创新推广项目 | 城市轨道交通智慧工地平台建设技术研究
城市轨道交通创新技术推广项目简介
城市轨道交通创新技术推广项目的推出起源于2006年7月19日住建部“城市轨道交通关键技术研讨会”会议纪要(建会(2006)8号),会议提出要总结我国城市轨道交通发展的成功经验,推广已取得成效的创新技术及先进工艺工法。
中国土木工程学会轨道交通分会自2006年起每年开展创新推广技术征集,并进行评选。截止目前,共发布178项城市轨道交通创新推广技术及项目。
本次从2021年2月份开始征集,共收到59项,经专家评审,共评出了“轨道交通数字勘察关键技术的研究及应用”等20项技术类项目和“青岛市地铁8号线工程北段”等8项工程类项目为城市轨道交通技术创新推广项目,在全国轨道交通建设中予以推广。其中 8项工程类技术创新项目同时作为詹天佑奖轨道交通类申报入库项目。
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城市轨道交通智慧工地平台建设技术研究
完成单位:
西安市轨道交通集团有限公司
中铁一局集团有限公司智能科技分公司
主要完成人:
温克兵、裴洪涛、潘军民、雒克强、徐天禄、刘 丹、仇峰涛、王勇
主要技术特点描述
1.1国内外技术发展现状
1.1.1国内外技术现状、专利等知识产权情况分析
随着建筑施工行业信息化程度的不断加深,信息化建设越来越趋向具体工程项目的落地应用,即通过信息技术的集成应用改变传统管理方式,实现传统施工模式的变革,使施工现场更智慧化。当然,建筑施工行业的智慧工地应用还在探索和尝试阶段,从国内外研究来看,目前还存在以下问题。
① 政策标准,国外的政策标准已经较为完善,但是国内的建筑施工行业的智慧工地应用缺乏相关标准规范,法律责任界限不明确,虽然现目前已有文件将智慧工地提上日程,但是对于智慧工地建设的标准还未进行规定。
② 技术问题,配套软硬件不够成熟,难以支撑智慧工地和其他多种专业软件的集成应用,同时,网络基础设施的参差不齐也成为智慧工地应用的瓶颈,同时现场网络环境差、无法保证使用效果是智慧工地应用的技术难点。因此,改进软件功能,完善配套设施,进一步加大智慧工地的推广宣传,也是智慧工地应用需要解决的相关问题。
1.1.2国内外技术发展趋势
随着施工行业的发展,政策的制定必不可少,需要对行业的标准进行一定的规范。未来,智慧工地会借助更多的技术来解决施工现场的管理问题,同时将通过各种先进技术手段进一步与项目管理进行融合和交互,将获得的各类信息与现场管理进行集成,以大数据的充分挖掘和共享为基础,提高企业的科学分析和决策能力。同时,相关的硬件配套设施也应规范化,专业化,以便更好地进行集成。
1.2关键技术内容及技术路线
1.2.1系统总体架构
平台以物理设备层、基础设施即服务层(IaaS)、平台即服务层(PaaS)、软件即服务层(SaaS)的四层服务体系为部署架构,以云服务形式向外提供项目级、总包级、公司级等三级租户服务,通过部署智慧工地相关依赖硬件,采集汇总机器数据、人工数据,提高一线业务工作效能,同时以建设单位、施工单位等管理需求为公司级功能核心,提取关键数据,进行分析汇总展示,提升建设管理协同效率。
1.2.2系统技术架构
系统整体设计采用微服务架构设计方式,此次包含业务系统较多,如:劳务人员智能管控系统、视频监控系统、暗挖隧道智能管控系统、盾构施工智能管控系统、VR体验智能管控系统、危险区域智能管控系统、关键工序/隐蔽工程全程留痕智能管理系统、BIM技术交底可视化、实验室智能管理系统、商品混凝土智能管理系统等,既要考虑各系统之间的数据交互,又要考虑单个系统的独立运行,选用微服务的架构模式,架构图如图2所示。
1.2.3系统拓扑设计
