黃雪琳，王 軍

(水利部產品質量標準研究所，浙江 杭州 310012)

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物聯(lián)網(wǎng)在混凝土施工作業(yè)調度管理中的應用

黃雪琳，王 軍

(水利部產品質量標準研究所，浙江 杭州 310012)

為了提高我國水利水電工程混凝土生產、運輸、澆注施工作業(yè)的調度管理水平，在現(xiàn)有的調度管理模式基礎上，通過引入物聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星定位、移動通訊、無線網(wǎng)絡及視頻監(jiān)控等服務技術，接口混凝土微機自動化生產系統(tǒng)，使混凝土施工作業(yè)調度管理做到科學、高效、規(guī)范。圖2幅。

水利水電工程；物聯(lián)網(wǎng)；混凝土施工；調度管理

1 概 述

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things)是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，有兩層意思：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；二是其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。因此，目前業(yè)界對物聯(lián)網(wǎng)雖還沒有一個完全統(tǒng)一的概念，但普遍認可的概念是通過各種信息傳感設備(射頻識別、紅外感應器、激光掃描器、環(huán)境傳感器及圖像感知器等)、條碼與二維碼、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、移動通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及自動化生產系統(tǒng)等，按約定的通信協(xié)議，將任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新型信息網(wǎng)絡。這個定義的核心是：物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是每一個物件都可以尋址，每一個物件都可以控制，每一個物件都可以通信。

我國水利水電建設發(fā)展正處于從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化過渡的進程當中，急需用現(xiàn)代物資條件進行裝備，用現(xiàn)代科學技術進行改造，用現(xiàn)代先進的管理模式去推進，用現(xiàn)代發(fā)展理念引領。因此，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將會為我國水利水電行業(yè)發(fā)展與世界同步，提供一個國際領先的全新平臺，也必將為傳統(tǒng)產業(yè)改造升級起到巨大的推動作用。

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土施工作業(yè)調度管理就是將混凝土生產、運輸、澆注3個環(huán)節(jié)的實時作業(yè)信息采集傳送至調度中心的信息化綜合管理系統(tǒng)，方便中心調度管理人員實時掌握施工現(xiàn)場作業(yè)情況，并分別發(fā)出指令，統(tǒng)一調度管理。

2 現(xiàn) 狀

2.1 混凝土生產

目前國內水利水電工程上使用的混凝土都已實現(xiàn)自動化生產，即采用計算機控制，根據(jù)輸入的混凝土配合比指令，自動配料、自動稱量、自動卸料、自動拌和、自動出料。在一些大型的水利水電工程上，已實現(xiàn)攪拌樓數(shù)據(jù)自動采集與分析，如華能瀾滄江水電股份有限公司已建成投產的黃登·大華橋水電站，在工程建設期使用混凝土施工工藝監(jiān)控系統(tǒng)通過骨料含水率、超遜徑等檢測結果，結合理論配比，進行施工配料單的自動計算；并采用混凝土攪拌樓接口與無線傳輸集成設備，實時采集拌和樓生產過程中的每一盤混凝土生產數(shù)據(jù)。當發(fā)現(xiàn)混凝土澆注出現(xiàn)質量問題時，可實時查詢混凝土生產配料單和實際配合比等信息，并進行對比分析，以確定原材料及攪拌過程中是否存在問題；如有問題及時采取相應措施，現(xiàn)場混凝土施工總結分析、后評價時具備可追溯性。

2.2 混凝土運輸

目前國內水利水電工程混凝土運輸采用的載具有混凝土罐車、自卸車及膠帶輸送機等，其中通過混凝土罐車、自卸車運送混凝土占比較大。因此，一些大型的水利水電工地在混凝土運輸過程中，對運輸車輛安裝車輛自動定位設備及空滿載監(jiān)視設備，以期監(jiān)控運輸車輛的實時動態(tài)；如四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司已建成投產的大渡河長河壩水電站，在工程建設期便對上壩運輸車輛安裝車輛自動定位設備，從而實現(xiàn)上壩運輸車輛從料場到壩面的全程監(jiān)控。

