1.研究的背景

机械设备是工程项目施工中最重要的工具，项目在施工过程中对机械设备的管理、保障设备的安全及正常运行是一项重要的工作。只有做好现场的机械设备的管理工作，科学使用、及时保养和维修、合理配置机械设备，才能减少设备故障率，保障设备安全、人身安全，加快工程项目的施工进度，提高公司的核心装备竞争力，实现项目的良好效益。

现阶段，中电建水环境公司从国内外引进了一批用于水环境治理行业清淤、淤泥处理工程机械设备，随着公司规模的不断壮大，工程施工范围的不断扩大，对于工程施工现场的机械设备的管理带来了更多的难度，对机械设备管理的效率提出了更高的要求。因此，现阶段急需寻求一种新的管理手段来辅助传统的管理方式。

目前，设备管理信息化技术快速发展，嵌入式技术、物联网技术和大数据、云计算等数据处理方式日趋成熟，能够为设备智能化管理提供良好的平台。

施工现场设备管理通常存在以下问题：

（1）管理机构以及管理制度不够完善；

（2）现场作业需求与设备调度沟通不及时；

（3）项目工程机械设备的使用与维护保养不衔接；

（4）设备操作状态无法实时监控。

以上机械设备存在的问题严重者不仅不能给公司带来效益，甚至会发生危及人身和设备的事故，采用先进的信息化管理系统对机械设备进行实时管理刻不容缓。

本创新成果项目以中电建水环境公司茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治工程、正本清源工程、全面消除黑臭工程为示范应用工地，研究建立了适用于移动抽水泵车、抓斗车、联合疏通车、CK清淤设备、管道非开挖修复等机械设备的智能化管理方式。为保障操作人员人身安全、施工顺利进行、提高管理效率提供技术支撑。

2.技术的现状

随着科学技术的快速发展，计算机技术已经在港口生产作业中得到广泛的应用，包括无线通信传输技术，千兆的以太网传输技术等。目前，国内外对于机械设备监控管理的研究还较多，主要集中于利用计算机技术构建设备监控系统。例如港口机械这种专业性比较强的设备，主要是应用监控技术采集和分析数据，提高管理的信息化水平，通过的程序编程实现对设备运行参数的实时采集和监控，实现对设备运行状况的维修诊断。此外，董明望教授研究的港口耗能设备能量消耗自动采集分析系统实现了对电能量的监测，利用数据挖掘技术对采集的数据进行分析和处理，并制定出合理的提高码头企业节能减排的策略，从而实现企业电能量的自动化管理。这些研究为数据采集技术，无线传输技术和计算机技术等相关监控技术在机械设备管理领域的应用提供了很好的实践证明，也为监控调度系统的开发提供了很好的理论和技术的支持。

3.平台的创新点

现阶段这些系统大部分只是针对港口大型设备的研究，实现对港口机械设备性能参数的采集和监测，为设备的维修提供支持。目前，我国对于大范围作业设备（尤其是流动机械设备）的定位及调度等问题研究的比较少，缺乏一定的参照性。当前我国施工企业进行施工过程中，机械管理是相对来说比较重要的工作部分，特别是在市政工程中，机械设备使用的范围广泛。电力、建筑行业工程众多，施工机械设备的合理投入，加快了工程建设的进度。同时，也遇到了极大的挑战，单位工程里有许多分部分项工程，每个工序的要求也不相同，机械设备不能为每一个不同工序都提供便利。实际使用的过程中，机械设备操作不规范、不到位，会导致机械设备的安全事故，使得项目存在着极大的安全隐患。

此外，现场施工作业人员在进行机械设备管理的同时并没有注重引进新的机器或者是对机械设备进行维修保养，他们认为机械设备都能进行使用，有些时候工程的繁琐让机械设备的连续超负荷使用，提高机械设备的安全可靠性，同时也会缩短机械设备的使用寿命。

工程机械设备在轨迹定位方面，由于数据本身存在的误差和数字地图的误差综合影响，导致目前很多机械设备在实际定位和跟踪时无法将移动目标精确匹配到实际道路中，导致误差的出现。目前对于定位问题的研究并不多，主要是通过设计地图匹配算法来规避定位误差。机械设备定位系统的研究从不同角度改进了地图匹配算法，一定程度上提高了匹配的准确度。但是，这些算法的改进都脱离了工程项目现场的实际应用，并未充分利用地图的特点，未考虑设备本身的特性，忽略了系统应用的便利性。

