鄒群 鄒國平

摘要：針對高速公路建設項目管理的特點及現有工程建設管理信息系統(tǒng)的局限性，研究了高速公路建設項目綜合管控系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)總體框架、功能和組成；基于SOA架構，采用B/S結構模式，開發(fā)了系統(tǒng)的統(tǒng)一管控平臺。該系統(tǒng)在江西奉銅高速公路建設管理中得以實施并應用，結果表明：該系統(tǒng)能夠對項目全方位進行實時管控，對提高管理效率、確保工程質量、加快應急反應速度、保障施工安全等方面起到十分重要的作用。

關鍵詞：高速公路建設項目管理；綜合管控系統(tǒng)；面向服務的架構；管理效率

中圖分類號：U415.1文獻標志碼：B

0引言

高速公路建設項目具有項目規(guī)模大、投資金額高、建設周期長、分布范圍廣、參建單位多、施工人員雜、工程風險大、影響因素多等特點，因此項目管理必須借助信息化手段來對建設的質量、進度、資金、環(huán)境等方面實施有效的監(jiān)督管控，從而提高高速公路項目建設的質量及效益?，F有的工程建設管理信息系統(tǒng)主要側重于文檔處理、數據統(tǒng)計、報表上報、計量匯總、OA辦公等，個別建設項目雖然在一些工程節(jié)點上設置了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但由于手段單一，仍然不能形象、直觀、全面地反映項目建設的諸多實際情況；且沒有相應的技術手段來實現關鍵信息及數據的實時自動采集和傳輸，大量的信息及數據仍采用人工采集錄入的方式，不能保證數據的真實性和實效性[12]。因此，通過先進的信息技術手段，建立一套能夠遠程、全面、實時、直觀地反映并記錄項目建設的實際情況，實現數據自動采集、傳輸、存儲、處理，具有實時視頻監(jiān)控、設備定位追蹤、工程質量監(jiān)測、試驗數據監(jiān)控、遠程指揮調度、電子沙盤顯示、項目匯報演示等實時綜合管控功能的工程管理信息系統(tǒng)具有十分重要的意義。

1系統(tǒng)建設目標

（1） 通過對視頻數據、施工過程監(jiān)測數據、實驗室試驗數據、拌和站生產及質量數據、人員考勤信息、機械運行信息等工程管控綜合數據信息的監(jiān)控及管理，改變現行的工程建設管理信息系統(tǒng)僅以視頻監(jiān)控為管理手段的單一管理模式，實現對高速公路建設項目現場的重要施工地段、關鍵施工部位、重點施工工序、事故易發(fā)區(qū)域及主要參建人員等進行全方位、全過程的數字化遠程實時管控。

（2） 實現工程管控綜合信息的自動采集、傳輸、分析、預警，整個過程無人工干預，確保工程管控綜合信息的實時、真實、可靠，達到工程實時綜合管控的效能，真正實現在線監(jiān)控、在線指揮調度的管理目的。

（3） 將工程管控綜合信息與項目地理信息相結合，建立一個能夠涵蓋項目建設全過程、展示項目建設全景、形象反映即時建設成果的數字化沙盤。

（4） 統(tǒng)一管控平臺軟件基于SOA構建，采用B/S模式，功能齊全，運行穩(wěn)定，用戶界面友好，操作簡單，維護方便。

2系統(tǒng)總體架構

圖1實時綜合管控系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)由前端數據采集、中間網絡傳輸、末端運營管控三部分組成。其中數據采集部分包括視頻圖像數據采集、設備目標定位數據采集、人員考勤數據采集、工程監(jiān)測數據采集、工程管理數據采集、質量監(jiān)控數據采集、試驗數據采集等；網絡傳輸部分包括網絡信號覆蓋、網絡數據傳輸；運營管控部分包括數據收發(fā)、統(tǒng)計分析、信息檢索、遠程監(jiān)控、聯(lián)動預警、指揮調度、演示匯報、系統(tǒng)管理等。圖1為實時綜合管控系統(tǒng)總體架構。

3系統(tǒng)組成及功能

3.1網絡傳輸子系統(tǒng)

網絡傳輸子系統(tǒng)由兩部分組成：第一部分的組網方式是由項目辦、總監(jiān)辦（實驗室）、高駐辦和各施工單位的局域網通過公網利用VPN技術組成通信專網，為實時綜合管控系統(tǒng)提供數據傳輸通道；第二部分的組網方式是由基于無線Mesh技術的通信設備把外場視頻監(jiān)控點（預制廠、隧道口、實驗室、拌和站、重點工段等）的視頻圖像傳至附近的公網基站，再租用運營商2MbpsIP鏈路或2M E1鏈路把視頻圖像傳到項目辦的指揮調度中心（如果監(jiān)控點附近有施工單位的項目部，且其項目部已接VPN專網，那么這些監(jiān)控點的視頻就可以通過無線通信設備傳到附近項目部，再通過VPN專網傳到項目辦的指揮調度中心），第二部分網絡為視頻監(jiān)控子系統(tǒng)提供視頻及控制信號的傳輸通道。

