高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)研究

摘要：全周期、全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)是通過集成互聯(lián)網(wǎng)、BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)，搭建高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期全要素?cái)?shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)階段到竣工階段的全周期管理，并在施工階段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從工序檢驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定、形象進(jìn)度、設(shè)計(jì)變更、計(jì)量支付、竣工歸檔的全鏈條傳遞，完成工程建設(shè)期間的全要素?cái)?shù)字化，達(dá)成項(xiàng)目建設(shè)過程“可溯源”竣工檔案與實(shí)體工程“同步形成、同步歸檔”的目標(biāo)。該平臺(tái)為項(xiàng)目公司對(duì)施工現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)化管理提供了手段，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降排、提升工作效率、降低工作成本。1.技術(shù)概況公路建設(shè)項(xiàng)目信息化技術(shù)應(yīng)用目前相對(duì)缺乏，且技術(shù)應(yīng)用深度及廣度都不夠，沒有形成數(shù)據(jù)信息共享及關(guān)聯(lián)，不同系統(tǒng)間信息不能相互傳遞，數(shù)據(jù)難以共享互通，使得傳統(tǒng)信息化技術(shù)系統(tǒng)容易出現(xiàn)“數(shù)據(jù)孤島”的情況，導(dǎo)致項(xiàng)目建設(shè)及管理過程中的資源浪費(fèi)。本技術(shù)在建立標(biāo)準(zhǔn)化流程、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、用表標(biāo)準(zhǔn)、分部分項(xiàng)劃分等多種標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合BIM、物聯(lián)網(wǎng)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工數(shù)據(jù)監(jiān)測進(jìn)行集約化管理，從而做到減少設(shè)計(jì)變更、提高施工質(zhì)量、節(jié)約能源、減少碳排放量。該技術(shù)適用于公路建設(shè)行業(yè)建設(shè)過程及管理過程，為高速公路建設(shè)過程提供全周期、全要素、電子化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，以達(dá)到提質(zhì)增效、節(jié)能減排的效果。2.技術(shù)原理高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)是通過集成互聯(lián)網(wǎng)、BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)搭建高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)階段到施工階段的傳遞，并在施工階段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從工序檢驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定、形象進(jìn)度、設(shè)計(jì)變更、計(jì)量支付、竣工歸檔的全鏈條傳遞，完成工程建設(shè)期間的全要素?cái)?shù)字化，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)過程“可溯源”竣工檔案與實(shí)體工程“同步形成、同步歸檔”的目標(biāo)。該平臺(tái)為項(xiàng)目公司對(duì)施工現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)化管理提供了手段，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降排、提升工作效率、降低工作成本。2.1關(guān)鍵技術(shù)（1）互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算基于安全、穩(wěn)定、可靠的私有云平臺(tái)，快速構(gòu)建高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理業(yè)務(wù)應(yīng)用生態(tài)產(chǎn)品鏈。（2）BIM+GISBIM+GIS的融合，實(shí)現(xiàn)基于空間真實(shí)位置、真實(shí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，把建筑設(shè)計(jì)與生態(tài)環(huán)境相融合，站在一個(gè)更高維度上為高速公路設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)節(jié)省時(shí)間和資金，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目宏觀情況的全盤掌握、統(tǒng)籌安排。