基于信息化技術的高速鐵路工程監理工作方案研究

劉仲武 ，黃 建，王 鍵，李照星，呂彥朋

（1. 鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081；2. 中國國家鐵路集團有限公司工程監督局，北京 100844）

1 引言

進入新世紀以來，隨著信息技術發展突飛猛進，信息化、數字化、智能化在各領域取得了突破性進展[1-3]，各行各業都開啟了利用高新技術改造傳統產業的進程，作為綜合運輸體系骨干的鐵路行業也面臨著前所未有的挑戰。在鐵路發展的內外部需求推動下，通信技術、人工智能、大數據、物聯網、建筑信息模型（BIM）、增強現實技術（AR）/虛擬現實技術（VR）/混合現實技術（MR）等新技術的驅動對鐵路建造、運營服務以及建造的內部功能和外部形態均有變革性作用[4-7]。

高速鐵路工程線路通常穿越山嶺、跨越江河，具有沿線地形起伏劇烈、地質災害頻發、施工環境惡劣、生活條件艱苦、施工任務艱巨、管理跨度巨大等特點[8-9]。傳統的勞動密集型施工技術和工程監理模式難以適應高速鐵路信息化、數字化、智能化建設的需求。基于此，本文通過創新監理工作模式，以交互式監理模式為核心，提出基于信息化技術的高速鐵路工程監理工作方案，通過遠程監理模式適當優化調整旁站、巡視、驗收、見證、隱蔽工程視頻監控等監理工作內容與頻次，優化調整監理內業工作量，提高現場管控工作質量和效率。

2 信息化監理工作方案設計原則

遠程監理模式的實施要堅持立足目前、成效優先和逐步完善的原則。

（1）立足目前。遠程監理的實施要立足于目前的信息化手段、設備和技術水平，基于現有的智能化應用水平，在可采用信息化、智能化、工廠化技術手段替代監理檢查驗收工作的情況下，可取消現場監理工作。一般檢查驗收項目可通過綜合監控視頻實現監理檢查驗收工作。對于現有信息化手段不滿足監理檢查驗收工作要求的情況，關鍵工序、重難點部分可按一定比例進行監理檢查驗收，將信息化手段作為補充。在此基礎上，充分利用好現有鐵路工程管理平臺功能模塊，搭建和實施現階段可以可靠實現的交互式監理模式方案。

（2）成效優先。在試點過程中，要始終把發揮監理履職最佳效果放在最優先的位置，步子不宜太大，寧愿保守、謹慎，也不能影響監理正常作用的發揮和取得的效果。

（3）逐步完善。不但要不斷完善和修訂各項制度以及調整工作方式，還要加快人工智能的開發、訓練并拓展其應用范圍，及時將最新的智能化工具應用于監理工作中，使遠程監理模式更好地發揮作用。

3 信息化監理工作方案實施計劃

為保證遠程監理模式試點工作的順利推進，特別是保證試點工作不能影響監理履職甚至影響工程建設效果，試點工作部署要以保證監理發揮作用和保證工程建設順利進行為前提，按部就班地分步推行。在選定試點項目后，在全面實施前設置過渡期，按6個階段實施。在試點項目成功完成過渡轉型后，在建設項目全面鋪開，在各階段、各專業全部實現遠程模式。具體實施方案如下。

3.1 實施傳統監理模式階段

在進行大型臨時工程施工時，施工現場往往沒有網絡設施，不具備實施遠程監理模式的條件。因此，在不具備網絡條件的這一段時間中，監理工作按照傳統模式實施。具體監理人員的配置應根據臨時工程的工作內容和數量進行確定。

3.2 啟動培訓階段

在試點工點具備網絡條件后，建設單位組織施工、監理單位對現場網絡條件進行評估，確定是否具備試點條件。經評估合格后，按照試點方案的設備配置要求在試點工點搭建信息化平臺、安裝信息化設備。建設單位組織對施工、監理單位相關人員進行遠程監理模式及相關管理制度的培訓。施工、監理單位根據自身工作特點和實際，編制并宣貫各自單位的落實方案及相關管理制度。以上工作由建設單位組織統一考評，滿足要求后，可進入下一階段試點。

