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随着新一代的物联网、云计算、大数据、人工智能技术的兴起，新一轮的产业变革正在崛起。据2017年麦肯锡发布《想象建筑业数字化未来》（Imagining construction’s digital future）报告，工程建造领域的数字化水平处于全球国民经济行业倒数第二。同时，受到近年肆虐全球的新冠疫情影响，降低人工作业率已成为建筑业的普遍诉求，进一步推动了建造业的变革。 显然，如何抓住机遇，适时进行传统交通基建产业升级，实现交通基建高质量发展，已成为当下交通行业发展的战略性问题。 “十四五”期间，浙江省提出推进制造业高质量发展，打造全国新型建筑工业化标杆省，奋力建设全球先进制造业基地，在制造强国中作出浙江示范、贡献浙江力量。对此，浙江交通集团聚焦高速公路建设，探索项目管理水平和管理效能提升新途径。 聚焦工程 推动智慧建造 正在实施的杭绍甬杭绍段智慧高速（以下简称杭绍甬项目），备受社会各界高度关注。该工程是浙江省单体投资最大的PPP项目，是国务院《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》率先推进建设的智慧交通示范项目，也是交通运输部第一批平安百年品质工程创建示范项目。工程起于萧山南阳接杭州中环，终于上虞余姚界，主线全长52.81km，采用六车道高速公路标准建设，设计速度120km/h，预留远期提速140km/h条件。
图1 杭绍甬项目智慧高速路线示意图 项目建设面临着来自三个方面的巨大挑战。首先是社会关注度和期望值异常高。项目之初，国内最早提出了实施智慧高速新概念，需要打造国内首条智慧高速项目；加之杭州成功申办2022年亚运会，项目初期要求作为亚运配套工程同步实施。其次，建设工期矛盾异常突出。项目批复工期仅26个月，但项目建设体量超大，仅预制T梁构件数量达3.3万片，日均需出品42片预制梁，项目混凝土总用量约550多万方；且桥隧比高，主线明挖隧道长约2.65km，高架桥长50.16km，桥隧比达99%。其三是工程实施难度异常艰巨。项目穿越经济发达区，沿线工厂、生活区密布，征迁体量大，征迁费用高达77亿，占比工程总投资约25%；且工程界面复杂，涉及14.4公里大流量交通边通车边施工路段，沿线与2条高速、4条铁路、9条河流航线、30条公路及各类高低压市政管线约470条交叉，工程断点多，无法形成连续作业面，施工组织复杂、施工措施费投入大、施工安全风险高。 面对诸多挑战，传统建设管控体系显然已无法完全适应。作为项目的总体实施方，迫切需要重塑理念、探索建设新途径。无疑，当下兴起的数字化建造技术恰好为其指明了新方向。 聚智行业 谋定顶层设计 为了谋划好顶层设计方案，项目提出了“数字化管理、指尖上生产、可视化监管”的建设理念。所谓数字化管理，是围绕“让数据信息多跑路，让工作人员少跑腿”为原则，构建质量、安全、进度等业务管理的大数据底座，实现数字赋能，提升辅助决策水平。指尖上生产，是指引入工业工厂化理念，主要是利用信息技术与智能建造技术，由传统生产方式向流水化、智能化转变，生产力由人力向机械力转变，构建智能化生产体系，实现施工建造的指尖上管控。可视化监管，是借助AI、物联网、互联网及无人机等信息化手段，依托智能设备设施，强化项目质量和安全的立体化管控，实现对项目动态的可监可管，最终目的是提升项目智慧化管控水平、提高项目综合管控能力。 聚力数字 赋能工程建设 基于顶层设计，经过近一年的研发和应用实践，基于“大数据、大系统、大交融”的底层支撑，融合“智慧管理、智慧安管、智慧建造、智慧党建”四大模块的智慧建设平台正式上线运行，开始服务项目建设。
图2 智慧建设管理平台 智慧管理 智慧管理是以统筹项目建设全过程、突出数字化管理为特征。以“让数据信息多跑路，让工作人员少跑腿”为原则，将项目生产管理和审批流程、管理标准和控制指标数字化，构建了数据底座。以统一WBS为核心，解决项目各系统间的信息孤岛问题，建立一张数据关联网，串联质量、合同、计量、安全、进度、物联网等各业务模块约138项功能，实现项目建设的智慧管理一张图、过程管理一棵树、质检资料数字化、施工计量自动化、进度统计关联化等核心管理要素的效能提升。 1.智慧管理一张图 将整个项目的关键数据从业务模块中汇集、计算和分析，如投资、质量、安全、征迁、进度等，并用BIM+GIS及物联网手段将关键节点的重要数据信息可视化地展现出来，实现项目关键信息管控一张图。
