珠江三角洲水资源配置工程智慧工地信息化系统设计

刘智超，苏兆景

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635)

1 项目背景

珠江三角洲水资源配置工程由输水干线(鲤鱼洲取水口至罗田水库)、深圳分干线(罗田水库至公明水库)、东莞分干线(罗田水库至松木山水库)和南沙支线(高新沙水库至黄阁水厂)组成，输水线路总长度113.2km。本工程从珠江三角洲网河区西部的西江水系向东引水至珠江三角洲东部，主要供水目标是广州市南沙区、深圳市和东莞市的缺水地区。实施该工程可有效解决受水区城市经济发展的缺水矛盾，改变广州市南沙区从北江下游沙湾水道取水及深圳市、东莞市从东江取水的单一供水格局，提高供水安全性和应急备用保障能力，适当改善东江下游河道枯水期生态环境流量，对维护广州市南沙区、深圳及东莞市供水安全和经济社会可持续发展具有重要作用。

2 智慧工地信息化建设范围

珠江三角洲水资源配置工程智慧工地信息化建设范围如下：

2.1 数字工地建设

具体的建设内容主要有智慧工地总览(三维全景电子沙盘)、人员定位、施工器械监测、拌合站监测、门禁管理、视频安防、施工用电监测、环境监测、水情监测、污水处理监测、车辆进出管理、运输车辆监测管理等内容[1]。

2.2 系统运行环境建设

具体的建设内容主要有智慧工地通信网络(对外通信、语音通信、应急通讯保障)、智慧工地办公网络、网络安全、服务器配置、视频会商、机房设施。

2.3 标段监控分中心建设

具体的建设内容主要有大屏幕，以及配套设施和相关软件等。

2.4 营地指挥部建设

具体的建设内容主要有大屏幕，以及配套设施等。

2.5 智慧工程管理信息系统集成

具体的建设内容主要有集成数据交换接入、视频交换接入等。

3 智慧工地信息化整体架构

智慧工地信息化建设架构分为数字工地、系统运行环境、标段监控分中心、。营地指挥部及智慧工程管理信息系统集成。

1)数字工地的建设需要在每个工区配备实现施工现场管理、设备运行监控、运输监测、视频安防等业务应用系统，包括人员定位、门禁管理、视频监控、施工器械监测、拌合站监测、施工用电监测、车辆进出管理、运输车辆监测管理、环境监测、水情监测、污水处理监测等业务应用，同时需要在标段监控分中心配置三维全景电子沙盘[2-4]。

2)智慧监管建设需要在监控分中心所在工区配备视频会商、应急通讯、标段监控分中心等系统。标段监控分中心需要将业主提供的智慧工程管理系统平台中本标段业务以及自建需求业务集中监控，并按照业主要求安排人员24h值班。

3)智慧监管建设需要在营地指挥部配备LED屏幕及音视频设备。

3.1 数字工地建设

根据人、机、料、法、环五大重点，同时利用物联网技术，进行数字工地的建设，实现工程现场的实时化监管。

数字工地的建设内容由现场的区域施工环境和施工对象来确定，根据各标段建设内容来设置工区(含生活区)，每个工区均设置有人员定位系统、门禁管理系统、施工器械监测、施工用电监测系统、视频安防系统、车辆进出管理系统、运输车辆管理系统、水情监测系统、环境监测系统、污水处理监测等内容，并在相应工区设置拌合站监测内容[5-6]。

为实现智慧工地建设，需建设数字工地，因为数字工地是工地建设、管理的数据基础，不可或缺。

3.1.1 智慧工地总览(三维全景电子沙盘)

在标段监控分中心建设三维全景电子沙盘，根据现场情况，通过BIM、倾斜摄影、VR等手段，制作对应标段的三维全景电子模型，应实现整体面貌展示、三维线路预览、关键数据展示、施工资源统计等功能。

1)面向工程管理的三维电子沙盘构建：

基于现有的BIM+GIS平台，结合BIM+GIS平台中已有的矢量(主要是区划、交通、路网、水系等数据)、栅格数据(影像、地形数据)，将项目收集、建立的包括倾斜摄影、720影像、施工各阶段BIM模型发布到BIM+GIS平台，通过BIM+GIS平台提供的工具和开发接口，结合项目工程数据库及现场采集的监测、监控数据，建立面向工程应用的电子沙盘，用于工程项目管理管控，如：质量、安全、进度、资金和设备管理等。

