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北斗卫星技术在高速公路全生命周期信息化管理中的应用

来源:中国智能交通协会   发布时间: 2020-07-02 14:10:53

系统概况

全球的信息化技术的发展改变了生活的各个方面,随着时代的进步和生活的发展,我们对建筑工程,特别是高铁、高速公路这些重大的建筑工程质量的要求越来越高,在这个过程中,我们一直在思考建筑信息化(BIM)技术和北斗卫星导航技术对建筑工程质量保障方面能起到的作用,这一直是近几年在产业界和学术界大家都非常关心的问题。在此背景下,我们以同方公司为基础,联合了上下游的合作厂商,以及国内、国际的设计院,共同提出了高速公路建设质量全生命周期管理解决方案,面向高速公路从勘察设计、建设施工到运营管养全过程进行质量的管控。


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在勘察设计阶段,我们基于BIM技术实现建设工程当中三维智能化的勘察设计;在路基施工阶段,主要以高精度的技术,实现对于相关工程机械的改造,实现路基工程的智能管控;在路面施工阶段,通过对摊铺机、压实机的高的精度的改造,实现路面工程的管控;在运营管养阶段,通过北斗的高精度技术以及相关的雷达的技术,实现在运营阶段的健康安全监测。最近也根据交通部的精神,我们跟一些厂商和国内的高速公路运营者探讨ETC不停车收费的相关解决方案。

勘察设计:三维数字勘察设计方案

在勘察设计阶段,主要是基于BIM实现了勘察设计的智能化管理。这个系统首先基于前期获取到的地表、影像和地质调查的数据,传送到云平台上,初步对要勘察的地质进行三维化的建模,把这个模型下载到客户端当中,工作人员就根据初步的模型进行勘察设计方案的设计,包括钻孔的布局、勘察工作路线等方案的设计。


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根据相关的勘察布局,设计勘察的方案,然后把方案传递给相关的人员,他们去现场进行勘察设计,获取现场的数据,把数据传送到云端。对于原有的历史数据模型进行修正,然后再下载到客户端具体的勘察设计人员进行人工的进一步的修正,最终形成勘察设计的基础数据,该数据再次传到云端,在云端就会自动生成三维矢量的地质模型。

这个模型就包含了地质剖面、钻孔布局、三维的地质矢量模型。

建设施工:智能管控方案

所见即所得设计通过BIM的地质勘察系统的建设,极大地简化了勘察设计的过程和勘察设计的效果。在智能管控方面,我们主要是在路基施工和路面施工两个阶段进行智能系统的建设。

大家都知道传统施工发展到今天,它主要存在三个方面的问题,第一方面是因为现在的人员成本、材料成本和机械成本都是越来越高的,施工成本不断地在攀升。第二方面,对工程质量要求越来越严格的状态下,现有的质量控制的方法和质量数据溯源、质量监管方法存在严重不足,现有的施工管理和组织的方式也是严重滞后于施工流程,包括施工工艺,以及现在信息化的状态。针对这三个方面的问题,我们提出了智慧化施工的解决方案,也在很多的工程上得到应用。这是对于我们部分的工程应用进行统计之后,我们发现它所带来的好处。首先在质量提升方面,比如说在土方路基的填筑上,它能够提升3厘米的精度,在挖掘的精度上也能大幅提升,通过这种提升之后,一个工程的质量能够提高90%以上,同时智慧化施工也会大幅降低,大家之间的交互、协同和过程与过程之间的交接与协作的工作量,还有减低外业工作的强度,有效减少了65%的工作量。对机械投入和人工投入也有大量的减少,大约在一个工程中能够减少机械、人工和材料的投入35%,综合来看有46%的综合效益的提升。

在智慧化施工中,刚才所提到的两个方面,主要是智能的管控,通过这种智能的管控,改变传统施工从事后的检测向过程的控制转化。传统的所有工程施工通常是施工之后由质量监理或者相关人员对于他的施工质量和施工结果进行评测,但实际上现在我们通过对于施工过程的信息化改造和信息化监管,实现过程当中实时施工的过程质量控制与监督,也是从传统的对工程质量从项目施工方的视角,逐渐转向项目甲方和总包的视角。针对这两个目的,我们就在两个阶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。

在传统的路基施工过程当中,施工过程是非常难监理的,发现了问题之后也是很难改正的,因为有些东西挖完之后、埋完之后就很难再挖、再埋,严重影响施工质量和施工结果,造成的后果也是难以处理的。

在此背景下,作为具有自主知识产权的北斗卫星导航系统,在它的智能管控中将会发挥非常重要的作用,同时结合4G和云计算的技术,我们就提出了路基工程的智能管控系统。该管控系统实现了料、压、桩、沉路基施工全生命周期的管控和信息化的管理。