图3 可视化管理 2.过程管理一棵树 围绕项目工程分部分项划分，构建了统一的WBS结构树，将项目工程部位划分为约98万个节点，并依据节点将质量、试验、计量、进度以及物联网系统关联在一起，可以实时掌握项目的进度、计量、工序质检、试验管控等情况，实现项目总体到分部分项的实时展示，避免了传统纸质版的数据报送滞后和不直观等诸多弊端。 3.质检资料数字化 在传统项目建设中，随着工程体量的增加，纸质版质检资料越来越多，造成一线人员的工作负荷越来越大。对此，在系统内置了行业统一的质检用表，将质检数据划分为“设计值”“设计自动计算值”等五类数值。以移动端、PC端方式将工序报验和质检资料联动审批，实现了数据最多填一次、自动引用、自动判别、质量检验自动评定，有效降低了一线人员的工作负荷，实现了质检资料数字化，确保了质检资料的及时性、规范性和真实性的有效监管和可追溯性。 4.施工计量自动化 传统的项目施工线上计量方式，需要上传大量的附件资料，并依靠人工进行计量工程量的判定和计算，需消耗大量的人力且计量精度受人为因素影响大。通过打通质量、试验系统，依据计量规则，施工中间计量单可自动生成、附件资料自动关联、计量工程量及费用可自动判别和计算。且每季度基于已计量工程量，按照内置调差规则，可实现材料的自动调差，避免“应调未调、该调不调”情况，避免了计量审批的主观性，同时确保了数据的精准性。 5.进度统计关联化 基于质量系统工序报验和计量系统“量价”的数据共享，利用质量系统提供工程实体进度、计量系统提供计量单价和工程数量，经过WBS结构树汇总分析，实现了工程形象进度、产值进度的自动关联统计和分析预警。 项目构建了“验收计量应用”数字化场景，实现了质量、计量和进度的融合分析，可以实时查询项目质量管理和计量进展，并且通过数据，实时分析出当前存在的问题，并及时预警。截至目前，项目已完成21期施工计量约116亿元，产计比达88.3%，因施工单位原因不可计量约5亿元，计量比例可达93%。 智慧建造 智慧建造是以高效率、高标准打造预制精品梁为目标，引入工业工厂化理念，以工业化制造、流水线施工、智能化生产、智慧化管控手段，围绕试验管控、混凝土拌和、T梁预制构建了智慧建造管控体系。 1.工业工厂化 工业化布局：绍兴侧梁厂占地461亩，承担着约1.4万片T梁的预制任务，共设T梁预制区、梁板存放区10大功能区，布设11个全天候生产车间、33条流水生产线，实现了全天候生产，日产量可达33片T梁。
图4 梁厂工业化布局 流水线施工：预制T梁按照产品流水线施工理念布置，自西向东设置相对应的功能区，实现以工位固定、工人固定、产品移动为核心的工业化流水线生产方式。
图5 梁厂流水线布局 智能化生产：践行机器换人减人理念，引入了新一代智能数控弯曲设备及全自动拾取机械臂，实现自动将半成品抓取至传动带，两台设备只需一位操作工人，其加工弯曲误差在±3mm内，日加工半成品钢筋可达33t。引入国内最新一代全自动焊接机器人，单台的工效相当于5个一流的焊接师傅，每天可以完成9片梁板骨架片的焊接。
图6 钢筋数控加工
图7 焊接机器人 2.智慧试验 以数字赋能手段对万能材料试验机等七大类仪器设备进行数字赋能，全线共改造仪器100余台，实现23个检测参数的数据上传，参数覆盖率92.0%。首个尝试开展浙江省工地试验室资料云签审批系统的研发和应用，实现了试验报告线上流转审批和CA电子签章；建立试块智管系统，实现了试块智能养护、读码自动抗压、试验数据自动推送、强度报告一键生成、标准差数据自动统计等诸多功能。采用自动化机械臂进行混凝土试块抗压操作，有效遏止试块调包造假现象，提升了混凝土质量的可溯性。
图8 机器人压试块 3.智慧拌和 混凝土拌和是通过对传统纸质版流程方式的变革，实现了浇筑线上发起、自动生成、手机端审批、拌和机一键拌和生产，实现24小时实时监控和管理人员全过程后台智管和溯源，规范混凝土开盘流程，提高开盘效率，并且实现了水泥罐余量及温度、混凝土出料温度实时监控。 同时采用了高精度称重系统，称量超标率由30%下降至5%；设置含水率在线实时检测系统，含水率自动检测准确率达95%；实现混凝土配合比的动态调整，提高混凝土均匀性，降低混凝土标准差。 4.智慧梁厂 在宁波舟山港主通道工程经验基础上，采用智能化钢筋加工+数控液压侧模+遥控移动台座+智能高频振捣等全新T梁预制生产工艺，实现了钢筋加工到混凝土浇筑的实时掌控，T梁预制生产工效由以往的11天/片提升至4天/片，实现了预制质量和预制效率的双提升。 在梁板养护环节，采用智能蒸样技术，从源头上杜绝了人员进入蒸养室行为，实时监控梁板蒸养状态，并对数据信息进行自动记录、保存和智能预警，确保梁板养护环节的全过程动态监控，实现梁板无人数字蒸养。 智慧安管 项目在乐清湾大桥、宁波舟山港主通道等工程基础上，谋划了“356”安全管理顶层设计理念，并结合先进信息技术，创建“1+1+N”智慧安管体系：“1”是1个集约化安全管理平台，“1”是一项大数据分析应用，“N”是N项AI+物联网应用。