物联网在混凝土施工作业调度管理中的应用

黄雪琳，王 军

(水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州 310012)



物联网在混凝土施工作业调度管理中的应用

黄雪琳，王 军

(水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州 310012)

为了提高我国水利水电工程混凝土生产、运输、浇注施工作业的调度管理水平，在现有的调度管理模式基础上，通过引入物联网的卫星定位、移动通讯、无线网络及视频监控等服务技术，接口混凝土微机自动化生产系统，使混凝土施工作业调度管理做到科学、高效、规范。图2幅。

水利水电工程；物联网；混凝土施工；调度管理

1 概 述

物联网(The Internet of Things)是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，物联网即“物物相连的互联网”，有两层意思：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；二是其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，目前业界对物联网虽还没有一个完全统一的概念，但普遍认可的概念是通过各种信息传感设备(射频识别、红外感应器、激光扫描器、环境传感器及图像感知器等)、条码与二维码、卫星定位系统、地理信息系统、移动通讯系统、监控系统及自动化生产系统等，按约定的通信协议，将任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新型信息网络。这个定义的核心是：物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。

我国水利水电建设发展正处于从传统向现代化过渡的进程当中，急需用现代物资条件进行装备，用现代科学技术进行改造，用现代先进的管理模式去推进，用现代发展理念引领。因此，物联网的快速发展，将会为我国水利水电行业发展与世界同步，提供一个国际领先的全新平台，也必将为传统产业改造升级起到巨大的推动作用。

基于物联网的混凝土施工作业调度管理就是将混凝土生产、运输、浇注3个环节的实时作业信息采集传送至调度中心的信息化综合管理系统，方便中心调度管理人员实时掌握施工现场作业情况，并分别发出指令，统一调度管理。

2 现 状

2.1 混凝土生产

目前国内水利水电工程上使用的混凝土都已实现自动化生产，即采用计算机控制，根据输入的混凝土配合比指令，自动配料、自动称量、自动卸料、自动拌和、自动出料。在一些大型的水利水电工程上，已实现搅拌楼数据自动采集与分析，如华能澜沧江水电股份有限公司已建成投产的黄登·大华桥水电站，在工程建设期使用混凝土施工工艺监控系统通过骨料含水率、超逊径等检测结果，结合理论配比，进行施工配料单的自动计算；并采用混凝土搅拌楼接口与无线传输集成设备，实时采集拌和楼生产过程中的每一盘混凝土生产数据。当发现混凝土浇注出现质量问题时，可实时查询混凝土生产配料单和实际配合比等信息，并进行对比分析，以确定原材料及搅拌过程中是否存在问题；如有问题及时采取相应措施，现场混凝土施工总结分析、后评价时具备可追溯性。

2.2 混凝土运输

目前国内水利水电工程混凝土运输采用的载具有混凝土罐车、自卸车及胶带输送机等，其中通过混凝土罐车、自卸车运送混凝土占比较大。因此，一些大型的水利水电工地在混凝土运输过程中，对运输车辆安装车辆自动定位设备及空满载监视设备，以期监控运输车辆的实时动态；如四川大唐国际甘孜水电开发有限公司已建成投产的大渡河长河坝水电站，在工程建设期便对上坝运输车辆安装车辆自动定位设备，从而实现上坝运输车辆从料场到坝面的全程监控。

2.3 混凝土浇筑

目前国内水利水电工程混凝土浇筑已实现计划动态管理，如黄登·大华桥水电站，在工程建设期便采用了混凝土浇注计划动态管理。

(1)进度动态更新与维护

通过现场监控实时反馈大坝施工进度，动态更新进度形象，同时进行计划进度形象偏差对比。

(2)动态模拟与实时仿真

采用系统仿真技术、三维建模技术、数据库技术、控制论等，对水电站高碾压混凝土坝施工系统进行分解协调系统分析，为工程建设过程的进度控制与决策提供技术支撑和分析平台。

(3)动态调整施工计划

施工、监理根据仿真结果调整施工计划，调整计划后，施工单位将审批通过后的大坝混凝土浇筑总、年、季、月、周计划录入系统，由系统自动生成三维形象进度计划。

目前国内水利水电工程混凝土浇筑面开仓前工序申报及审核，在一些大型水利水电工地已基本实现了无纸化办公；如黄登·大华桥水电站在工程建设期便采用了开仓前工序在线申报及审核，该系统主要通过桌面管理、手持终端(注：装有混凝土仓面管理系统软件的智能手机)等方式进行混凝土仓面浇注工艺设计、备仓工序验收以及开仓申请等开仓前工序的在线申报与审核管理，实现了施工作业流程的无纸化办公，大大提高了工作效率。