2)面向可视化场景应用的三维电子沙盘构建：

制作用于沉浸式体验的三维电子沙盘，具备交互功能，易于操作，能展示项目建设过程和建成后的实际效果，展示建设过程中的工程全貌，重点细节以及关键指标数据。

3.1.2 视频安防

在施工区域布置高清红外球机、高清红外枪机、人脸识别摄像机；在施工高点布置高清全景270°拼接摄像机；在重要区域布置高清红外球机、高清红外枪机、人脸识别摄像机；在标段监控分中心布置网络硬盘录像机、监控硬盘、网络键盘、监视器、视频监控软件。

主要功能包括实时视频播放及录像、云台控制、录像回放、人脸抓拍、违规行为判断(含区域入侵检测、人数统计、安全帽识别)、视频智能运维、设备健康状态监测，同时视频存储时长≥3个月。

3.1.3 运输车辆监测管理

对砂石料、混凝土以及渣土进行运输的车辆实现监测管理，主要设备包括车载主机、通讯模块、高清摄像机、显示设备、存储设备、麦克风、报警装置、防护机箱等。

主要功能包括视频采集、车辆位置采集、数据备份、行驶记录、语音调度、数据通信。

3.1.4 人员定位

对施工区域的施工人员进行定位，主要设备包括定位标签、发卡器、定位软件、通信基站。

主要功能包括人员定位、区域监控、人员定位查询、突发情况的紧急报警、低电量报警。

3.1.5 门禁管理

在工区入口设置门禁设备，主要设备包括人脸道闸、发卡器、标签卡、显示屏、网络设备、访客机、管理软件。

在施工区域入口设置门禁设备，主要设备包括人脸道闸、显示屏。

主要功能包括人员进出管理、人员考勤管理、人数统计、访客管理、语音播报、信息显示、紧急开闸、远程发布及管理。

3.1.6 环境量监测

监测的内容有空气质量、气象、噪音等，主要设备包括扬尘实时监控设备(PM2.5、PM10)、气象监控设备、噪声采集设备、录音采集设备、报警及软件系统。

主要功能包括显示空气质量(PM2.5/PM10)、显示气象参数(温度、湿度、风速、风向、大气压、雨量)、支持治理设备接入(喷淋、雾炮)、现场噪声监测和判断、噪声及扬尘超标现场输出功能。

3.1.7 车辆进出管理

车辆进出管理系统的主要设备包括一体化抓拍相机、显示屏、道闸、LED补光灯、数字车辆检测器、出入口相机立杆、地感线圈等。

主要功能包括自动识别、智能控制、视频抓拍、报警提示、无卡(外来)车辆监管、工程车辆出入场流程。

3.1.8 施工器械监测

施工器械等现场设备支持 Modbus TCP、OPC UA 等工业通讯协议，或支持 HTTP 协议，接入工区自建的网络、或自带通信传输设备，将信息传送到各工区。

配置相应的软件，主要包括实时数据采集传输、数据统计分析等功能。

3.1.9 施工用电监测

施工用电监测系统的主要设备包括数据采集控制设备、交流电量监测模块、声光报警器。

可实现低压二级配电柜出线交流电路中的电压、电流、功率数据的监测及存储，并根据需求查询和展示相关数据。

3.1.10 拌合站监测

拌合站现场设备须支持 Modbus TCP、OPC UA 等工业通讯协议，或支持 HTTP 协议，接入工区自建的网络、或自带通信传输设备，将信息传送到各工区。

配置相应的软件，主要包括实时数据采集传输、数据统计分析等功能。

3.1.11 水情监测

监测的内容为水位监测，主要设备包括数据采集终端(RTU)、太阳能供电设备、雷达式水位计、采集及管理软件。

主要功能包括监测水位数值并定时上报；当水位数值达到预设标准时(过高或者过低)，进行上报并报警。

3.1.12 污水处理监测

污水处理设备须支持 Modbus TCP、OPC UA 等工业通讯协议，或支持 HTTP 协议，接入工区自建的网络、或自带通信传输设备，将信息传送各工区。

配置相应的软件，主要包括实时数据采集传输、数据统计分析等功能。

3.2 系统运行环境建设

智慧工地系统运行环境建设应从布线、安装、供电、维护等方面提高集成度，实现数据标准化和集成化。可采用综合无线自组网与定位基站，具备移动音视频通话、移动视频监控、环境实时监测和隧洞应急通信和抢险救援通信功能，可快速网络恢复，一机多能、一网多用，集无线自组网+定位+物联网监测于一体，同时满足应急通信需求。

