數(shù)據(jù)采集技術(shù)在施工現(xiàn)場管理中的應(yīng)用研究

靳立磊（山東高速資源開發(fā)管理集團有限公司，山東濟南 250101）

準確、完備、可靠的工程數(shù)據(jù)，不僅可以為施工方現(xiàn)場作業(yè)提供更好的借鑒，還可以輔助施工現(xiàn)場管理人員對作業(yè)環(huán)境的感知，從而制定更加科學合理的施工管理方案[1]。為落實此項工作，部分施工單位在現(xiàn)場施工作業(yè)時，嘗試了將信息化技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)引進施工現(xiàn)場，通過此種方式，實現(xiàn)對現(xiàn)場工程數(shù)據(jù)的實時感知與獲取[2]。但如何基于現(xiàn)代化技術(shù)落實對現(xiàn)場作業(yè)的管理，還有待深入考究，因此，下述將基于數(shù)字采集技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計對應(yīng)的現(xiàn)場管理方案，為工程施工方與管理方提供進一步的參照與借鑒。

1 工程概況

本文研究的工程項目為某地區(qū)建筑項目，此項目位于較為繁華的地段，工程項目概況見表1。

表1 建設(shè)工程項目概況

為提供施工現(xiàn)場更科學的管理作為支撐，在施工前，安排專門的技術(shù)人員進行場地環(huán)境的勘查，經(jīng)過大量的勘查與數(shù)據(jù)統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，施工場地屬于淤泥質(zhì)場地，施工難度較大[3]。要實現(xiàn)在預(yù)期時間內(nèi)完成項目施工，應(yīng)結(jié)合項目需求，制定完善的管理方案。

為了協(xié)助市政工程單位組織的工程項目施工任務(wù)，需要深入淤泥質(zhì)場地施工的研究，掌握與軟土地質(zhì)環(huán)境施工相關(guān)的工作要點。例如，施工前，參與施工的工作人員應(yīng)明確此類地質(zhì)在施工中具有影響因素多的特點，這些影響因素會在不同程度上干預(yù)工程施工進度，直接或間接影響地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。為解決此方面問題，下文將根據(jù)工程施工質(zhì)量要求，設(shè)計對應(yīng)的現(xiàn)場管理方案。

2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)在施工現(xiàn)場管理中的應(yīng)用

2.1 施工現(xiàn)場資源管理

施工時，若能夠針對施工現(xiàn)場使用的設(shè)備、材料等進行優(yōu)化配置和動態(tài)管理，則能夠有效保障施工的質(zhì)量、進度等按照設(shè)計計劃方案完成。由于施工現(xiàn)場會產(chǎn)生大量的生產(chǎn)要素信息，因此需要結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)對施工現(xiàn)場各類資源的統(tǒng)一管理。在施工現(xiàn)場根據(jù)工程設(shè)計要求，明確資源的數(shù)量、設(shè)備及材料的進場時間、進場后的相關(guān)要求，針對各類資源進行合理的配置和組合，并使其能夠充分應(yīng)用到施工當中[5]。在應(yīng)用現(xiàn)代化采集技術(shù)后，針對施工現(xiàn)場的材料計劃、采購、儲備等可按照圖1所示的流程進行管理。

圖1 施工現(xiàn)場的材料計劃、采購、儲備等管理流程

借助現(xiàn)代化數(shù)據(jù)采集技術(shù)，針對各類施工材料信息進行快速識別并記錄。具體而言，以某鋼筋構(gòu)件為例，對其進行管理時，可在鋼筋構(gòu)件上貼入電子標簽，并利用讀卡器實現(xiàn)對鋼筋構(gòu)件生產(chǎn)廠商信息、生產(chǎn)批次信息以及質(zhì)檢情況信息的讀取[6]。同時，在施工進行中，針對每一項施工材料的使用情況記錄，進一步提高施工材料的管理效率，并且能夠降低勞動成本。根據(jù)材料的使用情況以及入庫存量，及時與供應(yīng)商進行實時溝通。結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)，對施工材料、機械設(shè)備等進行跟蹤和定位。在這一過程中可按照式（1），生成各類現(xiàn)場資源標簽。

