基于信息化技术的高速铁路工程监理工作方案研究

摘 要:我国铁路工程建设正在向信息化、数字化、智能化方向高速发展,而监理行业还停留在传统的工作模式上,无法满足铁路工程建设发展的需求。因此,围绕交互式监理新模式,从方案设计原则、实施计划、实施方法与具体要求 3 个方面,研究基于信息化技术的高速铁路工程监理工作方案,使监理工作紧跟信息化、数字化、智能化的高速铁路工程建设发展趋势,优化铁路工程项目监理管理方式,提高现场管控质量和效率,最大限度发挥监理作用。研究成果可为高速铁路工程及其他大型工程项目建设监理工作提供参考和借鉴。


1 引言

进入新世纪以来,随着信息技术发展突飞猛进,信息化、数字化、智能化在各领域取得了突破性进展[1-3],各行各业都开启了利用高新技术改造传统产业的进程,作为综合运输体系骨干的铁路行业也面临着前所未有的挑战。在铁路发展的内外部需求推动下,通信技术、人工智能、大数据、物联网、建筑信息模型(BIM)、增强现实技术(AR)/虚拟现实技术(VR)/混合现实技术(MR)等新技术的驱动对铁路建造、运营服务以及建造的内部功能和外部形态均有变革性作用[4-7]

高速铁路工程线路通常穿越山岭、跨越江河,具有沿线地形起伏剧烈、地质灾害频发、施工环境恶劣、生活条件艰苦、施工任务艰巨、管理跨度巨大等特点[8-9]。传统的劳动密集型施工技术和工程监理模式难以适应高速铁路信息化、数字化、智能化建设的需求。基于此,本文通过创新监理工作模式,以交互式监理模式为核心,提出基于信息化技术的高速铁路工程监理工作方案,通过远程监理模式适当优化调整旁站、巡视、验收、见证、隐蔽工程视频监控等监理工作内容与频次,优化调整监理内业工作量,提高现场管控工作质量和效率。

2 信息化监理工作方案设计原则

远程监理模式的实施要坚持立足目前、成效优先和逐步完善的原则。

(1)立足目前。远程监理的实施要立足于目前的信息化手段、设备和技术水平,基于现有的智能化应用水平,在可采用信息化、智能化、工厂化技术手段替代监理检查验收工作的情况下,可取消现场监理工作。一般检查验收项目可通过综合监控视频实现监理检查验收工作。对于现有信息化手段不满足监理检查验收工作要求的情况,关键工序、重难点部分可按一定比例进行监理检查验收,将信息化手段作为补充。在此基础上,充分利用好现有铁路工程管理平台功能模块,搭建和实施现阶段可以可靠实现的交互式监理模式方案。

(2)成效优先。在试点过程中,要始终把发挥监理履职最佳效果放在最优先的位置,步子不宜太大,宁愿保守、谨慎,也不能影响监理正常作用的发挥和取得的效果。

(3)逐步完善。不但要不断完善和修订各项制度以及调整工作方式,还要加快人工智能的开发、训练并拓展其应用范围,及时将最新的智能化工具应用于监理工作中,使远程监理模式更好地发挥作用。

3 信息化监理工作方案实施计划

为保证远程监理模式试点工作的顺利推进,特别是保证试点工作不能影响监理履职甚至影响工程建设效果,试点工作部署要以保证监理发挥作用和保证工程建设顺利进行为前提,按部就班地分步推行。在选定试点项目后,在全面实施前设置过渡期,按6个阶段实施。在试点项目成功完成过渡转型后,在建设项目全面铺开,在各阶段、各专业全部实现远程模式。具体实施方案如下。

3.1 实施传统监理模式阶段

在进行大型临时工程施工时,施工现场往往没有网络设施,不具备实施远程监理模式的条件。因此,在不具备网络条件的这一段时间中,监理工作按照传统模式实施。具体监理人员的配置应根据临时工程的工作内容和数量进行确定。

3.2 启动培训阶段

在试点工点具备网络条件后,建设单位组织施工、监理单位对现场网络条件进行评估,确定是否具备试点条件。经评估合格后,按照试点方案的设备配置要求在试点工点搭建信息化平台、安装信息化设备。建设单位组织对施工、监理单位相关人员进行远程监理模式及相关管理制度的培训。施工、监理单位根据自身工作特点和实际,编制并宣贯各自单位的落实方案及相关管理制度。以上工作由建设单位组织统一考评,满足要求后,可进入下一阶段试点。

