周泉吉，陈云雅，张阿晋，沈 雯,沈 蓉

(1.上海建工集团工程研究总院，上海 201114； 2.上海电科智能系统股份有限公司，上海 200063)

0 引言

随着我国乡村振兴战略的不断推进，美丽乡村建设正蓬勃发展。在“人口红利”逐渐退潮的背景下，乡村住宅建设的机械化水平正处于快速提升阶段。不同于城市环境四通八达的维保条件，乡村住宅普遍地处偏僻、分布散落、交通不畅，一些专用装备面临着故障诊断不及时、维修保养水平差、备品备件调配慢等问题。目前，大量乡村建筑施工作业装备维护保养成本逐年攀升，因装备维保不及时所引发的安全事故时有发生。

建筑装备机械通常包括起重机械、桩工机械、运输机械、土方机械、钢筋混凝土机械等。这些传统作业装备在维护、管理方面存在许多局限性。如：装备维修维护管理仍以传统人工模式进行,效率低下；装备故障维修不及时,无法有效监督装备故障维修情况；没有建立装备故障信息库,无法通过数据统计的方法对装备的性能进行评估；难以获取作业装备的使用年限、故障频率、安装位置等数据,只凭感觉或经验决策哪些装备需要改造。此外，现有维保技术还存在装备巡检任务无法常规化、制度化，以及装备运行、维护等费用难以有效控制等问题。近年来，装备维保技术的研究引起国内外相关技术人员的关注。随着“互联网+”的不断发展，作业装备维保的信息化、数字化、智慧化已成为大势所趋。

本文对国内外建设施工装备智慧维保技术的研究现状加以分析，并对其典型特征加以梳理。首先，结合物联网、大数据、人工智能等信息化技术，探索乡村住宅建设装备维保智慧化提升的关键技术要点。然后，结合现场实际需求，探讨装备维保智慧化、平台化管理的典型应用场景及技术服务能力。该研究旨在实现装备全生命周期的信息化管理以及服务全过程可视化监管，从而为乡村住宅智慧化建造的落地实施提供参考。

1 建设装备维保现状分析

目前，国内外对乡村建设装备安全作业智慧维保技术均投入大量人力物力进行技术研究。研究方向主要分为维修模式与修程修制、维保能力建设、监测分析与标准化、生产组织与管理模式四个方面[1]。目前，市场主流的智慧维保技术可以实现简单的故障判断，并具有各专业维修力量相对独立等优势[2]，同时也存在增设大量传感器采集数据导致维保成本较高的问题。此外，维修人员仍存在赋能不足、缺少数据分析能力和数据挖掘能力、缺乏标准化维保技术指导，以及尚未制定设备状态评价依据[3]等问题。

以往设备维护保养工作的重点为人工修复损坏的设备零部件。而现代化的维护保养观念则侧重于从历史维护保养数据中挖掘设备维保规律或根据装置设备的运行状态进行智能分析，以数据化手段支撑设备维护保养工作，从而进一步提高装置设备运行过程中的可靠性、延长作业装备的使用寿命并提升作业效率[4]。

此外，如今作业装备维保的及时性与准确性大多存在问题。一方面，设备管理混乱，设备档案信息不完整、设备无维保计划与自动维保，进而导致服务反馈体验差、售后数据分析难等问题。另一方面，维保派工的效率低，并伴随有配件供应不及时、服务进度难跟踪等问题。因此，装备安全作业的维修保养服务的发展仍然存在很大的空间，对于智慧维保技术的相关探索仍需继续。

近年来，对于大部分建造装备的维保方案主要以预防性维保和故障性维修为主。顾名思义，预防性维保是有计划的定期维护，而故障性维修则是发生故障后进行的维修操作。然而，随着住宅需求、建筑规模的日趋扩大，我国住宅类建造装备的持有量不断加大，因作业装备维保不及时、针对性不强等引起的工程事故时有发生。因此，探索集计划、预知、维保、节能等功能为一体的作业装备智慧维保技术已成为施工领域不可或缺的一步[5]。

本文以当前作业装备常用的维修方式展开具体说明。当前作业装备常用的维修方式分为故障维修、预防性维修和预知性维修三类。本文从预防性、主要依据、判断方法、维修成本、使用范围这几个方面对三种维修方式的主要区别进行了比较。现有维修方式主要区别如表1所示。

表1 现有维修方式主要区别

2 建设装备智慧维保关键技术及要点

基于第1节中乡村住宅建设装备维保管理的现状分析，智慧维保技术研究过程包含了对几项关键技术的研究，即精细化的装备全生命周期管理技术、服务过程可视化监管技术、灵活多变的派工方式技术、备品备件规范化管理技术、基于运行状态数据的深度挖掘分析技术以及可量化的维保绩效考核评价技术等。

