面向工业化的高速公路智慧工地关键技术研究与工程示范

交流内容 行业背景 Conte 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 预制构件工业化制造智能管控技术及信息系统建设 公路工程物联网检测技术及软件平台建设 工程应用与实践 一、行业背景 一、行业背景 V《交通强国建设纲要》一国务院 ·大力发展智慧交通·推动大数据、互联网、人工智能等新技术与交通行业深度融合提升交通基础设施全要素、全周期的数学化水平 《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》 构建全要素全周期数字化公路基础设施建设，加快工程建设数字化转型 一、行业背景 《XX省智慧交通建设方案（2021-2023年）》一XX省交通运输厅 重点打造智慧交通建设“1个数字大脑、4类重点领域应用、1套支撑保障”总体架构通过建立以5G、大数据、人工智能、云计算、区块链、超级计算等新技术与交通行业相融合，推进数据资源赋能交通发展推进行业信息化进程，促进系统大集成、数据大融合、业务大协同 一、行业背景 传统建设方式逐渐向工业化智能建造方向转型 后场自动化生产：基于工业化建造模式，对混合料、预制构件进行规模化、标准化生产 现场机械化生产：借助物联网的先进技术，逐步实现现场施工数字化、智能化 智能化质量管控：结合物联网和人工智能平台对施工质量进行全过程质量管控 一、行业背景 智能建造现阶没面临问题 问题一：多源数据的挖掘深度不足 传统工程质量检测、旁站、报验等方式，“事后检测”难以满足高质量要求 ：信息化管控措施，“过程监控”“动态预警”“及时处理” 在智慧工地的推动下，能够通过信息化手段对关键数据进行采集对于质量评价并没有依据采集数据进行判断，导致全过程的智慧管控技术有所缺失，施工全过程的评价体系不健全，未能形成闭环 海量多源数据，如何用？怎么用？如何助推工程建设？ 一、行业背景 智能建造现阶段面临问题 问题二：如何实现预制构件生产的智慧管控？ ·新模式下的质量管控技术升级，对自动化管控方案提出更高要求 ·现有的智慧管控技术仅对单个预制梁生产的全过程监管，各工序融合分析能力不足·对于预制构件的生产管控信息化方面，缺乏研究积累基础，质量潮源问题仍未解决 一、行业背景 智能建造现阶没面临问题 问题三：如何实现试验检测过程在线化 试验检测是工程质量管控的重要手段，“管理不到位”“查询统计不便””人为于预 ·工业化建造下的批量生产，对试验检测提出更高要求一快速高效准确 试验检测方面多数还是眼读于表，手动操作，工作效率和工作质量大大折扣*物联网检测设备利用率不足，试验过程需人工操作干涉环节较多，多以纸质报告为主，报验流程依然繁锁 一、行业背景 智能建造现阶没面临问题 问题四：项目管理的数字价值体现 ：BIM技术给项自管理带来巨大便利，项进度可控 ·与设计、管理、质量安全控制总体上仍处于“两张皮”，信息孤岛 定位明确，智慧工地“感知、执行”，BIM平台“分析、决策”但未能打通智慧工地与BIM平台之间的信息壁垒数据未能做到共享互通，各业务下的属性数据、检测数据挂接问题待解决 基于工艺数据的施工过程质量评价方法二： 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 V路基工程 V路面工程 需求点一：充分利用物联网技术采集的施工过程数据，用来指导施工质量提升 需求点二：对采集的过程数据，能有定量评价，反馈施工质量的水平 基于工业化生产建造模式的高速公路过程质量评价体系建立 建立基于多源施工数据的高速公路施工过程质量综合评价 针对不同研究对象，通过现场试验段方式开展具体的评价细则研究 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 2.1施工过程质量评价体系建立 》2.1.1确定体系评价方法 改进层次分析法 解决多目标、多层次的非结构化决策方法通过设计调查表，不必进行一致性检验和调查结果修正，最大程度保证决策者的原始判断信息 模糊综合评价方法 利用模糊数学基本原理，实现对模糊系统的综合评价方法将工程建设中的定性指标量化，实现定性和定量方法的有效结合 采用“模糊综合评价+改进层次分析法”相结合的评价方法指标体系权重设定、指标评价标准设定、指标评价等级设定 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法二 72.1施工过程质量评价体系建立 >2.1.2确定评价体系流程 根据评价方法，对包括路基工程、桥梁预制构件以及路面工程施工过程质量进行评价，等级值越高表明评价结果越优 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 2.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 》2.2.1路基智能压实过程数据 施工过程控制指标 ·土体参数：填料类型、含水率等·施工参数：碾压速度、碾压遍数等 压实质量控制指标 智能压实控制技术：CMV传统检测技术：压实度K，沉降差△s 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 V2.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 V2.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 >2.2.3工程应用分析 以K75+170-K75+220区间填土路基施工为例，进行施工过程质量评价 压实程度评价 根据试验室填料含水量得到该区间智能压实控制模型： [K1=1.16(0.364|S1-1.147v+1.046t+53.47 ?根据压实程度评定标准，得到该区间压实合格情况： 计算结果表明，该区间填土路基的压实程度合格率为98%，满足大于95%标准要求 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 72.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 >2.2.3工程应用分析 压实均匀性评价 压实均匀性评价 根据压实均匀性评定标准，得到该区间压实合格情况： 根据S；≥0.9[S1标准进行实时监控，通过压实程度计算可得该施工区间的压实合格率为98%，对不合格桩号进行后处理后，施工区间全域压实度达到规范要求 计算结果表明，该区间填土路基的压实均匀性满足振动实测值均大于0.80S的要求 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 √2.