智慧工地技術(shù)在公路工程的應用與發(fā)展研究

于會成 劉博

摘 要：“智慧工地”是指構(gòu)建具有PC端和移動端的“智慧工地云平臺”，并形成相應的層級系統(tǒng)，將過程信息轉(zhuǎn)換為電子信息，對工地涉及到的“人、機、料、法、環(huán)”等方面實現(xiàn)信息化有效監(jiān)管，通過分析挖掘等手段為工程建設決策提供依據(jù)。近年來，公路工程項目明顯增加;但國內(nèi)建筑業(yè)工人數(shù)量在逐年下降，工人素質(zhì)也參差不齊，導致點多線長的公路工程項目管理難度越來越大。隨著計算機網(wǎng)絡和智能制造技術(shù)的推廣，為使得企業(yè)緊跟時代發(fā)展，越來越多的公路項目要求在施工生產(chǎn)過程中運用現(xiàn)代化信息技術(shù)。因此，對智慧工地技術(shù)在公路工程的應用和發(fā)展研究是十分有必要的。

關鍵詞：智慧工地;公路工程;應用與發(fā)展研究

0 引言

《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》指出，“十三五”時期，我國要全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動通訊、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應用能力，建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化取得突破性進展，初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務平臺，因此，未來企業(yè)的管理也將與行業(yè)的信息化監(jiān)管手段相結(jié)合。

目前，傳統(tǒng)建筑業(yè)施工企業(yè)在項目管理方面，其工程項目數(shù)量較多且分布范圍廣，按照傳統(tǒng)管理模式對項目信息進行整理需要耗費大量的人力和時間，且企業(yè)無法實時地獲取項目的動態(tài)信息，企業(yè)對于項目的管控和決策是極為不便的，且大量的人工對于企業(yè)的管理成本是巨大的。

智慧工地是建立在高度信息化基礎上的一種支持對人和物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、決策科學分析、風險智慧預控的新型信息化手段，圍繞人、機、料、法、環(huán)等關鍵要素，可大大提升工程質(zhì)量、施工安全，節(jié)約成本，提高施工現(xiàn)場決策能力和管理效率，實現(xiàn)工地的數(shù)字化、精細化、智慧化管理。

1 工程概況

廣西浦清高速公路二標段（以下簡稱“浦清二標”）是作者所在單位的公路工程智慧工地建設試點項目。其施工起訖里程為K12+000～K24+000，線路全長12 km，標段內(nèi)包括大橋4 244.35/11座，中橋165.4 m/2座（其中主線橋梁10座，匝道橋3座），天橋1座，涵洞25座，互通式立交1處，路基挖方432萬m3，路基填方408萬m3。設置拌合站1處，鋼筋場2處。

其中，浦清二標地處廣西博白那林國家級自然保護區(qū)，項目相對于其它公路項目受限條件較多，項目開工較晚，項目生產(chǎn)建設壓力大。為保證項目正常生產(chǎn)和履約，需要搭建一個信息交互的智慧工地管理系統(tǒng)，需加強各方溝通協(xié)調(diào)，實現(xiàn)基于信息平臺的信息溝通、信息發(fā)布、信息查閱，及時地為項目建設的工作開展提供各種信息支撐。加強過程動態(tài)管理，通過信息化的手段交互確認，強化施工過程的管理標準化，為成本節(jié)約提供有力的可靠保障。強化責任意識，通過各項任務分配，任務跟蹤，確保各項事務能夠責任到人，過程可追溯。提升信息水平，將過程的管理信息轉(zhuǎn)換為電子信息，通過分析挖掘等手段為項目建設決策提供依據(jù)。

2 智慧工地在公路工程的應用現(xiàn)狀

公路工程智慧工地管理系統(tǒng)主要包括兩方面。一是智慧工地管理平臺，主要針對項目實際應用流程進行開發(fā)，以項目管控為主線，覆蓋產(chǎn)值、工期、質(zhì)量、安全等全要素的項目標準化管理系統(tǒng);二是工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺，主要聚焦生產(chǎn)一線、運用數(shù)字化技術(shù)指揮機械工具進行生產(chǎn)，通過數(shù)字化施工大數(shù)據(jù)分析來輔助施工工藝、工序升級。

