Earthworks management, monitoring and optimization system based on digital twin and simulation of a case-study

Abstract

The aim of planning earthworks is to provide a efficient and economical scheduling of the available resources. However, it is common for unforeseen situations to occur, as a result of breakdowns in mechanical resources, or adverse weather conditions, leading to the need to constantly reorganise the workflow on the construction site. This paper describes an innovative methodology to support the decision-making process throughout all construction phases, providing optimal solutions for resource allocation and corresponding costs and duration. During construction, support for decision-making is provided through sensor-based monitoring, which allows for a constant assessment of equipment performance. The system can provide suggestions for readjustments to resource allocation when necessary to ensure that work progresses optimally. The methodology is applied to a case study concerning the earthworks project for the construction of a motorway in Portugal.

O planeamento de obras de terraplenagem procura fornecer um escalonamento dos recursos disponíveis de modo eficiente e económico. Porém, é comum ocorrerem situações imprevistas, como resultado de avarias dos recursos mecânicos, ou condições meteorológicas adversas, levando à necessidade de constante reorganização do fluxo de trabalho no estaleiro de construção. O presente trabalho descreve uma metodologia inovadora para apoiar o processo de tomada de decisão ao longo de todas as fases de construção, fornecendo soluções ótimas de alocação de recursos e correspondentes custos e duração. Durante a construção, o apoio à tomada de decisão é feito através da monitorização por meio de sensores, que permite avaliar o desempenho dos equipamentos de modo constante. O sistema pode fornecer sugestões de reajustes à alocação de recursos quando se verifique necessário para garantir que os trabalhos progridem otimamente. A metodologia é aplicada a um caso de estudo referente ao projeto de terraplenagens da construção de uma autoestrada em Portugal.