3.3 远程与传统模式并存,传统模式为主阶段

在具备网络条件的工点实施远程监理工作模式到所有的工点都具备网络条件的一段时间内,传统监理模式和远程监理模式同时存在,但以传统监理模式为主,即以监理人员现场履职为主,同时在远端设置少量的监理人员通过信息化手段同步实施工作。验收工作以现场验收为主,同时将信息化验收作为辅助手段;验收结果以现场验收结果为准,信息化验收意见单独做出,作为后续试点的参考和依据。主要目的是实测远程监理模式的可行性和有效性,由专业监理工程师和监理员对信息化使用过程中的问题进行记录,包括条件需求,硬、软件配置,模块接口和内容调整,远程模式的适应和训练等。此阶段监理人员配置主要按传统模式配备,同时配备少量的远端监理人员。按照每个作业面设置1名现场专业监理工程师和1名监理员的标准配备现场监理人员。远端监理人员按每专业1人配备,验证远程监理模式运行中的问题。

3.4 中期评估评审阶段

在远程与传统模式并存阶段实践一段时间后,建设单位组织试点的施工、监理单位总结远程监理工作程序、工作方法,形成试点工程工作总结,并由建设单位组织专家评审会,对远程监理试点方案的可行性、可操作性和监理成效进行专家评审。根据专家评审意见,建设单位和科研单位对是否可继续试点进行判断。若试点方案可行,可继续开展下一阶段试点工作。若方案存在严重技术缺陷无法满足试点的要求,则暂停试点工作,由科研单位进行进一步研究、修正后,提出新方案继续进行试点。

3.5 远程与传统模式并存,远程模式为主阶段

经过前一阶段的验证、磨合以及新模式经验总结,远程监理模式已经得到完善,可在逐步修订成熟的相关制度和管理办法基础上将其作为监理履职的工具单独实施,但考虑到参建各方对远程监理模式的适应需要时间,故设立此过渡阶段。此阶段以远程专业监理工程师履职为主,监理员在现场驻地以信息化手段进行旁站,出现信号或系统故障时及时前往现场进行旁站;将现场专业监理工程师作为互补手段,出现信号或系统故障时及时前往现场进行履职。在此过程中进一步完善信息化系统。人员配置与上一个阶段基本相同,逐步撤出现场专业监理工程师,部分现场专业监理工程师转为远端工作。

3.6 试点总结评审阶段

在远程监理模式试点一段时间后,建设单位组织试点的施工、监理单位总结远程监理工作成效形成试点总结,并由建设单位组织专家评审会,对远程监理职责的实现效果进行专家评审,根据专家评审意见,建设单位和科研单位判断是否可形成推广方案。

4 信息化监理工作实施方法及具体要求

4.1 实施方法

交互式监理工作的开展主要是在试点工作场所实现网络全覆盖、网络通信正常的情况下,利用智能化建造装备进行数据采集加上综合监控技术辅助实现的。监理可通过研读智能施工装备自动采集并上传至工程管理平台的施工过程数据,参考现场综合监控视频资料,掌握现场施工情况和关键质量数据,作为监理工程师执业的依据。

4.1.1 开挖前超前地质预报

通过智能型凿岩台车或者全电脑三臂凿岩台车上传报告、掌子面素描等隧道工程信息以及预报里程信息、参与人员信息、预报原始数据资料,输出处理后数据资料以及预报结果。监理单位可根据该设备自动采集的数据分析结果,要求施工单位提前做好相关防范措施。

4.1.2 隧道开挖

隧道施工采用智能型多功能钻爆台车装备,该装备具有钻爆掘进、加深炮眼施工、超前地质钻探、隧道径向锚杆施工、超前小导管、超前锚杆施工等多种功能,可以实现钻孔、钻爆掘进深度、炸药量、安装、注浆等数据的采集和记录。监理单位可根据该设备自动采集的数据分析监控施工现场实际施工情况。

4.1.3 超欠挖

在隧道采用三维激光扫描仪、三维数据处理软件进行超欠挖数据采集、计算处理,从而全面、真实检测隧道的开挖断面轮廓(超欠挖)、支护断面轮廓、衬砌断面轮廓,将其检测数据、结论通过网络通信方式,上传至信息化管理平台。监理单位可根据该设备自动采集数据(爆破残留率、光面爆破效果)分析监控施工现场实际施工情况。

4.1.4 初期支护

根据隧道喷锚支护作业线需求,现场配置喷锚支护协同作业装备,如全断面喷射混凝土的湿喷机械手、钢拱架架设机等。监理单位可利用综合监控设备以及喷锚支护协同作业装备中自动采集的数据,实现对喷锚支护作业的远程监控。