3.2視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要是對預制廠、隧道口、實驗室、拌和站、特大橋、重點工段等現場情況進行視頻監(jiān)控，它由前端的音視頻采集系統(tǒng)、網絡傳輸系統(tǒng)和后端的視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)組成，遠程客戶也可以通過登錄VPN專網對系統(tǒng)進行訪問及控制，隨時掌握現場情況。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要的業(yè)務功能有圖像監(jiān)控、存儲回放、報警聯(lián)動、音視頻對講等?；贛esh無線網絡的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的架構如圖2所示。

圖2基于無線Mesh技術的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)架構

3.3GPS子系統(tǒng)

在大型機械設備（如壓路機、攤鋪機）、工程指揮車輛上安裝GPS遠端模塊，獲取設備或車輛的定位信息。系統(tǒng)連接 GPS服務器，抽取GPS數據，回放設備或車輛行駛軌跡，實時監(jiān)控設備或車輛行駛路線，從而實現對重點設備或車輛的實時管控；同時，對大型機械設備也可以實現施工質量的過程控制[3]。

3.4實驗室數據監(jiān)測子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)結合交通工程實驗室的特點，對實驗室儀器設備進行技術改造，實現了試驗數據的自動采集、分析及業(yè)務流程的自動監(jiān)管。可以自動采集數據的試驗設備包括：壓力機、萬能試驗機、馬歇爾試驗儀、軟化點試驗儀、針入度試驗儀、延度試驗儀、抗折試驗儀、燃燒試驗儀等。試驗過程和結果數據可通過VPN專網上傳到網絡服務器，項目辦、總監(jiān)辦可以進行遠程監(jiān)管。

3.5工程質量監(jiān)測子系統(tǒng)

3.5.1預應力張拉壓力和位移監(jiān)測

預應力張拉壓力和位移監(jiān)測技術主要用于實時監(jiān)測并記錄預應力梁板在張拉過程中的拉力和位移數據。該子系統(tǒng)既能實現對預應力梁板的單端張拉數據監(jiān)測，又可以同步監(jiān)測對稱張拉過程中兩端的拉力和位移數據，實現對張拉過程的全程監(jiān)測記錄；同時，運用3G技術將監(jiān)測數據無線上傳到網絡服務器，實現施工質量的遠程監(jiān)測控制。預應力張拉測試結果如圖3所示。

圖3預應力張拉測試數據

3.5.2智能壓實質量監(jiān)測

智能壓實質量監(jiān)測設備是集傳感技術、嵌入式系統(tǒng)、計算機技術于一身的新一代車載式壓實質量控制儀[4]。該儀器實現了對壓實質量、振動頻率、

碾壓速度的實時及連續(xù)監(jiān)測控制，為改良碾壓工藝和壓實質量檢測提供了完整的過程數據，能夠明顯提高工作效率，保證路基壓實度的施工質量。路基壓實度測試數據如圖4所示。

圖4路基壓實度測試數據

3.5.3瀝青混合料動態(tài)質量監(jiān)控

瀝青混合料動態(tài)質量監(jiān)控子系統(tǒng)是在已有拌和樓質量控制系統(tǒng)的基礎上，進一步開發(fā)的瀝青混合料質量實時監(jiān)測系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)具有自動采集數據、數據分析、圖表生成、超限提醒等功能，可以及時糾正拌和過程中的操作問題，實現網絡遠程監(jiān)控，并由事后檢測向過程監(jiān)控轉變，有助于提高瀝青路面的質量控制水平。奉銅高速瀝青混合料動態(tài)質量監(jiān)控系統(tǒng)如圖5所示。

圖5奉銅高速瀝青混合料動態(tài)質量監(jiān)控系統(tǒng)

3.6視頻會議子系統(tǒng)

借助系統(tǒng)建立的VPN通信專網，開發(fā)了一套基于軟件的視頻會議系統(tǒng)。該系統(tǒng)相對基于硬件的會議系統(tǒng)，具有對網絡的適應能力強、移動性較強、安裝部署方便、易擴容和升級等優(yōu)點[6]。項目參建各方可借助該系統(tǒng)召開各種工地視頻會議，對提高工作效率、降低工程管理成本發(fā)揮較大作用。

3.7人員考核識別子系統(tǒng)

為了對參建各方的重要人員（如總監(jiān)辦的總監(jiān)、副總監(jiān)、實驗室主任、各部部長，以及各標段的項目經理、副經理、項目總工、專業(yè)工程師等）進行考勤管理，開發(fā)了一套人員考核識別子系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有遠程指紋打卡、休假考勤管理、人員考勤查詢和人員考勤補錄等功能。

3.8綜合展現子系統(tǒng)