依托中电建水环境公司工程项目现场自有和租赁的机械设备，如：清淤抓斗车、CK清淤设备、打桩机、起重机和挖掘机等设备，研究建立一套基于虚拟技术的网络化机械设备管理系统。提高设备管理、调度智能化水平，降低管理成本，提升管理效率。

（1）建立水环境治理现场施工机械管控平台，研发一套适用于水环境施工现场，多场景状态下的信息在线采集、上传和分析系统，实现对设备运行指标的在线记录，设备运行状态趋势分析，提高设备使用率。提升公司对各标段现场机器设备的管控能力。对已有设备管理系统的标段，尝试与其系统进行对接，避免重复工作。

（2）依托高端设备探索研究设备运行效率分析模型

依托公司新引进高端机械设备，通过对OBD等车辆接口的数据采集，并辅以加装传感器等方式，探索研究机械设备运行状态自学习数据监测模型，通过对监测数据的不断累积，对模型不断优化，提升设备运行效率分析的准确性，加强对现场机械设备的掌控能力。

（3）设备多向交互调度技术研究

依托水环境公司自有设备，通过建立车辆调度系统，研究建立适用于不同应用场景的设备虚拟化管理和调度技术，实现任务性空间定位，设备过程轨迹管理，设备调度网络化。

4.平台的管制状态

（1）IBG非开挖管道修复设备（德国进口设备包含高压冲洗系统、CCTV侦视系统、压力测试系统、管道机器人系统、紫外线补丁修复系统、紫外线修复系统、进户管道连接修复系统）。

高压冲洗系统:用于管道清洗、疏通、吸取管道内垃圾杂物；CCTV侦视系统：检查管道内情况，管壁情况，用于管道工程验收、管道维护的前期准备工作；压力测试系统：管道修复系统进行中，需要向管道内加压，用于检测管道内压力；管道机器人系统：打磨管道内部，管道开孔、是管道修复工作中必不可少的系统；紫外线补丁修复系统：用于管道内壁小面积的开裂修补；紫外线修复系统：用于整条管道，较长管道的整体修复，在原破损的管道内衬一条新管道;入户管道连接修复系统：用与主管道相连接的小管径管道的修复。  

（2）MUD130-移动式底泥处理设备（瑞士进口设备）：主要用于河道底泥脱水处理，该设备由絮凝液制备装置和控制中心，移动型一体化污泥处理装置两部分组成。优点占地面积小，组装时间段，转运方便。

（3）联合疏通车；用于管道抽吸污泥垃圾、疏通清洗管道、车辆罐体内部垃圾污泥压榨脱水。

（4）排水移动泵车；用于工程现场降水施工作业。

（5）抓斗车；用于河道、箱涵垃圾的清理作业。

（6）CCTV检测车；主要用于城市市政管网施工后成像施工质量检测。

（7）两栖清淤船；清除河道内杂草，收集河道内污泥，作为污染底泥处理设备的前端可移动式设备。

举例说明MUD130-移动式底泥处理设备（瑞士进口设备）管控平台的主要监控的数据指标：抽水泵流速、电机电流、电机电压、电机负载、电机转速、滤带的转速、高压水水压、机械状态信号、絮凝剂液面高度、絮凝剂添加速度、絮凝剂浓度等。

5.平台的实施效果

（1）应用移动互联网技术，对现场机械设备全过程进行登记管理

工程项目现场机械设备每日运行状况、运行时间、作业地点等无法通过技术手段自动收集的信息，开发出一套以人工填报、数据导入等的方式为主的数据收集的信息系统，针对中电建水环境公司自有移动抢险泵车、抓斗车、联合疏通车等设备每日的出勤情况、工作日志、车况进行统计分析，并可根据分析结果，结合有关设备的管理制度，对操作人员进行保养、维修进行告警提示，发挥决策、报警、计时、计数、提示、数据统计分析和直方图、折线图或其它图像，文件自动生成。数据可长期存储备案，并可按照需求生成周报、月报、年报等报表。

（2）研究和应用最新的物联网技术、车联网技术及虚拟现实技术，探讨水环境治理工程高端机械设备的运行状态监测模式

近年来，物联网技术、车联网技术及虚拟现实技术取得了飞速发展，涌现了一批新技术成果，推动了各领域的发展和管理效率的提升。

中电建水环境工程项目应用的大型高端机械设备较多，设备价值及运营价格不菲，提高机械设备的使用效率，集中监测多种类型高端设备的运行状态，依靠物联网技术、车联网技术及虚拟现实技术的发展和相关成果，集中监测多种类型高端设备的运行状态，进一步结合相关技术成果特点，依据不同类型的机械设备操作要求，设计了一整套合理的运行状态监测模式。

