鄒群 鄒國(guó)平

摘要：針對(duì)高速公路建設(shè)項(xiàng)目管理的特點(diǎn)及現(xiàn)有工程建設(shè)管理信息系統(tǒng)的局限性，研究了高速公路建設(shè)項(xiàng)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(gòu)，采用B/S結(jié)構(gòu)模式，開發(fā)了系統(tǒng)的統(tǒng)一管控平臺(tái)。該系統(tǒng)在江西奉銅高速公路建設(shè)管理中得以實(shí)施并應(yīng)用，結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠?qū)?xiàng)目全方位進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，對(duì)提高管理效率、確保工程質(zhì)量、加快應(yīng)急反應(yīng)速度、保障施工安全等方面起到十分重要的作用。

關(guān)鍵詞：高速公路建設(shè)項(xiàng)目管理；綜合管控系統(tǒng)；面向服務(wù)的架構(gòu)；管理效率

中圖分類號(hào)：U415.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

高速公路建設(shè)項(xiàng)目具有項(xiàng)目規(guī)模大、投資金額高、建設(shè)周期長(zhǎng)、分布范圍廣、參建單位多、施工人員雜、工程風(fēng)險(xiǎn)大、影響因素多等特點(diǎn)，因此項(xiàng)目管理必須借助信息化手段來對(duì)建設(shè)的質(zhì)量、進(jìn)度、資金、環(huán)境等方面實(shí)施有效的監(jiān)督管控，從而提高高速公路項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量及效益?，F(xiàn)有的工程建設(shè)管理信息系統(tǒng)主要側(cè)重于文檔處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表上報(bào)、計(jì)量匯總、OA辦公等，個(gè)別建設(shè)項(xiàng)目雖然在一些工程節(jié)點(diǎn)上設(shè)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(xiàng)目建設(shè)的諸多實(shí)際情況；且沒有相應(yīng)的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵信息及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集和傳輸，大量的信息及數(shù)據(jù)仍采用人工采集錄入的方式，不能保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和實(shí)效性[12]。因此，通過先進(jìn)的信息技術(shù)手段，建立一套能夠遠(yuǎn)程、全面、實(shí)時(shí)、直觀地反映并記錄項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理，具有實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、設(shè)備定位追蹤、工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)程指揮調(diào)度、電子沙盤顯示、項(xiàng)目匯報(bào)演示等實(shí)時(shí)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(shè)目標(biāo)

（1） 通過對(duì)視頻數(shù)據(jù)、施工過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)、拌和站生產(chǎn)及質(zhì)量數(shù)據(jù)、人員考勤信息、機(jī)械運(yùn)行信息等工程管控綜合數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控及管理，改變現(xiàn)行的工程建設(shè)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(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的重要施工地段、關(guān)鍵施工部位、重點(diǎn)施工工序、事故易發(fā)區(qū)域及主要參建人員等進(jìn)行全方位、全過程的數(shù)字化遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)管控。

（2） 實(shí)現(xiàn)工程管控綜合信息的自動(dòng)采集、傳輸、分析、預(yù)警，整個(gè)過程無人工干預(yù)，確保工程管控綜合信息的實(shí)時(shí)、真實(shí)、可靠，達(dá)到工程實(shí)時(shí)綜合管控的效能，真正實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、在線指揮調(diào)度的管理目的。

（3） 將工程管控綜合信息與項(xiàng)目地理信息相結(jié)合，建立一個(gè)能夠涵蓋項(xiàng)目建設(shè)全過程、展示項(xiàng)目建設(shè)全景、形象反映即時(shí)建設(shè)成果的數(shù)字化沙盤。