目前，智慧工地在國內(nèi)外發(fā)展情況主要為：一、智慧工地是一種嶄新的工程全生命周期管理理念，運用信息化手段，圍繞施工過程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、科學管理的項目信息化生態(tài)圈，在國內(nèi)外目前也是少見。二、工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺在國內(nèi)還處于起步階段，僅在道路施工領域有所應用，數(shù)字化施工數(shù)據(jù)平臺更是少之又少。所以，同時包含智慧工地和數(shù)字化施工平臺的智慧工地管理系統(tǒng)在國內(nèi)外還未有先例。

目前，智慧工地在公路工程方面的應用研究大多還停留在點和塊上，即針對某個特殊部位開展應用，還未形成一套整合型的智慧工地管理系統(tǒng)。浦清二標作為智慧工地管理系統(tǒng)的應用試點項目，項目部在應用過程中不斷完善其功能應用，并期望能夠?qū)⒅腔酃さ毓芾硐到y(tǒng)和應用功能進行整合，實現(xiàn)統(tǒng)一和標準化，以便能夠快速地在其它公路項目進行推廣和應用。

2.1 公路工程智慧工地管理系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

2.1.1 智慧工地管理平臺

目前，浦清二標試點的智慧工地管理平臺主要按三級界面顯示。一級界面為首頁駕駛艙、二級界面為各模塊總體情況、三級界面為各模塊具體情況。平臺設置PC端和移動端兩種登錄方式。主要功能如下：

（1）領導駕駛艙（一級界面）：

1）項目總況：①展示項目的總體情況。 ②項目總體施工進度。

2）物料情況：以列表形式展示原材、地材等物料的當前庫存、本月入庫、本月出庫、月度損耗、總損耗。

3）設備情況：展示設備未到場數(shù)、本月進場數(shù)、當前在場數(shù)。

4）混凝土管控：展示今日計劃總量、今日澆筑實際量、開累澆筑量、當日損耗、累計損耗情況。

5）環(huán)境檢測：展示環(huán)境檢測的基本數(shù)據(jù)，溫濕度、風速等，百分比類采用環(huán)形圖展示。

6）安質(zhì)情況：展示當前在場人數(shù)、特種作業(yè)人數(shù)、安全整改率、質(zhì)量整改率、當前正在施工危險源數(shù)量、重大危險源數(shù)量。

7）黨群建設：圖片輪播展示黨群活動或者基層生產(chǎn)動態(tài)。

8）項目宣傳窗口：以視頻形式展示項目概況和影像內(nèi)容。

（2）各模塊總體及具體情況（二、三級界面）：

1）項目首頁：顯示項目新聞、項目概況、個人工作。

2）GIS+BIM大數(shù)據(jù)：①在平臺中采用GIS技術(shù)，集成組織機構(gòu)與道路空間布置信息，便于使用者直觀真實了解道路概況。②GIS與BIM無縫鏈接實現(xiàn)二三維切換，將BIM模型中構(gòu)筑物各部位的信息傳遞到數(shù)據(jù)中心，直觀地顯示施工形象進度。③可瀏覽漫游BIM三維設計模型，便于快速建立一個新項目的模型。④基于工程BIM模型，做相關的施工管理，如施工工藝模擬、虛擬建造、快速算量等。

3）交通組織：可直接利用平臺做展示應用，可以在二維地圖上描畫草圖、擺放場景，方便項目做施工整體規(guī)劃。

4）進度計劃：通過錄入分部分項劃分，可以實時單獨或批量地在平臺中編輯各分項的進度并和構(gòu)建BIM模型進行關聯(lián)。

5）變更管理：在平臺建立變更臺賬，在平臺上及時更新臺賬和發(fā)布變更圖紙，并設置短信提醒功能，方便大家交互查閱。避免信息溝通不及時造成施工用圖錯誤。

6）機料管理：平臺進行材料管理、設備管理、供應商登記、付款情況。

7）安質(zhì)管理：平臺可錄入分部分項劃分表，并可直接導出可編輯的表單。并按安全質(zhì)量巡查的類型、狀態(tài)、時間做好統(tǒng)計，方便篩選查閱。

8）資料管理：將施工項目全部資料按分類上傳平臺，可通過文件名、標簽、更新人、時間進行歸檔和查閱。并自動按文件名、更新人、更新時間等生成目標表單。

9）人員管理：設置勞務花名冊、勞務統(tǒng)計、項目部通訊錄、三級安全教育，留取接口接入智慧一航相關數(shù)據(jù)，可以隨時查看相關人員的信息。

10）二維碼管理：平臺將BIM構(gòu)件模型與分部分項劃分相關聯(lián)，將構(gòu)件具體信息錄入

到二維碼，生成二維碼并導出，方便現(xiàn)場使用，省去再次錄入二維碼信息的工作。

11）易澆筑（混凝土計劃申請單）：通過每日混凝土計劃關聯(lián)項目的混凝土原材、外加劑、配合比、數(shù)量等相關信息，可以直接在平臺對混凝土等相關信息進行分析并導出，節(jié)約施工生產(chǎn)資源。

