铁路四电工程智慧工地的研究与应用

刘维生 冯茂森

(中铁建电气化局集团南方工程有限公司 湖北武汉 430074)

1 前言

随着我国经济的持续快速发展，人们对铁路行业运输速度要求也越来越高。同时，频繁发生的工地安全事故，频出的施工质量问题也引起了社会的广泛关注。蒙华铁路是中国最大的煤炭运输线(蒙西到华中煤运铁路)，北起内蒙古浩勒报吉南站，终点到达江西省吉安市[1]，线路总长度为1 815 km。施工线路长，专业多，接口复杂，工点不固定，施工管理难度大，信息的收集传递不及时，安全质量监管难度大等问题突出，如何对施工现场实现有效的监管，促进工地现场安全施工[2]、绿色施工、智能施工是各级部门亟待解决的问题。

2 四电项目信息化建设的必要性、可行性

2.1 项目建设必要性

(1)智慧工地建设将成为各级管理者最重要的监管手段。

据相关数据预测，2018年全国重点铁路项目数量22个，中小型铁路项目不计其数，而每个项目生命周期内，都会产生海量的数据。铁路电气化行业，所处环境恶劣、人员十分复杂、项目管理难度极大。对于管理人员来说，一套有效的智慧工地监管系统是非常有必要的[3]。使用智慧工地的试点项目比未试点的项目具有更大程度的风险防护，安全事故的发生率也大大降低。

(2)智慧工地的建设极大地促进了经济、社会和工业的发展。

一方面，信息化为传统的施工转型注入了新的活力[4]，并推动了经济形式向更加创新和科学的新数字化方向发展；另一方面，信息化产业已经成为新兴的战略产业，它能不断提高产业的经济发展水平；在管理方面，信息化为改善项目管理，确保当前施工建设的安全，优化资源配置和促进机制转换提供了新的手段。

(3)智慧工地建设可以有效促进企业经济发展。

智慧工地基于项目服务，将互联网大数据信息处理技术与铁路项目管理无缝连接，以解决项目管理问题；为铁路项目的整个周期提供专业和智能的解决方案，并促进铁路行业的现代化，从而极大地提升整个铁路行业的发展水平。

综上所述，智慧工地的研究与建设是非常紧迫和必要的。

2.2 项目建设可行性

根据需求分析，“智慧工地”围绕施工现场作业管理，实现对“人机料法环”各生产要素数据的有效采集，在数据采集的同时，解决一线作业层工作需求，打破传统管理系统通过填报实现管理要求，减少一线人员大量的重复劳动，提升数据采集真实性，通过碎片化业务系统的应用，产生作业数据，利用底层数据库和智慧工地平台实现业务数据之间的有效互联互通，深度挖掘数据价值，进而推进项目管理智慧化、数据化。形成一个以项目为载体、以成本为核心、以进度为主线，以质量安全为目标的生产经营智慧工地系统。

3 四电智慧工地平台的研究

基于蒙华铁路四电建设，研究的“智慧工地”系统，实现工地管理可视化[5]，通过安装在施工作业现场的各类传感装置，构建智能的监控系统，可以有效弥补传统监控方法和技术的不足，实现对人员、机器、材料、方法和环境的全方位实时监控，变被动“监督”为主动“监控”[6]；同时，还将引入安全生产监督管理的新理念，真正体现“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针[7]。

3.1 系统功能介绍

“智慧工地”一体化平台功能图如图1所示。

图1 智慧工地一体化平台功能

3.2 技术架构

智慧工地平台紧跟时代步伐，有效结合目前市场上最新进的技术，比如物联网、AI等，作为平台底层技术架构，技术构架图如图2所示；先进的技术真正用于日常项目管理中，例如质量和安全检查、技术交底、物料跟踪等；在业务应用场景之后，可以生成海量数据，并且该平台支持数据仓库的建立，用于数据存储、清理和分析[8]；把有效数据筛选出来支撑领导决策，制定战略规划。

图2 智慧工地一体化平台技术架构

4 智慧工地平台的子系统功能介绍

智慧工地一体化平台包含7个子系统功能，涵盖了项目施工全部流程。

4.1 劳务现场管理系统

现场劳动管理系统是指利用物联网技术，集成各种类型的智能终端设备以实现对建设项目现场劳动者有效管理的综合信息系统。实现基于管理、业务的分类和统计分析等，以提高项目的现场劳动管理能力，协助提高政府对劳动就业的监管效率，并确保劳动者和企业的利益[9]。

4.2 工程数据管理系统

工程数据管理系统是一个综合利用互联网、云技术、大数据及移动互联等先进技术对工程施工材料计算、全过程动态跟踪与管控的业务系统。将设计文件数据化，自动将工程数据加工形成工、料、机需求计划，指导后续施工安排。其中包括审图定测、数据导入、数据汇总、变更管理、材料汇总、需用管理、限额管理等，简化项目部工作流程，过程留痕可追溯，实现项目管理的精细化和数据化。