（4） 統(tǒng)一管控平臺(tái)軟件基于SOA構(gòu)建，采用B/S模式，功能齊全，運(yùn)行穩(wěn)定，用戶界面友好，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1實(shí)時(shí)綜合管控系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)由前端數(shù)據(jù)采集、中間網(wǎng)絡(luò)傳輸、末端運(yùn)營(yíng)管控三部分組成。其中數(shù)據(jù)采集部分包括視頻圖像數(shù)據(jù)采集、設(shè)備目標(biāo)定位數(shù)據(jù)采集、人員考勤數(shù)據(jù)采集、工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、工程管理數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集等；網(wǎng)絡(luò)傳輸部分包括網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；運(yùn)營(yíng)管控部分包括數(shù)據(jù)收發(fā)、統(tǒng)計(jì)分析、信息檢索、遠(yuǎn)程監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)預(yù)警、指揮調(diào)度、演示匯報(bào)、系統(tǒng)管理等。圖1為實(shí)時(shí)綜合管控系統(tǒng)總體架構(gòu)。

3系統(tǒng)組成及功能

3.1網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)由兩部分組成：第一部分的組網(wǎng)方式是由項(xiàng)目辦、總監(jiān)辦（實(shí)驗(yàn)室）、高駐辦和各施工單位的局域網(wǎng)通過公網(wǎng)利用VPN技術(shù)組成通信專網(wǎng)，為實(shí)時(shí)綜合管控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸通道；第二部分的組網(wǎng)方式是由基于無線Mesh技術(shù)的通信設(shè)備把外場(chǎng)視頻監(jiān)控點(diǎn)（預(yù)制廠、隧道口、實(shí)驗(yàn)室、拌和站、重點(diǎn)工段等）的視頻圖像傳至附近的公網(wǎng)基站，再租用運(yùn)營(yíng)商2MbpsIP鏈路或2M E1鏈路把視頻圖像傳到項(xiàng)目辦的指揮調(diào)度中心（如果監(jiān)控點(diǎn)附近有施工單位的項(xiàng)目部，且其項(xiàng)目部已接VPN專網(wǎng)，那么這些監(jiān)控點(diǎn)的視頻就可以通過無線通信設(shè)備傳到附近項(xiàng)目部，再通過VPN專網(wǎng)傳到項(xiàng)目辦的指揮調(diào)度中心），第二部分網(wǎng)絡(luò)為視頻監(jiān)控子系統(tǒng)提供視頻及控制信號(hào)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(duì)預(yù)制廠、隧道口、實(shí)驗(yàn)室、拌和站、特大橋、重點(diǎn)工段等現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行視頻監(jiān)控，它由前端的音視頻采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和后端的視頻監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)組成，遠(yuǎn)程客戶也可以通過登錄VPN專網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問及控制，隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要的業(yè)務(wù)功能有圖像監(jiān)控、存儲(chǔ)回放、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、音視頻對(duì)講等?；贛esh無線網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。

圖2基于無線Mesh技術(shù)的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)架構(gòu)

3.3GPS子系統(tǒng)

在大型機(jī)械設(shè)備（如壓路機(jī)、攤鋪機(jī)）、工程指揮車輛上安裝GPS遠(yuǎn)端模塊，獲取設(shè)備或車輛的定位信息。系統(tǒng)連接 GPS服務(wù)器，抽取GPS數(shù)據(jù)，回放設(shè)備或車輛行駛軌跡，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備或車輛行駛路線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)設(shè)備或車輛的實(shí)時(shí)管控；同時(shí)，對(duì)大型機(jī)械設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的過程控制[3]。

3.4實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)結(jié)合交通工程實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析及業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)監(jiān)管?？梢宰詣?dòng)采集數(shù)據(jù)的試驗(yàn)設(shè)備包括：壓力機(jī)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、馬歇爾試驗(yàn)儀、軟化點(diǎn)試驗(yàn)儀、針入度試驗(yàn)儀、延度試驗(yàn)儀、抗折試驗(yàn)儀、燃燒試驗(yàn)儀等。試驗(yàn)過程和結(jié)果數(shù)據(jù)可通過VPN專網(wǎng)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，項(xiàng)目辦、總監(jiān)辦可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管。

3.5工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

3.5.1預(yù)應(yīng)力張拉壓力和位移監(jiān)測(cè)

預(yù)應(yīng)力張拉壓力和位移監(jiān)測(cè)技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄預(yù)應(yīng)力梁板在張拉過程中的拉力和位移數(shù)據(jù)。該子系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力梁板的單端張拉數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，又可以同步監(jiān)測(cè)對(duì)稱張拉過程中兩端的拉力和位移數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)張拉過程的全程監(jiān)測(cè)記錄；同時(shí)，運(yùn)用3G技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無線上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。預(yù)應(yīng)力張拉測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3預(yù)應(yīng)力張拉測(cè)試數(shù)據(jù)