2.1 智慧维保关键技术分析

①装备全生命周期管理。

装备全生命周期管理技术针对作业装备维护各个环节跟踪查看的需求，通过规范作业装备进场、维保监测、故障报修程序、故障处理流程的一般原则、方法，建立健全作业装备全生命周期内必要的基础数据和维护档案，记录完整的设备信息以及所关联的保养计划、服务记录等。该技术可帮助维保人员实时了解完整的设备状况和历史信息，从而确保系统高效、有序运作。

②维保服务过程可视化监管。

维保服务过程可视化监管技术基于可视化技术，在维保流程管理界面实现维保处理状态的实时更新，从而保证服务的及时性和过程的透明化。完工后，维保人员在手机上填写回单信息并直接提交。

③灵活多变的派工方式。

灵活多变的派工方式基于“互联网+”思维，实现维保流程“派单-抢单-任务指派-看板管理”多方位一体化的维保管理。在系统内每起设备设施故障抢修均对应一个需要管理中心和维保人员及维保单位协作并按维修状态模型管理的工作“任务”，由管理中心根据要求分解并作为中心工单指令分派给相关维保单位或维保个人。中心工单以指令“工单”信息模型对象进行流转，包括中心工单指令生成和指派、各维保单位接收反馈，从而实现围绕一个任务的多个专业单位、部门、个人之间的全过程协作，直至任务完成[6]。每个指令工单通过管理中心生成和指派，推送至现场维保人员移动端。移动端应用可进行实时时空位置和任务执行进度节点报告、维修情况反馈等操作。管理中心对维保人员的指令“工单”执行情况进行流程化、步骤式的进度节点管理，以实时掌握流程动态，监督指令工单执行质量和效率。管理中心也可根据实际情况进一步优化改变调度内容，以提高指挥成效。此外，参与事件处置的任何一方指令执行进度状态信息都实时共享给包括指挥中心在内的其他参与方，并可在线实时沟通交互和监督评价，以促进协作效率提升。

④备品备件规范化管理。

备品备件规范化管理技术通过建立完整的配件管理体系，实时掌握配件的流向，精确跟踪配件的领用、退回、调拨、旧件返厂等全流程，更好地维持库存稳定性和配件供应及时性[7]。

⑤基于运行状态数据的深度挖掘分析。

基于运行状态数据的深度挖掘分析技术充分依托数据库存储的海量历史数据，以统计方法对每个作业装备建立标准数据模型，并与作业装备采集的实时信息进行比对，对明显偏离标准模型的作业装备进行报警。通过开发智能作业装备实时状态检测技术，可实现不同时期同种功用设备的功能融合，最终向用户提供统一的智慧报警维保信息[8]。

⑥可量化的维保绩效考核评价。

针对多维护单位维保效率的评价考核需求，采用综合指标绩效评价模型，通过抽取系统的各类数据，生成报警次数、报警间隔、维修成本、维修耗时、维修结果等指标，以及对设备、维保人员、维保公司的量化考核评价。

2.2 智慧维保技术发展要点分析

乡村住宅建设装备的智慧维保是建筑业信息化、数字化产业转型的重要发展方向，是物联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术与传统土木施工技术的融合发展应用。装备维保需紧紧围绕“人-物-事”三大要素。其中：“人”包括主管部门、维保服务提供商、装备提供商、监理单位等；“物”包括装备、信息、系统等；“事”包括资产资源管理、故障预警、维保活动管理、绩效评估等。基于“互联网+”理念创建乡村建设装备全过程维保服务新模式，构建作业装备维保“人-物-事”三要素的管理和评价体系，可实现装备维保工作由粗放、传统、低效向科学化、智能化、信息化转变。

智慧维保技术提高了乡村建设装备的可靠性以及可用性，大幅提升了装备运行管理效率，降低了装备维修保养综合成本，实现了装备全生命周期的智能化管理。该技术有助于实现作业装备维保监管工作由被动接受转为主动监督，落实责任主体，在降低成本的同时提高了维保的工作效率，为缓解运营成本压力创造了技术条件，更有利于企业的可持续发展。

3 智慧维保典型应用

为有效推动乡村住宅建造装备智慧维保技术研究成果的落地实施，促进装备维保全过程的规范、高效、经济，加强维保服务考核的量化评价管理，确保现场作业安全，有必要对智慧维保技术的典型应用场景、特色功能配置加以挖掘。具体而言，基于上述关键技术搭建智慧化管理系统，可以有效实现设备故障维修、备品备件管理、作业装备运行数据分析、维保绩效考核评价等方面的全面提升。

①设备故障维修。

当系统通过实时数据监测以及历史维保规律匹配等技术手段检测发现作业装备故障或到达计划维保时间时，系统可自动生成报警信息，以及时提醒相关负责人员根据用户的反馈处理调度任务。在查询任意时间段内新的、已通知的、已处理的各类报警信息时，系统可直接跳转到仪表的走势图界面，进行详细数据的查看和分析。