综上所述，水利水电工程在混凝土生产、运输、浇注3个施工作业环节已各自实现混凝土自动化生产和数据自动采集与分析、运输车辆定位和跟踪、浇注作业智能化管理，但尚未做到对混凝土施工作业3个环节的统一调度管理。

若将混凝土生产、运输、浇筑通过卫星定位系统、移动通讯系统、无线网络系统、监控系统及自动化生产系统等，按约定的通信协议，将施工作业3个环节连接起来；通过互联网进行信息交换和通信，以实现调度人员实时掌握施工现场作业情况，并分别发出指令，统一调度管理，将使混凝土施工作业调度管理水平大大提高，做到科学、高效、规范。

3 系统建设

3.1 系统架构

本系统按照两层分布式工程管理系统进行设计，整个系统可以分为调度管理级、施工作业级(见图1)。

图1 混凝土施工作业调度管理框图

基于物联网的混凝土施工作业信息化综合管理系统中，混凝土生产管理微机、GPS车载自动定位设备、监控摄像头及手持终端(智能手机)等作为现场控制级，通过与混凝土生产管理微机联网，可以实时监控混凝土生产；通过GPS车载自动定位设备可以定位、跟踪混凝土运输车辆；通过监控摄像头可以实时监控道路信息、现场混凝土浇筑进度；通过手持终端可以进行开仓申请。

3.2 系统组成

信息化综合管理系统的组成包括GPS差分基准站、施工区域无线局域网基站、施工区域视频摄像头、现场分控站、GPS车载自动定位设备、手持终端(智能手机)及调度中心数据库服务器和中心处理平台等。

3.3 系统功能

混凝土浇筑现场施工作业人员通过手持终端(注：装有混凝土仓面管理系统软件的智能手机)与信息化综合管理系统进行信息交换和通信，完成混凝土仓面浇注工艺设计、备仓工序验收以及开仓申请等开仓前工序的在线申报与审核管理；审核通过后，调度管理人员先通过信息化综合管理系统下达开仓浇筑指令。

接着向联网的混凝土搅拌楼自动化生产工控机下达生产计划指令，计划内容包含混凝土配合比和方量，同时实时采集拌和楼生产过程中的每一盘混凝土生产数据进行对比分析，如有问题及时采取相应措施及时处理。

然后通过GPS定位系统查看混凝土运输车辆位置，通过摄像头得到运输车辆视频信号，优先向距离混凝土搅拌楼最近的车辆驾驶员发送手机短信，通知混凝土浇筑仓号位置及行驶路线等信息，后续车辆在接到相同的短信通知后，陆续赶到混凝土搅拌楼区域排队等候承运混凝土，从而可实现运输车辆从混凝土拌和楼到混凝土浇筑仓面的全程监控；包括车辆信息监视，道路行车密度统计，各工作面车辆优化调度，车辆运输轨迹可视画面动态监视。

在整个混凝土施工作业调度管理过程中，施工作业区域的视频监控系统发挥了巨大作用，可做到混凝土浇注计划动态管理，实时掌握施工进度，并进行对比分析，及时调整进度计划，做到进度控制科学化、规范化。同时，调度管理人员的任何指令可及时落实到特定的人。

3.4 系统功能可集成化

可将混凝土生产、运输监控、浇筑监控、决策支持等环节有机融合，形成一个综合性、高度集成的信息化管控平台，平台内各模块间数据可共享。

3.5 系统功能可模块化

具体指标准化、模块化的子系统，各系统不但能独立运行，通过统一的数据接口格式和中心数据库还可实现多个子系统的数据交互和功能耦合。模块化系统可扩展，易于移植和重构，便于推广应用(见图2)。

图2 模块化系统示意

3.6 系统应用展望

目前，物联网技术在混凝土施工作业调度管理中还未全面实际应用，若引入物联网混凝土施工作业调度管理信息化系统，将实现全过程、全方面、智能化、信息化的监控和管理整个混凝土施工作业过程，从而使混凝土施工作业调度管理做到科学、高效、规范；同时还可以节约办公成本，减少人员投入。

4 结 语

基于物联网的混凝土施工作业调度管理信息化系统采用卫星定位技术、移动通讯技术、无线网络技术、视频监控技术及数据库技术等，将混凝土生产、运输、浇注3个施工作业环节的实时动态信息收集到数据库服务器中，形成物联网。物联网中多种技术的运用可实现混凝土施工作业全过程精细控制、规范化及高效管理。基于物联网的混凝土施工作业调度管理信息化系统可为水利水电工程混凝土施工行业的发展提供坚实的保障。

责任编辑 吴 昊

2016-08-23

黄雪琳(1967-)，女，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。E_mail：459196147@qq.com