（3）研究和应用最新软件技术和GIS技术，建立机械设备CMS监测系统

建立CMS状态监测系统(Condition Moniforing System)，将工程项目的机械设备信息通过传感器或自带OBD接口，输送到计算机上进行分析、报警，以便管理者做出预防维修的决策和计划。通过对自动化机械设备配备一套通讯系统，匹配该设备内置控制系统的信号接口，通过GPRS/4G/5G等传输手段，将设备的运行状态、设备运行参数、作业环境温湿度等数据实时传回管控平台。

（4）建立任务空间调度模型，试验现场机械设备调度管理

通过对北斗定位技术、GPS双模定位技术，结合对RFID、LORA、ZIGBEE等新兴定位技术、通讯技术的研究，针对公司已有的网格化管理系统的定位器进行升级改造，使之更适用于公司现有机械设备的轨迹、出勤、调度管理。通过对定位器的待机时间、定位精度进行优化，并对在GIS平台功能模块进行改造，新增电子围栏、现场定位签到，指挥调度等功能，进一步细化对机械设备轨迹管理数据的利用效率，提高对现场设备的管理水平。

数据架构由车载终端、通信链路和调度中心三部分组成。终端部分由北斗/GPS导航定位仪设备组成,完成对车辆的定位、轨迹的存储及信息发送。调度功能主要有车辆定位调度、数据传输、轨迹回放、移动目标基本信息管理等，数据库包括GIS数据库、定位信息表、车辆信息表、通信信息表、车辆状态信息表及异常信息表等等构成。

（5）建立统一的调度操作及设备运行状态监测数据库

对调度操作记录和设备运行状态监测信息进行统一的存储管理，实现了对工程项目机械设备的调度操作和设备运行信息实现有据可查，也是实现设备安全管理的重要依据，同时，也可以通过对调度指令和运行状态的分析，进一步优化管理和提升管理效率。

（6）与综合管理系统实现统一的权限管理和数据接口

CMS状态监测系统作为一个工程应用子系统，需要与综合管理系统进行集成，实现统一的权限管理，并需要与工程管控平台进行无缝对接，实现数据统一和同步，满足统一的权限管理和数据接口。并尝试与标段自有设备物资管理系统进行对接，实现数据同步、共享工作。

通过建立水环境治理现场施工机械管控平台，研发了一套使用于水环境施工现场，多场景状态下的信息在线采集、上传和分析系统，实现对设备运行指标的在线记录，设备运行状态趋势分析，提高了设备使用率，提升公司对各施工标段设机械备的管控能力。

一、创新成果概述

建立水环境治理现场施工机械设备数字化管控平台，研发了一套使用于水环境施工现场，多场景状态下的信息在线采集、上传和分析系统，实现对设备运行指标的在线记录，设备运行状态趋势分析，提高了设备使用率，提升公司对各施工标段设机械备的管控能力。

二、主要做法

依托高端设备探索研究设备运行效率分析模型，依托公司新引进高端机械设备，通过对OBD等车辆接口的数据采集，并辅以加装传感器等方式，探索研究机械设备运行状态自学习数据监测模型，通过对监测数据的不断累积，对模型不断优化，提升设备运行效率分析的准确性，充分利用互联网管控平台，增强了对现场机械设备的掌控能力。

三、主要创新点

设备多向交互调度技术研究，依托水环境公司的自有设备，通过建立车辆调度系统，研究建立适用于不同应用场景的设备虚拟化管理和调度技术，实现任务型的空间定位，设备过程轨迹管理，设备调度网络化管理。

四、应用成效

通过对公司自有的高端机械设备以及各项目的相关标段租赁、自有机械设备的管控，具体应用在清淤抓斗车、CK清淤设备、打桩机、起重机、挖掘机等机械设备，研究建立了一套基于虚拟技术的网络化机械设备管理系统。提高了公司设备管理、调度智能化水平，降低管理成本，提升管理效率。

五、可推广性

水环境公司在2019年新中标了300多亿元水环境治理工程，工程项目上使用了大量的自租赁和自有机械设备，如：淤泥脱水处理设备、吸污车、排水泵车、植桩机、起重机、挖掘机等机械设备，建立的一套基于虚拟技术的网络化机械设备管理系统，能够实现各个项目机械设备的统一管理、统一调度，智能化管理，降低公司的管理成本，提升管理效率，实现良好的经济效益。（供稿单位：中电建生态环境集团有限公司）