设备维保时间的设定方式为：通过预先录入相应设备的计划维护信息、周期等，系统将根据时间定期、定向地推送计划维护的工单提醒，由设备管理人员根据实际情况在系统上向相应的维修人员进行派工。当设备出现故障时，故障信息通过设备报警、系统设定自动触发、客户端手动触发等报修模式进行报警，以确保报修效率和报修信息、报修位置的准确性。故障信息通过后台信息推送。维修人员接单维修并扫码签到。此时，维修工作开始计时。修复完成并恢复生产后，由生产人员确认复线，并由维修人员填写设备维修单。此时，该故障闭环。

系统通过实时记录和分析作业装备运行健康数据，实现装置所在地理空间、运行状态信息的集成以及装置运行状态的动态安全监管。系统基于隐患信息、实时运行状态监测信息发现装备区域异常事件以提高作业装备运行的可靠性和维修的准确性，从而实现装备作业区域隐患排查及消除隐患闭环管理，提升作业装备区域监管、预警、处置的智能化水平[9]。设备维修接单流程如图1所示。

图1 设备维修接单流程图

②备品备件管理。

如果没有统一的配件管理流程，各种问题将会产生：配件申请依赖于线下、无法根据产品物料清单(brill of material,BOM)进行配件申请、无法通过移动端进行配件申请与签收、无法掌握配件申请的执行进度等。完善的备件管理可以帮助企业进行配件申请、销售、退货及旧件管理的全过程可视化管理。精确的库存管理可保证配件的当地满足率，从而保障服务的及时性。备件管理的流程包括收集各类设备备件的损坏、替换情况的历史信息，通过大数据的分析、比对，对下个循环周期内备件的损坏情况进行预测，提早将预测信息反馈至设备管理人员，由其协调备件准备、停机计划等。这既减少了应急维护的停机时间，又可降低大量备件金额的占用、减少仓储面积。

备件管理确保了作业装备的备品备件库存，使备件库存、出库入库等信息同步。当低于最低库存时，系统将自动向相应人员推送补库采购的信息。备件领用需“以旧换新”。具有返修价值的备件将由相应人员触发备件返修流程实现备件退回，同时返厂处理旧件的维修或者报废。相应人员需对在库备件定期进行维护工作。各分公司、基地可分别查阅其余基地的备件信息及库存信息，但其权限范围不包括直接领用。通过对供应商、库房和配件库存这三个方面的管理，确保及时、有效地向维修人员提供合格的备件。

③作业装备运行数据分析。

数据分析的重要性不言而喻。如果缺少数据分析，装备安全作业将无法及时了解作业装备运行情况和统计产品质量情况，导致服务成本效益无法得到保证。装备安全作业智慧维保技术基于区域、产品、服务类型等多维度进行服务分析，支持管理者进行各项决策来改善设备维保的质量，实现提升装备作业的工作效率的目标。各类统计汇总信息包括设备分类统计、报警数据统计、各类服务数据统计、历史数据统计、数据趋势分析、环境参数关联分析等。针对统计结果进行分析，总结归纳出客观规律并进行展示。通过记录设备维保信息形成设备维保信息数据库，从而制定设备维保计划和需求，实现一机一保，按需、精准、快速保养。

④维保绩效考核评价。

维保绩效考核评价功能用于展示作业装备维保记录，即以图表的形式可视化展示不同类型作业装备历史维保的次数、备品备件更换比例、更换各类备品备件的次数情况及从损坏到保修的响应时长等。通过对历史作业装备维保记录分析结合设备维保次数分析、备品备件使用分析、维保响应时效分析、备品备件更换系数等，实现对维保人员/公司维保效率以及能力的量化考评分析。维保绩效考核评价功能以量化指标的形式加强了对作业装备维修保养过程以及维修人员的管理，对提升作业装备保养水平、提高维修人员的工作绩效均有显著作用[10]。

4 结论

基于乡村住宅建设普遍地处偏僻、分布散落、交通不畅的现状，利用智慧化、平台化管理技术可以大幅提升乡村建设装备维保服务水平，提高建设效率、降低安全风险。本文根据建设装备维保技术的现状分析，总结出乡村环境下的建设装备维保应始终围绕设备故障快速诊断、维保流程高效处理、备品备件及时调配、维修人员监督管理四个方面。

乡村住宅建设装备智慧维保技术的关键，就是通过装备故障智能诊断分析、灵活多变的派工方式、备品备件的平台化管理以及维修服务过程全程可视化监管，实现对作业装备的全生命周期管理。同时，通过对装备运行状态大数据的深度挖掘分析以及可量化的维保绩效考核评价标准，可实现对“人-物-事”三要素的科学、有效管理。

乡村住宅建设装备的智慧化维保有利于打破不同装备厂商之间的信息壁垒，使信息数据资源更有效地实现供需对接，推动装备维保模式从单一向综合、从传统向现代、从被动向主动、从人工向智能方向的加速发展。