3.5.2智能壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

智能壓實(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備是集傳感技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身的新一代車載式壓實(shí)質(zhì)量控制儀[4]。該儀器實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓實(shí)質(zhì)量、振動(dòng)頻率、

碾壓速度的實(shí)時(shí)及連續(xù)監(jiān)測(cè)控制，為改良碾壓工藝和壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)提供了完整的過程數(shù)據(jù)，能夠明顯提高工作效率，保證路基壓實(shí)度的施工質(zhì)量。路基壓實(shí)度測(cè)試數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4路基壓實(shí)度測(cè)試數(shù)據(jù)

3.5.3瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控

瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控子系統(tǒng)是在已有拌和樓質(zhì)量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)的瀝青混合料質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)具有自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、圖表生成、超限提醒等功能，可以及時(shí)糾正拌和過程中的操作問題，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并由事后檢測(cè)向過程監(jiān)控轉(zhuǎn)變，有助于提高瀝青路面的質(zhì)量控制水平。奉銅高速瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)如圖5所示。

圖5奉銅高速瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

3.6視頻會(huì)議子系統(tǒng)

借助系統(tǒng)建立的VPN通信專網(wǎng)，開發(fā)了一套基于軟件的視頻會(huì)議系統(tǒng)。該系統(tǒng)相對(duì)基于硬件的會(huì)議系統(tǒng)，具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力強(qiáng)、移動(dòng)性較強(qiáng)、安裝部署方便、易擴(kuò)容和升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)[6]。項(xiàng)目參建各方可借助該系統(tǒng)召開各種工地視頻會(huì)議，對(duì)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(shí)別子系統(tǒng)

為了對(duì)參建各方的重要人員（如總監(jiān)辦的總監(jiān)、副總監(jiān)、實(shí)驗(yàn)室主任、各部部長(zhǎng)，以及各標(biāo)段的項(xiàng)目經(jīng)理、副經(jīng)理、項(xiàng)目總工、專業(yè)工程師等）進(jìn)行考勤管理，開發(fā)了一套人員考核識(shí)別子系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程指紋打卡、休假考勤管理、人員考勤查詢和人員考勤補(bǔ)錄等功能。

3.8綜合展現(xiàn)子系統(tǒng)

以電子沙盤為核心，綜合展現(xiàn)子系統(tǒng)全面展現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)管理過程中的全方位信息，包括項(xiàng)目及工程概況展示、形象進(jìn)度展示、中央天氣預(yù)報(bào)查看、質(zhì)量數(shù)據(jù)展示等。系統(tǒng)利用GIS技術(shù)，在路網(wǎng)地圖的基礎(chǔ)上建立模擬電子沙盤，直觀反映項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域地形、標(biāo)段分布、設(shè)計(jì)狀態(tài)、工程狀況等信息；同時(shí)，電子沙盤可作為項(xiàng)目建設(shè)演示匯報(bào)的平臺(tái)，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊該沙盤相應(yīng)位置，利用動(dòng)態(tài)模型、圖形圖表、現(xiàn)場(chǎng)視頻等，可實(shí)時(shí)反映該位置各項(xiàng)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(tái)軟件的開發(fā)

4.1技術(shù)架構(gòu)

如上所述，高速公路建設(shè)項(xiàng)目實(shí)時(shí)綜合管控系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，且大部分子系統(tǒng)均可獨(dú)立運(yùn)行；但是，在實(shí)際的應(yīng)用中不可能分別進(jìn)入到各個(gè)子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)綜合管控的各業(yè)務(wù)功能，而必須在各子系統(tǒng)上建立統(tǒng)一的管控平臺(tái)軟件才能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄、統(tǒng)一管控。

