智慧工地技術在公路工程的應用與發展研究

于會成 劉博

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

關鍵詞：智慧工地;公路工程;應用與發展研究

0 引言

《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》指出，“十三五”時期，我國要全面提高建筑業信息化水平，著力增強BIM、大數據、智能化、移動通訊、云計算、物聯網等信息技術集成應用能力，建筑業數字化、網絡化、智能化取得突破性進展，初步建成一體化行業監管和服務平臺，因此，未來企業的管理也將與行業的信息化監管手段相結合。

目前，傳統建筑業施工企業在項目管理方面，其工程項目數量較多且分布范圍廣，按照傳統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，且企業無法實時地獲取項目的動態信息，企業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、施工技術全面智能、工作互通互聯、信息協同共享、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、環等關鍵要素，可大大提升工程質量、施工安全，節約成本，提高施工現場決策能力和管理效率，實現工地的數字化、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，項目相對于其它公路項目受限條件較多，項目開工較晚，項目生產建設壓力大。為保證項目正常生產和履約，需要搭建一個信息交互的智慧工地管理系統，需加強各方溝通協調，實現基于信息平臺的信息溝通、信息發布、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。

2 智慧工地在公路工程的應用現狀

公路工程智慧工地管理系統主要包括兩方面。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，以項目管控為主線，覆蓋產值、工期、質量、安全等全要素的項目標準化管理系統;二是工程數字化施工生產平臺，主要聚焦生產一線、運用數字化技術指揮機械工具進行生產，通過數字化施工大數據分析來輔助施工工藝、工序升級。

目前，智慧工地在國內外發展情況主要為：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，建立互聯協同、科學管理的項目信息化生態圈，在國內外目前也是少見。二、工程數字化施工生產平臺在國內還處于起步階段，僅在道路施工領域有所應用，數字化施工數據平臺更是少之又少。所以，同時包含智慧工地和數字化施工平臺的智慧工地管理系統在國內外還未有先例。

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。浦清二標作為智慧工地管理系統的應用試點項目，項目部在應用過程中不斷完善其功能應用，并期望能夠將智慧工地管理系統和應用功能進行整合，實現統一和標準化，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應用現狀

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、本月進場數、當前在場數。

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）環境檢測：展示環境檢測的基本數據，溫濕度、風速等，百分比類采用環形圖展示。

6）安質情況：展示當前在場人數、特種作業人數、安全整改率、質量整改率、當前正在施工危險源數量、重大危險源數量。

7）黨群建設：圖片輪播展示黨群活動或者基層生產動態。

8）項目宣傳窗口：以視頻形式展示項目概況和影像內容。

（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大數據：①在平臺中采用GIS技術，集成組織機構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無縫鏈接實現二三維切換，將BIM模型中構筑物各部位的信息傳遞到數據中心，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建BIM模型進行關聯。

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。并按安全質量巡查的類型、狀態、時間做好統計，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據，可以隨時查看相關人員的信息。

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

到二維碼，生成二維碼并導出，方便現場使用，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項目的混凝土原材、外加劑、配合比、數量等相關信息，可以直接在平臺對混凝土等相關信息進行分析并導出，節約施工生產資源。

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

2.1.2 工程數字化施工生產平臺

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

公路工程的數字化測繪主要體現在勘察設計和施工生產過程中，包括數字攝影技術、數字測圖技術及數字測量技術在建筑變形監測中的應用。

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

（1）對機械設備、儀器儀表作業的功效及成本管理：

行業調查顯示，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。主要體現為：

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

2）設備數量多：現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）業務斷點多：影響設備管理工作的連續性、系統性，管理能力被迫下降——施工現場分工區，各工區工序節奏相互獨立，形成數據孤島。

4）管控手段少：管理人員少，管理手段粗放，費時費力。

現在公路工程數字化施工生產平臺是以工程機械設備的物聯網管理為切入點，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度。所有的數據不僅在（PC端）和小程序（移動端）實時、可視化呈現，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據的回溯分析，最終達成提升設備管理效率與項目經濟效益的目標。

（2）對機械設備、儀器儀表作業的安全質量管理：

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、混合料運輸、攤鋪碾壓等各個環節智能生產、科學管理的施工項目信息化生態圈，并將此數據在虛擬顯示環境下與互聯網采集到的工程信息進行數據挖掘分析，提供過程趨勢預測、實現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測系統、原材運輸監控系統、拌合站生產監控系統、混合料運輸監控系統、路面智能攤鋪碾壓系統、前場視頻監控系統。

3 公路工程智慧工地管理系統發展展望

目前的智慧工地管理系統一般采用較簡單的管理系統對項目進行管理，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，大數據不容易積累。望更多的公路項目在施工生產過程中運用智慧工地管理系統，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。

因此，未來的公路工程智慧工地管理系統發展應為：

（1）結合政策標準，從公路行業整體的發展規劃出發，落實好行業監管和服務的工作內容，規范好不同類型建筑企業（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）的智慧工地產品和應用標準，真正做到智慧工地技術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，即集團——公司——子公司——項目部的管理系統層級，實現由當前的點線轉變為面的應用范圍。

（3）探索如何解決當下的工程管理驗收規范標準與信息化的檢測驗收標準相互轉換，并得到行業監管部門的認可。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，將是未來的發展重點。

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

4 結論

本文介紹了公路工程智慧工地管理系統目前的應用現狀，主要包含智慧工地管理平臺和數字化生產平臺兩方面的應用現狀，并列舉了項目當前使用的相應功能，總結了相關優缺點。并結合當下行業最新發展現狀做出了發展展望。得出了如下結論：

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

（2）公路工程智慧工地管理系統應按照統一的標準和要求進行開發，做好標準的數據接口，以達到不同單位之間的平臺能夠相互結合，可節省不同標準數據相互轉換的時間和成本。

（3）公路工程智慧工地管理系統應按照統一的標準生產智慧工地產品，有利于行業針對各類企業的監管和服務。

（4）目前，公路工程智慧工地管理系統的使用成本較高，在中小型建筑企業的項目應用程度低，可通過總分包的管理模式，將小型企業參與到大企業的項目管理中進行帶動發展，以促進智慧工地技術在全行業的發展，也可盡快實現應用等標準的統一。

（5）隨著公路行業及企業智慧工地應用的發展，智慧工地應用將成為一項基本的技術技能，行業和企業應加大培養智慧工地專業技術人才的力度。

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