4.1.5 防水铺设

铁路隧道智能型防水卷材铺挂台车除满足基本使用功能外,还具有自动布料、自动射钉固定自粘布、自动粘贴铺挂防水板/防排水板等自动化作业功能,以及自动扫码识别防排水材料、自动扫描初支轮廓功能和自动留存隐蔽工程影像资料等信息化功能,可以实现施工过程的信息化采集。监理工程师通过分析采集数据实施监理工作,并通过一定比例的现场抽查,验证采集数据远程监理的可靠性。

4.1.6 二衬施工

通过智能型衬砌台车、混凝土输送泵、混凝土运输车、混凝土搅拌站及衬砌智能养护台车进行二次衬砌作业。智能型衬砌台车安装有拱顶空洞监测预警系统、信息化监控及传输系统,精准监控拱顶浇筑饱满程度,并做到全过程数据捕捉和远程传输。智能化数据采集时监理工程师全程旁站,主要对止水带的埋设、堵头段平顺度、预留洞室、预留沟槽进行重点验收,对综合监控系统以及全过程中采集的数据进行及时验证。监理工程师可通过综合监控系统以及全过程中采集的数据,实现其他项目监理远程监控检查验收。

4.1.7 监控量测

施工单位根据已批复的方案,及时按照规范及方案要求布设监控量测点,按照要求及时对监控量测点进行复测,并将数据上传至信息化管理系统。监理单位可通过综合监控设备自动采集的数据,实现对隧道的监控测量的远程监控。

4.1.8 全断面隧道掘进机(TBM)装备

应用TBM在深埋软岩大变形、高地应力等地质风险下的高效安全施工关键技术并高度重视超前地质预报和智能控制等能力。TBM通过分析岩体状态参数与掘进参数的相关关系,采用数据挖掘的方法建立岩机信息感知互馈模型,在此基础上构建智能决策控制体系,实现掘进参数的预测以及掘进状态评价,通过手动或自动控制模式对TBM掘进参数进行优化调整,使TBM保持安全高效的掘进状态[10]

4.1.9 砂石料场质量控制

砂石加工场按“网络化、信息化、智能化、可视化”要求建设信息管理系统,实现实时数据远程终端、手机APP在线查询和砂石料加工场等运行实况远程可视,实现砂石料用量审报、生产、运输等全过程生产管理和监控信息化;同时实现砂石料业务的管理信息化,决策科学化,提高管理的质量和效率。

试点工程交互式监理模式可通过智能化设备完成,但是施工过程中部分工序还需传统监理模式配合进行,比如防水板及钢筋安装台车、水沟电缆槽模板台车、除尘净化设备还不能实现智能化,砂石料吸水率和坚固性检测还只能依靠人工。监理单位可按一定比例对现场工序进行检查验收,对于关键工序和重难点部分,监理单位也可进行现场验收;对于一般的检查项目,监理单位可通过智能化设备,以及综合视频监控完成检查验收工作。在不完全脱离传统模式的情况下,对交互式监理工作方式进行试点,推进铁路工程智能化建造。

4.2 具体要求

4.2.1 设备要求

远端(监理项目部)设备与人员需满足以下配置。

(1)监理项目部配备信息化室和一名信息化专员进行技术支持和维护。对所有远端监理项目部监理人员进行操作培训。培训并经书面和实操考核合格的人员由监理项目部报送至现场项目部备案,每名远程监理人员拥有相应的个人用户名和密码,根据管理层级拥有相应的权限。

(2)具备条件的信息化室配备高清电子显示屏。显示屏数量9~12块,能合成一个画面,也能分成多个画面,便于监理工程师更清楚地观察现场。配备主机1 台,连接管理系统。每名远程监理人员配备1台台式或笔记本电脑,连接管理系统,硬件能满足巡视、旁站、检查验收等视频和音频载入和操作。

(3)所有连接系统的主机权限包括:①查看和调动现场所有与系统连接的固定和移动视频、音频设备;② 调动与施工相关的报审文件、试验、原材、检验批;③ 通过USB密钥或人脸识别实现对用户身份的认证。

