□ 成都天府國際機場建設指揮部 王 躍 陳正璽/文

從原子到比特，從物理世界到數(shù)字世界，這是人類從未經(jīng)歷的時代，數(shù)字化浪潮正在觸達世界的每一個角落。那些你從未想過的可能，正和數(shù)字化一起變成現(xiàn)實。數(shù)字化是通過采集、處理、貯存、傳輸、分析和應用等環(huán)節(jié)，將現(xiàn)實世界的信息轉變?yōu)橛嬎銠C“0、1”二進制代碼的過程。數(shù)字化施工是指建造生產(chǎn)領域的數(shù)字化，它融合了施工工藝、定位技術、傳感器技術、網(wǎng)絡技術、計算機軟硬件技術與管理科學。

成都天府國際機場近期工程規(guī)劃3條跑道，60萬平方米航站樓，占地面積約2101萬平方米。原始地形地貌丘壑相間、高低交錯、起伏連綿，全場原地基處理面積約560萬平方米，全場土石方工程挖填量約1.8億立方米，具有工程體量大、面積廣、質量要求嚴、資金投資多等特點，技術上還面臨軟弱地基處理復雜、不均勻沉降控制、高填方穩(wěn)定控制等挑戰(zhàn)。目前，現(xiàn)有法定工程質量的檢驗評定方法均為事后檢驗，受限于取樣數(shù)量難以全面反應整個施工過程質量；而過程管控則主要依靠監(jiān)理、三檢和監(jiān)測等單位進行人為監(jiān)控，缺乏全時段、全方位地監(jiān)控手段。為強化施工過程管理，提升工程質量水平，采取數(shù)字化施工技術對過程和質量進行實時監(jiān)控，是社會發(fā)展、技術革新、工程管理提升的趨勢所在。

數(shù)字化施工基本原理

（一）整體構架

數(shù)字化施工系統(tǒng)總體由前端數(shù)據(jù)采集、移動網(wǎng)絡傳輸、后臺數(shù)據(jù)中心三大部分構成。前端數(shù)據(jù)采集包含機械定位采集、作業(yè)狀態(tài)采集、動作數(shù)據(jù)采集等；移動網(wǎng)絡傳輸主要指前端數(shù)據(jù)通過移動運營商有線或無線網(wǎng)絡形式傳輸至數(shù)據(jù)中心；后臺數(shù)據(jù)中心主要包含服務器、數(shù)據(jù)庫、信息大屏等軟硬件。數(shù)字化施工整體架構如圖1所示。

（二）傳感器

成都天府國際機場建設項目研發(fā)的機場數(shù)字化施工質量監(jiān)控系統(tǒng)，融合了北斗GP S、物聯(lián)網(wǎng)、GI S、傳感器、GP R S、軟件工程等多種技術，實現(xiàn)了對碾壓、強夯、碎石樁、C F G樁、三維可視化、建設期視頻監(jiān)控等信息的實時監(jiān)測。系統(tǒng)使用方便，實現(xiàn)了前端數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)無線傳輸，以及后端可視化管理，可在監(jiān)控電腦上實時三維和二維展示。

傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。本系統(tǒng)前端硬件系統(tǒng)集成了多種專用傳感器，例如在碎石樁施工過程中采集關鍵數(shù)據(jù)，監(jiān)測并記錄沉樁深度和持力層電流等，保證施工數(shù)據(jù)的真實性、準確性和可靠性。不同工法機械監(jiān)控設備原理將在后文中介紹。

（三）精確定位

北斗GP S主要由空間部分、地面控制部分和用戶設備組成，是一種多用途、多機型、多模式的空間定位技術。與傳統(tǒng)的測繪方法相比，主要由定位精度高、選點靈活、費用低、全天候全球性作業(yè)、觀測速度快、功能齊全、應用廣泛等特點。成都天府國際機場采用北斗GP S衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，不僅可向用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置、速度和時間信息等技術參數(shù)，而且具有良好的抗干擾性和保密性。

在成都天府機場建設了兩套北斗C OR S基準站系統(tǒng)，一主一備，用于為現(xiàn)場北斗GP S設備提供高精度厘米級差分定位服務。同時，基站具備網(wǎng)絡差分計算（包括網(wǎng)絡R T K和網(wǎng)絡碼差分）、單站差分計算（包括常規(guī)R T K和單站碼差分）等能力。在系統(tǒng)有效范圍內，可以進行網(wǎng)絡R T K和常規(guī)R T K作業(yè)的區(qū)域，利用單臺GN S S接收機和數(shù)據(jù)接收設備可進行高精度的厘米級實時定位。

基站布設情況根據(jù)現(xiàn)場勘查后確定，基本可覆蓋整個施工區(qū)域，兼顧了供電、網(wǎng)絡、安全、方便等因素，成都天府國際機場北斗定位基站架設如圖2所示。

