王貴海 任偉 張多 王墨含 張功蕾 趙菲菲

摘要 文章提出基于高速公路服務(wù)區(qū)的智慧化、零碳化方面的設(shè)計(jì)，結(jié)合BIM智能建造技術(shù)開展快速部署工作。以棗菏高速金鄉(xiāng)服務(wù)區(qū)為實(shí)際建設(shè)案例建設(shè)綜合管理平臺(tái)，分項(xiàng)系統(tǒng)包含有海綿服務(wù)區(qū)、視頻AI算法分析、光熱一體化建設(shè)、中水處理再利用、智能配用電管理、固廢處理等系統(tǒng)，通過采用智能建造方法應(yīng)用，使服務(wù)區(qū)智慧化建設(shè)在20 d內(nèi)完成，綜合管理平臺(tái)在10 d內(nèi)全部上線運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 智慧服務(wù)區(qū)；服務(wù)區(qū)智能化設(shè)計(jì)；智能建造技術(shù)

中圖分類號(hào) U495文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）02-0114-03

0 引言

高速服務(wù)區(qū)是高速公路上重要的基礎(chǔ)設(shè)施，內(nèi)部包含加油/氣、汽修、餐飲、購物、旅游、休息等服務(wù)。服務(wù)區(qū)常建設(shè)在遠(yuǎn)離村鎮(zhèn)的位置，獲取水電資源成本較高，能源供給可靠性差，安全管控能力不高，車輛和人員的管理手段少，營收方法單一。為了提升服務(wù)區(qū)的運(yùn)維管理效率以及方便旅客的使用體驗(yàn)，服務(wù)區(qū)的智慧化建設(shè)變得非常重要。為了滿足運(yùn)營單位的使用要求，進(jìn)一步完善旅客出行的高效便捷，該設(shè)計(jì)結(jié)合服務(wù)區(qū)主要特點(diǎn)和管理需求內(nèi)容，通過模擬使用效果和最終成效，形成高速服務(wù)區(qū)智慧化、綠色零碳化的技術(shù)方案。在實(shí)施過程中大量采用智能建造技術(shù)，減少了施工周期和服務(wù)區(qū)封閉時(shí)間。通過實(shí)際項(xiàng)目的研究，實(shí)例分析智慧化和零碳化的效果，智能建造技術(shù)的應(yīng)用。

1 高速服務(wù)區(qū)智慧系統(tǒng)的基本概念

高速服務(wù)區(qū)智慧系統(tǒng)是指利用信息技術(shù)手段，對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)的車輛、旅客、設(shè)施等進(jìn)行智能化管理，使服務(wù)區(qū)能夠更加安全、高效運(yùn)行，解決運(yùn)營方透明化管理的使用要求，提高了能源的利用率，細(xì)化設(shè)施管理的顆粒度，讓服務(wù)區(qū)得到可持續(xù)化發(fā)展。高速公路智慧化服務(wù)區(qū)智能系統(tǒng)技術(shù)特征，包括智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、安全性和綠色低碳性5個(gè)方面。通過采用私有云、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)的智慧化運(yùn)行和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。此外，還強(qiáng)調(diào)了服務(wù)區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)能源自給，促進(jìn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 高速服務(wù)區(qū)智慧化、零碳化建設(shè)

2.1 建設(shè)要點(diǎn)

中國能建裝備板塊業(yè)務(wù)是公司完整業(yè)務(wù)鏈條中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涵蓋了機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、線路器材和金屬結(jié)構(gòu)制作與加工等多個(gè)領(lǐng)域。近年來，裝備板塊在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面成績斐然，成為行業(yè)內(nèi)佼佼者。通過引入三維設(shè)計(jì)、智能制造和智能運(yùn)維等先進(jìn)技術(shù)，裝備板塊不斷優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，提升產(chǎn)品質(zhì)量與安全性。