式中Wα(w)-施工現(xiàn)場資源標簽；

i-施工現(xiàn)場資源種類數(shù)量；

Pr-基于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的資源信息配對過程表達；

α-施工現(xiàn)場資源屬性數(shù)值；

xi-施工現(xiàn)場某一種類i的具體資源量。

利用式（1）生成施工現(xiàn)場資源標簽，通過計算機可實現(xiàn)對資源標簽的統(tǒng)一管理，以此達到對施工現(xiàn)場資源的數(shù)字化管理。

2.2 基于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的施工現(xiàn)場生產(chǎn)率分析

在完成上述對施工現(xiàn)場資源的管理后，再結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)，針對施工現(xiàn)場的生產(chǎn)率進行分析。通過施工現(xiàn)場的生產(chǎn)率可以衡量施工中各項生產(chǎn)要素的使用效率[7]。結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)信息，將施工現(xiàn)場的生產(chǎn)率劃分為靜態(tài)生產(chǎn)率和動態(tài)生產(chǎn)率兩種。其中靜態(tài)生產(chǎn)率可通過式（2）計算得出。

式中η靜-施工現(xiàn)場的靜態(tài)生產(chǎn)率；

m-施工現(xiàn)場管理期間總產(chǎn)出量；

m′-施工現(xiàn)場管理期間要素投入量，即各類施工材料、設(shè)備以及勞動力的投入量。

動態(tài)生產(chǎn)率的計算公式見式（3）。

式中η動-施工現(xiàn)場的動態(tài)生產(chǎn)率；

η′靜-施工現(xiàn)場基準期靜態(tài)生產(chǎn)率；

p-基準期產(chǎn)出量；

p′-基準期投入量。

根據(jù)式（2）和式（3）可實現(xiàn)對施工現(xiàn)場動態(tài)生產(chǎn)率和靜態(tài)生產(chǎn)率的綜合分析，結(jié)合得出的具體數(shù)值，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的規(guī)劃、測定、評價和控制，以此達到對施工現(xiàn)場管理的目的。

2.3 現(xiàn)場施工質(zhì)量與進度管理

在上述論述基礎(chǔ)上，再完成對施工現(xiàn)場質(zhì)量和進度的管理。以打樁施工為例，在施工現(xiàn)場可選擇在樁頂部位置植入一個RFID標簽，并通過無線電信號的方式實現(xiàn)對打樁施工是否達到規(guī)定深度的判定。針對施工現(xiàn)場帶有標記的施工材料，可以將供應(yīng)商、品類、規(guī)格等信息存儲到RFID識別裝置當中，確保在施工過程中所使用的材料為所需的材料[8]。同時，在混凝土結(jié)構(gòu)當中也可以嵌入RFID標簽和溫度傳感器，以此實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)固化過程的實時監(jiān)測，以及對混凝土表面質(zhì)量、平整度等質(zhì)量評價參數(shù)的評估。再結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)建立竣工三維模型，利用竣工三維模型與施工現(xiàn)場的比較，能夠更快速找出與設(shè)計方案存在偏差或缺陷的位置，以此給出更合理的施工補償措施，從而確保施工質(zhì)量符合設(shè)計要求。

除此之外，結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)還可實現(xiàn)對施工現(xiàn)場具體施工進度的管理。對施工現(xiàn)場進行自動監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控反饋實現(xiàn)對現(xiàn)場施工的管理和決策，并盡快處理顯著偏離計劃的現(xiàn)場施工活動。還可采用將計劃施工接近度與現(xiàn)場施工進度對比的形式，結(jié)合3D數(shù)字點云，實現(xiàn)對實際進度覆蓋模型面積的展示，并通過攝影測量技術(shù)從數(shù)字圖像中獲取3D模型，將其與竣工三維模型進行對比，以此提取更多施工現(xiàn)場的進度信息。最后，針對數(shù)據(jù)采集技術(shù)獲取到的各項進度信息，可以用三維形式對其進行展現(xiàn)，實現(xiàn)對項目現(xiàn)狀更直觀的展示，從而為管理人員制定決策提供更可靠的依據(jù)，并且在確保施工質(zhì)量的前提條件下，促進施工進度的提升。

