鐵路四電工程智慧工地的研究與應用

劉維生 馮茂森

(中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司 湖北武漢 430074)

1 前言

隨著我國經濟的持續快速發展，人們對鐵路行業運輸速度要求也越來越高。同時，頻繁發生的工地安全事故，頻出的施工質量問題也引起了社會的廣泛關注。蒙華鐵路是中國最大的煤炭運輸線(蒙西到華中煤運鐵路)，北起內蒙古浩勒報吉南站，終點到達江西省吉安市[1]，線路總長度為1 815 km。施工線路長，專業多，接口復雜，工點不固定，施工管理難度大，信息的收集傳遞不及時，安全質量監管難度大等問題突出，如何對施工現場實現有效的監管，促進工地現場安全施工[2]、綠色施工、智能施工是各級部門亟待解決的問題。

2 四電項目信息化建設的必要性、可行性

2.1 項目建設必要性

(1)智慧工地建設將成為各級管理者最重要的監管手段。

據相關數據預測，2018年全國重點鐵路項目數量22個，中小型鐵路項目不計其數，而每個項目生命周期內，都會產生海量的數據。鐵路電氣化行業，所處環境惡劣、人員十分復雜、項目管理難度極大。對于管理人員來說，一套有效的智慧工地監管系統是非常有必要的[3]。使用智慧工地的試點項目比未試點的項目具有更大程度的風險防護，安全事故的發生率也大大降低。

(2)智慧工地的建設極大地促進了經濟、社會和工業的發展。

一方面，信息化為傳統的施工轉型注入了新的活力[4]，并推動了經濟形式向更加創新和科學的新數字化方向發展；另一方面，信息化產業已經成為新興的戰略產業，它能不斷提高產業的經濟發展水平；在管理方面，信息化為改善項目管理，確保當前施工建設的安全，優化資源配置和促進機制轉換提供了新的手段。

(3)智慧工地建設可以有效促進企業經濟發展。

智慧工地基于項目服務，將互聯網大數據信息處理技術與鐵路項目管理無縫連接，以解決項目管理問題；為鐵路項目的整個周期提供專業和智能的解決方案，并促進鐵路行業的現代化，從而極大地提升整個鐵路行業的發展水平。

綜上所述，智慧工地的研究與建設是非常緊迫和必要的。

2.2 項目建設可行性

根據需求分析，“智慧工地”圍繞施工現場作業管理，實現對“人機料法環”各生產要素數據的有效采集，在數據采集的同時，解決一線作業層工作需求，打破傳統管理系統通過填報實現管理要求，減少一線人員大量的重復勞動，提升數據采集真實性，通過碎片化業務系統的應用，產生作業數據，利用底層數據庫和智慧工地平臺實現業務數據之間的有效互聯互通，深度挖掘數據價值，進而推進項目管理智慧化、數據化。形成一個以項目為載體、以成本為核心、以進度為主線，以質量安全為目標的生產經營智慧工地系統。

3 四電智慧工地平臺的研究

基于蒙華鐵路四電建設，研究的“智慧工地”系統，實現工地管理可視化[5]，通過安裝在施工作業現場的各類傳感裝置，構建智能的監控系統，可以有效彌補傳統監控方法和技術的不足，實現對人員、機器、材料、方法和環境的全方位實時監控，變被動“監督”為主動“監控”[6]；同時，還將引入安全生產監督管理的新理念，真正體現“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產方針[7]。

3.1 系統功能介紹

“智慧工地”一體化平臺功能圖如圖1所示。

圖1 智慧工地一體化平臺功能

3.2 技術架構

智慧工地平臺緊跟時代步伐，有效結合目前市場上最新進的技術，比如物聯網、AI等，作為平臺底層技術架構，技術構架圖如圖2所示；先進的技術真正用于日常項目管理中，例如質量和安全檢查、技術交底、物料跟蹤等；在業務應用場景之后，可以生成海量數據，并且該平臺支持數據倉庫的建立，用于數據存儲、清理和分析[8]；把有效數據篩選出來支撐領導決策，制定戰略規劃。

圖2 智慧工地一體化平臺技術架構

4 智慧工地平臺的子系統功能介紹

智慧工地一體化平臺包含7個子系統功能，涵蓋了項目施工全部流程。

4.1 勞務現場管理系統

現場勞動管理系統是指利用物聯網技術，集成各種類型的智能終端設備以實現對建設項目現場勞動者有效管理的綜合信息系統。實現基于管理、業務的分類和統計分析等，以提高項目的現場勞動管理能力，協助提高政府對勞動就業的監管效率，并確保勞動者和企業的利益[9]。

4.2 工程數據管理系統

工程數據管理系統是一個綜合利用互聯網、云技術、大數據及移動互聯等先進技術對工程施工材料計算、全過程動態跟蹤與管控的業務系統。將設計文件數據化，自動將工程數據加工形成工、料、機需求計劃，指導后續施工安排。其中包括審圖定測、數據導入、數據匯總、變更管理、材料匯總、需用管理、限額管理等，簡化項目部工作流程，過程留痕可追溯，實現項目管理的精細化和數據化。

