公路工程基于BIM+GIS的智慧功能區建設技術研究

潘芳、王彤

（江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇南京210002）

0 引言

根據新基建、區塊鏈及“交通強國”等發展戰略，結合行業發展需求，工程建設領域加大了對數字化和智能化技術的應用[1]。智慧功能區是模擬實際地形及生產區布局，直觀呈現該區的相關信息數據，能夠有效發揮管理功能，使施工任務調度更加及時、便捷，問題識別更加智能化，預警位置更加直觀，能夠有效實現對工程建設全過程的模塊化、標準化、可視化、數字化、智能化管理，形成公路工程建設過程“現場可視、數據可查、進度可知、質量可控、安全可防、違規可糾、預警可報、全程可溯、效益可增、模式可行”的管理模式，為工程建設的數字化、精細化、智能化生產，實現“品質工程”“交通強國”奠定基礎，具有重要的應用意義與推廣價值。

1 智慧功能區的建設目標

智慧功能區以各個應用場景為主體，基于BIM、GIS、物聯網、大數據、移動終端應用等技術，結合工程項目建設生產過程實時模擬、生產質量實時管控、生產數據智能評價等管理需求，對施工現場的人、機、料、法、環等各要素進行統一的調配和管理，將建設數據與BIM 對接關聯，能夠實現施工質量多維分析、施工過程全景可視、施工管理標準統一、大數據實時共享的協同管理目標，可有效提升施工質量與管理水平，達到工程建設智慧管理、智慧決策的目的[2]。通過智慧功能區的建設，可實現以下目標：

1.1 標準化建設，形成規范體系

以工程建設智慧化管理需求為根本目標，從改變BIM、GIS、智慧工地應用零星、局部、分散的現狀入手，通過頂層設計，總結經驗，智慧建設規范體系[3]。

1.2 場景化管理，實現“工地在身邊”

采用場景化建設管理模式，將工程建設實時采集的項目、人員、設備、物料、質量、安全、環保等數據無縫對接BIM 與GIS，進行三維可視化展示，更立體、直觀，能夠真正實現“工地在身邊”。

1.3 建立管理體系，達到智慧化目標

建立全過程全方位管理體系：對工程建設的辦公區+生活區，實現兩區管理智慧化；將試驗—生產—施工數據匹配融會貫通，實現全流程管理，同時建立外賣式訂單服務模式，實現生產施工智慧化；通過智慧建造基地、數字化傳遞、流水化作業、產品認證、管理評價，建立集約化生產基地；通過安全可視化、機器視覺技術、智能預警，實現安全管理智慧化。

2 智慧功能區的建設

根據建設需求，可按照辦公及生活區、拌和站生產基地、鋼筋加工廠、梁場集中化建設、基坑安全、道路、橋梁、隧道、航道等進行場景化功能區建設。智慧功能區平臺展示效果見圖1。

圖1 智慧功能區平臺展示

在公路工程智慧功能區的創建過程中，主要以“1+8”創建模式對功能區現場的人、機、料、法、環、測等各要素進行統一調配和管理，將人員、設備、物料、工藝工法、環保保護、質量安全等數據，通過移動終端的智慧設施進行集成和拓展。“1”是指項目在實施過程中構建基于BIM+GIS 的信息化綜合管理平臺，通過該工程信息化綜合管理平臺，對該工程投入使用的8個信息化技術（項目管理、人員管理、設備管理、物料管理、質量管理、安全管理、生態環保和BIM 管理平臺）進行統一管理。智慧功能區平臺功能架構見圖2。

圖2 智慧功能區平臺功能架構

2.1 辦公區+生活區的管理

辦公區+生活區的兩區管理智慧化：對于辦公區與生活區的智慧管控，主要是通過建立兩區的BIM 模型，采用虛擬化場景，將采集到的人員管理、設備管理、物料管理、方案管理、生態環保等數據信息與BIM模型模塊一一對應并展示，形成內業資料看網上臺賬，外業看視頻、虛擬化場景的模式。辦公區+生活區功能界面見圖3。

圖3 兩區功能界面

2.2 拌和場的管理

拌和生產智慧化：通過GIS 地圖進入拌和場BIM模型場景，該模型能實時展示拌和場各區域點的生產情況、視頻情況、環保情況、在場人數、物料剩余情況。生產情況主要包含當前生產總量、檢測情況、預警總數、處理情況、澆筑部位、當前生產狀態等。同時，拌和場采取外賣訂單服務模式，即“根據現場需求下單—技術員創建任務并下發—試驗室接受任務出生產配合比—操作手接受任務及生產—運輸車配送—現場掃碼接料（同時通知生產人員、運輸車）”系列流程。拌和站功能界面見圖4。