以電子沙盤為核心，綜合展現子系統(tǒng)全面展現項目建設管理過程中的全方位信息，包括項目及工程概況展示、形象進度展示、中央天氣預報查看、質量數據展示等。系統(tǒng)利用GIS技術，在路網地圖的基礎上建立模擬電子沙盤，直觀反映項目建設區(qū)域地形、標段分布、設計狀態(tài)、工程狀況等信息；同時，電子沙盤可作為項目建設演示匯報的平臺，通過鼠標點擊該沙盤相應位置，利用動態(tài)模型、圖形圖表、現場視頻等，可實時反映該位置各項工作的開展情況。奉銅高速的電子沙盤如圖6所示。

圖6奉銅高速公路電子沙盤

4統(tǒng)一管控平臺軟件的開發(fā)

4.1技術架構

如上所述，高速公路建設項目實時綜合管控系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)構成，且大部分子系統(tǒng)均可獨立運行；但是，在實際的應用中不可能分別進入到各個子系統(tǒng)中實現綜合管控的各業(yè)務功能，而必須在各子系統(tǒng)上建立統(tǒng)一的管控平臺軟件才能實現單點登錄、統(tǒng)一管控。

由于各子系統(tǒng)設計與建設的時期和業(yè)務模式不同，缺乏統(tǒng)一的設計標準與總體規(guī)劃，導致這些獨立、異構、封閉的子系統(tǒng)間的信息交互與共享困難，存在大量的“信息孤島”和“流程孤島”。所以，本系統(tǒng)中要建立的統(tǒng)一管控平臺，其實就是各子系統(tǒng)的信息集成平臺，其目的是為了有效整合分散異構的信息資源，消除“信息孤島”現象，以統(tǒng)一的方式實現各系統(tǒng)間不同結構、不同格式數據的相互轉換，并由協(xié)調引擎統(tǒng)一協(xié)調各個信息系統(tǒng)間的數據傳輸與消息通信。

面向服務的架構（ServiceOriented Architecture，SOA） 是當前一種比較先進的組件模型，將應用程序的不同功能單元轉化成服務，并通過定義服務之間良好的接口和契約將系統(tǒng)聯(lián)系起來，這些接口采用中立的方式定義，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，使得系統(tǒng)之間可以以一種通用、統(tǒng)一、簡便的方式進行交互。利用 SOA 可以實現功能與業(yè)務的分離，提高服務的可重用性，實現服務間的松耦合[7]。 因此，統(tǒng)一管控平臺軟件的開發(fā)采用SOA設計理念，基于J2EE開放平臺，利用Web Services技術實現。具體開發(fā)平臺采用普元EOS6.0，它是全球第一個基于SCA/SDO/SOA的面向構件中間件產品；Web應用服務器選用Tomcat，它是一個開放源代碼、運行servlet和JSP Web應用軟件的基于Java的Web應用軟件容器；數據庫平臺選用Oracle 10g數據庫。

統(tǒng)一管控平臺采用B/S結構，分為3層：表示層Web、業(yè)務邏輯層BLL和數據訪問層DAL。其中最關鍵的是業(yè)務邏輯層。在基于SOA的統(tǒng)一管控平臺軟件中，業(yè)務邏輯層必須對各子系統(tǒng)的主要功能模塊按照合適的粒度進行抽象和封裝，形成符合SOA規(guī)范的服務，并注冊到企業(yè)服務總線（Enterprise Service Bus，ESB），通過服務組合與編排實現系統(tǒng)業(yè)務邏輯的控制。

4.2功能模塊

統(tǒng)一管控平臺由三大功能模塊組成：綜合展示、項目管理和系統(tǒng)管理[8]。其中綜合展示包括項目及工程概況展示、形象進度展示、中央天氣預報查看、質量數據展示、車輛行為管理展示、實時視頻監(jiān)控等；項目管理包括人員考勤管理、工程信息管理、工程進度管理和工程質量管理等；系統(tǒng)管理包括組織機構管理、權限管理、授權認證、工作流、業(yè)務字典管理等。

5系統(tǒng)的主要特點

（1） 系統(tǒng)通過先進的信息化技術手段，建立了一個能夠全面、實時、直觀反映并綜合記錄項目建設實際情況，遠程實施組織指揮與調度的管控平臺；系統(tǒng)的應用在一定程度上提高了高速公路建設項目監(jiān)控管理的效率和質量，有效地降低了管理成本，促進了高速公路建設管理的規(guī)范化、制度化和專業(yè)化。

（2） 系統(tǒng)結合工程數據自動采集、遠程數字通信傳輸、衛(wèi)星定位追蹤、計算機信息處理控制等技術，實現數據自動采集、傳輸、處理，具有實時的視頻監(jiān)控、設備定位追蹤、工程質量監(jiān)測、試驗數據監(jiān)控、遠程指揮調度、電子沙盤顯示、項目匯報演示等綜合管控功能。

（3） 統(tǒng)一管控平臺軟件基于SOA架構，采用B/S框架結構，具有更好的可擴展性、可重用性和可維護性。