裝備板塊的業(yè)務(wù)邏輯遵循需求分析、智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能施工和智能運(yùn)維這一閉環(huán)過程。其中，需求分析是精準(zhǔn)把握客戶需求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；智能設(shè)計(jì)通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備制造的智能化和精細(xì)化；智能制造則將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品；智能施工確保項(xiàng)目高效、安全、高質(zhì)量地完成；智能運(yùn)維則在整個(gè)裝備生命周期內(nèi)對(duì)其進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測與優(yōu)化。在裝備板塊的應(yīng)用體系中，全生命周期應(yīng)用覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、施工和運(yùn)行維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)階段，首先要進(jìn)行需求分析，明確客戶需求；接著創(chuàng)建組件族庫和設(shè)備族庫，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)支持；最后對(duì)裝備設(shè)備進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的數(shù)字化呈現(xiàn)。在制造階段，裝備板塊借助組件拆解加工、組件虛擬組裝、組件制造指導(dǎo)和智能制造等技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在施工階段，通過施工計(jì)劃制訂、施工過程管理、施工質(zhì)量控制、施工安全和施工成本控制等手段，保證項(xiàng)目順利推進(jìn)。在運(yùn)維階段，裝備板塊運(yùn)用設(shè)備監(jiān)測與診斷、設(shè)備性能優(yōu)化、能源管理、維護(hù)與保養(yǎng)、安全管理等方法，對(duì)裝備進(jìn)行持續(xù)運(yùn)維，確保其安全可靠運(yùn)行。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)分析與決策支持，為公司提供有關(guān)裝備板塊業(yè)務(wù)優(yōu)化的重要依據(jù)。

總之，中國能建裝備板塊業(yè)務(wù)在全生命周期應(yīng)用中，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型取得了顯著成果。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場需求的日益多樣化，裝備板塊將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，助力公司業(yè)務(wù)發(fā)展。

2.2 建設(shè)意義

高速服務(wù)區(qū)智慧化、零碳化建設(shè)具有重要的意義。首先，智慧化、零碳化建設(shè)有助于提高服務(wù)區(qū)的運(yùn)營效率。通過引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)的智能化管理，可以有效提升服務(wù)區(qū)的運(yùn)營效率，減少人力成本，同時(shí)提高服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。其次，智慧化、零碳化建設(shè)有助于實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。通過采用清潔能源、節(jié)能設(shè)備、智能控制系統(tǒng)等手段，降低服務(wù)區(qū)的能源消耗和碳排放，實(shí)現(xiàn)零碳運(yùn)營，有利于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約，符合我國綠色發(fā)展理念。再次，智慧化、零碳化建設(shè)有助于提升高速服務(wù)區(qū)的品牌形象。作為高速公路的重要配套設(shè)施，高速服務(wù)區(qū)通過智慧化、零碳化建設(shè)，可以展示出企業(yè)對(duì)環(huán)保、社會(huì)責(zé)任的重視，提升企業(yè)的品牌形象和市場競爭力。最后，智慧化、零碳化建設(shè)有助于推動(dòng)我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化。隨著我國高速公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，高速服務(wù)區(qū)的智慧化、零碳化建設(shè)將成為必然趨勢。通過推動(dòng)智慧化、零碳化建設(shè)，有助于加快我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化進(jìn)程，為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造更好的條件。

總之，高速服務(wù)區(qū)智慧化、零碳化建設(shè)具有重要的意義。通過實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)的智能化、綠色化運(yùn)營，不僅能夠提高服務(wù)區(qū)的運(yùn)營效率和客戶滿意度，還有助于推動(dòng)我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

2.3 建設(shè)原則

隨著我國高速公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，高速服務(wù)區(qū)作為高速公路的重要配套設(shè)施，其功能和需求也在不斷升級(jí)。智慧化、零碳化建設(shè)作為一種新興的建設(shè)模式，對(duì)提高服務(wù)區(qū)的運(yùn)營效率、實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在實(shí)施高速服務(wù)區(qū)智慧化、零碳化建設(shè)過程中，需要遵循以下原則：

2.3.1 統(tǒng)籌規(guī)劃，整體布局

在智慧化、零碳化建設(shè)過程中，要進(jìn)行全面規(guī)劃，從整體上布局服務(wù)區(qū)各項(xiàng)設(shè)施，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)和高效運(yùn)作。要結(jié)合服務(wù)區(qū)的地理位置、交通流量、服務(wù)需求等因素，進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

2.3.2 綠色環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展

智慧化、零碳化建設(shè)要注重環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約，采用清潔能源、節(jié)能設(shè)備、智能控制系統(tǒng)等手段，降低服務(wù)區(qū)的能源消耗和碳排放，實(shí)現(xiàn)零碳運(yùn)營。同時(shí)，要關(guān)注服務(wù)區(qū)廢棄物的處理和回收利用，減少環(huán)境污染。

2.3.3 以人為本，提升服務(wù)