3.3 遠程與傳統模式并存，傳統模式為主階段

在具備網絡條件的工點實施遠程監理工作模式到所有的工點都具備網絡條件的一段時間內，傳統監理模式和遠程監理模式同時存在，但以傳統監理模式為主，即以監理人員現場履職為主，同時在遠端設置少量的監理人員通過信息化手段同步實施工作。驗收工作以現場驗收為主，同時將信息化驗收作為輔助手段；驗收結果以現場驗收結果為準，信息化驗收意見單獨做出，作為后續試點的參考和依據。主要目的是實測遠程監理模式的可行性和有效性，由專業監理工程師和監理員對信息化使用過程中的問題進行記錄，包括條件需求，硬、軟件配置，模塊接口和內容調整，遠程模式的適應和訓練等。此階段監理人員配置主要按傳統模式配備，同時配備少量的遠端監理人員。按照每個作業面設置1名現場專業監理工程師和1名監理員的標準配備現場監理人員。遠端監理人員按每專業1人配備，驗證遠程監理模式運行中的問題。

3.4 中期評估評審階段

在遠程與傳統模式并存階段實踐一段時間后，建設單位組織試點的施工、監理單位總結遠程監理工作程序、工作方法，形成試點工程工作總結，并由建設單位組織專家評審會，對遠程監理試點方案的可行性、可操作性和監理成效進行專家評審。根據專家評審意見，建設單位和科研單位對是否可繼續試點進行判斷。若試點方案可行，可繼續開展下一階段試點工作。若方案存在嚴重技術缺陷無法滿足試點的要求，則暫停試點工作，由科研單位進行進一步研究、修正后，提出新方案繼續進行試點。

3.5 遠程與傳統模式并存，遠程模式為主階段

經過前一階段的驗證、磨合以及新模式經驗總結，遠程監理模式已經得到完善，可在逐步修訂成熟的相關制度和管理辦法基礎上將其作為監理履職的工具單獨實施，但考慮到參建各方對遠程監理模式的適應需要時間，故設立此過渡階段。此階段以遠程專業監理工程師履職為主，監理員在現場駐地以信息化手段進行旁站，出現信號或系統故障時及時前往現場進行旁站；將現場專業監理工程師作為互補手段，出現信號或系統故障時及時前往現場進行履職。在此過程中進一步完善信息化系統。人員配置與上一個階段基本相同，逐步撤出現場專業監理工程師，部分現場專業監理工程師轉為遠端工作。

3.6 試點總結評審階段

在遠程監理模式試點一段時間后，建設單位組織試點的施工、監理單位總結遠程監理工作成效形成試點總結，并由建設單位組織專家評審會，對遠程監理職責的實現效果進行專家評審，根據專家評審意見，建設單位和科研單位判斷是否可形成推廣方案。

4 信息化監理工作實施方法及具體要求

4.1 實施方法

交互式監理工作的開展主要是在試點工作場所實現網絡全覆蓋、網絡通信正常的情況下，利用智能化建造裝備進行數據采集加上綜合監控技術輔助實現的。監理可通過研讀智能施工裝備自動采集并上傳至工程管理平臺的施工過程數據，參考現場綜合監控視頻資料，掌握現場施工情況和關鍵質量數據，作為監理工程師執業的依據。

4.1.1 開挖前超前地質預報

通過智能型鑿巖臺車或者全電腦三臂鑿巖臺車上傳報告、掌子面素描等隧道工程信息以及預報里程信息、參與人員信息、預報原始數據資料，輸出處理后數據資料以及預報結果。監理單位可根據該設備自動采集的數據分析結果，要求施工單位提前做好相關防范措施。

4.1.2 隧道開挖

隧道施工采用智能型多功能鉆爆臺車裝備，該裝備具有鉆爆掘進、加深炮眼施工、超前地質鉆探、隧道徑向錨桿施工、超前小導管、超前錨桿施工等多種功能，可以實現鉆孔、鉆爆掘進深度、炸藥量、安裝、注漿等數據的采集和記錄。監理單位可根據該設備自動采集的數據分析監控施工現場實際施工情況。

4.1.3 超欠挖

在隧道采用三維激光掃描儀、三維數據處理軟件進行超欠挖數據采集、計算處理，從而全面、真實檢測隧道的開挖斷面輪廓（超欠挖）、支護斷面輪廓、襯砌斷面輪廓，將其檢測數據、結論通過網絡通信方式，上傳至信息化管理平臺。監理單位可根據該設備自動采集數據（爆破殘留率、光面爆破效果）分析監控施工現場實際施工情況。

