基于云技術的智慧工地在“一帶一路”工程項目中的運用

一.建設背景

“一帶一路”戰略是我國為打造國際合作新框架與新平臺、推動產業結構調整與經濟持續發展的重要戰略，基礎設施建設是“一帶一路”戰略互聯互通工程的優先領域。作為最早參與“一帶一路”建設的中國企業之一，中國交通建設集團有限公司一直致力于打造全球一流企業。中國路橋作為中國交建“一體兩翼”海外發展與外經平臺，積極響應國家“走出去”戰略的號召，始終堅持全球化視野布局，創新進取，積極應用大數據等“互聯網+”技術，加快推進企業轉型升級發展。

為全力打造國際領先的全球承包商，中國路橋利用先進的互聯網+技術推動企業供給側結構性改革，向管理要效益，培育核心競爭力，嚴把施工質量，提高現場施工管理現代化水平及施工過程的安全性、規范性、高效性。

眾所周知，工程施工是一個高度動態的過程，管理極為復雜，施工過程中路面信息獲取不全面，無法進行有效管控是公路工程質量事故頻發的原因之一。以傳統的碾壓施工過程為例，由于碾壓軌跡無法實時顯示，過程數據錄空白，導致機手只能憑猜測和經驗施工，業主和監理單位無法做到壓實質量實時控制，再加上事后土工檢測只是在個別點上進行，從而無法完全保證整個作業面壓實質量的均勻性和一致性。

因此，構建公路施工數字化系統，實現公路數字化施工尤為必要。通過高速通信網絡和數字化技術的支持，運用高精度GPS技術、傳感器技術、物聯網技術及計算機技術研發一套能夠對壓實機壓實路徑精確導航、直觀展現施工過程、真實記錄碾壓全過程數據（如圖1所示）、為施工質量控制和公路施工過程控制的數字化施工系統，對解決公路碾壓施工實時引導、過程控制以及事后查詢等問題都具有重要的意義。

圖1 公路施工數字化系統數據采集示意圖

中國路橋工程有限責任公司和中交第四公路工程局聯合打造中國交建范圍內首個智慧工地-塞內加爾MK高速公路項目，利用智慧工地有效地控制公路填筑料的攤鋪厚度、攤鋪平整度、壓實施工過程的碾壓遍數、壓實度值、行進速度、振動頻率等施工參數，保證攤鋪、碾壓質量，可動態還原施工過程，并且最終實現降本增效的目的，在國內、海外公路建設市場具備更強的競爭力。

二.智慧工地的建設意義

運用智慧工地在施工過程中對各個施工環節進行實時質量監測分析，對施工過程中實際的工藝參數進行詳細記錄分析，建立全過程數字化控制與管理技術平臺。通過路基路面數字化施工質量控制系統的建設，著力于提高公路建設規范性、高效性、安全性，不僅可以提高對施工過程可視化分析，還可以提出相應的防治措施，為日后公路工程質量提供相應的借鑒和指導，全面提高施工中全方位全過程的質量管控水平，使企業在國內、海外公路建設市場具備更強的競爭力。系統實現后場拌合、運輸，前場施工，從材料拌合到路基路面施工全過程的數字化、即時質量控制，做到有效的事中質量控制。具體如下：

1.提高現場管理施工質量

實時數據采集監控確保現場的施工過程符合規范。當系統發現施工過程或施工工藝和項目規范出現偏差時，立即通過施工APP軟件等手段通知相關管理者和施工人員，做到對施工工藝的及時糾偏。使施工過程的實時質量監控成為現實。

2.提高效率降低人力物力成本

利用信息化手段，通過對各環節施工質量和施工進度的實時采集監測，優化工料之間的調度，減少施工資源浪費，從而提升整體管理效率和施工效率。通過車載人機交互可視化設備，施工人員可根據掌控即時壓實軌跡及壓實效果，在保證路基路面壓實質量的同時，避免了機械重復作業，節省了不必的機械運行、時間及人工成本。

3.保障項目進度

通過提供的項目進度報表和項目進度預警，能在任何時間、任何地點都能夠詳細了解項目進度的偏差、項目完工及未完工報表、項目進度預警等關鍵信息。

4.提供施工質量回溯手段

采集施工過程的所有數據，并將其存儲于云中心，后期可以使用原始數據對歷史施工過程、施工參數、施工工藝進行回溯和重放。

5.提高數據的真實性

施工全過程使用傳感器和物聯網終端進行自動化數據采集，代替常規的人工填報方式，有效避免了人為因素影響，提高了施工質量、進度數據的真實性，從而解決責任不明、效率低下等管理難題。

6.提升筑路過程中數據使用率

施工過程中采集到的所有施工數據進行長久保存，為后期公路養護過程中提供準確、全面的原始施工數據。對路基、路面的施工工藝、施工材料的生產過程中的數據在養護作業中進行充分利用。

7.提供海外施工可借鑒網絡組建方案

智慧工地中打通施工現場互聯網通道，構建公路施工數字化系統，為公路建設水平與能力提供重要的技術支撐，為施工質量控制和公路施工過程控制提供前端參考數據，也為碾壓施工過程實時控制提供重要的基礎。對解決公路碾壓施工實時引導、過程控制以及事后查詢等問題都具有重要的意義。