智慧化、零碳化建設(shè)要關(guān)注客戶需求，提升服務(wù)水平。借助人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)的智能化管理，提高服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。同時(shí)，要關(guān)注服務(wù)區(qū)人員的培訓(xùn)和素質(zhì)提升，為顧客提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2.3.4 科技創(chuàng)新，引領(lǐng)發(fā)展

智慧化、零碳化建設(shè)要緊跟科技發(fā)展步伐，引入先進(jìn)的理念和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)的現(xiàn)代化建設(shè)。要不斷研究和應(yīng)用新技術(shù)，提高服務(wù)區(qū)的智能化和綠色化水平，為我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。

2.3.5 合作共贏，協(xié)同推進(jìn)

智慧化、零碳化建設(shè)需要各方共同努力，形成政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等多方共同參與的合作機(jī)制，共同推進(jìn)服務(wù)區(qū)智慧化、零碳化建設(shè)。要加強(qiáng)各方的溝通和協(xié)作，形成合力，確保建設(shè)項(xiàng)目的順利實(shí)施。

總之，實(shí)施高速服務(wù)區(qū)智慧化、零碳化建設(shè)，要遵循統(tǒng)籌規(guī)劃、綠色環(huán)保、以人為本、科技創(chuàng)新和合作共贏等原則，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)的智能化、綠色化運(yùn)營，提高服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度，推動(dòng)我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化進(jìn)程[2]。

2.4 建設(shè)內(nèi)容

以全方位資源循環(huán)利用的建設(shè)思路，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)智慧化零碳管控目標(biāo)，功能模塊包括：服務(wù)區(qū)全域AI識(shí)別系統(tǒng)、智慧停車系統(tǒng)、無人超市系統(tǒng)、智慧廁所與全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)、光伏光熱一體化系統(tǒng)、固廢處理系統(tǒng)、一體化水處理系統(tǒng)、無人機(jī)巡檢系統(tǒng)、智慧燈桿與服務(wù)區(qū)廣播系統(tǒng)、周界侵限安全防護(hù)系統(tǒng)等，使服務(wù)區(qū)綠色能源利用得到充分體現(xiàn)，如圖1所示。

2.4.1 服務(wù)區(qū)全域AI識(shí)別系統(tǒng)

針對(duì)特定區(qū)域攝像頭部署AI識(shí)別算法，根據(jù)拍攝畫面、圖像等信息，識(shí)別地點(diǎn)、物體和人員活動(dòng)。金鄉(xiāng)服務(wù)區(qū)室內(nèi)外布置各類型攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)全方位視頻覆蓋，使用AI圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)全境內(nèi)的人臉識(shí)別、人員聚集檢測、煙火監(jiān)測、客流量統(tǒng)計(jì)、加油站卸油操作流程檢測、出入口車輛檢測、車輛違停檢測、餐飲區(qū)垃圾溢滿監(jiān)測。

2.4.2 智慧停車系統(tǒng)

對(duì)停車場采用攝像機(jī)視頻AI方式實(shí)現(xiàn)超長停車位、大車停車位、客車停車位、小車停車位、新能源停車位的占用識(shí)別，同時(shí)在車位引導(dǎo)屏實(shí)時(shí)顯示停車場內(nèi)的車位占用情況、服務(wù)區(qū)客流飽和度等信息，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)車輛進(jìn)入空余車位的功能，提升智慧化交通管理水平。

2.4.3 無人超市系統(tǒng)

在服務(wù)區(qū)室內(nèi)配備了智能門禁、智能監(jiān)控軟件、智能語音系統(tǒng)、智能燈控系統(tǒng)、自助收銀機(jī)、速通閘機(jī)等軟硬件設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)完全無人值守、24小時(shí)營業(yè)，可供夜間到訪旅客購物，為旅客提供最大便捷，也能為消費(fèi)者提供全新的購物體驗(yàn)。

2.4.4 智慧廁所與全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)

智慧廁所建設(shè)包含電子顯示屏、溫濕度傳感器、氣體傳感器、廁位占用感應(yīng)傳感器等，可以顯示廁位平面圖、廁位實(shí)時(shí)占用情況、客流統(tǒng)計(jì)傳感器監(jiān)測如廁人流數(shù)量。智慧廁所系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)設(shè)閾值自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到除臭和清新空氣的目的。

2.4.5 光伏光熱一體化系統(tǒng)

