地下工程智能施工信息管理系统研发与应用

来源：核心期刊咨询网时间：2022-09-17 14:4612

摘要：摘要：在云、物、大、智、移新一代信息技术背景下，传统水利水电工程建设管理模式与新技术的融合可有效助力 智慧水利水电工程的建设与应用。针对水电地下工程，综合利用信息化、智能化手段，以工程安全、质量、进度为管控目标，构建了地下工程智能施工安全与

　　摘要：在“云、物、大、智、移”新一代信息技术背景下，传统水利水电工程建设管理模式与新技术的融合可有效助力 “智慧水利水电工程”的建设与应用。针对水电地下工程，综合利用信息化、智能化手段，以工程安全、质量、进度为管控目标，构建了地下工程智能施工安全与质量实时监控系统，对地下工程建设信息管理进行了探索，该系统基本实现了安全实时监控、质量全程可追溯、进度动态控制、信息可视化集成展示。系统成果已成功应用到双江口水电站地下工程建设过程中，可为水电地下工程“智慧工程”建设提供有益参考。

　　关键词：地下工程;安全质量;智能监控;智慧工程;系统应用

　　1 研究背景

　　水电是绿色可再生能源，兼具防洪、灌溉、航运、供水、扶贫、旅游等综合效益，是具有重大现实意义的民生工程、绿色工程、安全工程、和谐工程[1]。自改革开放以来，我国水电工程建设取得巨大成效，但仍然存在参与方众多、管理对象复杂、协调工作量大、管控内容多等难点[2]。随着大数据、云计算、物联网、人工智能、5G时代的到来，社会结构和经济模式都随时代潮流而改变[3]。传统水电工程建设亦顺应时代潮流，引入了新技术和管理方式。涂扬举等[4-9]根据企业管理的特点，提出了智慧企业体系建设方案，包括智慧电厂、智慧检修、智慧调度、智慧工程四大业务单元的建设方法。其中，智慧工程作为智慧企业重要业务单元，已在大渡河流域水电工程建设管理过程中进行了大量尝试，并发挥了重要作用[10]。

　　地下工程施工安全与质量实时监控系统是智慧工程的重要组成部分，该系统利用物联网、全球定位技术GPS/北斗、建筑信息模型技术BIM、移动互联技术IMS等现代先进信息技术对引水发电系统与泄洪系统的设计、建设和运行过程中涉及的施工资源、施工質量、工程进度等信息进行动态采集、自动分析、智能管控和闭环反馈。该系统能够实现工程安全实时监测和预警、质量全过程可追溯、工程进度三维可视化实时监控以及进度分级预警和分级决策。该系统的研发与应用可为中国水电地下工程建设智能化提供有益参考。

　　2 系统设计

　　2.1 系统总体构架

　　地下工程施工安全与质量实时监控系统基于WebAPI及实时通信框架，搭载三维可视化基础平台，采用SOA的设计思想开发实现多层次的应用体系结构，如图1所示。系统构架分为5个层级，由IaaS、DaaS、PaaS、SaaS、Users组成。其中，IaaS是获取数据的最基本设施，主要负责硬件设备和网络环境的条件保障;DaaS从各类外部系统或新建系统中获取基础数据，并提供接口接入数据上传至通用服务层。PaaS提供数据服务和应用服务两类支撑，数据服务提供统一的数据存储、管理、供述，应用服务提供通用的服务构件。SaaS包括地下工程定位、质量评定、混凝土质量监控、信息可视化集成与预警决策业务的组织，其中信息可视化集成与预警决策业务是在其他业务模块基础上，集成其他业务并进行分析与预警。Users主要服务于现场施工及管理人员，通过PC、大屏幕、手机移动终端实现页面展现、预警预报、指挥决策等功能。

　　2.2 基础设施部署

　　地下工程施工安全与质量实时监控系统基础设施设计如图2所示，采用Oracle来对数据进行物理存储，通过GIS服务器、数据交换服务器、移动应用服务器、FTP服务器及Web应用服务器对数据进行处理，经过SAN存储区网络传输至工作站进行呈现。

　　2.3 系统数据结构及分析设计

　　地下工程施工安全与质量实时监控系统的数据结构由数据应用层、数据存储层、外部系统及内部数据接口4部分组成。其中，数据应用层是从外部系统和内部数据接口，以及系统使用者获取源数据，经过加工处理后录入数据库;数据存储层是在数据源的基础上，通过ETL进行数据整合形成供上层计算或业务使用的数据仓库及数据集;外部接入系统通过接口链接向数据应用层及数据储存层提供数据;内部数据接口主要功能是向系统应用层提供所需的数据，并批量导入至数据存储层。

　　地下工程施工安全与质量实时监控系统数据分析设计分为5个核心技术。其中，系统采用BootStrap框架作为UI的基本实现，其他特殊需求采用DHTMLX的UI库的功能进行实现，系统报表使用Echarts库来呈现;系统主要业务功能实现采用PHP技术框架ThinkPHP，数据实时采集部分使用后端通信框架进行socket实时通信;系统数据库采用Oracle对数据进行物理存储，对于性能响应要求高的部分使用Redis内存存储，提供给业务层访问的数据接口有Restful接口和SOA服务。系统数据接入通过读取数据采集设备获取数据，根据需要使用ETL工具转换数据进入Oracle关系数据库中存储。

　　3 系统功能设计及关键技术

　　3.1 系统主要功能设计

　　地下工程施工安全与质量实时监控系统包括施工工序质量验评及单元工程质量评定、混凝土质量监控、施工进度信息分析与预警决策、质量信息分析与预警决策、施工安全监测信息集成与预警、人车定位管理模块及三维动态设计成果管理模块。

　　(1)施工工序质量验评及单元工程质量评定由手机端APP控制，包括两大功能：质量过程管理、施工日志管理。其中质量过程管理主要对开挖、支护、混凝土、灌浆、金结埋件及机电安装进行验评;施工日志管理对日志填报及日志审核进行验评。

　　(2)混凝土质量监控模块是集混凝土质量监控过程信息管理、实时监控、即时预警于一体的平台，主要有混凝土原材料质量管理、混凝土生产质量监控、混凝土运输调度监控、大体积混凝土振捣质量监控、混凝土缺陷管理等功能。

　　推荐阅读：《水文地质工程地质》1957年创刊，由中华人民共和国国土资源部主管、中国地质环境监测院主办，是我国水文地质、工程地质和环境地质领域创刊较早、发行较广，并具有权威性、综合性的学术理论与实践刊物之一。

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