（3）物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控分析通過IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場試驗(yàn)機(jī)、拌和站、瀝青等質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)分析，結(jié)合視頻監(jiān)控技術(shù)構(gòu)建可視化施工工地管理，打造智慧工地。（4）大數(shù)據(jù)引入Hadoop、OSS對(duì)象構(gòu)建海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用，并通過Spark、Flink構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析引擎，提供多樣的數(shù)據(jù)分析算法。（5）AI技術(shù)在隧道圍巖系統(tǒng)中引入AI技術(shù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等前沿技術(shù)，智能判斷出輔助圍巖級(jí)別，對(duì)隧道圍巖施工進(jìn)行科學(xué)管理、決策。（6）CA技術(shù)權(quán)威CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)數(shù)字證書，證明用戶或企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)上的真實(shí)身份，具備數(shù)字證書的電子簽名或電子簽章可以在電子文檔上實(shí)現(xiàn)快速簽名或蓋章，且能夠防止電子文檔信息被篡改，同時(shí)具有真實(shí)法律效力。提高信息化、數(shù)字化作業(yè)辦公審批的效率，同時(shí)為公路工程品質(zhì)評(píng)定、電子檔案等線上作業(yè)提供強(qiáng)力的認(rèn)證保證。（7）云控平臺(tái)基于交通大數(shù)據(jù)云控平臺(tái)的智慧高速架構(gòu)體系，依托于業(yè)務(wù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)框架，為“新基建”“建管養(yǎng)一體化”的實(shí)現(xiàn)提供完美的基礎(chǔ)平臺(tái)架構(gòu)支撐。技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。圖1技術(shù)架構(gòu)圖2.2工藝流程該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)合同管理、進(jìn)度控制、設(shè)計(jì)變更、質(zhì)檢評(píng)定、計(jì)量支付、竣工檔案、隧道綜合管理系統(tǒng)等高速公路建設(shè)全周期、全過程數(shù)字化管理的流程為：PC端或移動(dòng)端錄入施工過程各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至數(shù)據(jù)倉庫，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)采集上傳的各類原材料質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)；大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、匯總、分析、存儲(chǔ)、共享；報(bào)表引擎自動(dòng)填充數(shù)據(jù)生成所需報(bào)表，通過工作流、CA電子簽章實(shí)現(xiàn)在線審批流程；并在BIM模型上直觀展示項(xiàng)目進(jìn)展、調(diào)閱各類資料數(shù)據(jù)。3.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（1）項(xiàng)目建設(shè)設(shè)計(jì)方面：將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)貫入BIM+GIS系統(tǒng)，并構(gòu)建基于分部分項(xiàng)劃分（WBS）的建設(shè)管理平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)架構(gòu)之間的精確映射，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)階段、施工階段到養(yǎng)護(hù)階段的傳遞。（2）項(xiàng)目建設(shè)施工方面：在施工階段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從形象進(jìn)度、設(shè)計(jì)變更、工序檢驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定、計(jì)量支付、竣工歸檔的全鏈條傳遞，完成工程建設(shè)期間的全要素?cái)?shù)字化，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)過程“可溯源”竣工檔案與實(shí)體工程“同步形成、同步歸檔”的目標(biāo)。（3）項(xiàng)目流程管理方面：線上審批流程中均使用電子簽章，為參與各方提供快捷方便的審批服務(wù)。通過電子簽章形成法律閉環(huán)，不僅提供電子簽名服務(wù)，還提供存證服務(wù)以及后續(xù)法律服務(wù)，確保糾紛發(fā)生時(shí)，能夠提供相應(yīng)的司法保障，提高了整個(gè)業(yè)務(wù)審批的簽署效率。