（四）網(wǎng)絡傳輸

實現(xiàn)了實時動態(tài)管理強夯施工數(shù)據(jù)，大大提高了對施工過程的監(jiān)測效率和準確性，可避免施工過程中質量監(jiān)控的不足導致的隱患，并為機場施工過程提供決策輔助；竣工完成后的系統(tǒng)（含數(shù)據(jù)庫），可以為未來的運行維護管理提供寶貴的施工基礎數(shù)據(jù)庫，具有可追溯性。

根據(jù)以往項目經(jīng)驗，在大范圍的機場建設項目中，借用運營商通訊網(wǎng)絡更具有實際可操作性且性價比較高。但在機場工程土地移交時已拆除了現(xiàn)場所有的電力、網(wǎng)絡和通訊等設施，或者是現(xiàn)場局部有信號但網(wǎng)絡覆蓋情況不理想，為了保證項目的順利實施，系統(tǒng)進場安裝布設前，建設單位需與當?shù)赝ㄓ嵾\營商進行充分溝通，以保證在施工場地范圍內的網(wǎng)絡全覆蓋。

（五）存儲與分析

以先進的計算機信息技術為依托，將施工過程各類資源有效整合起來，打造一套技術先進的數(shù)字化機場飛行區(qū)監(jiān)測監(jiān)控信息化管理一體化平臺，通過接口方式，實現(xiàn)飛行區(qū)施工過程可視化，管理科學化，優(yōu)化飛行區(qū)施工過程資源配置。

監(jiān)控中心及機房是本系統(tǒng)的核心所在，是執(zhí)行日常監(jiān)控、系統(tǒng)管理的重要場所，同時也是數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全運行的先決條件。承載工作人員日常查閱各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，收發(fā)現(xiàn)場數(shù)字化設備運行任務，數(shù)字化管理例會等重要功能，是實現(xiàn)管理高度集中化，管控一體化的重要保障。成都天府國際機場監(jiān)控中心如圖3所示。

監(jiān)控中心及機房硬件設備主要包括：4臺4 T B服務器、數(shù)據(jù)存儲設備、監(jiān)控中心計算機、大屏顯示器、U P S電源及網(wǎng)絡交換機等。在磁盤陣列存儲方案實施時，本項目采用了磁盤陣列柜和光線接口方式，有效緩解了磁盤橫向擴展和數(shù)據(jù)傳輸吞吐性能問題。24盤符磁盤陣列具備2個千兆網(wǎng)口，可擴展至6個千兆或2個萬兆以太網(wǎng)口?？蓪崿F(xiàn)施工全程錄相存儲和隨時調用、全天候、全工況的視頻監(jiān)控及數(shù)字化施工監(jiān)控平臺管理。

數(shù)字化施工應用

（一）原地基處理施工應用數(shù)字化

1.碎石樁/C F G樁數(shù)字化應用

在全場地基處理設備上安裝北斗定位天線，通過主控箱可實現(xiàn)對施工位置和施工時間的管理；通過安裝電流傳感器可實現(xiàn)對設備電機電流值的測量；通過安裝測距傳感器等設備實現(xiàn)對地基處理深度、反插次數(shù)施工業(yè)務管理。

1）碎石樁數(shù)字化設備現(xiàn)場安裝如圖4所示。

2）碎石樁/C F G樁質量監(jiān)控界面如圖5所示。

3）碎石樁部分數(shù)據(jù)分析如圖6所示。

2.強夯置換數(shù)字化應用

強夯機監(jiān)控設備主要由北斗定位天線、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及駕駛室平板等，可實現(xiàn)夯點信息、夯擊次數(shù)和提錘高度等主要施工參數(shù)的監(jiān)控。

1） 強夯數(shù)字化設備安裝現(xiàn)場如圖7所示。

2） 強夯壓實監(jiān)測監(jiān)控功能實現(xiàn)界面如圖8所示。

3） 強夯置換部分施工數(shù)據(jù)分析結果如圖9所示。

（二）填筑體施工應用數(shù)字化

1.振/沖碾數(shù)字化應用

碾壓質量監(jiān)控系統(tǒng)包括振動碾壓和沖擊碾壓，通過兩種過程控制系統(tǒng)對碾壓過程數(shù)據(jù)進行記錄，引導操作員按照設計速度和軌跡進行碾壓。

壓路機控制系統(tǒng)主要原理是，借助高精度GP S定位和壓實測量傳感器技術，自動記錄碾壓過程數(shù)據(jù)；同時，數(shù)字化、圖像化實時顯示和記錄施工規(guī)范要求的碾壓遍數(shù)、碾壓軌跡、碾壓厚度、振動頻率、行駛速度、壓實度值和工作面高程等參數(shù)。

1）沖碾數(shù)字化設備安裝現(xiàn)場如圖10所示。

2）碾壓質量監(jiān)控界面如圖11所示。

3）振碾部分施工數(shù)據(jù)分析結果如圖12所示。

2.強夯數(shù)字化應用

強夯數(shù)字化應用，可實現(xiàn)對現(xiàn)場施工監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析處理、存儲、顯示和反饋；建立現(xiàn)場質量管理實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中不達標之處并進行提醒，促進快速調整與改進；屏蔽人為因素、天氣因素的干擾，夜間施工、不利天氣情況下的施工同樣可以實時監(jiān)控；節(jié)約竣工資料整理工作量，提供數(shù)據(jù)的查閱功能，保證施工過程的可追溯性；實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能，便于決策管理。