4.1.4 初期支護

根據隧道噴錨支護作業線需求，現場配置噴錨支護協同作業裝備，如全斷面噴射混凝土的濕噴機械手、鋼拱架架設機等。監理單位可利用綜合監控設備以及噴錨支護協同作業裝備中自動采集的數據，實現對噴錨支護作業的遠程監控。

4.1.5 防水鋪設

鐵路隧道智能型防水卷材鋪掛臺車除滿足基本使用功能外，還具有自動布料、自動射釘固定自粘布、自動粘貼鋪掛防水板/防排水板等自動化作業功能，以及自動掃碼識別防排水材料、自動掃描初支輪廓功能和自動留存隱蔽工程影像資料等信息化功能，可以實現施工過程的信息化采集。監理工程師通過分析采集數據實施監理工作，并通過一定比例的現場抽查，驗證采集數據遠程監理的可靠性。

4.1.6 二襯施工

通過智能型襯砌臺車、混凝土輸送泵、混凝土運輸車、混凝土攪拌站及襯砌智能養護臺車進行二次襯砌作業。智能型襯砌臺車安裝有拱頂空洞監測預警系統、信息化監控及傳輸系統，精準監控拱頂澆筑飽滿程度，并做到全過程數據捕捉和遠程傳輸。智能化數據采集時監理工程師全程旁站，主要對止水帶的埋設、堵頭段平順度、預留洞室、預留溝槽進行重點驗收，對綜合監控系統以及全過程中采集的數據進行及時驗證。監理工程師可通過綜合監控系統以及全過程中采集的數據，實現其他項目監理遠程監控檢查驗收。

4.1.7 監控量測

施工單位根據已批復的方案，及時按照規范及方案要求布設監控量測點，按照要求及時對監控量測點進行復測，并將數據上傳至信息化管理系統。監理單位可通過綜合監控設備自動采集的數據，實現對隧道的監控測量的遠程監控。

4.1.8 全斷面隧道掘進機（TBM）裝備

應用TBM在深埋軟巖大變形、高地應力等地質風險下的高效安全施工關鍵技術并高度重視超前地質預報和智能控制等能力。TBM通過分析巖體狀態參數與掘進參數的相關關系，采用數據挖掘的方法建立巖機信息感知互饋模型，在此基礎上構建智能決策控制體系，實現掘進參數的預測以及掘進狀態評價，通過手動或自動控制模式對TBM掘進參數進行優化調整，使TBM保持安全高效的掘進狀態[10]。

4.1.9 砂石料場質量控制

砂石加工場按“網絡化、信息化、智能化、可視化”要求建設信息管理系統，實現實時數據遠程終端、手機APP在線查詢和砂石料加工場等運行實況遠程可視，實現砂石料用量審報、生產、運輸等全過程生產管理和監控信息化；同時實現砂石料業務的管理信息化，決策科學化，提高管理的質量和效率。

試點工程交互式監理模式可通過智能化設備完成，但是施工過程中部分工序還需傳統監理模式配合進行，比如防水板及鋼筋安裝臺車、水溝電纜槽模板臺車、除塵凈化設備還不能實現智能化，砂石料吸水率和堅固性檢測還只能依靠人工。監理單位可按一定比例對現場工序進行檢查驗收，對于關鍵工序和重難點部分，監理單位也可進行現場驗收；對于一般的檢查項目，監理單位可通過智能化設備，以及綜合視頻監控完成檢查驗收工作。在不完全脫離傳統模式的情況下，對交互式監理工作方式進行試點，推進鐵路工程智能化建造。

4.2 具體要求

4.2.1 設備要求

遠端（監理項目部）設備與人員需滿足以下配置。

（1）監理項目部配備信息化室和一名信息化專員進行技術支持和維護。對所有遠端監理項目部監理人員進行操作培訓。培訓并經書面和實操考核合格的人員由監理項目部報送至現場項目部備案，每名遠程監理人員擁有相應的個人用戶名和密碼，根據管理層級擁有相應的權限。

（2）具備條件的信息化室配備高清電子顯示屏。顯示屏數量9～12塊，能合成一個畫面，也能分成多個畫面，便于監理工程師更清楚地觀察現場。配備主機1 臺，連接管理系統。每名遠程監理人員配備1臺臺式或筆記本電腦，連接管理系統，硬件能滿足巡視、旁站、檢查驗收等視頻和音頻載入和操作。

（3）所有連接系統的主機權限包括：①查看和調動現場所有與系統連接的固定和移動視頻、音頻設備；② 調動與施工相關的報審文件、試驗、原材、檢驗批；③ 通過USB密鑰或人臉識別實現對用戶身份的認證。

