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    北斗衛星技術在高速公路全生命周期信息化管理中的應用

    來源:中國智能交通協會   發布時間: 2020-07-02 14:10:53

    系統概況

    全球的信息化技術的發展改變了生活的各個方面,隨著時代的進步和生活的發展,我們對建筑工程,特別是高鐵、高速公路這些重大的建筑工程質量的要求越來越高,在這個過程中,我們一直在思考建筑信息化(BIM)技術和北斗衛星導航技術對建筑工程質量保障方面能起到的作用,這一直是近幾年在產業界和學術界大家都非常關心的問題。在此背景下,我們以同方公司為基礎,聯合了上下游的合作廠商,以及國內、國際的設計院,共同提出了高速公路建設質量全生命周期管理解決方案,面向高速公路從勘察設計、建設施工到運營管養全過程進行質量的管控。


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    在勘察設計階段,我們基于BIM技術實現建設工程當中三維智能化的勘察設計;在路基施工階段,主要以高精度的技術,實現對于相關工程機械的改造,實現路基工程的智能管控;在路面施工階段,通過對攤鋪機、壓實機的高的精度的改造,實現路面工程的管控;在運營管養階段,通過北斗的高精度技術以及相關的雷達的技術,實現在運營階段的健康安全監測。最近也根據交通部的精神,我們跟一些廠商和國內的高速公路運營者探討ETC不停車收費的相關解決方案。

    勘察設計:三維數字勘察設計方案

    在勘察設計階段,主要是基于BIM實現了勘察設計的智能化管理。這個系統首先基于前期獲取到的地表、影像和地質調查的數據,傳送到云平臺上,初步對要勘察的地質進行三維化的建模,把這個模型下載到客戶端當中,工作人員就根據初步的模型進行勘察設計方案的設計,包括鉆孔的布局、勘察工作路線等方案的設計。


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    根據相關的勘察布局,設計勘察的方案,然后把方案傳遞給相關的人員,他們去現場進行勘察設計,獲取現場的數據,把數據傳送到云端。對于原有的歷史數據模型進行修正,然后再下載到客戶端具體的勘察設計人員進行人工的進一步的修正,最終形成勘察設計的基礎數據,該數據再次傳到云端,在云端就會自動生成三維矢量的地質模型。

    這個模型就包含了地質剖面、鉆孔布局、三維的地質矢量模型。

    建設施工:智能管控方案

    所見即所得設計通過BIM的地質勘察系統的建設,極大地簡化了勘察設計的過程和勘察設計的效果。在智能管控方面,我們主要是在路基施工和路面施工兩個階段進行智能系統的建設。

    大家都知道傳統施工發展到今天,它主要存在三個方面的問題,第一方面是因為現在的人員成本、材料成本和機械成本都是越來越高的,施工成本不斷地在攀升。第二方面,對工程質量要求越來越嚴格的狀態下,現有的質量控制的方法和質量數據溯源、質量監管方法存在嚴重不足,現有的施工管理和組織的方式也是嚴重滯后于施工流程,包括施工工藝,以及現在信息化的狀態。針對這三個方面的問題,我們提出了智慧化施工的解決方案,也在很多的工程上得到應用。這是對于我們部分的工程應用進行統計之后,我們發現它所帶來的好處。首先在質量提升方面,比如說在土方路基的填筑上,它能夠提升3厘米的精度,在挖掘的精度上也能大幅提升,通過這種提升之后,一個工程的質量能夠提高90%以上,同時智慧化施工也會大幅降低,大家之間的交互、協同和過程與過程之間的交接與協作的工作量,還有減低外業工作的強度,有效減少了65%的工作量。對機械投入和人工投入也有大量的減少,大約在一個工程中能夠減少機械、人工和材料的投入35%,綜合來看有46%的綜合效益的提升。

    在智慧化施工中,剛才所提到的兩個方面,主要是智能的管控,通過這種智能的管控,改變傳統施工從事后的檢測向過程的控制轉化。傳統的所有工程施工通常是施工之后由質量監理或者相關人員對于他的施工質量和施工結果進行評測,但實際上現在我們通過對于施工過程的信息化改造和信息化監管,實現過程當中實時施工的過程質量控制與監督,也是從傳統的對工程質量從項目施工方的視角,逐漸轉向項目甲方和總包的視角。針對這兩個目的,我們就在兩個階段上提出了路基施工的智能管控方案以及路面施工的智能管控方案。

    在傳統的路基施工過程當中,施工過程是非常難監理的,發現了問題之后也是很難改正的,因為有些東西挖完之后、埋完之后就很難再挖、再埋,嚴重影響施工質量和施工結果,造成的后果也是難以處理的。

    在此背景下,作為具有自主知識產權的北斗衛星導航系統,在它的智能管控中將會發揮非常重要的作用,同時結合4G和云計算的技術,我們就提出了路基工程的智能管控系統。該管控系統實現了料、壓、樁、沉路基施工全生命周期的管控和信息化的管理。