12）監(jiān)管系統(tǒng)：①視頻監(jiān)控：對特殊部位（拌合站生產(chǎn)）、地磅、塔吊等設備安裝監(jiān)控系統(tǒng)，并將監(jiān)控系統(tǒng)接入智慧工地平臺;②對砼運輸車、現(xiàn)場重要車輛進行定位，可隨時查看其位置，協(xié)助現(xiàn)場生產(chǎn)的施工管理。

2.1.2 工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺

數(shù)字化施工是指建造生產(chǎn)領域的數(shù)字化，它融合了施工工藝、定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)與管理科學。數(shù)字化施工系統(tǒng)總體由前端數(shù)據(jù)采集、移動網(wǎng)絡傳輸、后臺數(shù)據(jù)中心三大部分構(gòu)成。前端數(shù)據(jù)采集包含機械定位采集、作業(yè)狀態(tài)采集、動作數(shù)據(jù)采集等;移動網(wǎng)絡傳輸主要指前端數(shù)據(jù)通過移動運營商有線或無線網(wǎng)絡形式傳輸。數(shù)字化施工平臺目前主要涉及數(shù)字化測繪，以及對機械設備和儀器儀表的在工作效率、施工成本、安全質(zhì)量方面的應用。

公路工程的數(shù)字化測繪主要體現(xiàn)在勘察設計和施工生產(chǎn)過程中，包括數(shù)字攝影技術(shù)、數(shù)字測圖技術(shù)及數(shù)字測量技術(shù)在建筑變形監(jiān)測中的應用。

公路工程對機械設備和儀器儀表方面的應用，主要體現(xiàn)在管理機械儀器的施工功效、成本及安全質(zhì)量等方面。

（1）對機械設備、儀器儀表作業(yè)的功效及成本管理：

行業(yè)調(diào)查顯示，施工機械設備使用成本占總施工成本的10%～25%，是其重要組成部分，降低施工機械設備的使用成本是保證項目盈利的關鍵。

目前施工現(xiàn)場依然依靠人工完成機械設備的租賃與管理，具有“三多一少”的施工特性，該特性導致管理難度極大，成本控制風險大。主要體現(xiàn)為：

1）工地數(shù)量多：項目分散且類型較多，設備調(diào)度、維護與管理信息量大、難度高——公司的項目遍布全國。

2）設備數(shù)量多：現(xiàn)場設備不僅來源復雜（自有設備、外租設備、分包隊自有設備、分包隊外租設備），機械種類、品牌、新老不一，人工管理難度大——公司約有幾十種設備類型，各項目也按需租賃設備，機械進出場頻繁。

3）業(yè)務斷點多：影響設備管理工作的連續(xù)性、系統(tǒng)性，管理能力被迫下降——施工現(xiàn)場分工區(qū)，各工區(qū)工序節(jié)奏相互獨立，形成數(shù)據(jù)孤島。

4）管控手段少：管理人員少，管理手段粗放，費時費力。

現(xiàn)在公路工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺是以工程機械設備的物聯(lián)網(wǎng)管理為切入點，通過為自有與租賃的機械設備安裝智能硬件，實時監(jiān)控每臺設備的地理位置、怠工時間、有效工作時間、加油與耗油量。讓管理者業(yè)對所有設備的開工率與利用率一目了然，線上機械派工方便設備調(diào)度。所有的數(shù)據(jù)不僅在（PC端）和小程序（移動端）實時、可視化呈現(xiàn)，并且提供電子報表模塊支持一鍵導出表格至本地，方便管理人員進行歷史數(shù)據(jù)的回溯分析，最終達成提升設備管理效率與項目經(jīng)濟效益的目標。