強夯現(xiàn)場安裝圖及監(jiān)控模塊管理界面見圖7～8，強夯部分施工數(shù)據(jù)分析結果見圖13。

（三）數(shù)字化施工管理應用

1.數(shù)字沙盤呈現(xiàn)

隨著機場建設的進行，地面等現(xiàn)場場景會有很大變化。以數(shù)字地形模型為基礎建立的機場三維可視化模型，實現(xiàn)多角度瀏覽，可廣泛應用于宣傳機場和區(qū)域規(guī)劃、工程管理和仿真、旅游等領域。沙盤系統(tǒng)可以三維表現(xiàn)原始地形，表現(xiàn)設計地形，并定期根據(jù)車輛回傳的高精度北斗GP S高程信息，三維表現(xiàn)施工地形，并可觀察到全部安裝GP S裝置車輛的三維位置及運行狀態(tài)。成都天府國際機場數(shù)字沙盤如圖14所示。

2.現(xiàn)場視頻監(jiān)控

在整個機場施工區(qū)域共安裝了3組攝像頭，基本可動態(tài)覆蓋整個場區(qū)范圍，可全天候、多終端、全方位對重點施工區(qū)域實施動態(tài)監(jiān)控并儲存記錄。操作人員可通過軟件控制攝像機主機，從而完成對攝像機上、下、左、右各個方位的操作。同時，特制的攝像鏡頭的變倍自動對焦功能也將數(shù)公里半徑范圍的施工區(qū)域一覽無余。專業(yè)視頻存儲設備保障了90天的視頻數(shù)據(jù)回放和下載。此外，重要施工節(jié)點的抓拍圖片留存可達數(shù)十年。任何密碼授權的用戶只需通過平臺操作界面發(fā)出指令，便可隨時查詢錄像。經(jīng)授權后的建設單位人員可對攝像頭進行方向和縮放控制，還可實現(xiàn)對過程的回放功能。圖15展示了三組高清攝像機相對建設指揮部的安裝位置。

3.施工單位管理應用

以傳統(tǒng)碎石樁施工方案為例，除了操作員，還需要技術人員進行測量，管理人員現(xiàn)場監(jiān)控?，F(xiàn)在，有了監(jiān)控設備自帶的自動布點功能，每臺碎石樁機可減少2個人力成本。在大規(guī)模的建設工程中，用帶有數(shù)字化的設備替代人力，不僅節(jié)約了人力成本，而且避免了人為因素導致的工程進度和工程質量問題。同時，現(xiàn)場實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)也為建設單位管理者掌握現(xiàn)場施工進度，合理安排后續(xù)工序提供了數(shù)據(jù)支撐。施工方可以更加科學合理地安排機械租賃、勞務協(xié)調等工作。

4.監(jiān)理單位管理應用

監(jiān)理可使用北斗移動平板在施工現(xiàn)場進行精確定位。通過掃描施工機械二維碼標簽，查找基本信息，對施工現(xiàn)場進行核查、取證、測量、放樣等。機場數(shù)字化施工平臺移動終端監(jiān)控如圖16所示。

利用數(shù)字化手段統(tǒng)一處理機場建設過程中的相關問題，并與機場傳統(tǒng)建設方法相適應、相融合，監(jiān)理單位可最大限度地利用信息資源，借助數(shù)字化的手段做出科學決策。

5.建設單位管理應用

通過在施工機械上安裝監(jiān)控裝置來獲取施工信息，利用攝像頭獲取現(xiàn)場場景，通過監(jiān)控平臺分析監(jiān)控得到的信息，全過程是數(shù)字化施工質量監(jiān)控的主要特征之一。隨著數(shù)字化技術的推廣應用，施工質量透明化進程得到進一步提高，數(shù)字化技術在智慧機場建設過程中發(fā)揮的作用越來越重要。

機場工程數(shù)字化施工質量管理平臺界面如圖17所示。施工信息能夠全天候實時獲取、分析、存儲、展現(xiàn)，施工過程清晰明了，施工質量一目了然。從根本上改變了原來工程管理的信息獲取、傳輸及信息處理方式，實現(xiàn)了管理手段的信息化。

成都天府國際機場全方位數(shù)字化施工過程，使得施工機械有了記憶，操作手依靠實時數(shù)據(jù)進行施工，監(jiān)理和業(yè)主憑借監(jiān)控數(shù)據(jù)掌握質量情況。在成都天府國際機場的施工現(xiàn)場，從原地基到填筑體，從地下到地面，傳統(tǒng)建筑施工被一行行代碼激活，科技在默默守護工程質量，科技讓人機互聯(lián)，數(shù)據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場觸達每一個角落。機場施工跨入智能時代，數(shù)字化施工將成為機場建設的新手段。