近端（現場）設備需滿足以下配置。

（1）每個現場監理配備1套移動無線視頻和音頻設備，在檢查驗收、見證檢驗、旁站過程中，遇到施工單位設備、網絡故障情況時可應急使用，或在巡視、檢查復查時使用。

（2）監理組和交通不便的工點配備臺式或筆記本電腦，連接管理系統，在共用網絡故障時，將臨時儲存在移動設備中的資料上傳至系統。

4.2.2 網絡要求

（1）互聯網流量要求不低于150 Mbps，互聯網出口應采用至少2條線路，由不同的電信運營商提供。

（2）對內服網入口數據交換的帶寬需求為不低于15 Mbps。

（3）監理現場帶寬不低于15 Mbps，數據傳輸不低于2 MB/s，監理項目部帶寬不低于100 Mbps，數據傳輸不低于10 MB/s。

4.2.3 信息化設備性能要求

（1）固定終端可作為巡視、檢查驗收、見證檢驗、旁站共用攝像頭，主要觀察施工現場全貌。以有線網絡連接為主，攝像頭可旋轉，可變焦拉近，可夜視，確保能看到現場總體施工情況。

（2）移動終端可作為旁站、檢查驗收、隱蔽工程驗收、見證檢驗查看細節部位的共用設備，為無線聯網，能滿足目前規范的像素要求，可變焦拉近，可夜視或自帶燈光照明，確保能夠清晰拍攝指定位置的施工細節。移動終端要求將專用手持設備設置為工作唯一功能性，在未授權的情況下，無權安裝其他應用軟件，防止持機人將設備作為娛樂工具，影響系統安全和設備壽命。

4.2.4 信息化設備布置要求

綜合上述各監理工作信息化設備需求，固定終端為監理人員提供施工現場整體影像，作為開展監理工作的條件確認手段；而移動裝備為監理人員提供特定部位細節影像，作為開展監理工作的判斷依據，設備布置及數量如表1所示。

4.2.5 信息化模塊要求

（1）旁站。旁站模塊需具備線上流程審批、實時影音傳輸、自動保存影像圖片資料和人工上傳存儲資料、自動生成電子旁站記錄等功能，具有問題整改閉合功能并可自動形成閉合記錄，實現數據共享。

（2）隱蔽工程影像資料采集留存。隱蔽工程影像資料采集留存模塊需具備線上流程審批、實時影音傳輸、自動保存影像圖片資料和人工上傳存儲資料、自動生成電子旁站記錄等功能，具有問題整改閉合功能并可自動形成閉合記錄，實現數據共享。

（3）檢查驗收。檢查驗收模塊需具備線上流程審批、實時影音傳輸、自動上傳影像圖片資料、自動生成表格記錄等功能，滿足以上檢查驗收流程的需求，可實現數據共享。

（4）巡視。巡視模塊需具備實時影像自動存儲、根據瀏覽痕跡自動生成巡視記錄并存儲、對影像進行框選并進行文字記錄、根據不同等級設置安全警報、數據存儲和共享功能。

（5）方案審查。方案審查模塊需具備線上流程審批，問題整改閉合并自動形成閉合記錄，影像、圖文資料上傳存儲，路徑、狀態、接收狀態顯示功能。

（6）見證檢驗。見證檢驗模塊需具備線上流程審批、實時影音傳輸、自動保存影像圖片資料和人工上傳存儲資料、自動生成電子檢驗記錄等功能，可實現數據共享。

5 結論

為緊跟鐵路工程智能化、信息化、數字化建設發展趨勢，以及解決在高速鐵路工程建設監理工作的困難，以交互式監理新模式為核心，提出基于信息化技術的高速鐵路工程監理工作方案。根據信息化監理工作方案的立足目前、成效優先、逐步完善的原則，提出方案實施的6個階段計劃，以此來過渡實施新的監理工作模式。針對開挖前超前地質預報、隧道開挖、超欠挖、初期支護、防水鋪設、二襯施工、監控量測、TBM裝備、砂石料場質量控制等工作，提出信息化監理工作的實施方法。同時，為保障信息化監理工作的實施，針對信息化設備、性能、網絡以及各監理工作模塊功能等需求，提出具體的要求。本文成果可以為高速鐵路工程建設信息化監理工作提供參考和借鑒，同時也對其他大型工程建設監理有一定的借鑒意義。