隧道数字监测平台的研发与应用_张建国_.pdf

一、前言2020年9月，国务院国资委发布关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知，引导国有企业把握数字经济发展机遇，加速提升企业创新能力。中交第二公路工程局有限公司隧道工程公司（简称“中交二公局隧道公司”）积极响应，紧盯传统施工生产和管理方式的难点、痛点，创新开展了隧道数字化监测研发与实践，加快推进隧道施工数字化转型。公司通过统筹整合数字化资源、建立数字化专业团队、建设隧道数字化监测平台、构建数字化服务体系，并加快从试点探索到全面应用，进一步推动了隧道施工管理水平全面提升。二、实施背景（一）推动隧道施工管理升级的需要当前，我国正处于基础设施建设大发展时期，地下工程建设的数量和规模与日俱增，交通隧道项目也呈现出持续增长的态势。然而，在传统管理模式下，项目建设面临不少难点、痛点：1.安全质量管理难。隧道施工是隐蔽工程，具有地质复杂多变、不可预见因素多、作业环境和条件较恶劣等特点，安全问题日益凸显。如塌方、突泥涌水、瓦斯爆炸等安全事故时有发生。目前，隧道施工监测多采用人工监测，存在监测频率低、工作量大、效率低、施工人员作业安全性低、监测数据真实性难以保证、无法及时预报预警等问题，给隧道项目安全、质量管理带来许多困难。2.成本管控难。激烈的市场竞争，给隧道施工过程成本管控提出了更高的要求。传统的隧道施工过程成本管理方式已经不能满足快速发展的现实需要，且目前针对隧道施工成本管控的绩效考核，应用较多的是“人工考核+事后评价”的传统方式，具有一定的局限性。3.施工标准不断提升。近年来，国家、行业对施工质量、安全、环保的高标准、严要求，倒逼企业要对传统施工生产和管理方式进行升级，全面落实专业化、标准化、数字化、精细化管理要求，不断提质增效。（二）加速隧道施工数字化转型的需要1.数字化转型浪潮风起云涌。随着物联网、大数据、BIM等数字技术逐渐成熟和广泛应用，数字化已渗透到施工企业管理的方方面面。施工企业对于技术革新、管理方式改进、信息共享等方面的管理需求也在不断提高。抢入数字化发展“快车道”，推动数字化与工程建设深度融合，成为施工企业转型升级的必然趋势。2.数字化应用水土不服。在数字化转型的浪潮中，大批国有企业主动将“数字化”“智能化”融入生产、管隧道数字监测平台的研发与应用创造单位：中交第二公路工程局有限公司隧道工程公司主 创 人：张建国创 造 人：杨永斌 李家宏 蒋 欢 戚 昕摘要数字时代，如何抢入数字化发展“快车道”，推动数字化与工程建设深度融合，成为施工企业转型升级的重要课题。中交二公局隧道公司以隧道施工风险预控管理为切入点，以预防为核心，以风险辨识、风险监测、风险预防、应急管理四大体系为支撑，通过引入物联网、自动化、智能化等数字技术，开发应用隧道数字监测平台，进一步加强对施工风险的管控，强化施工安全的保障，促进了成本管理效能的显著提升，有效推动了企业数字化转型步伐不断加快。关键词施工企业；数字化转型；风险预控管理Innovation World Weekly|47Specials 特稿Report 报道理等各个方面，运用新理念、新技术、新手段，交上了各自的答卷。但是在推进施工数字化转型的过程中，企业也遇到了一些“水土不服”的问题。例如，由于对施工数字化的认识不到位，缺少顶层设计，导致数字化转型难以深入推进；由于数字化技术在工程建设的迭代更新极快，在新发展理念上思想不够解放，用老办法解决新问题，制约了数字化管理水平的提升；由于对施工需求理解不透彻，导致数字化系统实施效果欠佳。三、主要做法（一）强化数字化资源统筹整合1.将数字化转型工作确立为一把手工程。由公司总经理亲自抓、亲自研究、统筹部署，在领导班子中明确专人分管信息化工作，统筹规划科技、数字化、自动化等管控业务。同时，将数字化规划纳入公司年度A级目标管理重要内容，协调解决项目衔接、研发经费等重大问题，集中公司数字化一体化建设力量，加大项目数字化建设统筹力度，促进业务数据资源共享，推动公司数字化转型。2.