2.3 混凝土澆筑

目前國內水利水電工程混凝土澆筑已實現(xiàn)計劃動態(tài)管理，如黃登·大華橋水電站，在工程建設期便采用了混凝土澆注計劃動態(tài)管理。

(1)進度動態(tài)更新與維護

通過現(xiàn)場監(jiān)控實時反饋大壩施工進度，動態(tài)更新進度形象，同時進行計劃進度形象偏差對比。

(2)動態(tài)模擬與實時仿真

采用系統(tǒng)仿真技術、三維建模技術、數(shù)據(jù)庫技術、控制論等，對水電站高碾壓混凝土壩施工系統(tǒng)進行分解協(xié)調系統(tǒng)分析，為工程建設過程的進度控制與決策提供技術支撐和分析平臺。

(3)動態(tài)調整施工計劃

施工、監(jiān)理根據(jù)仿真結果調整施工計劃，調整計劃后，施工單位將審批通過后的大壩混凝土澆筑總、年、季、月、周計劃錄入系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動生成三維形象進度計劃。

目前國內水利水電工程混凝土澆筑面開倉前工序申報及審核，在一些大型水利水電工地已基本實現(xiàn)了無紙化辦公；如黃登·大華橋水電站在工程建設期便采用了開倉前工序在線申報及審核，該系統(tǒng)主要通過桌面管理、手持終端(注：裝有混凝土倉面管理系統(tǒng)軟件的智能手機)等方式進行混凝土倉面澆注工藝設計、備倉工序驗收以及開倉申請等開倉前工序的在線申報與審核管理，實現(xiàn)了施工作業(yè)流程的無紙化辦公，大大提高了工作效率。

綜上所述，水利水電工程在混凝土生產、運輸、澆注3個施工作業(yè)環(huán)節(jié)已各自實現(xiàn)混凝土自動化生產和數(shù)據(jù)自動采集與分析、運輸車輛定位和跟蹤、澆注作業(yè)智能化管理，但尚未做到對混凝土施工作業(yè)3個環(huán)節(jié)的統(tǒng)一調度管理。

若將混凝土生產、運輸、澆筑通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動通訊系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及自動化生產系統(tǒng)等，按約定的通信協(xié)議，將施工作業(yè)3個環(huán)節(jié)連接起來；通過互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換和通信，以實現(xiàn)調度人員實時掌握施工現(xiàn)場作業(yè)情況，并分別發(fā)出指令，統(tǒng)一調度管理，將使混凝土施工作業(yè)調度管理水平大大提高，做到科學、高效、規(guī)范。

3 系統(tǒng)建設

3.1 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)按照兩層分布式工程管理系統(tǒng)進行設計，整個系統(tǒng)可以分為調度管理級、施工作業(yè)級(見圖1)。

圖1 混凝土施工作業(yè)調度管理框圖

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土施工作業(yè)信息化綜合管理系統(tǒng)中，混凝土生產管理微機、GPS車載自動定位設備、監(jiān)控攝像頭及手持終端(智能手機)等作為現(xiàn)場控制級，通過與混凝土生產管理微機聯(lián)網(wǎng)，可以實時監(jiān)控混凝土生產；通過GPS車載自動定位設備可以定位、跟蹤混凝土運輸車輛；通過監(jiān)控攝像頭可以實時監(jiān)控道路信息、現(xiàn)場混凝土澆筑進度；通過手持終端可以進行開倉申請。

3.2 系統(tǒng)組成

信息化綜合管理系統(tǒng)的組成包括GPS差分基準站、施工區(qū)域無線局域網(wǎng)基站、施工區(qū)域視頻攝像頭、現(xiàn)場分控站、GPS車載自動定位設備、手持終端(智能手機)及調度中心數(shù)據(jù)庫服務器和中心處理平臺等。

