高速公路建设项目全周期全要素数字化管理技术研究

摘要：全周期、全要素数字化管理技术是通过集成互联网、BIM、物联网、大数据等相关技术，搭建高速公路建设项目全周期全要素数字化管理平台，实现数据从设计阶段到竣工阶段的全周期管理，并在施工阶段实现数据从工序检验、质量检验评定、形象进度、设计变更、计量支付、竣工归档的全链条传递，完成工程建设期间的全要素数字化，达成项目建设过程“可溯源”竣工档案与实体工程“同步形成、同步归档”的目标。该平台为项目公司对施工现场的标准化管理提供了手段，有效实现节能降排、提升工作效率、降低工作成本。1.技术概况公路建设项目信息化技术应用目前相对缺乏，且技术应用深度及广度都不够，没有形成数据信息共享及关联，不同系统间信息不能相互传递，数据难以共享互通，使得传统信息化技术系统容易出现“数据孤岛”的情况，导致项目建设及管理过程中的资源浪费。本技术在建立标准化流程、数据标准、用表标准、分部分项划分等多种标准基础上，结合BIM、物联网对建设项目从设计到施工数据监测进行集约化管理，从而做到减少设计变更、提高施工质量、节约能源、减少碳排放量。该技术适用于公路建设行业建设过程及管理过程，为高速公路建设过程提供全周期、全要素、电子化、标准化管理，以达到提质增效、节能减排的效果。2.技术原理高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理技术是通过集成互联网、BIM、物联网、大数据等相关技术搭建高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理平台，实现数据从设计阶段到施工阶段的传递，并在施工阶段实现数据从工序检验、质量检验评定、形象进度、设计变更、计量支付、竣工归档的全链条传递，完成工程建设期间的全要素数字化，实现项目建设过程“可溯源”竣工档案与实体工程“同步形成、同步归档”的目标。该平台为项目公司对施工现场的标准化管理提供了手段，有效实现节能降排、提升工作效率、降低工作成本。2.1关键技术（1）互联网、云计算基于安全、稳定、可靠的私有云平台，快速构建高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理业务应用生态产品链。（2）BIM+GISBIM+GIS的融合，实现基于空间真实位置、真实环境的设计，把建筑设计与生态环境相融合，站在一个更高维度上为高速公路设计、施工、建设、养护节省时间和资金，实现对项目宏观情况的全盘掌握、统筹安排。（3）物联网、视频监控分析通过IoT技术实现施工现场试验机、拌和站、沥青等质量数据采集、传输、存储分析，结合视频监控技术构建可视化施工工地管理，打造智慧工地。（4）大数据引入Hadoop、OSS对象构建海量数据存储应用，并通过Spark、Flink构建实时数据分析引擎，提供多样的数据分析算法。（5）AI技术在隧道围岩系统中引入AI技术，通过机器学习、人工智能等前沿技术，智能判断出辅助围岩级别，对隧道围岩施工进行科学管理、决策。（6）CA技术权威CA机构颁发数字证书，证明用户或企业在网络上的真实身份，具备数字证书的电子签名或电子签章可以在电子文档上实现快速签名或盖章，且能够防止电子文档信息被篡改，同时具有真实法律效力。提高信息化、数字化作业办公审批的效率，同时为公路工程品质评定、电子档案等线上作业提供强力的认证保证。（7）云控平台基于交通大数据云控平台的智慧高速架构体系，依托于业务平台、数据平台框架，为“新基建”“建管养一体化”的实现提供完美的基础平台架构支撑。技术架构如图1所示。图1技术架构图2.2工艺流程该技术在实现合同管理、进度控制、设计变更、质检评定、计量支付、竣工档案、隧道综合管理系统等高速公路建设全周期、全过程数字化管理的流程为：PC端或移动端录入施工过程各类业务数据，通过互联网上传至数据仓库，物联网实时采集上传的各类原材料质量检测数据；大数据平台对数据进行处理、汇总、分析、存储、共享；报表引擎自动填充数据生成所需报表，通过工作流、CA电子签章实现在线审批流程；并在BIM模型上直观展示项目进展、调阅各类资料数据。3.技术创新点（1）项目建设设计方面：将设计数据贯入BIM+GIS系统，并构建基于分部分项划分（WBS）的建设管理平台，通过数据架构之间的精确映射，实现数据从设计阶段、施工阶段到养护阶段的传递。（2）项目建设施工方面：在施工阶段实现数据从形象进度、设计变更、工序检验、质量检验评定、计量支付、竣工归档的全链条传递，完成工程建设期间的全要素数字化，实现项目建设过程“可溯源”竣工档案与实体工程“同步形成、同步归档”的目标。（3）项目流程管理方面：线上审批流程中均使用电子签章，为参与各方提供快捷方便的审批服务。通过电子签章形成法律闭环，不仅提供电子签名服务，还提供存证服务以及后续法律服务，确保纠纷发生时，能够提供相应的司法保障，提高了整个业务审批的签署效率。（4）隧道建设信息化方面：研发隧道围岩辅助判别系统，实现了隧道围岩信息、监测断面信息以及超前地质预报信息的线上存储及分析，为公路隧道围岩支护结构的调整和变更提供有效的支撑依据，力图真正实现“隧道动态设计”。（5）设计后期服务创新方面：利用远程视频会议系统及交互式电子白板，实现了设计单位技术专家与工程现场进行远程技术研讨，搭建设计后方技术支援平台，为偏远山区项目提供实时专家技术支持。