由于各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)的時(shí)期和業(yè)務(wù)模式不同，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與總體規(guī)劃，導(dǎo)致這些獨(dú)立、異構(gòu)、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(tái)，其實(shí)就是各子系統(tǒng)的信息集成平臺(tái)，其目的是為了有效整合分散異構(gòu)的信息資源，消除“信息孤島”現(xiàn)象，以統(tǒng)一的方式實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間不同結(jié)構(gòu)、不同格式數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，并由協(xié)調(diào)引擎統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個(gè)信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與消息通信。

面向服務(wù)的架構(gòu)（ServiceOriented Architecture，SOA） 是當(dāng)前一種比較先進(jìn)的組件模型，將應(yīng)用程序的不同功能單元轉(zhuǎn)化成服務(wù)，并通過定義服務(wù)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(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，使得系統(tǒng)之間可以以一種通用、統(tǒng)一、簡(jiǎn)便的方式進(jìn)行交互。利用 SOA 可以實(shí)現(xiàn)功能與業(yè)務(wù)的分離，提高服務(wù)的可重用性，實(shí)現(xiàn)服務(wù)間的松耦合[7]。 因此，統(tǒng)一管控平臺(tái)軟件的開發(fā)采用SOA設(shè)計(jì)理念，基于J2EE開放平臺(tái)，利用Web Services技術(shù)實(shí)現(xiàn)。具體開發(fā)平臺(tái)采用普元EOS6.0，它是全球第一個(gè)基于SCA/SDO/SOA的面向構(gòu)件中間件產(chǎn)品；Web應(yīng)用服務(wù)器選用Tomcat，它是一個(gè)開放源代碼、運(yùn)行servlet和JSP Web應(yīng)用軟件的基于Java的Web應(yīng)用軟件容器；數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選用Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)。

統(tǒng)一管控平臺(tái)采用B/S結(jié)構(gòu)，分為3層：表示層Web、業(yè)務(wù)邏輯層BLL和數(shù)據(jù)訪問層DAL。其中最關(guān)鍵的是業(yè)務(wù)邏輯層。在基于SOA的統(tǒng)一管控平臺(tái)軟件中，業(yè)務(wù)邏輯層必須對(duì)各子系統(tǒng)的主要功能模塊按照合適的粒度進(jìn)行抽象和封裝，形成符合SOA規(guī)范的服務(wù)，并注冊(cè)到企業(yè)服務(wù)總線（Enterprise Service Bus，ESB），通過服務(wù)組合與編排實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的控制。

4.2功能模塊

統(tǒng)一管控平臺(tái)由三大功能模塊組成：綜合展示、項(xiàng)目管理和系統(tǒng)管理[8]。其中綜合展示包括項(xiàng)目及工程概況展示、形象進(jìn)度展示、中央天氣預(yù)報(bào)查看、質(zhì)量數(shù)據(jù)展示、車輛行為管理展示、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控等；項(xiàng)目管理包括人員考勤管理、工程信息管理、工程進(jìn)度管理和工程質(zhì)量管理等；系統(tǒng)管理包括組織機(jī)構(gòu)管理、權(quán)限管理、授權(quán)認(rèn)證、工作流、業(yè)務(wù)字典管理等。

5系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1） 系統(tǒng)通過先進(jìn)的信息化技術(shù)手段，建立了一個(gè)能夠全面、實(shí)時(shí)、直觀反映并綜合記錄項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際情況，遠(yuǎn)程實(shí)施組織指揮與調(diào)度的管控平臺(tái)；系統(tǒng)的應(yīng)用在一定程度上提高了高速公路建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)控管理的效率和質(zhì)量，有效地降低了管理成本，促進(jìn)了高速公路建設(shè)管理的規(guī)范化、制度化和專業(yè)化。

（2） 系統(tǒng)結(jié)合工程數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程數(shù)字通信傳輸、衛(wèi)星定位追蹤、計(jì)算機(jī)信息處理控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、處理，具有實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控、設(shè)備定位追蹤、工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)程指揮調(diào)度、電子沙盤顯示、項(xiàng)目匯報(bào)演示等綜合管控功能。

（3） 統(tǒng)一管控平臺(tái)軟件基于SOA架構(gòu)，采用B/S框架結(jié)構(gòu)，具有更好的可擴(kuò)展性、可重用性和可維護(hù)性。