项目建设采用先进的物联网技术,主要由信息采集层、网络接入层、网络传输层、信息存储与处理层组成。可将工地现场视频数据、人员实名制考勤数据、人员安全数据、车辆出入数据实时上传给管理平台。平台融合多方数据,报警联动抓拍、视频、通知给负责人。各级管理部门可以及时准确了解工地现场的状况,将有效提高项目管理和现场管理的效率。
1.2.4劳务人员智能管控
针对建筑工地出入口处人员出入频繁、安保问题多样化、管理环节复杂等现状,结合工地安防管理需求及特点,设计提供了一套合理高效的智能实名制考勤系统解决方案,包括门禁管理、考勤管理、安全教育及培训管理、人员定位管理、违规管理、工资发放登记管理等功能模块。
1.2.5施工全过程视频监控智能管控
地铁项目存在线路长,分配散的特点,很难有足够的人力和精力频繁的到现场去监管、检查,所以造成管理上的困难。针对此问题,平台提供一套完整的远程视频监控方案,通过将监控设备连接至智慧工地平台,可分工点查看工地现场和作业面的实时作业情况,掌握现场作业情况,也可通过APP端可随时随地查看视频动态,方便、快捷;同时可通过接入部分视频分析硬件,可对现场作业人员违规行为和危险区域进行动态识别并预警,包含但不限于:作业人员穿戴检测、烟雾明火、四口五临边、高处作业电子围栏识别等,提高现场作业安全。
1.2.6关键工序、隐蔽工程全程留痕智能管控
针对施工现场复杂的过程验收资料缺失,验收责任划定不清的情况,平台专门设计了一套关键工序、隐蔽工程的全过程留痕管理功能。通过留痕功能的使用,可将项目在施工过程中一些重要的隐蔽工程影像和图像资料在系统中永久保存,为后期工程整体验收交付提供支撑;同时针对工程存在的实体质量缺陷,可进行过程追溯,通过查看当时该部位留痕验收情况,可进行针对性的质量分析。目前系统内留痕功能与进度相关联,已完成留痕审批的分部分项部位信息将直接生成进度,减少进度的填报工作,同时也可在进度完成界面查看对应的留痕信息,使用起来方便快捷。
1.2.7现场安全智能管控
针对现场涉及施工安全的风险管理和监测管理,系统可提供风险动态查看、风险预警提醒和监测信息预警等解决方案。
① 风险信息动态查看。将项目现有的风险源信息输入到系统中,可对项目当前存在的风险源详细信息进行分类统计,同时风险将会关联施工工程,跟随工程进度的改变,风险状态随之变化。
② 风险预警提醒。当施工工程的进度进入该风险源时,风险状态更新为正在通过,且系统将会推送消息提示项目相关人员某项工程进入了风险区域,需要加强施工的风险管控。
③ 监测信息预警。通过项目测量人员将监测成果导入系统中,根据选择的监测阈值,判断测量监测的告警情况,当某测量监测点超出了阈值,系统自动推送告警信息推送至项目管理手上,并要求管理人员对于该告警点提供相应的处置信息,杜绝安全事故的发生。
1.2.8现场设备管控
① 将项目的设备台账通过导入系统中进行动态的展示,可实现项目设备信息共享,同时可进行动态查看,方便项目部人员、公司设备部和上级单位人员对检查管理;
② 通过系统记录设备的详细信息,可对设备的运作状态进行分析,如设备老旧、备案情况和设备的排放污染情况进行查看和分析;
③ 系统后期将针对特种设备新增设备维保记录,可查看设备的维修、保养情况和检查人员及特种设备操作人员等信息。
④将设备信息与工点和进度信息进行关联分析,可查看具体工程的设备投入情况。
1.2.9智慧盾构管理
针对地铁盾构施工,平台实现了盾构掘进过程中的数据采集、数据监控、数据分析处理及施工参数预警等全过程管控。
①将已始发的盾构机设备接入到平台中,可对其设备工作状态、施工参数等信息进行实时监控和查看。
②通过盾构数据分析功能,可对历史掘进数据进行查询,同时提供可配置化的参数页面,可对当前盾构某个参数进行可视化分析,便于辅助决策。
1.2.10进度管控