（6）行为数字化方面：通过电子施工日志、监理日志、业主工作日志将参建各方行为数字化，同时运用大数据、人工智能等手段对所有数字化参与者的日常行为进行自动抓取和客观评价分析，将“工作流程化，流程标准化，考核数据化，数据台账化，责任明确化”的项目建设管理理念和机制建设体现在软件平台中，进一步为项目建设管理赋能。综上，高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理平台实现了项目建设全过程管理，提高了工作效率，减少了人工、设备、材料等资源成本，节能减排效果显著。4.技术应用情况全周期全要素数字化管理技术已成为“新基建”实现的重要环节，为高速公路的数字化、智能化提供管理保障。目前已应用于“川高”“藏高”等高速公路项目中，包括路基工程、路面工程、桥梁工程、隧道工程、房建工程、机电工程、交安工程、监理试等领域。从项目管理的角度出发，作为全过程全生命周期建设管理平台支持PPP模式、BOT模式、EPC模式等多种模式的高速公路建设项目过程管理，从高速公路建设阶段到养护阶段，该平台可作为发展“建、管、养一体化”管理业务的全面支持基础平台。该平台提供的数据对接中心、角色权限中心、流程中心同样适用于多种跨业务跨领域的系统集成，如云控平台、数据平台、业务平台、养护系统、OA办公系统、运营服务系统等。该技术在高速公路建设中应用广泛，相较于传统工作及管理模式，大大提高了高速公路建设过程中各环节办事效率和项目的进展速度，减少各环节的时间周期，设计变更、工程计量、合同管理、施工人员管理等线下十分繁琐的流程审核，在该技术的支持下能在短时间内完成，节能减排、提质增效效果显著。高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理技术的应用，有效解决了高速公路建设过程中人员、设备、建设资料管理难度高，采集信息难以互通等问题，成功实现了利用软件信息化技术对现场设备进行监测、数据采集和管理，保证了高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理技术对工程项目建设管理的辅助作用，完成项目从原料进场到材料质量检测、使用最终形成竣工档案的全过程资料管控。该技术的实施建立在标准化流程、数据标准、用表标准、分部分项划分等多种标准基础上，根据各项目公司实际需求，可定制开发各项目公司数字化管理平台项目。利用统一的模型标准在设计阶段将设计数据贯入BIM+GIS系统，并构建基于分部分项划分（WBS）的建设管理平台，通过数据架构之间的精确映射，实现项目建设过程中数据从设计、施工、竣工到养护的全面存储打通，确保了现场数据的实时采集及施工过程可溯源。通过建设物联网系统、移动APP（工序检查、施工日志、工地视频等功能）等技术实时采集现场资料，打破项目管理人现场监管的空间限制，通过质检评定、竣工档案等模块，实现全流程审批线上化、资料档案电子化，有效实现节能降排、提升工作效率、降低工作成本。5.节能降碳效益测算评价5.1节能低碳效益该技术应用前，项目管理效率低，每年人工、设备、材料等成本较高。以乐西项目为例，经实践及测算得出：技术应用后较传统方式预计可为单个项目形成的年节能量约为343.2tce，每年二氧化碳减排量约为170.74tCO2。目前该技术在10个项目中应用，按照项目规模比例进行估算，应用该技术后为高速公路建设项目形成的年节能量约为3846.4tce，年二氧化碳减排量约为1934tCO2。以乐西项目为例，项目里程约150km，通过该技术的实现，可有效减少纸张打印成本，以现有高速公路建设经验，一个标段竣工资料大约有1500卷档案，每卷档案大约有500页表格，建设过程中每个标段使用的纸张大约10万张/年。以此推算，该项目每年可减少的纸张打印量约为2180万张。一般项目部距离施工现场几十至几百公里不等，应用该技术后可减少线下会议、减少人员往返路途成本，每个标段约减少往返路途19200公里/年，25个标段共计减少48万公里/年，约节约车辆汽油40t。通过该技术的应用，每个标段减少的用电量约为7万kW·h/年。5.2经济效益我国传统公路建设行业管理水平相对落后，在建设管理、施工工程、数据监测、预测及预警等方面有很大提升空间。技术应用后较传统方式预计可为已应用项目公司降低成本总计4526.1万元/年；以乐西项目为例，每减排1tCO2投资额约2.92万元，静态投资回收期约为4.5年。因此，电子化、标准化的综合管理平台数字化技术应用，将成为公路建设行业提质增效、节能减排的重点发展方向。5.3社会效益高速公路建设项目全周期、全要素数字化管理技术作为提升项目管理能力和效率的重要手段，已全面开启完善升级过程，其本质是对信息技术、产品和服务的应用，是实现节能降耗减排的重要手段。将信息网络、大数据与公路建设行业结合起来，能增强整体性和集成化，实现集约经营，达到节能降耗减排的效果。实践证明，该技术可提高劳动生产率，提高能源和资源使用效率，减少企业对能源和材料的消耗。如，通过质检评定、竣工档案模块的深入开发和广泛利用，将纸质文件电子化，签字签章过程线上化，可以降低项目资源浪费率，提高行业资源的利用效率；通过隧道综合管理系统，可实现隧道围岩信息、监测断面信息以及超前地质预报信息的线上存储及分析，让相