（2）對機械設備、儀器儀表作業(yè)的安全質(zhì)量管理：

主要是指運用信息化手段，圍繞機械設備、儀器儀表對施工全過程進行管理，建立從原材料運輸、混合料生產(chǎn)、混合料運輸、攤鋪碾壓等各個環(huán)節(jié)智能生產(chǎn)、科學管理的施工項目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬顯示環(huán)境下與互聯(lián)網(wǎng)采集到的工程信息進行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供過程趨勢預測、實現(xiàn)路基路面施工可視化管理，以提高工程管理信息化水平。包括路基填筑智能碾壓監(jiān)測系統(tǒng)、原材運輸監(jiān)控系統(tǒng)、拌合站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、混合料運輸監(jiān)控系統(tǒng)、路面智能攤鋪碾壓系統(tǒng)、前場視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 公路工程智慧工地管理系統(tǒng)發(fā)展展望

目前的智慧工地管理系統(tǒng)一般采用較簡單的管理系統(tǒng)對項目進行管理，基本為單個獨立項目所使用，且為第三方平臺對單個項目提供服務，大數(shù)據(jù)不容易積累。望更多的公路項目在施工生產(chǎn)過程中運用智慧工地管理系統(tǒng)，但我國至今還沒有一套整合型標準化的公路工程智慧工地管理系統(tǒng)。

因此，未來的公路工程智慧工地管理系統(tǒng)發(fā)展應為：

（1）結(jié)合政策標準，從公路行業(yè)整體的發(fā)展規(guī)劃出發(fā)，落實好行業(yè)監(jiān)管和服務的工作內(nèi)容，規(guī)范好不同類型建筑企業(yè)（建設單位、勘察設計單位、總承包單位、施工單位、第三方單位等）的智慧工地產(chǎn)品和應用標準，真正做到智慧工地技術(shù)貫穿工程建設項目的全生命周期。

（2）建立智慧工地立體式發(fā)展的應用框架，不單單在某個項目的某個部位使用，建立多層級的管理系統(tǒng)，即集團——公司——子公司——項目部的管理系統(tǒng)層級，實現(xiàn)由當前的點線轉(zhuǎn)變?yōu)槊娴膽梅秶?/p>

（3）探索如何解決當下的工程管理驗收規(guī)范標準與信息化的檢測驗收標準相互轉(zhuǎn)換，并得到行業(yè)監(jiān)管部門的認可。如：路基智能碾壓的壓實標準是否可直接作為路基壓實合格的判定標準。

（4）當前智慧工地技術(shù)只是在公路工程的某個點、塊進行應用，如何將所有的關鍵工序和施工流程都運用到智慧工地技術(shù)，將是未來的發(fā)展重點。

（5）在探索結(jié)合綠色建筑、裝配式建筑以及四新技術(shù)等方面，智慧工地系統(tǒng)可與之相輔相成地發(fā)展。

4 結(jié)論

本文介紹了公路工程智慧工地管理系統(tǒng)目前的應用現(xiàn)狀，主要包含智慧工地管理平臺和數(shù)字化生產(chǎn)平臺兩方面的應用現(xiàn)狀，并列舉了項目當前使用的相應功能，總結(jié)了相關優(yōu)缺點。并結(jié)合當下行業(yè)最新發(fā)展現(xiàn)狀做出了發(fā)展展望。得出了如下結(jié)論：

（1）公路工程智慧工地技術(shù)應用已經(jīng)是建筑行業(yè)信息化發(fā)展的必然趨勢，且智慧工地技術(shù)的應用確實能節(jié)省建設項目的成本、提升建設項目的安全質(zhì)量管理水平。

（2）公路工程智慧工地管理系統(tǒng)應按照統(tǒng)一的標準和要求進行開發(fā)，做好標準的數(shù)據(jù)接口，以達到不同單位之間的平臺能夠相互結(jié)合，可節(jié)省不同標準數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的時間和成本。

（3）公路工程智慧工地管理系統(tǒng)應按照統(tǒng)一的標準生產(chǎn)智慧工地產(chǎn)品，有利于行業(yè)針對各類企業(yè)的監(jiān)管和服務。

（4）目前，公路工程智慧工地管理系統(tǒng)的使用成本較高，在中小型建筑企業(yè)的項目應用程度低，可通過總分包的管理模式，將小型企業(yè)參與到大企業(yè)的項目管理中進行帶動發(fā)展，以促進智慧工地技術(shù)在全行業(yè)的發(fā)展，也可盡快實現(xiàn)應用等標準的統(tǒng)一。

（5）隨著公路行業(yè)及企業(yè)智慧工地應用的發(fā)展，智慧工地應用將成為一項基本的技術(shù)技能，行業(yè)和企業(yè)應加大培養(yǎng)智慧工地專業(yè)技術(shù)人才的力度。

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