（4）隧道建設(shè)信息化方面：研發(fā)隧道圍巖輔助判別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了隧道圍巖信息、監(jiān)測斷面信息以及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息的線上存儲(chǔ)及分析，為公路隧道圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和變更提供有效的支撐依據(jù)，力圖真正實(shí)現(xiàn)“隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”。（5）設(shè)計(jì)后期服務(wù)創(chuàng)新方面：利用遠(yuǎn)程視頻會(huì)議系統(tǒng)及交互式電子白板，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)單位技術(shù)專家與工程現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)研討，搭建設(shè)計(jì)后方技術(shù)支援平臺(tái)，為偏遠(yuǎn)山區(qū)項(xiàng)目提供實(shí)時(shí)專家技術(shù)支持。（6）行為數(shù)字化方面：通過電子施工日志、監(jiān)理日志、業(yè)主工作日志將參建各方行為數(shù)字化，同時(shí)運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等手段對(duì)所有數(shù)字化參與者的日常行為進(jìn)行自動(dòng)抓取和客觀評(píng)價(jià)分析，將“工作流程化，流程標(biāo)準(zhǔn)化，考核數(shù)據(jù)化，數(shù)據(jù)臺(tái)賬化，責(zé)任明確化”的項(xiàng)目建設(shè)管理理念和機(jī)制建設(shè)體現(xiàn)在軟件平臺(tái)中，進(jìn)一步為項(xiàng)目建設(shè)管理賦能。綜上，高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)全過程管理，提高了工作效率，減少了人工、設(shè)備、材料等資源成本，節(jié)能減排效果顯著。4.技術(shù)應(yīng)用情況全周期全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)已成為“新基建”實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，為高速公路的數(shù)字化、智能化提供管理保障。目前已應(yīng)用于“川高”“藏高”等高速公路項(xiàng)目中，包括路基工程、路面工程、橋梁工程、隧道工程、房建工程、機(jī)電工程、交安工程、監(jiān)理試等領(lǐng)域。從項(xiàng)目管理的角度出發(fā)，作為全過程全生命周期建設(shè)管理平臺(tái)支持PPP模式、BOT模式、EPC模式等多種模式的高速公路建設(shè)項(xiàng)目過程管理，從高速公路建設(shè)階段到養(yǎng)護(hù)階段，該平臺(tái)可作為發(fā)展“建、管、養(yǎng)一體化”管理業(yè)務(wù)的全面支持基礎(chǔ)平臺(tái)。該平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)對(duì)接中心、角色權(quán)限中心、流程中心同樣適用于多種跨業(yè)務(wù)跨領(lǐng)域的系統(tǒng)集成，如云控平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)平臺(tái)、養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、OA辦公系統(tǒng)、運(yùn)營服務(wù)系統(tǒng)等。該技術(shù)在高速公路建設(shè)中應(yīng)用廣泛，相較于傳統(tǒng)工作及管理模式，大大提高了高速公路建設(shè)過程中各環(huán)節(jié)辦事效率和項(xiàng)目的進(jìn)展速度，減少各環(huán)節(jié)的時(shí)間周期，設(shè)計(jì)變更、工程計(jì)量、合同管理、施工人員管理等線下十分繁瑣的流程審核，在該技術(shù)的支持下能在短時(shí)間內(nèi)完成，節(jié)能減排、提質(zhì)增效效果顯著。高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了高速公路建設(shè)過程中人員、設(shè)備、建設(shè)資料管理難度高，采集信息難以互通等問題，成功實(shí)現(xiàn)了利用軟件信息化技術(shù)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和管理，保證了高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)管理的輔助作用，完成項(xiàng)目從原料進(jìn)場到材料質(zhì)量檢測、使用最終形成竣工檔案的全過程資料管控。該技術(shù)的實(shí)施建立在標(biāo)準(zhǔn)化流程、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、用表標(biāo)準(zhǔn)、分部分項(xiàng)劃分等多種標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，根據(jù)各項(xiàng)目公司實(shí)際需求，可定制開發(fā)各項(xiàng)目公司數(shù)字化管理平臺(tái)項(xiàng)目。