圖4 拌和站功能界面

2.3 梁場的管理

梁場集約化建設：基于BIM、GIS、物聯網、大數據、移動終端等技術，對工程項目建設生產過程實時模擬、生產質量實時管控。總控中心模擬基地梁場實際地形及生產區布局，匯總展示梁場施工進度、生產數量、設計量、完成率等，實時采集基地人員、設備、物料、質量、安全、環保數據并實時展示，實現生產過程實時模擬、生產質量實時管控，在提高工程質量管理水平的同時降低管理成本，達到梁場施工智能化、數字化、標準化的管理目的。智慧梁場功能界面見圖5。

圖5 智慧梁場功能界面

2.4 安全管理

基坑安全監測智慧化：主要建立基于基坑圍護的三維結構模型，通過機器視覺及智能算法，建立三維結構模型，在模型內布置與現場位置統一的監測點位，將施工現場實測數據與對應模型關聯，可以在BIM 平臺上實現對監測數據的分析處理，能夠實現基坑監測數據的實時保存、遠程查看，為工程建設的安全保駕護航[4]。安全管理功能界面見圖6。

圖6 安全管理功能界面

2.5 鋼筋加工廠的管理

鋼筋加工數字化：把鋼筋智能加工打造成集人、到班組、到設備、到項目、到料單、到周期的流程化管理，實現加工環節全流程數據整合，同時記錄、反饋、溝通和匯總分析現場生產情狀，并通過云端實時進行數據傳輸及共享，實現鋼筋原材溯源及加工溯源，在保證成型鋼筋制品加工效率的同時，提升制品質量。鋼筋加工廠智慧管理功能界面見圖7。

圖7 鋼筋加工廠智慧管理功能界面

3 智慧功能區的應用效果

應用智慧功能區，驗證了智慧化技術在全面提升工程建設質量和安全管理水平等方面的效果。

3.1 工程質量提升

對原材料進場、試驗檢測、拌和運輸、生產施工等環節進行全過程管控，確保進場材料100%合格，試驗數據真實有效，拌和生產無廢料，施工過程可追溯。施工過程實現關鍵參數實時采集，同時對數據進行分析、評價、預警，及時發現施工過程中存在的問題并及時解決，能夠避免質量隱患，確保工程建設質量[5]。

3.2 安全管理提升

通過安全防護智能抓拍、一鍵呼救、風險源管控等功能，能夠實現施工人安全有保障、施工過程有巡查、施工區域有監管的全方位監管，安全事故零發生，保證了對建設人員的安全防護，促進了“平安工地”和“品質工程”的建設，為實現“品質工程”“交通強國”奠定了基礎。

3.3 工程進度保障

數據自動化采集、智能化分析、工序網上報驗、審批在線流轉、分析報告自動生成、報告智能導出等功能，減少了資料整理的工作量，在保證工程進度的同時，提高了工程建設管理水平。

3.4 經濟效益方面

減少了施工、監理、管理等人員的投入，可節約人工費用64 萬元左右，無紙化會議每年可節約紙張約1.2 噸。智能施工技術既保證了工程建設質量，又提高了施工效率。

3.5 社會效益方面

智慧功能區可確保工程施工質量，延長工程使用壽命，不僅可以減少養護成本，還可以減少養護維修對交通的干擾，減少養護運營期的預算支出。

3.6 環境效益方面

因采用智能揚塵處治設備和智能養生系統，可節約用水40%；通過智能化的施工管控，平均每公里施工可減少碳排放552kg；智能化的監測設施可實現對揚塵、PM2.5、PM10、噪聲、溫度、濕度、風速、風向、水質、等參數因子的連續監控，實現實時顯示和預警，使環保可視化，大大降低了對周圍環境的影響。

4 結語

對BIM+GIS 的智慧功能區建設技術的研究及應用，實現了工程建設過程中項目管理、人員管理、設備管理、物料管理、質量管理、安全管理、生態環保和BIM 管理等方面的全方位把控，取得了良好的應用效果。在后續的研究與應用過程中，可結合5G、VR、區塊鏈等前沿技術，進一步完善智慧功能區的管理功能，全面提高對施工質量的管控水平，這對提升管理水平也有重要意義，有良好的推廣應用前景。