高速公路工程地質(zhì)勘察實時多項目管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

彭建湘， 李國林， 聶 偉

(1.湖南省交通運輸廳規(guī)劃與項目辦公室， 湖南 長沙 410029；2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015)

0 前言

工程地質(zhì)勘察是高速公路項目建設(shè)過程中的一項基礎(chǔ)性工作，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到工程能否順利建設(shè)和安全運營[1]。由于高速公路工程地質(zhì)勘察外業(yè)工作場地主要為線狀走廊帶，具有作業(yè)范圍廣、環(huán)境變化大、勘察手段雜、外業(yè)時間長、原始數(shù)據(jù)多、質(zhì)量安全監(jiān)管難等一系列特點[2]。

隨著新型信息技術(shù)的快速發(fā)展，通過對巖土勘察進行信息化、智能化改進，強效保障勘察質(zhì)量、縮短勘察工期、提升勘察施工經(jīng)濟效益已經(jīng)成為未來發(fā)展趨勢，國內(nèi)學(xué)者開展了一系列探索。丁海兵[3]總結(jié)了地質(zhì)勘察信息化特點，提出地質(zhì)勘察系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用方法，并利用地理信息系統(tǒng)(GIS)構(gòu)建信息勘察平臺。楊錫鎏等[4]開發(fā)了基于CS架構(gòu)的巖土勘察計算機輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供勘察數(shù)據(jù)整合及處理、三維地質(zhì)建模、 勘察成果統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)檢查和校審等功能。李祿維[5]設(shè)計并實現(xiàn)了巖土工程勘察地下空間信息管理系統(tǒng)，完成了工程管理、數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)庫、綜合信息展示、工程審核、成果圖等功能模塊。2020年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部制定了《房屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施工程勘察質(zhì)量信息化監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)標準》(以下簡稱《數(shù)據(jù)標準》)，對采用信息化手段加強建設(shè)部門勘察監(jiān)管提出較為詳細的標準。該標準也為高速公路工程地質(zhì)勘察管理工作依托新型信息化技術(shù)進行實時信息化監(jiān)管改革指明了方向。目前，國內(nèi)各地在《數(shù)據(jù)標準》的基礎(chǔ)上，針對本省工程勘察特點和監(jiān)管難點，先后研發(fā)建立了適合本省情況的工程勘察信息化系統(tǒng)[6-10]，如表1所示。

但總體來看，國內(nèi)交通行業(yè)工程地質(zhì)勘察監(jiān)管信息化平臺研發(fā)相對滯后，且存在如下問題和不足： ① 數(shù)據(jù)缺乏共享：當前大部分工程勘察系統(tǒng)與建設(shè)階段、運營階段的信息系統(tǒng)未形成業(yè)務(wù)互通和數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴重。②現(xiàn)場監(jiān)管缺失：大部分工程勘察系統(tǒng)未應(yīng)用5G移動互聯(lián)網(wǎng)、GIS技術(shù)和全球定位系統(tǒng)，系統(tǒng)只具備簡單的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)填報功能，未實現(xiàn)現(xiàn)場勘探數(shù)據(jù)實時采集和實時監(jiān)管。③項目監(jiān)管不嚴：當前多數(shù)工程勘察系統(tǒng)僅應(yīng)用于單個項目，不能實現(xiàn)全區(qū)域、多項目的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，主管部門對于工程勘察項目缺乏有力的信息化手段來實現(xiàn)對整體質(zhì)量、進度等的監(jiān)管。

表1 國內(nèi)典型工程勘察信息化系統(tǒng)情況省份/直轄市系統(tǒng)名稱概述河南工程勘察質(zhì)量信息化管理系統(tǒng)系統(tǒng)由4個平臺和4個APP共同組成,涵蓋外業(yè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場編錄和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理,全過程監(jiān)管外業(yè)行為和外業(yè)內(nèi)容廣東項目勘察信息化綜合管理平臺勘察外業(yè)描述信息化及基于BIM+GIS技術(shù)的勘察信息化管理常態(tài)化應(yīng)用,可推進項目精細化管理,目前該監(jiān)管平臺正在試運行廣西工程勘察信息化管理系統(tǒng)系統(tǒng)由“廣西勘察APP”、“工程勘察企業(yè)工作平臺”、工程勘察質(zhì)量監(jiān)管平臺和系統(tǒng)運維平臺共同組成,涵蓋從外業(yè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場編錄到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理、外業(yè)行為和外業(yè)內(nèi)容監(jiān)管全過程。重慶工程勘察項目信息系統(tǒng)由“市內(nèi)勘察設(shè)計企業(yè)信息管理系統(tǒng)”“市外勘察設(shè)計企業(yè)信息報送平臺”“工地勘察實驗室管理系統(tǒng)”等組成。