制定顶层设计，绘制数字化转型蓝图。立足隧道施工专业化发展目标，聚焦生产及管理实际需求，通过外部借鉴经验、内部研究业务、科学布局架构、量身定制应用，结合实际制定数字化战略目标、实践路径和实施步骤，从发展战略的高度进行系统性谋划。各层管理者之间达成共识、齐头并进，致力于利用数字技术打通企业生产经营的各个环节，实现企业管理升级和模式创新，不断推动企业高质量发展。3.充分发挥数据要素的驱动作用。立足具体业务，以满足施工生产及管理的实际需求为根本导向，结合数字化建设现状及能力，从安全、质量、成本等方面多角度、全方位保障，打破不同业务单元、不同业务线条的束缚，打破各项业务数据壁垒，统筹考虑具体业务系统之间、业务系统与信息系统之间的关系，厘清相互之间的逻辑关系，实现各项监测数据的互通共享，为未来大数据的融合共建共享共赢迈出坚实一步。4.在数字化转型上坚持“一盘棋”思维。站在公司全局的高度，整体部署、统一标准、统一规划，分步分期实施具体项目，分层推进项目数字化建设，从建立数字化监测标杆项目逐步发展到公司在建项目全覆盖，避免了系统的重复建设和无效建设，推动了数字化应用效果大幅提升、实施成本大幅下降。（二）明确数字化转型路径1.坚持问题导向。在开展数字化相关工作时，以生产需求为导向，在实践中不断解放思想，坚持问题导向，深入分析短板，做好靶向改进，做到“多出成果、快出成果、出好成果”，形成既“接地气”又“硬核”的数字化成果。2.坚持价值导向。遵循“点线面体”的思路，按照“总体布局，部分先行，由浅入深，循序渐进”的原则不断优化。针对众多需要建设的系统，明确系统建设先后顺序、建设周期、建设预算、在系统建设过程中的工作边界与协同机制等，以保障数字化推进效果，有效平衡、兼顾实效性价值与短中远期发展价值。3.坚持创新引领。以“数智隧道”为主攻方向，以自动化、数字化、智能化平台赋能为重点，推动数字化转型。致力于培育自主研发力量，推进信息技术集中攻关，推动创新成果与能力的输出；不断加强技术和产品迭代优化与创新，注重打通数字化转型最后一公里、将数字化成果落地，真正发挥数字化系统应用价值。4.坚持技术赋能。通过全面利用大数据、物联网、云计算等前沿技术，以自动化、智能化研发理念，高效采集最原始的、真实的数据，简化繁琐的信息化管理流程，解决层层审批、图1 数字化专业团队图2 软件研发小组图3 硬件研发小组图4 运维服务小组48|创新世界周刊|2023.3效率低下的管理痛点；以数字化、自动化、精细化的管理思路解决施工现场前端业务的难题，优化业务待理流程，促进梳理框架、经营模式的转型升级，不断助推产业升级，创造新的生产方式，真正实现企业数字化转型的终极目标。（三）建设数字化专业团队（见图1）1.培育与引进齐头并进，建立专业队伍。成立信息化专职部门，引进高端人才，培育高水平、创新型、复合型数字化人才，优化人岗配置，推动数字化与现场施工业务深度融合，建立起一支集软硬件研发、安装实施、运维服务、监测检测一体化的专业数字技术团队，资源投入不断增长。为探索数字化与业务融合，搭建创新工作室，并依托工作室优秀党员成功创建集团党员示范岗，在重点项目建立生产指挥中心。通过这些数字化组织，尝试推动数字化转型管理变革，创建数字化驱动新动力，打造隧道施工专业化核心竞争力。2.建立敏捷组织，激发团队活力。组织架构根据战略深化升级方向，将每个数字化研发应用项目组分成软件研发（见图2）、硬件研发（见图3）、运维服务（见图4）三个小组，形成敏捷组织，采取动态考核管理制。坚持“能者上、庸者下”，对不适应岗位的及时调整，并补充新鲜血液。根据业务开展情况，组织快速迭代，专业化建设团队，提升效率、活力。数字化团队在做产品、提供服务的同时，制定公司隧道施工数字标准化手册，简化数字化应用的落地难度，并将数字化与施工标准化手册融合，建立公司数字化转型方向的生态系统及传承文化。3.建立数字化标准化流程，推动智能化管理升级。