三.智慧工地推進和實施的重難點問題

智慧工地的運用在整個施工的最前端，在項目施工一線現場，為此項目的硬件基礎設施，特別是網絡設施情況就成為制約該項目推進的重難點。塞內加爾位于西非，網絡基礎設施環境非常薄弱，如何將最先進的信息化技術有效地利用于項目前段施工過程中，打通信息化建設的“最后一公里”就成為了關鍵。想要將管理的觸角延伸，由粗放化管理走向精細化管控，必須踢開網絡擎制這個項目推進的首當其沖的絆腳石。

為解決網絡“最后一公里”問題，項目應用衛星-互聯網-專網的組網方案，以最經濟高效的方式搭建項目施工現場wi fi環境，為機械設備提供數據傳輸條件。

圖2 智慧工地網絡示意圖

四.智慧工地實施內容及成果

智慧工地系統建設是以實際施工需求為導向，以建立并完善公路土方碾壓施工過程和施工質量管理智能化、信息化、可視化的長期目標。通過本項目的實施實現在對業主單位、施工單位、現場項目部的公路數字化施工控制和質量檢測應用。構建“滿足對工程碾壓質量及設備管理需求、細節可檢測、設備可跟蹤、工程可審查、具有行業特色、智能化與專業化相結合”的系統，全面提升業主單位對公路碾壓程度以及設備的管控能力，為塞內加爾公路建設提供強有力的支撐。圖3為公路數字化施工系統框架圖。

圖3 公路數字化施工系統框架圖

智慧工地實施內容主要為公路攤鋪平倉系統，采用GPS、北斗等高精度定位和傳感器技術，結合實際施工中路段或者倉位信息，實時提示操作手鏟刀當前位置和設計位置，引導現場施工，解決傳統技術中對混凝土平倉施工的質量控制通過人為經驗來控制，帶來的倉面攤鋪不均勻、倉面攤鋪不到位等情況，從而解決影響施工質量的問題（如圖4所示）。

智慧工地公路攤鋪平倉系統主要包含行車速度監控模塊、碾壓遍數模塊、沉降量變化模塊、行車軌跡監控模塊、物料拌合站數據檢測模塊、激振力檢測模塊、視頻監控模塊、三維效果展示模塊、文件上傳與數據管理模塊、質量檢測分析模塊、統計數據輸出模塊及機手端PAD應用模塊。系統支持離線文件傳輸，在網絡中斷時，可手動將物聯網設備采集到的碾壓施工信息上傳到系統中，便于接下來的數據管理與質量分析。

在系統的編制過程中，主要以目前在公路施工中的各種標準、規范、政策及法規為相關依據。成果方面，最終要依托強大的大數據分析能力和數據可視化展示效果，實現包括以下幾方面的內容：1.工程特征數據的多維展示；2.公路填筑施工過程實時展示；3.公路碾壓數據分析（實時與結果）；4.單元工程碾壓施工過程報表生成；5.不同管理者的分權限、分層次及分標段進行數據查詢與工程管理；6.為項目后期運行維護提供數據支撐。

五.技術支撐

該套公路數字化施工系統由硬件設備和配套的控制軟件及業務應用軟件兩大部分構成。硬件設備和配套的控制軟件包括GPS基站+GPS流動站、壓路機CCS900連續溝壓實控制系統、數據后處理軟件SVO。系統主要有三層分布，第一層是系統數據庫及基礎技術層，這個層面服務器等計算資源都是基于主體工程建設信息云平臺系統中IaaS層基礎上的。其中相關物聯網技術是結合安裝在碾壓設備以及填筑物料運輸設備上的專有儀器開發的；第二層主要是系統中間件層；第三層是系統應用層，主要是將各種信息通過系統用戶界面展示出來，為工程施工過程質量控制以及工程優化調整提供參考與支撐。

圖4 平倉系統組成結構圖

智慧工地系統作為一個集成系統應用，必須確保系統的安全、穩定、可靠運行，根據整體規劃、分步實施的總體思路，在滿足低成本和具備以后升級集群能力的基礎上，本系統采用雙機互備的部署方式，在總部機房兩臺服務器上分別安裝應用程序和數據庫系統，兩臺服務器并列運行，互為備份，總部局域網與公網之間采用硬件防火墻和強隔離裝置進行安全保障，施工單位、項目部通過公網訪問系統進行信息的錄入填報，確保信息系統的應用。最后，隨著系統的建設，需要同步出臺有關的安全管理制度、規范，并配以安全培訓等管理措施，從管理上保證系統的安全。

同時，施工系統為外接三維系統提供系統接口，外接系統可方便快捷的直接調用系統內部數據，進行直觀展示。不僅能為公路建設水平與能力提供重要的技術支撐，也為碾壓施工過程實時控制提供重要的基礎。

六.總述

綜上所述，基于云技術的智慧工地在“一帶一路”工程項目中可以充分發揮信息化技術優勢，打通信息化建設最后一公里，讓信息化手段服務于工程項目施工管控，提升項目施工質量，讓項目施工管理更加合理和高效。

智慧工地的探索和實踐，將形成寶貴的施工過程數據等信息資產，提供海外項目數字化施工可借鑒方案，整體提高中國施工企業信息化水平，讓施工企業在“一帶一路”的道路上發展的更加從容和自信，從而帶動更多的中國企業“走出去”。