綜合樓屋頂建設(shè)26kw光熱一體化組件，能夠?qū)⒐夥M件產(chǎn)生的廢熱有效地利用起來，既可以降低光伏電池的溫度，提高發(fā)電效率，又可以利用廢熱能源提供生活熱水，提高系統(tǒng)的綜合能效。

2.4.6 固廢處理系統(tǒng)

服務(wù)區(qū)內(nèi)建設(shè)了采用有機(jī)垃圾處理工藝流程的有機(jī)垃圾資源化處理站，使用微生物好氧發(fā)酵等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾來于田還于田的生態(tài)循環(huán)。

2.4.7 一體化水處理系統(tǒng)

服務(wù)區(qū)配備分離式污水處理設(shè)備，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量、監(jiān)測藥箱液位，實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放；同時(shí)，使用中水進(jìn)行噴淋和滴灌，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)節(jié)水高效、精準(zhǔn)可控的植被灌溉效果。將循環(huán)利用理念與服務(wù)區(qū)建設(shè)有機(jī)結(jié)合，使金鄉(xiāng)服務(wù)區(qū)建設(shè)成公路海綿服務(wù)區(qū)，因地制宜使用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)再利用的目的。

2.4.8 無人機(jī)巡檢系統(tǒng)

采用油電混動(dòng)無人機(jī)，控制系統(tǒng)設(shè)定路域光伏巡檢線路，按照巡檢任務(wù)，飛手放飛無人機(jī)后可自動(dòng)巡檢20 km范圍內(nèi)的光伏發(fā)電區(qū)域，巡檢完成后連接服務(wù)端軟件，自動(dòng)生產(chǎn)巡檢報(bào)表，定位故障位置。

2.4.9 智慧燈桿與服務(wù)區(qū)廣播系統(tǒng)

智慧燈桿包含信息發(fā)布屏、廣播、監(jiān)控等功能，綜合管理系統(tǒng)可通過信息發(fā)布屏展示服務(wù)區(qū)信息及當(dāng)?shù)芈糜涡麄餍畔ⅰ?/p>

2.4.10 周界侵限安全防護(hù)系統(tǒng)

對(duì)路域光伏區(qū)域采用雷球系列攝像機(jī)，間隔500 m布置1臺(tái)雷球一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域入侵多目標(biāo)跟蹤，聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)給出過濾完成的報(bào)警信息，提高路域光伏日常巡檢效率，精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)光伏損壞區(qū)域時(shí)間及原因。

2.5 BIM智能建造技術(shù)的應(yīng)用

在項(xiàng)目入場前期踏勘現(xiàn)場原有基礎(chǔ)設(shè)施情況、地下管線情況，使用三維建模軟件進(jìn)行施工作業(yè)面的建模形成BIM模型，在各子系統(tǒng)方案和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成后，將各設(shè)備設(shè)施建模放置在BIM模型上，通過模型檢查管線碰撞，布線路由，頂管路徑，開挖土方量情。在重復(fù)挖溝布線區(qū)域制定分項(xiàng)作業(yè)計(jì)劃，模型每日更新工程量進(jìn)度，把控施工周期。同時(shí)，施工單位按照?qǐng)D紙、模型要求分項(xiàng)施工，減少錯(cuò)誤施工項(xiàng)?，F(xiàn)場變更項(xiàng)同步BIM模型，設(shè)計(jì)人員根據(jù)變更內(nèi)容繼續(xù)優(yōu)化剩余工作內(nèi)容，指導(dǎo)施工現(xiàn)場作業(yè)。施工完成后施工圖紙關(guān)聯(lián)模型組件實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化移交，模型經(jīng)轉(zhuǎn)換后可直接在三維平臺(tái)展示管線及設(shè)備布置[3]。

3 總結(jié)

綜上所述，交能融合發(fā)展是建設(shè)綠色交通強(qiáng)國、落實(shí)能源安全新戰(zhàn)略、踐行碳達(dá)峰碳中和行動(dòng)的有效結(jié)合點(diǎn)與重要應(yīng)用場景，有利于加快交通運(yùn)輸用能的清潔替代與低碳轉(zhuǎn)型，促進(jìn)新能源高效利用。

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收稿日期：2023-11-17

作者簡介：王貴海（1973—），男，本科，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置、電力電子產(chǎn)品以及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開發(fā)、推廣。

基金項(xiàng)目：中國能源建設(shè)股份有限公司重大科技項(xiàng)目“基于BIM的全生命周期智能建造體系及關(guān)鍵技術(shù)研究”（CEEC2021-KJZX-07）。