3.2.1 智慧工地通信网络

1)对外通信：

为实现各工区与标段监控分中心网络互联互通，各工区需搭建专用线路，具体要求如下：①专线类型：企业互联网专线、裸纤等，带固定外网IP地址；②专线带宽：上下行对等，带宽≥100M。

为了保障智慧工地数据传输的稳定性，各工区的办公网络与标段监控中心之间的互联网络必须分开。

2)语音通信：

在每个工区设置语音通信系统。在标段监控分中心设置程控交换机，满足整个标段的总容量需求。

各工区设置一定数量的模拟话机。模拟话机通过语音网关接入程控交换机。

语音通信系统的程控交换机与当地通信运营商进行网络连接，满足工地对外通信需要。

3)应急通信：

配备应急通信卫星电话，作为应急备用。

3.2.2 智慧工地办公网络

在各工区配置智慧工地办公网络，配置交换机和无线AP，为工区的管理区和施工区提供稳定的网络环境。配置路由器接入互联网，内网安全则通过配置防火墙来实现。

主要设备包括交换机、无线AP、无线控制器、路由器、网管系统。

3.2.3 网络安全设备

配置防火墙、上网行为管理等网络安全设备，为各工区提供可靠的网络安全防护，同时需满足各工区日常与标段监控分中心通信的需求。

3.2.4 服务器配置

各工区按需配置服务器，部署需要的操作系统和智慧工地管理系统。

根据监控室日常工作的需要，工区及标段监控分中心需配置工作站，部署对应的操作系统和软件，用于日常办公和值班。

主要软硬件包括服务器、工作站、数据库管理软件、操作系统。

3.2.5 机房设施

每个工区和标段监控分中心需建设面积≥20m2的监控室，配置服务器、网络视频录像机等设备。

为保障服务器有良好的工作环境，需配备机柜来放置服务器。

为了保障服务器的稳定供电需求，配备UPS电源，供电时长≥3h。

3.3 标段监控分中心建设

1)功能要求：

在标段监控分中心设置一间≥100m2的监控值班室，配置大屏幕、音频设备、监控工作站等。

标段监控分中心应满足标段各工区信息的集中展示、24h值班及应急工作处理等功能需求。

2)设备配置要求：

主要软硬件包括机柜、UPS电源。

3)配套环境要求：

为满足智慧工地管理信息平台的日常运行监控，系统日常问题处理，以及与智慧工程管理信息平台全线管理平台的集成对接等工作。标段监控分中心的照明、网络、供电、音响设备需满足相关技术要求，其余空调设备、监控台桌椅、装修等，需满足进行监控工作的基本要求。

4)边缘服务器要求：

由于各工区的复杂程度不同，可能会有不同程度的压力，为保障系统正常运行，在标段监控分中心的机房内配置边缘服务器(含操作系统)，负责采集并上传各工区的数据、同时还负责与工程安全监控中心进行数据及视频的传输。

主要软硬件包括服务器、数据库管理软件、操作系统。

5)视频会商要求：

为保障各单位之间的交流，在标段监控分中心配置视频会商设备。

3.4 营地指挥部建设

在营地指挥部设置一间≥100m2的监控值班室，配置大屏幕、音视频设备、监控工作站等。

主要软硬件包括机柜、UPS系统。

3.5 智慧工程管理信息系统集成

智慧工地将数据、视频等按要求与智慧工程管理信息平台交换数据。智慧工程管理信息平台将接收到的数据、视频等信息进行统一归集、处理、分析后，将以服务的形式，提供给智慧工地使用，智慧工地按照要求对服务进行结合性使用，例如标段监控分中心安排人员24h值班、安全、质量和进度管理按要求填报等，以满足对智慧工地的管理要求。

1)智慧工程管理信息平台集成接入配合：

按智慧工程管理信息平台要求提供部署环境，配合智慧工程管理信息平台建设做好接入的初始化、联调，保障运行稳定等工作。

在标段前置数据交换服务器部署数据转发程序，实现数据采集并上报给智慧工程管理信息平台。

2)标段内各工区数据采集、视频采集集成：

标段内各工区数据及视频，按照相关的接入要求，分别接入到智慧工程管理信息平台。

4 总 结

智慧工地信息化建设是珠三角智慧水利工程建设不可或缺的一部分，为工程全线的智慧监管提供的基础信息和管理平台。通过智慧工地信息化的建设，可实现各标段设计、施工、运维等各方面的数据支撑及管理，提高施工期的运行管理水平，更好的保证工程高效有序推进。