① 可将项目制定的单位工程总进度计划拆分至具体的分项工程中,系统可自动生成当前单位工程下各工序的详细进度计划和关键节点,项目管理人员在施工过程中通过系统可随时查看当前在建工程的节点计划情况。
② 将项目日常统计的工程进度信息输入到系统中,可自动生成各分部分项工程的形象进度,无需调度人员手绘或者另行统计,同时可将完成情况与进度计划做比对,可随时查看当前完成较计划是否滞后,无需再翻看计划文件。
③ 系统后期将设置计划与完成量导出功能,可自动生成周报或者月报,方便项目在周、月生产例会上进行汇报和查看。
④ 将进度功能与人员、设备、风险信息和质量留痕相关联,可实现以进度为主线的人员、设备资源投入、施工风险和监测信息的动态查看及预警提醒。
1.3在环保、节能、创新方面的指标
(1)通过研究总结物联网、云计算、大数据等前沿技术在城市轨道交通工程施工全生命周期中的应用,提升企业施工信息化和智能化水平,提高企业市场竞争能力。
(2)扩展公司信息化建设及大数据分析技术应用功能,同时可以接收大数据相关软件应用类开发项目。
(3)以项目现有地铁工程为依托,进行智慧化、数字化工地建设,总结经验,推进地铁建设高效施工管理,推动城市轨道交通建筑业转型升级、提质增效。
1.4主要技术特点和创新点
1.4.1主要研究内容
(1)多用户、多层级综合管控平台基础框架建设;
(2)人员动态管控及智能行为分析技术研究;
(3)工程进度与工程风险业务数据关联分析及智能决策技术研究;
(4)工程进度与关键工序验收业务数据关联统计及智能决策技术研究;
(5)高风险区域智能监测数据采集与辅助决策技术研究。
1.4.2关键技术及创新点
(1)人员智能动态管控系统开发与应用;
(2)工程进度与工序验收综合管控系统开发与应用;
(3)工程信息CAD可视化展示与辅助决策系统开发与应用;
(4) 基于云计算的高风险区域智能监测管理系统开发与应用。
成果应用情况说明
2.1使用效果评价
(1)通过专项业务为核心的专业化应用,提升施工一线业务工作效能。
(2)通过以物联网为核心的智能化应用,提高管理数据的准确性和及时性。
(3)通过以云技术为核心的平台化应用,提升综合管理协同效率。
(4)通过以大数据为核心的智慧化应用,提高科学分析和决策能力。
2.2市场需求分析
绿色、文明、安全、智慧施工是当今城市基础设施建设与发展的需要,应用层面上体现在利用高新科技监督与指导施工员按照既定的要求合规施工作业,代替与简化某些传统施工出现的工作流程及步骤,弥补与增添施工过程中未考虑到的问题。管理层面上体现在智慧工地建设重点监督统计人员在岗履职情况、重点工序质量验收情况、现场实际生产进度情况、工地围挡情况、监督大型机械设备进出场及投入情况、用智能化手段实时监测工地管理隐患,实时报警,以提高工程管理信息化水平,从而逐步实现绿色建造和生态建造,让施工现场实现更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化。
2.3与同类产品或技术的竞争力分析,成果产业化
前景分析与国内同类产品相比具有如下技术优势:
(1)灵活多样的管理架构和独有的标准化业务设计方案。
(2)多层级人员实名制管理。
(3)多渠道视频接入方式。
(4)联动隐蔽工程验收与形象进度CAD可视化展示。
(5)风险智能预警和消警。
(6)盾构系统与综管平台业务融合管理。
(7)系统自带近13类工程数据采集标准接口。
经济效益和社会效益评价
该课题的研究成果拟在我公司轨道交通项目上进行全面推广,可提高我公司整体信息化建设水平,实现施工过程信息化、业务监管信息化和辅助决策智能化等管理目标,加大项目现场管理与信息互联技术融合力度,使该平台更好地解决现场安全、质量、进度、成本等管控难点并取得实质性突破。