4.3 物資管控系統

現場物料追蹤(物料掌中寶)實現現場物資成本、質量的全流程管控；運用移動互聯網技術實現給供應商發送訂單、供應商供貨、收料、發料、庫房盤點環節的業務替代，提升現場效率的基礎上實現了業務數據精確、實時的采集；運用互聯網技術對數據進行智能分析，實現供應商對賬環節、現場庫房的管控；二維碼作為載體，一次打印數據自動、實時更新，實現了材料質量全流程的追溯。

4.4 作業班組管理系統

作業班組在施工安裝過程中通過對材料等設備的現場掃碼確認等操作，將作業人員、材料設備等信息及施工安裝過程信息與相應的工程實體進行匹配，實現以工程實體為架構的工程各項組成要素數據信息及施工過程數據信息的采集、關聯和結構化存儲，為項目工程建設質量全過程管理提供了作業人員、材料設備及施工安裝過程均可系統追溯的數據基礎。

4.5 安全管理系統

智慧工地安全管理系統為企業建立風險管理和隱患控制雙系統安全管理控制平臺。采用“云大物移智”的先進技術，從用戶角度設計系統，使系統易于學習、易用、易推廣。鞏固企業的管控流程，實現流程可以預警，可以對結果進行分析，以確保管理體系落實實施。最終達到安全“零”事故的目標。

4.6 質量管理系統

質檢員利用手機APP內的質量巡檢系統快速記錄現場問題，軟件自動將信息推送至責任人進行整改[10]、回復，形成問題閉環。后期隨時可以進行問題查看，一鍵生成整改單等，提升效率。質量檢查過程中留存的影像自動存儲于數據倉庫，將為公司積累數據資產，為下一步機器學習、視頻智能判別打下基礎。

4.7 可視化監控系統

智慧工地一體化平臺集成了多個可視化監控平臺，利用現場安裝的攝像頭實現實時監控的功能。

5 四電工程智慧工地平臺的應用

5.1 四電現場實現可視化管理

智慧工地系統在勞務駐地和中心料庫安裝了人臉識別智能攝像頭，防止陌生人非法闖入，能實時看到現場情況，同時實現人臉考勤方式，對勞務人員的出勤情況更加精準；現場安全人員佩戴執法記錄儀，實時回傳工作畫面到平臺，平臺展現人員實時定位位置和監控畫面，對現場安全情況進行監控，避免風險，同時可通過作業班組系統掃碼采集現場的任務完成情況，分專業、分站和區間展示，形成各專業完成情況對比分析圖，清晰直觀，實現了真正的現場可視化管理。

5.2 四電物資提報實現信息化管理

四電工程物資提報工程量大、耗時長、工作量大、易出錯。在以往項目中，物資提報需從施工藍圖上進行初步統計，然而施工藍圖沒有給出全部的物資量，配套的物資均需在通用圖進行查詢，這樣的物資提報工作耗時長、易出錯，智慧工地數據庫中包含了相關的通用圖數據，在物資提報頁面，我們只需輸入圖號及數量，即可直接得到所需配套物資數量并可直接導出word格式文件用于打印，極大地節省了物資提報人員反復查看通用圖、制作表格的時間；同時智慧工地手機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，及時提報需用計劃，采購物資，保證項目進度按計劃開展。

5.3 四電施工中BIM建模的應用

工程量的統計:蒙華鐵路四電施工，使用BIM建模指導施工，模型創建完成后，通過解讀，能夠詳細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，避免了技術人員重復地統計、提報物資的工作[11]。

碰撞檢查:四電施工配電所電纜間電纜眾多，多時達到500余根，合理設置電纜敷設路徑可有效避免電纜浪費以及保證成品的美觀，施工前，確認完了電纜敷設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，在模擬圖中標識各種電纜型號、走向及長度，利用其漫游功能，可以直觀地體現支架及電纜敷設的具體情況，施工時按照模型既定的電纜敷設路徑次序，仔細核對現場電纜走向，確定高低壓電纜敷設順序，以避免電纜交叉。

5.4 四電現場精準定位

四電施工尤其牽引供電專業施工，鐵路DK里程尤為重要，智慧工地系統帶有GIS地圖，標注蒙華鐵路各站點名稱和DK值，標注項目部位置，標注重點隧道或者橋梁位置，標注變電所等位置，而在智能安全帽、執法記錄儀、單兵設備均攜帶攝像頭，可以實現實時定位，在GIS地圖上所處位置、DK里程一目了然。

6 結束語

信息化技術的推廣應用，不僅提高了企業的整體形象，提高了工作效率、技術水平和安全水平，而且提高了企業的整體競爭力。同時，信息化也降低了企業的生產成本和工作強度，從而保證工程質量[12]。