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对于运料的管理,我们开发了运料宝APP,该APP以车队运输为主线,将各种施工材料的运输过程通过运料宝进行过程管理,实现了材料的监管、调度、溯源和统计的功能。

我们进一步对现有的桩基进行了信息化的改造,这里核心的改造的传感器还是北斗的高精度定位终端,分别安在桩机的不同的部位,同时也加装在其他的传感器,比如说电流传感器、桩基垂直深度监测的子单元,通过这种信息化改造,它就把传统的面向打桩的机械化设备变成了具有智能信息的智能化施工的装备,在施工的过程当中,我们对于桩长、垂直度、打桩的灌注量以及承载的负荷,都可以实时的监测。

在打完桩之后,通常在施工过程当中会有一个连续的压实过程。我们也对现有的压实机进行了一个北斗的高精度的改造,同时也加入了其它的数据采集的仪器和传感器,实现了对于压实机在路面压实过程当中的速度会基于速度和压实度连续实时的监测。

通过桩基、压实机以及运料的信息化改造之后,我们就实现了对路基工程施工实施过程当中的质量管理,如果在实施的过程当中发现问题,随时可以进行纠正,随时可以进行工程质量的监督与提升。

在打桩之后,高速公路的第二个施工阶段就是路面施工。路面施工通常有混合材料路面,比如说沥青、混凝土的运输,进行路面的摊铺,然后进行压实。我们通过信息化系统,对于搅拌阶段、运输阶段、摊铺阶段、压实阶段,包括后面的抽样检测阶段进行全程的信息化改造,实现路面工程的智能管控。

通过给拌和站加装一些传感器,实现了对生产时间、原料配比、沥青温度、油石比等等信息上传到后台的管理系统当中。对路面混合物料的运输过程当中,通过对运输机加装北斗定位终端以及其它的技术,实现对每次运输物料的过磅时间、运输物料的种类、车辆重量的进行实时的管理。

物料到了现场就要进行摊铺的工作,我们通过对摊铺机加装北斗的高精度的设备,同时加一些温度传感器以及RFID的传感器,实现了对于摊铺机施工过程中的摊铺时间、摊铺坐标、摊铺温度、摊铺速度和摊铺层级的实时检测,这个过程中就起了非常大的作用,传统的摊铺的结束是通过测量的方式作为结束的标点,有实时摊铺的信息化监测,我们就边摊铺边进行测量,当摊铺完之后,我们就完成了摊铺的施工工作。

压实是路面施工的最后一个阶段,通过对于压实机核心以北斗的高精度相关的终端为核心,进行压实机的信息化改造,实现对每次的压实时间、压实速度、压实温度、行驶方向和压实的层级进行实时的监测,同样的是我们的后台系统就能监测到,在达到了标准之后就能停止压实。

通过在施工阶段对于传统的笨重的机械化进行信息化改造之后,我们就能实时的感知到整个施工过程中的施工状态,结合我们在第一个阶段进行施工方案的设计,能够有效地控制施工的周期,同时能够有效地打破在施工各个阶段隔离的藩樯,能够有效节约施工的时间和相关的成本。

运营养护:高精度安全监测方案

这里还是以北斗的高精度终端为核心,结合其它的多种传感器,能够实现高速公路软基路段的安全监测、边坡的安全监测、公路大桥的安全监测以及隧道的安全监测等功能,保障高速公路在运营阶段的运营安全。


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其中最重要的就是以北斗为核心的高精度监测,它能够实现边坡、软基、桥梁形变监测,水平的形变精度是2毫米,高程的形变精度是5毫米。

北斗是实时监测的,有时候为了更高的精度和更大的范围,我们也会辅助其它的监测手段,比如说合成孔雷达,主要是做定期的监测的,在有些路段需要更高精度的监测,我们需要用到微变感知雷达,进行重点区域的形变和质量的监测。同时我们也给隧道的检测和公路的养护人员提供了人员在隧道内的室内人员定位方案。

运营服务:ETC服务方案

最近交通部在推动取消高速公路省界收费的事情,我们也在和相关的厂商和业主单位探讨,我们提出的方案主要是基于现有的车机改造,安装ETC,实现不停车收费。


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包括几年前我们在北京也有这方面相关的试点工作,该产品主要会基于ETC畅行、行车记录、自动扣费等功能。

本报告来源于第十四届中国卫星导航与位置服务运营商大会,作者:一带一路卫星应用国际合作联盟秘书长 王帅(未经本人确认)。


 

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