黃雪琳，王 軍

(水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(diào)度管理中的應(yīng)用

黃雪琳，王 軍

(水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)、運(yùn)輸、澆注施工作業(yè)的調(diào)度管理水平，在現(xiàn)有的調(diào)度管理模式基礎(chǔ)上，通過引入物聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星定位、移動(dòng)通訊、無線網(wǎng)絡(luò)及視頻監(jiān)控等服務(wù)技術(shù)，接口混凝土微機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，使混凝土施工作業(yè)調(diào)度管理做到科學(xué)、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(diào)度管理

1 概 述

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things)是新一代信息技術(shù)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(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；二是其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，目前業(yè)界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)雖還沒有一個(gè)完全統(tǒng)一的概念，但普遍認(rèn)可的概念是通過各種信息傳感設(shè)備(射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)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(dòng)通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)化生產(chǎn)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(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新型信息網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)定義的核心是：物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是每一個(gè)物件都可以尋址，每一個(gè)物件都可以控制，每一個(gè)物件都可以通信。

我國水利水電建設(shè)發(fā)展正處于從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化過渡的進(jìn)程當(dāng)中，急需用現(xiàn)代物資條件進(jìn)行裝備，用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行改造，用現(xiàn)代先進(jìn)的管理模式去推進(jìn)，用現(xiàn)代發(fā)展理念引領(lǐng)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將會(huì)為我國水利水電行業(yè)發(fā)展與世界同步，提供一個(gè)國際領(lǐng)先的全新平臺(tái)，也必將為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)起到巨大的推動(dòng)作用。

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土施工作業(yè)調(diào)度管理就是將混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆注3個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)作業(yè)信息采集傳送至調(diào)度中心的信息化綜合管理系統(tǒng)，方便中心調(diào)度管理人員實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，并分別發(fā)出指令，統(tǒng)一調(diào)度管理。

2 現(xiàn) 狀

2.1 混凝土生產(chǎn)

目前國內(nèi)水利水電工程上使用的混凝土都已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，即采用計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)輸入的混凝土配合比指令，自動(dòng)配料、自動(dòng)稱量、自動(dòng)卸料、自動(dòng)拌和、自動(dòng)出料。在一些大型的水利水電工程上，已實(shí)現(xiàn)攪拌樓數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與分析，如華能瀾滄江水電股份有限公司已建成投產(chǎn)的黃登·大華橋水電站，在工程建設(shè)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(cè)結(jié)果，結(jié)合理論配比，進(jìn)行施工配料單的自動(dòng)計(jì)算；并采用混凝土攪拌樓接口與無線傳輸集成設(shè)備，實(shí)時(shí)采集拌和樓生產(chǎn)過程中的每一盤混凝土生產(chǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土澆注出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，可實(shí)時(shí)查詢混凝土生產(chǎn)配料單和實(shí)際配合比等信息，并進(jìn)行對(duì)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(shí)采取相應(yīng)措施，現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工總結(jié)分析、后評(píng)價(jià)時(shí)具備可追溯性。

2.2 混凝土運(yùn)輸

目前國內(nèi)水利水電工程混凝土運(yùn)輸采用的載具有混凝土罐車、自卸車及膠帶輸送機(jī)等，其中通過混凝土罐車、自卸車運(yùn)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(yùn)輸過程中，對(duì)運(yùn)輸車輛安裝車輛自動(dòng)定位設(shè)備及空滿載監(jiān)視設(shè)備，以期監(jiān)控運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)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(chǎn)的大渡河長河壩水電站，在工程建設(shè)期便對(duì)上壩運(yùn)輸車輛安裝車輛自動(dòng)定位設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)上壩運(yùn)輸車輛從料場(chǎng)到壩面的全程監(jiān)控。

2.3 混凝土澆筑

目前國內(nèi)水利水電工程混凝土澆筑已實(shí)現(xiàn)計(jì)劃動(dòng)態(tài)管理，如黃登·大華橋水電站，在工程建設(shè)期便采用了混凝土澆注計(jì)劃動(dòng)態(tài)管理。

(1)進(jìn)度動(dòng)態(tài)更新與維護(hù)

通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控實(shí)時(shí)反饋大壩施工進(jìn)度，動(dòng)態(tài)更新進(jìn)度形象，同時(shí)進(jìn)行計(jì)劃進(jìn)度形象偏差對(duì)比。

(2)動(dòng)態(tài)模擬與實(shí)時(shí)仿真

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

(3)動(dòng)態(tài)調(diào)整施工計(jì)劃

施工、監(jiān)理根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整施工計(jì)劃，調(diào)整計(jì)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(jì)劃錄入系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)生成三維形象進(jìn)度計(jì)劃。