强化施工现场远程的可监可管，实现人员设备、可视化远程、监控预警、应急管理等方面数字化运用场景。 1.一个集约化管理平台 研发了集约化安全管理平台，实现全过程管理信息化，涵盖人员进退场、设备日常管理、人员教育考核、安全考核等九大类管理模块，降低了一线安全管理人员的内业工作负荷，并实现安全数据的集成管理。 2.一项大数据分析应用 系统通过集约化平台，实现了安全九大类管理数据的互联互通，并通过系统自动汇总过程管理相关数据，采用大数据分析技术，实现对人员、设备、风险隐患以及物联网设备的数据分析，实现实时预警管控。 3.N项AI+物联网应用 借助先进智能设备设施，并应用大数据技术，构建了一张安全生产监控网，典型场景主要有智能化门禁、可视化远程、风险监控预警、应急辅助管理等。
图9 机器人安全巡检官 聚汇共识 加速智慧变革 通过一年多的智慧建设实践探索，初步实现了52类项目建设智慧化应用管控场景。其中，智慧管理实现了9类应用场景，智慧建造实现了20类应用场景，智慧安管实现了18类应用场景，智慧党建实现了5个应用场景。 在智慧管理方面，以唯一的WBS结构树，构架了平台大数据底座（已积累约1500万个数据），探索了高速公路项目质检资料管理模式、施工计量方式、线上过程审批等管理方式的变革。已完成工序报验27万道、质检用表159万张、电子签章236万个、资料审批61万件，质检资料数字化实现了183处数值自动引用、124类数值自动计算、39类评定表自动生成，降低了内业人员质检资料工作负荷约25%，初步实现了线上的数字管理、大数据分析利用及过程的实时监督预警。 在智慧建造方面，围绕指尖上生产，从试验管控、混凝土拌和、预制梁生产方面进行探索，采用智能化生产和智慧化管控措施，全面提升了预制T梁的质量稳定性和生产工效。其中，混凝土均方差指标由E级逐步提升至B级、T梁生产工效由11天每片缩短至4天、30mT梁预拱度控制在3mm左右及保护层合格率95%以上。 在智慧安管方面，通过研发安全信息化管理平台，实现人员管理信息化、设备监管数字化、隐患排查智能化、风险管控流程化等多个智慧安管运用场景，在方案、材料、设备、工艺上加强控制，从源头上降低了项目安全管控风险，有效降低了安全管理人员内业工作负荷，数据管理分析实现了实时预警的可视化大数据分析应用管理。首次试点推广使用智能机器人安全官等AI技术，提升了预制厂生产的安全管控水平、降低安全生产风险。 在智慧党建方面，聚焦数字化技术，充分发挥了党建优势向建设优势的拓展，主要取得三方面成效：一是以高质量发展要求，实现基层党建指导、组织、管理、服务等方式的有效转变；二是利用数字技术，实现党建工作“面对面”到“键对键”的线上线下同频共振；三是迭代传统模式，实现党务工作的有效集成、党员考核的精细规范、数据分析的精准到位。 当下，工程数字化、信息化及智慧化程度已成为衡量一个重大项目的新风向标。我国高速公路数字化、智能化建造还刚刚起步，业内同行都在积极探索，取得了可喜的突破。据悉，宁波交工集团在浙江六横一期项目搭建了一条高度集约化、流水化、自动化T梁生产线，生产一片T梁仅需27.5小时；蜀道集团旗下四川路桥在沿江宁攀高速项目中成功实现了准全自动化程度的预制T梁智慧生产线，助推了T梁预制智慧建造技术的新跨越。与此同时，我们也应保持清晰的认识，仅就高速公路智慧建设技术发展而言，仍感其道阻且长。当前，所谓的“智慧”还多停留在智慧的概念或萌芽阶段，尤为突出的问题是业内对智慧建设技术还缺乏统一的认识，且无成熟经验、模式及标准可遵循。对此，我们依托杭绍甬项目的工程实践，在调研同行智慧建设成果的基础上，申报并组织编制中国工程建设标准化协会《高速公路智慧建设管理标准》团体标准，旨在对智慧建设范畴进行初步界定。同时尝试对高速公路项目建设的智慧化程度进行等级划分并提供评价标准，以期为行业智慧化建设发展抛砖引玉。未来，期待业内携手，共同推动中国高速公路智慧建设发展。 本文刊载 / 《桥梁》杂志 2023年 第1期 总第111期 作者 / 方明山 作者单位 / 浙江省交通集团 编辑 / 陈晨 美编 / 赵雯 责编 / 王硕 审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲 联系人：李天颖 联系邮箱：xmt@bridgecn.org 稿件投递 联系人：裴小吟 联系邮箱：xmt@bridgecn.org 联系人：黎伯阳 联系邮箱：xmt@bridgecn.org 联系人：穆玉 联系邮箱：xmt@bridgecn.org 扫描二维码 关注更多精彩 喜欢请转发吧！ 原创稿件，转载请标明出处 |
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