本文以高速公路工程勘察為背景，利用5G移動互聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)，進行高速公路工程地質(zhì)勘察實時多項目管理系統(tǒng)研發(fā)，搭建了PC端及移動APP端，并探討了其實際應(yīng)用效果和創(chuàng)新特色，旨在推動勘察全過程監(jiān)管和勘察質(zhì)量管理水平，促進湖南省高速公路工程信息化發(fā)展。

1 系統(tǒng)建設(shè)總體思路

工程勘察信息化系統(tǒng)應(yīng)滿足施工單位、監(jiān)理單位、政府主管部門的業(yè)務(wù)需求，體現(xiàn)實時監(jiān)管和多項目同步管理的特點，主要包括以下幾個方面的功能。

1)勘察單位外業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集信息化：以標準化、清晰化、表格化的固化管理為目標，強化對地質(zhì)勘察作業(yè)全過程進行實時監(jiān)管，做到過程留痕、數(shù)據(jù)累積、可追溯。

2)監(jiān)理單位的監(jiān)理過程實時可視化：監(jiān)理單位對于施工單位現(xiàn)場作業(yè)的監(jiān)管可以做到管控清晰、過程固化、明責(zé)倒查。

3)主管部門管理智能化和數(shù)字化：信息化平臺為多項目管理系統(tǒng)，方便政府主管部門在管轄區(qū)域內(nèi)對多個項目的工程質(zhì)量、進度等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和勘察數(shù)據(jù)實時采集

可實現(xiàn)建設(shè)單位、監(jiān)理單位、勘察設(shè)計單位信息錄入及管理，同時建立以移動端為主的外業(yè)APP，方便基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集。移動端上信息數(shù)據(jù)可保存在本地設(shè)備，并通過5G移動通訊網(wǎng)絡(luò)實時上傳至云端數(shù)據(jù)中心;同時提供離線登錄及緩存，解決山區(qū)等網(wǎng)絡(luò)信號不強的作業(yè)區(qū)域的信息錄入。采集錄入信息包含：時間、天氣情況、作業(yè)位置、經(jīng)緯度、消息預(yù)警、附件(關(guān)于鉆探照片及視頻)以及狀態(tài)(質(zhì)量合格或不合格)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)實時采集流程

2.2 勘察質(zhì)量實時管理

包括消息預(yù)警、質(zhì)量管理、監(jiān)理過程管理、終孔報驗管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。

1)設(shè)置閾值，對計劃完成進度和不達標比例進行預(yù)警，消息同步發(fā)送至監(jiān)理、業(yè)主單位相關(guān)人員。

2)系統(tǒng)可通過照片自動識別勘察單位工序完成情況并生成臺賬；系統(tǒng)內(nèi)置 AI 分析系統(tǒng)結(jié)合人工可對鉆芯數(shù)量及長度進行綜合判定。

3)作業(yè)過程，由監(jiān)理單位采取旁站、巡查、驗收等方式，并通過定位、上傳照片、填寫意見等手段對作業(yè)過程實施全方位監(jiān)管。

4)勘察單位填寫報審基礎(chǔ)信息，填寫工程量及上傳照片發(fā)起審批流程，由相關(guān)責(zé)任人完成流程審批，形成終孔工程量。系統(tǒng)與外業(yè)APP數(shù)據(jù)同步，自動統(tǒng)計用戶本計劃完成、本月已完成和不達標作業(yè)點等信息，生成報表。

2.3 計劃進度實時管理

多維度展示項目的進度、合同情況、未達標作業(yè)情況等數(shù)據(jù)，并支持從項目到作業(yè)點、勘察設(shè)計單位的數(shù)據(jù)調(diào)取功能。根據(jù)不同的用戶權(quán)限擁有相應(yīng)的門戶和功能。

1)計量管理：勘察單位從交工申請管理列表頁面，系統(tǒng)自動匯總計算交工數(shù)據(jù)，發(fā)起審批流程，由監(jiān)理單位、業(yè)主單位責(zé)任人完成流程審批。

2)計劃進度管理：提供進度數(shù)據(jù)看板，根據(jù)工程清單，系統(tǒng)自動編制當周計劃。與移動端數(shù)據(jù)同步，實時同步各個作業(yè)點的完成進度、不合格情況。