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    對于運料的管理,我們開發了運料寶APP,該APP以車隊運輸為主線,將各種施工材料的運輸過程通過運料寶進行過程管理,實現了材料的監管、調度、溯源和統計的功能。

    我們進一步對現有的樁基進行了信息化的改造,這里核心的改造的傳感器還是北斗的高精度定位終端,分別安在樁機的不同的部位,同時也加裝在其他的傳感器,比如說電流傳感器、樁基垂直深度監測的子單元,通過這種信息化改造,它就把傳統的面向打樁的機械化設備變成了具有智能信息的智能化施工的裝備,在施工的過程當中,我們對于樁長、垂直度、打樁的灌注量以及承載的負荷,都可以實時的監測。

    在打完樁之后,通常在施工過程當中會有一個連續的壓實過程。我們也對現有的壓實機進行了一個北斗的高精度的改造,同時也加入了其它的數據采集的儀器和傳感器,實現了對于壓實機在路面壓實過程當中的速度會基于速度和壓實度連續實時的監測。

    通過樁基、壓實機以及運料的信息化改造之后,我們就實現了對路基工程施工實施過程當中的質量管理,如果在實施的過程當中發現問題,隨時可以進行糾正,隨時可以進行工程質量的監督與提升。

    在打樁之后,高速公路的第二個施工階段就是路面施工。路面施工通常有混合材料路面,比如說瀝青、混凝土的運輸,進行路面的攤鋪,然后進行壓實。我們通過信息化系統,對于攪拌階段、運輸階段、攤鋪階段、壓實階段,包括后面的抽樣檢測階段進行全程的信息化改造,實現路面工程的智能管控。

    通過給拌和站加裝一些傳感器,實現了對生產時間、原料配比、瀝青溫度、油石比等等信息上傳到后臺的管理系統當中。對路面混合物料的運輸過程當中,通過對運輸機加裝北斗定位終端以及其它的技術,實現對每次運輸物料的過磅時間、運輸物料的種類、車輛重量的進行實時的管理。

    物料到了現場就要進行攤鋪的工作,我們通過對攤鋪機加裝北斗的高精度的設備,同時加一些溫度傳感器以及RFID的傳感器,實現了對于攤鋪機施工過程中的攤鋪時間、攤鋪坐標、攤鋪溫度、攤鋪速度和攤鋪層級的實時檢測,這個過程中就起了非常大的作用,傳統的攤鋪的結束是通過測量的方式作為結束的標點,有實時攤鋪的信息化監測,我們就邊攤鋪邊進行測量,當攤鋪完之后,我們就完成了攤鋪的施工工作。

    壓實是路面施工的最后一個階段,通過對于壓實機核心以北斗的高精度相關的終端為核心,進行壓實機的信息化改造,實現對每次的壓實時間、壓實速度、壓實溫度、行駛方向和壓實的層級進行實時的監測,同樣的是我們的后臺系統就能監測到,在達到了標準之后就能停止壓實。

    通過在施工階段對于傳統的笨重的機械化進行信息化改造之后,我們就能實時的感知到整個施工過程中的施工狀態,結合我們在第一個階段進行施工方案的設計,能夠有效地控制施工的周期,同時能夠有效地打破在施工各個階段隔離的藩檣,能夠有效節約施工的時間和相關的成本。

    運營養護:高精度安全監測方案

    這里還是以北斗的高精度終端為核心,結合其它的多種傳感器,能夠實現高速公路軟基路段的安全監測、邊坡的安全監測、公路大橋的安全監測以及隧道的安全監測等功能,保障高速公路在運營階段的運營安全。


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    其中最重要的就是以北斗為核心的高精度監測,它能夠實現邊坡、軟基、橋梁形變監測,水平的形變精度是2毫米,高程的形變精度是5毫米。

    北斗是實時監測的,有時候為了更高的精度和更大的范圍,我們也會輔助其它的監測手段,比如說合成孔雷達,主要是做定期的監測的,在有些路段需要更高精度的監測,我們需要用到微變感知雷達,進行重點區域的形變和質量的監測。同時我們也給隧道的檢測和公路的養護人員提供了人員在隧道內的室內人員定位方案。

    運營服務:ETC服務方案

    最近交通部在推動取消高速公路省界收費的事情,我們也在和相關的廠商和業主單位探討,我們提出的方案主要是基于現有的車機改造,安裝ETC,實現不停車收費。


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    包括幾年前我們在北京也有這方面相關的試點工作,該產品主要會基于ETC暢行、行車記錄、自動扣費等功能。

    本報告來源于第十四屆中國衛星導航與位置服務運營商大會,作者:一帶一路衛星應用國際合作聯盟秘書長 王帥(未經本人確認)。


     

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