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 >2.2.3工程应用分析 ：根据改进层次分析法得到压实程度、压实均匀性以及压实稳定性的权重系数分别0.45、0.28、0.27 ·建立指标因素集和权重集： 因素集：U=，压实程度，压实均匀性，压实稳定性权重集：W=，0.45,0.28,0.27(W1=0.45,W2=0.28,W3=0.27) 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 √2.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 >2.2.3工程应用分析 。进行模糊评价，得到对该区间路基压实质量的评价频数占比表，形成模糊评价矩阵： ：计算得到各个评价指标的隶属度，结合专家给出的阈值0=0.5进行评价： ：最大隶属原则，由此得到该示例区间的路基工程施工过程质量评价等级为优秀 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 V2.2基于智能压实的路基施工过程质量评价研究 >2.2.3工程应用分析 ★对合枞全线应用智能压实路段进行施工过程质量评价，对施工过程质量进行监管每1km数据为样本单元，共计96个样本单元 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 2.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 >2.3.1预制构件工业化施工过程数据采集 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 2.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 >2.3.1预制构件工业化施工过程数据采集 通过构件智能管控技术与信息化采集技术，在生成唯一编码后，采集预制构件在混凝土拌和、布料振、蒸汽养护、张拉压浆、喷淋养生以及质量检测的全过程生产过程数据 所采集到的数据自动上传至平台，可按照工序查看施工状态，并提供对应构件生产数据的分析、下载功能 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 2.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 >2.3.2生产过程控制方法 控制方法确定 工业化生产模式，生产过程处于稳定受控状态 ：各项控制指标数据特征，在正常生产过程中，基本满足正态分布情况 根据数理统计知识，将过程处于稳定受控状态时质量数据所形成的典型分布U土3α范围内的正态分布曲线转换为控制图 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 72.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 》2.3.2生产过程控制方法 过程质量控制图应用流程 由于x图的检出力最强，控制的精确度较高，直具有较强的通用性，应用较为广泛。其中，x-R图广泛应用于工业生产制造中。故本研究采用x-R即平均值一极差控制图 过程数据收集整理 样本总数n（以50~100以上为宜）确定样本组数k计算平均值与极值（样本与样本组） 绘制过程控制图计算平均值与极值的控制界限；利用Minitab软件绘制控制图 控制图的观察与分析受控状态：控制界限内且排列正常失控状态：超出控制界限或排列异常 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 72.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 >2.3.2生产过程控制方法 过程质量控制能力判定 单纯的通过合格率评定法无法准确地判断出整体质量地好坏，引入过程质量分析一一过程能力指数PCI（Cp、Cpk或Pp、Ppk过程能力指数的最小值），按照如下进行判定： ：C,表征短期能力，过程固有的波动状态：Cpk指过程平均值与过程目标中心M偏移情形：Pp、Ppk过程性能指数而言，相对长期的过程能力C,-USL-LSLPx =min(Pru, Pra. )Cpx= min(Cpr,Cp.)P,-USI-SI60.T 过程能力判定： ·PCI≤1，过程能力不充分，需要采取管理行动，PCI>1，过程能力尚可，需设法使过程中心与规范中心靠近，PCI≥1.33，过程能力比较充分 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 2.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 72.3预制构件工业化生产过程质量评价研究 >2.3.4工程应用分析 ★累计对1920片轻型T梁进行生产过程质量评价，对预制过程质量进行监每100片梁为样本单元，共计20个样本单元 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 √2.4基于信息化监管大数据的沥青路面施工质量评价研究 专家调查法确定关键控制指标 基于物联网数据采集参数和专家调查法，确定路面施工质量评价关键指标 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 /2.4基于信息化监管大数据的沥青路面施工质量评价研究 >2.4.1沥青路面施工过程数据采集 ：通过路面信息化管控技术，实时采集沥青路面在拌和、运输、摊铺及压实全过程的施工过程数据所采集到的数据自动上传至平台，可按照工程标段、结构层、材料类型、施工时间等条件筛选，提供数据分析、数据下载、质量预警等功能 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 √2.4基于信息化监管大数据的沥青路面施工质量评价研究 >2.4.2施工过程质量控制方法 一PWL法：数学意义明确、使用方便、更易关联质量和费用 通过PWL计算公式得到各个指标的PWL值，其数值大小即代表该项指标的质量控制程度。根据规范要求与工程经验确定评价指标的控制范围 ·对于油石比、级配等具有双侧质量控制界限的控制指标：PWL=PWLu+PWLi.-100·对于摊铺温度等只有质量控制下限的单侧质量控制指标：PWL= PWL·对于摊铺速度等只有质量控制上限的单侧质量控制指标：PWL= PWLU 基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 72.4基于信息化监管大数据的沥青路面施工质量评价研究 2.4.3沥青路面施工质量评价体系 二、基于工艺数据的公路施工过程质量评价方法 √2.4基于信息化监管大数据的沥青路面施工质量评价研究 >2.4.4工程应用分析 ★对合拟全线应用信息化管控路面进行施工过程质量评价，加强了对路面质量的