4.3 物资管控系统

现场物料追踪(物料掌中宝)实现现场物资成本、质量的全流程管控；运用移动互联网技术实现给供应商发送订单、供应商供货、收料、发料、库房盘点环节的业务替代，提升现场效率的基础上实现了业务数据精确、实时的采集；运用互联网技术对数据进行智能分析，实现供应商对账环节、现场库房的管控；二维码作为载体，一次打印数据自动、实时更新，实现了材料质量全流程的追溯。

4.4 作业班组管理系统

作业班组在施工安装过程中通过对材料等设备的现场扫码确认等操作，将作业人员、材料设备等信息及施工安装过程信息与相应的工程实体进行匹配，实现以工程实体为架构的工程各项组成要素数据信息及施工过程数据信息的采集、关联和结构化存储，为项目工程建设质量全过程管理提供了作业人员、材料设备及施工安装过程均可系统追溯的数据基础。

4.5 安全管理系统

智慧工地安全管理系统为企业建立风险管理和隐患控制双系统安全管理控制平台。采用“云大物移智”的先进技术，从用户角度设计系统，使系统易于学习、易用、易推广。巩固企业的管控流程，实现流程可以预警，可以对结果进行分析，以确保管理体系落实实施。最终达到安全“零”事故的目标。

4.6 质量管理系统

质检员利用手机APP内的质量巡检系统快速记录现场问题，软件自动将信息推送至责任人进行整改[10]、回复，形成问题闭环。后期随时可以进行问题查看，一键生成整改单等，提升效率。质量检查过程中留存的影像自动存储于数据仓库，将为公司积累数据资产，为下一步机器学习、视频智能判别打下基础。

4.7 可视化监控系统

智慧工地一体化平台集成了多个可视化监控平台，利用现场安装的摄像头实现实时监控的功能。

5 四电工程智慧工地平台的应用

5.1 四电现场实现可视化管理

智慧工地系统在劳务驻地和中心料库安装了人脸识别智能摄像头，防止陌生人非法闯入，能实时看到现场情况，同时实现人脸考勤方式，对劳务人员的出勤情况更加精准；现场安全人员佩戴执法记录仪，实时回传工作画面到平台，平台展现人员实时定位位置和监控画面，对现场安全情况进行监控，避免风险，同时可通过作业班组系统扫码采集现场的任务完成情况，分专业、分站和区间展示，形成各专业完成情况对比分析图，清晰直观，实现了真正的现场可视化管理。

5.2 四电物资提报实现信息化管理

四电工程物资提报工程量大、耗时长、工作量大、易出错。在以往项目中，物资提报需从施工蓝图上进行初步统计，然而施工蓝图没有给出全部的物资量，配套的物资均需在通用图进行查询，这样的物资提报工作耗时长、易出错，智慧工地数据库中包含了相关的通用图数据，在物资提报页面，我们只需输入图号及数量，即可直接得到所需配套物资数量并可直接导出word格式文件用于打印，极大地节省了物资提报人员反复查看通用图、制作表格的时间；同时智慧工地手机app中，我们只需要输入物资名称，可快速查询库房库存量情况，快速掌握库存情况，及时提报需用计划，采购物资，保证项目进度按计划开展。

5.3 四电施工中BIM建模的应用

工程量的统计:蒙华铁路四电施工，使用BIM建模指导施工，模型创建完成后，通过解读，能够详细分析出各施工阶段各材料的工程量，如四电电缆、支柱等的工程量，避免了技术人员重复地统计、提报物资的工作[11]。

碰撞检查:四电施工配电所电缆间电缆众多，多时达到500余根，合理设置电缆敷设路径可有效避免电缆浪费以及保证成品的美观，施工前，确认完了电缆敷设方案及走线架的尺寸，我们利用BIM建模提前完成效果模型图，在模拟图中标识各种电缆型号、走向及长度，利用其漫游功能，可以直观地体现支架及电缆敷设的具体情况，施工时按照模型既定的电缆敷设路径次序，仔细核对现场电缆走向，确定高低压电缆敷设顺序，以避免电缆交叉。

5.4 四电现场精准定位

四电施工尤其牵引供电专业施工，铁路DK里程尤为重要，智慧工地系统带有GIS地图，标注蒙华铁路各站点名称和DK值，标注项目部位置，标注重点隧道或者桥梁位置，标注变电所等位置，而在智能安全帽、执法记录仪、单兵设备均携带摄像头，可以实现实时定位，在GIS地图上所处位置、DK里程一目了然。

6 结束语

信息化技术的推广应用，不仅提高了企业的整体形象，提高了工作效率、技术水平和安全水平，而且提高了企业的整体竞争力。同时，信息化也降低了企业的生产成本和工作强度，从而保证工程质量[12]。