3 管理效果分析

完成此方法設(shè)計后，為檢驗設(shè)計的方法在工程項目現(xiàn)場管理中的應(yīng)用效果，下述將以某工程項目為例，設(shè)計實例實驗。實驗步驟如下。

根據(jù)施工現(xiàn)場部署，按照本文設(shè)計的方法，在管理終端設(shè)計一個UWB商業(yè)管理終端，管理終端構(gòu)成見表2。

表2 UWB施工現(xiàn)場商業(yè)管理終端構(gòu)成

結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)管理需求，根據(jù)信號在終端到達的時間差，合理布置在施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境中的多個超寬帶接收機，將接收機與定位系統(tǒng)進行連接，放置在管理室中，通過此種方式，實現(xiàn)對施工作業(yè)現(xiàn)場人員、機械、采用的集中管理。同時，根據(jù)不同機械與材料所在的空間位置，布置對應(yīng)的標簽，接入網(wǎng)絡(luò)后，按照接收機反饋數(shù)據(jù)的速度，進行空間數(shù)據(jù)與信息的實時更新。

確定實驗方案后，與施工現(xiàn)場工作人員進行交涉，圈定不同設(shè)備在現(xiàn)場中的有效覆蓋范圍，從而確定現(xiàn)場施工管理范圍。

使用三維激光掃描設(shè)備對施工現(xiàn)場與作業(yè)場地進行掃描，掌握更多的施工現(xiàn)場三維數(shù)據(jù)，將其作為管理工作的支撐。

安裝接收機設(shè)備時應(yīng)注意保持不同設(shè)備之間的合理間距，當設(shè)備之間存在障礙物時，可采用適當調(diào)整接收機位置或增加接收機數(shù)量的方式，確保終端反饋數(shù)據(jù)的完整性。必要情況下，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)場設(shè)置不同高度的接收機。

實時獲取數(shù)據(jù)，輔助三維建模技術(shù)，構(gòu)建針對施工現(xiàn)場的三維可視化模型，更新現(xiàn)場機械車輛的位置數(shù)據(jù)，通過此種方式，實現(xiàn)對現(xiàn)場作業(yè)機械的規(guī)范化管理。

按照上述方式，完成對本文實驗的設(shè)計，將反饋的施工機械車輛現(xiàn)場軌跡與車輛真實軌跡在三維空間中進行匹配，當軌跡呈現(xiàn)適配狀態(tài)時，說明本文在設(shè)計管理方法時引進的數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有一定可行性，反之，說明本文設(shè)計的方法無法實現(xiàn)對現(xiàn)場作業(yè)車輛的跟蹤，即無法實現(xiàn)對現(xiàn)場規(guī)范化管理的輔助。按照此種方式，整理實驗結(jié)果，如圖2所示。

圖2 施工現(xiàn)場作業(yè)車輛行進軌跡

從圖2的實驗結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的方法可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場作業(yè)車輛行進軌跡的高精度描述，即基于數(shù)據(jù)采集技術(shù)反饋的車輛作業(yè)信息與車輛在現(xiàn)場的實際作業(yè)信息匹配度較高，由此可以證明本文設(shè)計的方法在實際應(yīng)用中具有可行性。可以參照此種方式，在現(xiàn)場進行其他工作的管理，以此種方式，提高管理工作的規(guī)范性，提升現(xiàn)場施工作業(yè)效率。

4 結(jié)語

通過本文的研究，明確了使用現(xiàn)代化技術(shù)輔助施工現(xiàn)場管理的必要性與可行性，為進一步實現(xiàn)對此方面工作的優(yōu)化，提高現(xiàn)場作業(yè)效率，優(yōu)化施工現(xiàn)場生產(chǎn)水平，還應(yīng)在后續(xù)的相關(guān)工作中，加大對技術(shù)研究的投入。同時，應(yīng)從施工現(xiàn)場資源配置層面入手，根據(jù)施工隊伍的人數(shù)、規(guī)模，進行現(xiàn)場作業(yè)人員的配置，保證將施工中的權(quán)責劃分落到實處，通過此種設(shè)計方式，可降低工程施工成本并縮短工期。