區(qū)域進行監(jiān)控，通過AI視頻分析功能對視頻圖像中的人員違規(guī)行為進行分析，發(fā)現(xiàn)問題后及時通知相關(guān)責(zé)任人并進行語音提醒，降低安全事故的發(fā)生率。

3.1.4 視頻中心

視頻中心（見圖4）集視頻采集、傳輸、存儲、顯示、回放、抓拍等功能于一體，實時展示三大區(qū)域所有的視頻監(jiān)控，管理人員在辦公室即可實時查看施工現(xiàn)場情況，方便快捷，提高了項目安全保障、提升了應(yīng)急響應(yīng)能力，可為事前計劃提供參考、事中監(jiān)測提供監(jiān)督手段、事后回放提供溯源。

3.1.5 BIM技術(shù)

利用BIM技術(shù)（見圖5)建立項目主線施工模型，結(jié)合GIS技術(shù)構(gòu)建三維地理信息場景[，可以三維可視化動態(tài)交互方式進行全方位場景查看，且每個工程構(gòu)件關(guān)聯(lián)施工過程中產(chǎn)生的進度、質(zhì)量、工程量等過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了施工過程數(shù)據(jù)與模型的交互展示[7]，并將計劃進度與實際進度對比，使進度計劃管理更加直觀、具體。BIM技術(shù)集成了項目所有生產(chǎn)信息，使項目管理更加便捷，促進了可視化溝通與協(xié)同工作。

3.2 計劃協(xié)同

對項目的WBS進行在線管理，且嚴(yán)格按照工程管理標(biāo)準(zhǔn)進行結(jié)構(gòu)分解與編碼，WBS工作項類型分為單項工程、單位工程、分部工程、分項工程、工序等，按結(jié)構(gòu)分為樁基、系梁、承臺、墩柱、蓋梁、梁板等，各工作項設(shè)置對應(yīng)生產(chǎn)場站類型。根據(jù)項目實際施工情況編制總體施工計劃，將施工計劃引入智慧調(diào)度管理系統(tǒng)，與WBS工作項及BIM相關(guān)聯(lián)，并一一對應(yīng)，同時確定各施工部位對應(yīng)的加工場站和責(zé)任人，為后續(xù)生產(chǎn)計劃下達提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。WBS工作項支持設(shè)置前置任務(wù)，工期排程可自動根據(jù)前置任務(wù)計算開始時間、結(jié)束時間。同時，WBS工作項支持通過甘特圖模式查看工作項，施工計劃更清晰直觀。

總體計劃編制完成后，管理系統(tǒng)根據(jù)總體計劃以及實際施工情況拆分為月度計劃，自動推送月度生產(chǎn)計劃及物資需求計劃至三大區(qū)域，下達生產(chǎn)任務(wù)，形成計劃、物資智能管控與調(diào)度。對三大區(qū)域生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行集成分析，根據(jù)完成工程量的匯報更新計劃完成情況，同步更新至對應(yīng)BIM，實時顯示項目施工進度，并與計劃進行對比分析，為總體進度和關(guān)鍵路線進度管理提供可視化預(yù)警及決策依據(jù)（見圖6）。后續(xù)繼續(xù)逐月提取月度計劃，并可動態(tài)調(diào)整，真正實現(xiàn)“計劃精細(xì)化、任務(wù)責(zé)任化、進度可視化”，相較于傳統(tǒng)項目，減少了人工干預(yù)，提高了生產(chǎn)效率和管理效能，有效縮短施工工期約3個月。

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3.3 統(tǒng)計分析

實時自動采集試驗室壓力機等試驗數(shù)據(jù)，并上傳至管理系統(tǒng)進行大數(shù)據(jù)分析，確保混凝土抗壓強度滿足設(shè)計要求。對橋梁工程各部位混凝土實際用量進行監(jiān)控，與設(shè)計用量對比分析，了解其偏差率，為物資核銷提供數(shù)據(jù)支持。

根據(jù)系梁、墩柱、蓋梁的實際施工功效、施工效率、設(shè)計數(shù)量及模板投入量等，通過固定算法確定完成工程量所需時間，并與實際生產(chǎn)要求對比分析，不滿足要求時，系統(tǒng)自動預(yù)警提示，并可通過調(diào)整模板投入數(shù)量確定實際完成時間，或通過調(diào)整施工時間確定模板投入量，動態(tài)分析模板的需求量。例如：系梁施工功效為 3d 道，施工效率為 80% ，施工現(xiàn)場現(xiàn)有工程量為56道，投入模板3套，需70d才能完成全部工程量，現(xiàn)要求45d全部完成，則需投入模板5套，系統(tǒng)可將相關(guān)信息推送至相關(guān)管理人員，以此預(yù)警提示需增加模板投入數(shù)量。

3.4 物資協(xié)同

根據(jù)項目實際工作項進行工程結(jié)構(gòu)分解，按照單位工程、分部工程、分項工程逐級拆分至WBS構(gòu)件，將WBS構(gòu)件逐一編碼并關(guān)聯(lián)至BIM，WBS分解構(gòu)件掛接至零號清單，智慧調(diào)度系統(tǒng)可根據(jù)零號清單自動計算每一個WBS工作項所需物資清單，便于工程量計算及物資管控。月度生產(chǎn)計劃經(jīng)審核下發(fā)至各場站后，根據(jù)分部、分項層級匯總物資明細(xì)，自動生成月度物資需求計劃，并通過接口自動傳輸至工程物資管理系統(tǒng)。若月度生產(chǎn)計劃發(fā)生變化，系統(tǒng)會將本次生成的月度物資計劃和上次的月度物資計劃進行對比，如物資需求增加，會將差異部分生成月度物資調(diào)整計劃，傳輸至工程物資管理系統(tǒng)。