近端(现场)设备需满足以下配置。

(1)每个现场监理配备1套移动无线视频和音频设备,在检查验收、见证检验、旁站过程中,遇到施工单位设备、网络故障情况时可应急使用,或在巡视、检查复查时使用。

(2)监理组和交通不便的工点配备台式或笔记本电脑,连接管理系统,在共用网络故障时,将临时储存在移动设备中的资料上传至系统。

4.2.2 网络要求

(1)互联网流量要求不低于150 Mbps,互联网出口应采用至少2条线路,由不同的电信运营商提供。

(2)对内服网入口数据交换的带宽需求为不低于15 Mbps。

(3)监理现场带宽不低于15 Mbps,数据传输不低于2 MB/s,监理项目部带宽不低于100 Mbps,数据传输不低于10 MB/s。

4.2.3 信息化设备性能要求

(1)固定终端可作为巡视、检查验收、见证检验、旁站共用摄像头,主要观察施工现场全貌。以有线网络连接为主,摄像头可旋转,可变焦拉近,可夜视,确保能看到现场总体施工情况。

(2)移动终端可作为旁站、检查验收、隐蔽工程验收、见证检验查看细节部位的共用设备,为无线联网,能满足目前规范的像素要求,可变焦拉近,可夜视或自带灯光照明,确保能够清晰拍摄指定位置的施工细节。移动终端要求将专用手持设备设置为工作唯一功能性,在未授权的情况下,无权安装其他应用软件,防止持机人将设备作为娱乐工具,影响系统安全和设备寿命。

4.2.4 信息化设备布置要求

综合上述各监理工作信息化设备需求,固定终端为监理人员提供施工现场整体影像,作为开展监理工作的条件确认手段;而移动装备为监理人员提供特定部位细节影像,作为开展监理工作的判断依据,设备布置及数量如表1所示。

表1 设备布置表

基于信息化技术的高速铁路工程监理工作方案研究

工作类型 设备位置 设备数量 备注旁站 工作面 2固定、2移动 1移动备用隐蔽工程影像留存 工作面 2固定、2移动 1移动备用检查验收 工作面 3固定、移动数量根据参与验收人员数量配备 1移动备用巡视 洞口、交叉口、工作面 4固定 洞口、交叉口各1固定见证检验 工作面 1固定、2移动 1移动备用推荐配置方案 洞口、交叉口、工作面 4固定、2移动 洞口、交叉口各1固定,1移动备用砂石料场 以满足上述功能为原则,由施工单位根据需求设置监控设备

4.2.5 信息化模块要求

(1)旁站。旁站模块需具备线上流程审批、实时影音传输、自动保存影像图片资料和人工上传存储资料、自动生成电子旁站记录等功能,具有问题整改闭合功能并可自动形成闭合记录,实现数据共享。

(2)隐蔽工程影像资料采集留存。隐蔽工程影像资料采集留存模块需具备线上流程审批、实时影音传输、自动保存影像图片资料和人工上传存储资料、自动生成电子旁站记录等功能,具有问题整改闭合功能并可自动形成闭合记录,实现数据共享。

(3)检查验收。检查验收模块需具备线上流程审批、实时影音传输、自动上传影像图片资料、自动生成表格记录等功能,满足以上检查验收流程的需求,可实现数据共享。

(4)巡视。巡视模块需具备实时影像自动存储、根据浏览痕迹自动生成巡视记录并存储、对影像进行框选并进行文字记录、根据不同等级设置安全警报、数据存储和共享功能。

(5)方案审查。方案审查模块需具备线上流程审批,问题整改闭合并自动形成闭合记录,影像、图文资料上传存储,路径、状态、接收状态显示功能。

(6)见证检验。见证检验模块需具备线上流程审批、实时影音传输、自动保存影像图片资料和人工上传存储资料、自动生成电子检验记录等功能,可实现数据共享。

5 结论

为紧跟铁路工程智能化、信息化、数字化建设发展趋势,以及解决在高速铁路工程建设监理工作的困难,以交互式监理新模式为核心,提出基于信息化技术的高速铁路工程监理工作方案。根据信息化监理工作方案的立足目前、成效优先、逐步完善的原则,提出方案实施的6个阶段计划,以此来过渡实施新的监理工作模式。针对开挖前超前地质预报、隧道开挖、超欠挖、初期支护、防水铺设、二衬施工、监控量测、TBM装备、砂石料场质量控制等工作,提出信息化监理工作的实施方法。同时,为保障信息化监理工作的实施,针对信息化设备、性能、网络以及各监理工作模块功能等需求,提出具体的要求。本文成果可以为高速铁路工程建设信息化监理工作提供参考和借鉴,同时也对其他大型工程建设监理有一定的借鉴意义。

参考文献

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