利用統(tǒng)一的模型標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)階段將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)貫入BIM+GIS系統(tǒng)，并構(gòu)建基于分部分項(xiàng)劃分（WBS）的建設(shè)管理平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)架構(gòu)之間的精確映射，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)過程中數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)、施工、竣工到養(yǎng)護(hù)的全面存儲(chǔ)打通，確保了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集及施工過程可溯源。通過建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、移動(dòng)APP（工序檢查、施工日志、工地視頻等功能）等技術(shù)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場資料，打破項(xiàng)目管理人現(xiàn)場監(jiān)管的空間限制，通過質(zhì)檢評(píng)定、竣工檔案等模塊，實(shí)現(xiàn)全流程審批線上化、資料檔案電子化，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降排、提升工作效率、降低工作成本。5.節(jié)能降碳效益測算評(píng)價(jià)5.1節(jié)能低碳效益該技術(shù)應(yīng)用前，項(xiàng)目管理效率低，每年人工、設(shè)備、材料等成本較高。以樂西項(xiàng)目為例，經(jīng)實(shí)踐及測算得出：技術(shù)應(yīng)用后較傳統(tǒng)方式預(yù)計(jì)可為單個(gè)項(xiàng)目形成的年節(jié)能量約為343.2tce，每年二氧化碳減排量約為170.74tCO2。目前該技術(shù)在10個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，按照項(xiàng)目規(guī)模比例進(jìn)行估算，應(yīng)用該技術(shù)后為高速公路建設(shè)項(xiàng)目形成的年節(jié)能量約為3846.4tce，年二氧化碳減排量約為1934tCO2。以樂西項(xiàng)目為例，項(xiàng)目里程約150km，通過該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可有效減少紙張打印成本，以現(xiàn)有高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)標(biāo)段竣工資料大約有1500卷檔案，每卷檔案大約有500頁表格，建設(shè)過程中每個(gè)標(biāo)段使用的紙張大約10萬張/年。以此推算，該項(xiàng)目每年可減少的紙張打印量約為2180萬張。一般項(xiàng)目部距離施工現(xiàn)場幾十至幾百公里不等，應(yīng)用該技術(shù)后可減少線下會(huì)議、減少人員往返路途成本，每個(gè)標(biāo)段約減少往返路途19200公里/年，25個(gè)標(biāo)段共計(jì)減少48萬公里/年，約節(jié)約車輛汽油40t。通過該技術(shù)的應(yīng)用，每個(gè)標(biāo)段減少的用電量約為7萬kW·h/年。5.2經(jīng)濟(jì)效益我國傳統(tǒng)公路建設(shè)行業(yè)管理水平相對(duì)落后，在建設(shè)管理、施工工程、數(shù)據(jù)監(jiān)測、預(yù)測及預(yù)警等方面有很大提升空間。技術(shù)應(yīng)用后較傳統(tǒng)方式預(yù)計(jì)可為已應(yīng)用項(xiàng)目公司降低成本總計(jì)4526.1萬元/年；以樂西項(xiàng)目為例，每減排1tCO2投資額約2.92萬元，靜態(tài)投資回收期約為4.5年。因此，電子化、標(biāo)準(zhǔn)化的綜合管理平臺(tái)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，將成為公路建設(shè)行業(yè)提質(zhì)增效、節(jié)能減排的重點(diǎn)發(fā)展方向。5.3社會(huì)效益高速公路建設(shè)項(xiàng)目全周期、全要素?cái)?shù)字化管理技術(shù)作為提升項(xiàng)目管理能力和效率的重要手段，已全面開啟完善升級(jí)過程，其本質(zhì)是對(duì)信息技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗減排的重要手段。將信息網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)與公路建設(shè)行業(yè)結(jié)合起來，能增強(qiáng)整體性和集成化，實(shí)現(xiàn)集約經(jīng)營，達(dá)到節(jié)能降耗減排的效果。實(shí)踐證明，該技術(shù)可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高能源和資源使用效率，減少企業(yè)對(duì)能源和材料的消耗。如，通過質(zhì)檢評(píng)定、竣工檔案模塊的深入開發(fā)和廣泛利用，將紙質(zhì)文件電子化，簽字簽章過程線上化，可以降低項(xiàng)目資源浪費(fèi)率，提高行業(yè)資源的利用效率；通過隧道綜合管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)隧道圍巖信息、監(jiān)測斷面信息以及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息的線上存儲(chǔ)及分析，讓相