3.3 系統(tǒng)功能

混凝土澆筑現(xiàn)場施工作業(yè)人員通過手持終端(注：裝有混凝土倉面管理系統(tǒng)軟件的智能手機)與信息化綜合管理系統(tǒng)進行信息交換和通信，完成混凝土倉面澆注工藝設計、備倉工序驗收以及開倉申請等開倉前工序的在線申報與審核管理；審核通過后，調度管理人員先通過信息化綜合管理系統(tǒng)下達開倉澆筑指令。

接著向聯(lián)網(wǎng)的混凝土攪拌樓自動化生產工控機下達生產計劃指令，計劃內容包含混凝土配合比和方量，同時實時采集拌和樓生產過程中的每一盤混凝土生產數(shù)據(jù)進行對比分析，如有問題及時采取相應措施及時處理。

然后通過GPS定位系統(tǒng)查看混凝土運輸車輛位置，通過攝像頭得到運輸車輛視頻信號，優(yōu)先向距離混凝土攪拌樓最近的車輛駕駛員發(fā)送手機短信，通知混凝土澆筑倉號位置及行駛路線等信息，后續(xù)車輛在接到相同的短信通知后，陸續(xù)趕到混凝土攪拌樓區(qū)域排隊等候承運混凝土，從而可實現(xiàn)運輸車輛從混凝土拌和樓到混凝土澆筑倉面的全程監(jiān)控；包括車輛信息監(jiān)視，道路行車密度統(tǒng)計，各工作面車輛優(yōu)化調度，車輛運輸軌跡可視畫面動態(tài)監(jiān)視。

在整個混凝土施工作業(yè)調度管理過程中，施工作業(yè)區(qū)域的視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮了巨大作用，可做到混凝土澆注計劃動態(tài)管理，實時掌握施工進度，并進行對比分析，及時調整進度計劃，做到進度控制科學化、規(guī)范化。同時，調度管理人員的任何指令可及時落實到特定的人。

3.4 系統(tǒng)功能可集成化

可將混凝土生產、運輸監(jiān)控、澆筑監(jiān)控、決策支持等環(huán)節(jié)有機融合，形成一個綜合性、高度集成的信息化管控平臺，平臺內各模塊間數(shù)據(jù)可共享。

3.5 系統(tǒng)功能可模塊化

具體指標準化、模塊化的子系統(tǒng)，各系統(tǒng)不但能獨立運行，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口格式和中心數(shù)據(jù)庫還可實現(xiàn)多個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和功能耦合。模塊化系統(tǒng)可擴展，易于移植和重構，便于推廣應用(見圖2)。

圖2 模塊化系統(tǒng)示意

3.6 系統(tǒng)應用展望

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術在混凝土施工作業(yè)調度管理中還未全面實際應用，若引入物聯(lián)網(wǎng)混凝土施工作業(yè)調度管理信息化系統(tǒng)，將實現(xiàn)全過程、全方面、智能化、信息化的監(jiān)控和管理整個混凝土施工作業(yè)過程，從而使混凝土施工作業(yè)調度管理做到科學、高效、規(guī)范；同時還可以節(jié)約辦公成本，減少人員投入。

4 結 語

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土施工作業(yè)調度管理信息化系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位技術、移動通訊技術、無線網(wǎng)絡技術、視頻監(jiān)控技術及數(shù)據(jù)庫技術等，將混凝土生產、運輸、澆注3個施工作業(yè)環(huán)節(jié)的實時動態(tài)信息收集到數(shù)據(jù)庫服務器中，形成物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)中多種技術的運用可實現(xiàn)混凝土施工作業(yè)全過程精細控制、規(guī)范化及高效管理。基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土施工作業(yè)調度管理信息化系統(tǒng)可為水利水電工程混凝土施工行業(yè)的發(fā)展提供堅實的保障。

責任編輯 吳 昊

2016-08-23

黃雪琳(1967-)，女，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。E_mail：459196147@qq.com