目前國內(nèi)水利水電工程混凝土澆筑面開倉前工序申報(bào)及審核，在一些大型水利水電工地已基本實(shí)現(xiàn)了無紙化辦公；如黃登·大華橋水電站在工程建設(shè)期便采用了開倉前工序在線申報(bào)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(jī))等方式進(jìn)行混凝土倉面澆注工藝設(shè)計(jì)、備倉工序驗(yàn)收以及開倉申請(qǐng)等開倉前工序的在線申報(bào)與審核管理，實(shí)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(chǎn)、運(yùn)輸、澆注3個(gè)施工作業(yè)環(huán)節(jié)已各自實(shí)現(xiàn)混凝土自動(dòng)化生產(chǎn)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與分析、運(yùn)輸車輛定位和跟蹤、澆注作業(yè)智能化管理，但尚未做到對(duì)混凝土施工作業(yè)3個(gè)環(huán)節(jié)的統(tǒng)一調(diào)度管理。

若將混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動(dòng)通訊系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)等，按約定的通信協(xié)議，將施工作業(yè)3個(gè)環(huán)節(jié)連接起來；通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，并分別發(fā)出指令，統(tǒng)一調(diào)度管理，將使混凝土施工作業(yè)調(diào)度管理水平大大提高，做到科學(xué)、高效、規(guī)范。

3 系統(tǒng)建設(shè)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)按照兩層分布式工程管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)可以分為調(diào)度管理級(jí)、施工作業(yè)級(jí)(見圖1)。

圖1 混凝土施工作業(yè)調(diào)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(chǎn)管理微機(jī)、GPS車載自動(dòng)定位設(shè)備、監(jiān)控?cái)z像頭及手持終端(智能手機(jī))等作為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，通過與混凝土生產(chǎn)管理微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土生產(chǎn)；通過GPS車載自動(dòng)定位設(shè)備可以定位、跟蹤混凝土運(yùn)輸車輛；通過監(jiān)控?cái)z像頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)控道路信息、現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑進(jìn)度；通過手持終端可以進(jìn)行開倉申請(qǐng)。

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(zhǔn)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(chǎng)分控站、GPS車載自動(dòng)定位設(shè)備、手持終端(智能手機(jī))及調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和中心處理平臺(tái)等。

3.3 系統(tǒng)功能

混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)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(jī))與信息化綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交換和通信，完成混凝土倉面澆注工藝設(shè)計(jì)、備倉工序驗(yàn)收以及開倉申請(qǐng)等開倉前工序的在線申報(bào)與審核管理；審核通過后，調(diào)度管理人員先通過信息化綜合管理系統(tǒng)下達(dá)開倉澆筑指令。

接著向聯(lián)網(wǎng)的混凝土攪拌樓自動(dòng)化生產(chǎn)工控機(jī)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃指令，計(jì)劃內(nèi)容包含混凝土配合比和方量，同時(shí)實(shí)時(shí)采集拌和樓生產(chǎn)過程中的每一盤混凝土生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如有問題及時(shí)采取相應(yīng)措施及時(shí)處理。

然后通過GPS定位系統(tǒng)查看混凝土運(yùn)輸車輛位置，通過攝像頭得到運(yùn)輸車輛視頻信號(hào)，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(jī)短信，通知混凝土澆筑倉號(hào)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(duì)等候承運(yùn)混凝土，從而可實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(jì)，各工作面車輛優(yōu)化調(diào)度，車輛運(yùn)輸軌跡可視畫面動(dòng)態(tài)監(jiān)視。

在整個(gè)混凝土施工作業(yè)調(diào)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(jì)劃動(dòng)態(tài)管理，實(shí)時(shí)掌握施工進(jìn)度，并進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃，做到進(jìn)度控制科學(xué)化、規(guī)范化。同時(shí)，調(diào)度管理人員的任何指令可及時(shí)落實(shí)到特定的人。

3.4 系統(tǒng)功能可集成化

可將混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸監(jiān)控、澆筑監(jiān)控、決策支持等環(huán)節(jié)有機(jī)融合，形成一個(gè)綜合性、高度集成的信息化管控平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的子系統(tǒng)，各系統(tǒng)不但能獨(dú)立運(yùn)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(shí)現(xiàn)多個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和功能耦合。模塊化系統(tǒng)可擴(kuò)展，易于移植和重構(gòu)，便于推廣應(yīng)用(見圖2)。

圖2 模塊化系統(tǒng)示意

3.6 系統(tǒng)應(yīng)用展望

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

4 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土施工作業(yè)調(diào)度管理信息化系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位技術(shù)、移動(dòng)通訊技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，將混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆注3個(gè)施工作業(yè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息收集到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，形成物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)中多種技術(shù)的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)混凝土施工作業(yè)全過程精細(xì)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(diào)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(jiān)實(shí)的保障。

責(zé)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(shè)計(jì)工作。E_mail：459196147@qq.com