建立软硬件研发、数字化系统安装实施与运维服务标准化管理流程，制定隧道智慧工地建设实施指南，明确项目层组织机构、人员配备、基础设备和网络配置、实施条件、工作程序、保证措施等内容，有效提升项目现场数据采集自动化水平，让信息反馈更及时、准确、完整，纵深推进项目标准化、智能化管理；完善项目进度、质量、安全、成本监控监测手段，实现施工管理业务受控，提升项目信息化、数字化管理和决策能力，逐步实现数字化进程中的各个要素向标准化推进。四、实践成果为加强对施工风险的控制，强化施工安全的保障，促进成本管理的提升，针对“数智隧道”，分别对质量安全、智慧指挥调度、成本管理等方面进行攻关（见图5），成功建设应用了隧道数字监测平台（见图6）。质量安全数字化监测方面，研发、应用超前地质预报智能预警（见图7）、围岩变形监测、边坡BIM监测（见图8）、安全步距自动监测、环境监测预警联动控制、智能应急报警系统，建立风险辨识监测预警防控机制，推动质量安全风险辨识、监测、预警、管控和处置等各项能力提升。图8 边坡BIM监测系统图6 隧道数字自动化平台图7 超前地质预报智能预警系统图5“数智隧道”攻关成果Innovation World Weekly|49Specials 特稿Report 报道智慧指挥调度方面，应用隧道人员定位、视频语音调度、多功能远程会议系统（见图9），促进工程项目远程生产指挥调度和精细化管理提升。成本数字化支撑方面，研发、应用超欠挖数据、混凝土及钢材信息化管理系统（见图10），使项目运用信息化手段向成本管控迈出坚实一步。隧道数字监测平台各项系统在贵黄、都香、平武、渝湘项目进行了良好应用。通过“物联网+大数据”与预控管理体系的深度结合，为降低施工风险、保障施工安全、提升工程质量、降低项目成本提供了技术支持，节约成本达1030万元。隧道数字监测平台通过各项自动化、智能化手段实现项目监控监测数据的实时采集、统计分析、在线监测和预警分析，对项目施工的安全生产状态进行全面了解，实现了全方位安全监控管理；通过大数据分析、应用，不断提升隧道的施工管理水平，推进了隧道施工专业化发展。2022年4月，隧道数字监测平台所在的团队“预控管理创新岗”被评为中交集团党员示范岗（见图11）。五、下步思考及展望（一）持续推进数字化标准化建设，形成标准化管理聚焦生产及管理实际需求，通过做好顶层设计、加大统筹力度、有效整合资源、深化业务融合、促进数据共享等措施，持续提升数字化建设能力，强化硬件整合、软件研发、安装实施、运维服务水平，建设集设计、研发、安装、调试、培训、维护一站式的数字化服务体系，形成标准化手册，推进施工数字化标准化工作。（二）持续搭建数字化一体化平台，实现数据共享以隧道数字化监测为契机，全面考虑工程建设实际需求，加快数字一体化平台、物联网大数据中心的建设，加大数据整合力度，加强数据筛选与分析，强化数据联通与协同，充分发挥数据对决策的支撑职能，促进数字化系统兼容更加顺畅，逐步建立全面、全过程数字化支撑，实现数据整合、资源共享和业务协同，形成统一领导、统一建设、多部门协同的良好局面，积极对接大数据，打造施工数字化发展核心竞争力。（三）持续推动数字化“走出去”，实现数智赋能加快“数智施工”建设，紧盯重点业务、关键环节，深化数字化和业务的融合，切实提高生产施工数字化发展水平，持续优化数字化一体化服务体系，促进数字化标准化落地生根，不断提升综合竞争力，紧跟数字化发展步伐，实现数字化赋能，以数字化转型助力公司高质量发展。六、附录（一）软件著作权依托隧道数字监测平台，共获取隧道超前地质预报智能预警系统隧道自动监控量测智能预警系统隧道环境监测智能预警系统 隧道智能应急响应系统 隧道安全步距自动监测系统 隧道边仰坡自动监测预警系统 隧道超欠挖绩效考核系统 隧道工序循环绩效考核系统物联网云计算系统共9项软件著作权证书。（二）实用新型专利依托隧道数字监测平台，共获取一种隧道激光安全步距自动化监测装置 一种隧道用激光监控量测装置 隧道环境监测智能预警系统一种隧道内环境监测无线传输装置共4项实用新型专利证书。编辑/车玉龙统筹/李苏图9 视频语音调度系统图10 超欠挖绩效考核信息化系统图11“预控管理创新岗”被评为中交集团党员示范岗50|创新世界周刊|2023.3