物資協(xié)同模塊（見圖7）對工程建設(shè)所需物資清單、需求計劃、各部位設(shè)計消耗等進行展示，多維度對比分析計劃物資和實際物資消耗的差異及施工進度和物資消耗的情況，并與三大區(qū)域?qū)?，自動獲取物資消耗情況及庫存情況，對生產(chǎn)過程進行全流程資源調(diào)配精細(xì)化管理，為項目部物資原材料的管控和調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，有效降低材料損耗率約 25% 。

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3.5 電子檔案管理

根據(jù)項目部實際管理需求，建立電子檔案庫（見圖8），對日常生產(chǎn)過程中的所有文檔進行分類存儲，方便對文檔進行管理。建立符合工程竣工驗收標(biāo)準(zhǔn)的文件和資料管理體系，為項目竣工交付資料整理提供支撐材料。重點管控項目部質(zhì)檢文檔，把控質(zhì)檢過程的每一個步驟，將紙質(zhì)資料進行線上存檔、方便查詢，提高資料錄入的復(fù)用率，避免資料重復(fù)錄入，解決傳統(tǒng)項目紙質(zhì)資料繁多、管理易出錯、不利于共享等缺點，減少管理人員需求約 10% 售

4智慧調(diào)度管理系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

作為現(xiàn)代信息技術(shù)與調(diào)度管理的深度融合，未來智慧調(diào)度管理系統(tǒng)呈現(xiàn)出自動調(diào)度、智慧決策、協(xié)同作業(yè)、數(shù)據(jù)驅(qū)動和多領(lǐng)域融合的發(fā)展趨勢，但同時智慧調(diào)度管理系統(tǒng)也面臨著數(shù)據(jù)安全、技術(shù)更新、人員培養(yǎng)等挑戰(zhàn)，需不斷進行研究創(chuàng)新。

（1）數(shù)據(jù)安全與隱私保護。智慧調(diào)度管理過程涉及大量施工數(shù)據(jù)和人員信息，要在確保數(shù)據(jù)機密性、完整性和安全性的同時保護各用戶信息不被泄露，需要嚴(yán)格執(zhí)行國家法律法規(guī)，建立健全數(shù)據(jù)安全與隱私保護管理制度，加強信息化技術(shù)防護與網(wǎng)絡(luò)安全管控，提升項目管理水平和職工安全意識等。

（2）技術(shù)更新與系統(tǒng)維護。智慧調(diào)度管理系統(tǒng)涉及多種信息技術(shù)的集成和應(yīng)用，保證技術(shù)的持續(xù)更新和系統(tǒng)穩(wěn)定運行是一項重要挑戰(zhàn)。應(yīng)對更新過程中可能遇到的風(fēng)險進行評估，并制定有針對性的應(yīng)對措施；制定完善的系統(tǒng)維護制度和流程規(guī)范，確保維護工作有序進行；對系統(tǒng)進行定期巡檢和性能測試，發(fā)現(xiàn)漏洞和故障及時處理。

（3）人員培訓(xùn)與素質(zhì)提升。智慧調(diào)度管理系統(tǒng)的實施需要一支具備現(xiàn)代信息技術(shù)素養(yǎng)的專業(yè)團隊，培訓(xùn)和提升相關(guān)人員的素質(zhì)是智慧調(diào)度管理順利實施和高效運營的關(guān)鍵。需創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制，健全人才培養(yǎng)制度，加強專業(yè)培訓(xùn)和崗位交流，提高員工的綜合素質(zhì)，使其熟練掌握系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)處理、運行維護等能力，以此培養(yǎng)綜合型人才，建立高素質(zhì)的專業(yè)化人才隊伍。

5 結(jié)束語

武重高速項目通過信息化技術(shù)，對工程施工進度、物資、質(zhì)量、安全等進行全過程管理，實現(xiàn)了施工信息的實時共享和協(xié)同工作。智慧調(diào)度管理系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了項目數(shù)字化管理水平，實現(xiàn)了現(xiàn)場施工智慧化、信息化、精細(xì)化管理，助力項目高效履約，優(yōu)質(zhì)高效地完成了施工任務(wù)。

未來，高速公路項目管理應(yīng)積極引進智慧調(diào)度管理系統(tǒng)，對各施工工序進行實時監(jiān)控、智能分析和優(yōu)化調(diào)度，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享、實時協(xié)同等，提升工程項目的數(shù)字化、精細(xì)化、智慧化管理，推動項目由傳統(tǒng)管理、經(jīng)驗管理向科學(xué)管理、全面數(shù)字化管理轉(zhuǎn)變。

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Application of Intelligent Scheduling Management System in Expressway Construction

LIU Ke， ZHENG Wenjun，MA Shaofu，TIAN Shaogang （China Gezhouba Group Three Gorges Construction Engineering Co.，Ltd.，Yichang 443099，China）

Abstract：Intelligent scheduling management system is an approach of using information technology to manage the whole process ofproject progress，materials，qualityand safety.This paper introduces the practical application of intellgentscheduling management inthe Wuhan-Chongqing Expressway project，and discusses thechalenges faced by intelligent scheduling management in future development.Through intelligentscheduling management，production efficiency can be improved，resource alocation can be optimized and quality and safety control strengthened， achieving intelligent，informatized and finemanagement of site construction.

KeyWords：inteligent scheduling management；information technology；planning coordination；intellgent decision-making