2.4 設(shè)備實時管理

設(shè)備管理以計劃、運行、維護、維修、巡檢等管理為主，對設(shè)備進行實時把控，對每臺鉆機設(shè)備的作業(yè)情況按天計數(shù)，按周進行統(tǒng)計并形成報表。構(gòu)建設(shè)備管理樹，自動形成設(shè)備履歷檔案?？辈煸O(shè)計單位可對設(shè)備數(shù)量進行實時動態(tài)的監(jiān)管，掌握維護、維修狀態(tài)中的設(shè)備數(shù)量。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)APP端和PC端均采用JAVA語言進行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MYSQL，本系統(tǒng)的總界面如圖3所示。系統(tǒng)在湖南省益常高速、零道高速和耒宜高速等建設(shè)項目的勘察中得到應(yīng)用，具備實時多項目管理的特點，各項目位置在GIS地圖上顯示，具有權(quán)限的人員可通過系統(tǒng)查看全省勘察項目分布、進度、完成情況等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進行實時監(jiān)督。以下以益常高速為例介紹本系統(tǒng)應(yīng)用情況。

圖3 系統(tǒng)總界面

3.1 工程概況

湖南省益陽至常德高速公路擴容工程(以下簡稱益常高速)，路線全長約93 km，在第1合同段(K0+000～K40+246 km)的勘察過程中應(yīng)用了工程地質(zhì)勘察項目實時管理系統(tǒng)。第1合同段路線起于長益高速擴容線筆架山互通，自北繞過益陽城市規(guī)劃區(qū)，于漢壽縣龍?zhí)稑蝽樈拥?合同段。沿線分布主要為第四系地層。其中，K0+000～K1+000、K20+300～K40+400段分布第四系更新統(tǒng)黏性土、砂類土、圓礫、卵石。K1+000～K20+300段上部分布第四系全新統(tǒng)地層,厚度約15～20 m左右，主要為黏性土、砂類土、碎石類土;下部為第四系更新統(tǒng)地層，主要為黏性土、砂類土、圓礫、卵石。

3.2 勘察外業(yè)資料采集及監(jiān)管

在該項目中，利用移動端采集勘察信息，系統(tǒng)中存儲了大量勘察外業(yè)資料，勘察、監(jiān)理全過程留痕，確?？辈熨|(zhì)量，保證工程質(zhì)量溯源能明確到責(zé)任人，平臺上可以直接調(diào)取現(xiàn)場勘察的照片和視頻記錄，實現(xiàn)實時監(jiān)管。

3.3 平臺進度管理

在該項目中，以審批后的計劃工作量為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備數(shù)量、施工難度、單孔施工周期等，按周或日進行進度計劃，對項目進度進行實時管理和查詢(見圖4)，同時可以對進度情況進行統(tǒng)計。

圖4 進度計劃查詢

3.4 平臺履約及設(shè)備管理

通過履約管理模塊，同時對勘察、監(jiān)理單位投入的技術(shù)力量進行人員履約實時管理，對勘察單位投入的設(shè)備情況進行設(shè)備履約管理，結(jié)合項目進度，合理調(diào)配資源(見圖5)。

圖5 設(shè)備實時管理

該系統(tǒng)可對益常高速建設(shè)項目勘察進展情況匯總、集中展示，建立了管控清晰、過程固化、明責(zé)倒查的工作機制，實現(xiàn)了勘察質(zhì)量、進度、履約等關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵工序的信息化監(jiān)管，提高了勘察監(jiān)管工作效率，提升了益常高速公路建設(shè)的科技含量。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)利用5G互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)、云端儲存等新信息技術(shù)，推動了高速公路工程地質(zhì)勘察信息化建設(shè)，改善了行業(yè)管理和業(yè)務(wù)協(xié)同，集中管理和統(tǒng)一規(guī)范了行業(yè)信息資源，提升了行業(yè)公共服務(wù)和宏觀決策水平，真正做到了“有跡可循、實時監(jiān)管”，順應(yīng)了國家新基建、優(yōu)化社會資源調(diào)配的現(xiàn)實需求。本系統(tǒng)的創(chuàng)新特色有：

1) 數(shù)字外業(yè)：利用移動端進行純數(shù)字化外業(yè)記錄采集，提升外業(yè)數(shù)字化水平，縮短外業(yè)工作周期。通過系統(tǒng)提供的模塊和管理模式，可實現(xiàn)外業(yè)工作標準化，減少外業(yè)工作資料收集的遺漏。

2)協(xié)同作業(yè)：實現(xiàn)外業(yè)各組協(xié)同、內(nèi)外業(yè)協(xié)同，勘察方與設(shè)計、監(jiān)理、業(yè)主各方緊密銜接，避免了管理工作脫節(jié)、交叉重復(fù)，節(jié)約了勘察工作生產(chǎn)成本。

3)多項目實時監(jiān)管：參建各單位人員根據(jù)自身職責(zé)可以對單個或多個地質(zhì)勘察工作的質(zhì)量、安全、進度及人員與設(shè)備等進行實時監(jiān)管，極大地減少了監(jiān)管工作難度，節(jié)約了監(jiān)管成本。