智慧工地管理的應(yīng)用實踐與發(fā)展前景探討

摘要：隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，智能化管理手段逐步走進(jìn)社會的各個領(lǐng)域。智能化管理手段的應(yīng)用大大提高了工作效率，節(jié)約了人力資源成本，使工作成果更可靠、更放心。文章就濟(jì)南市某新建高速公路在臺背軟基處理方面采用的智慧工地管理成果和經(jīng)驗展開分析，闡述了智慧工地管理應(yīng)用的必要性和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯；水泥攪拌樁；北斗智能控制系統(tǒng)；一體化高速智能渦流制漿系統(tǒng)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.057

中圖分類號：TU 71，TN 96，TP 3" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-0-03

Discussion on Application Practice and Development Prospect of Smart Site Management

LIU Hongtian1， YANG Zhuang2

（Shandong Traffic Engineering Supervision Consulting Co.， Ltd.， Ji’nan 250014， China; 2. CCCC First Highway Engineering Co.， Ltd.， Haiwei Engineering Construction Co.， Ltd.， Beijing 101100， China）

Abstract： With the development of the Association and the progress of science and technology， intelligent management means have gradually entered all fields of society. The application of intelligent management means has greatly improved the work efficiency， saved the cost of human resources， and made the work results more reliable and reassuring. This paper analyzes the results and experience of smart site management adopted in the treatment of soft foundation behind the abutment of a new expressway in Jinan， and expounds the necessity and development prospects of the application of smart site management.

Key words： dynamic compaction; cement mixing pile; beidou intelligent control system; integrated high-speed intelligent vortex pulping system

1" 軟基處理概述

濟(jì)南市某新建高速公路地處黃河沖積平原地帶，地下水位較高，地質(zhì)條件為飽和粉土、砂土等分布，地質(zhì)狀況復(fù)雜多變。為解決橋頭臺背不均勻沉降問題，本項目采用水泥攪拌樁和強(qiáng)夯進(jìn)行處理。

水泥攪拌樁：設(shè)計工程量為172萬延米，樁直徑為50 cm，樁長根據(jù)臺背填土高度的不同而不等。在施工前進(jìn)行試樁試驗，樁數(shù)為5根，以取得滿足設(shè)計噴入量的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間噴入量等[1]。在攪拌時停漿面高于樁頂設(shè)計標(biāo)高500 mm。在開挖時，對樁頂以上土層及樁頂施工質(zhì)量較差的樁段采用人工挖除[2]。

強(qiáng)夯：設(shè)計工程量為39.9萬㎡，按照2遍點夯和2遍滿拍夯設(shè)計。點夯采用正方形布置，第1遍夯點間距為6 m，第2遍點夯夯點在第1遍點夯的4個夯點組成的正方形中心位置，單點夯擊次數(shù)不少于6擊，以最后兩擊夯沉量不大于5 cm作為止夯條件。夯擊要求采取2遍點夯之后再進(jìn)行2遍滿拍夯，滿拍夯錘印搭接為錘底面直徑的1/3[3]，處理范圍為超出路基每邊坡腳的寬度不小于3 m[4]。

2" 軟基處理施工質(zhì)量控制難點

軟基處理施工質(zhì)量難點主要有以下兩點。

（1）水泥攪拌樁為隱蔽工程，且點多面廣，需要安排專人進(jìn)行現(xiàn)場全過程跟蹤，記錄每一根攪拌樁的成樁時間以及噴漿量等數(shù)據(jù)指標(biāo)。對成樁質(zhì)量狀況無法提前預(yù)知，如若某個方面出現(xiàn)了質(zhì)量缺陷無法及時反饋給項目管理部門，會導(dǎo)致未達(dá)到預(yù)期效果而處理失敗的風(fēng)險發(fā)生。

（2）強(qiáng)夯施工同樣點多面廣，每個工點至少需要安排一組測量人員全過程逐點逐夯進(jìn)行測量記錄，每個測量組至少由3人組成。在進(jìn)行測量工作時，每夯擊一錘需停錘，待測量人員測量完畢后才能進(jìn)行下一錘夯擊。在夯擊設(shè)備移機(jī)到下一夯點時，由于點位完全由夯擊設(shè)備操作人員靠目測確定點位，會對夯點點位帶來較大誤差。

從以上軟基處理施工控制分析來看，傳統(tǒng)的施工工法工作效率非常低，質(zhì)量無法預(yù)控，需要投入大量的人力物力，導(dǎo)致工期耽誤，成本增加。而本項目工期緊、任務(wù)重，軟基處理工作的施工進(jìn)度將會嚴(yán)重制約著整個項目工期。

3" 智慧工地管理的使用原理

為克服傳統(tǒng)施工工法的施工缺陷，本著科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、高效的原則，本項目在軟基處理方面建立了智慧工地管理體系，引進(jìn)了“北斗智能控制系統(tǒng)”和“一體化高速渦流制漿系統(tǒng)”。智慧工地管理體系的建立大大提高了工作效率，降低了成本，質(zhì)量得到了保證，取得了良好的預(yù)期效果。

3.1 強(qiáng)夯智能化信息系統(tǒng)

一套強(qiáng)夯智能信息化系統(tǒng)包括系統(tǒng)平臺、定位基站、夯擊信息化終端系統(tǒng)、系統(tǒng)App四個部分，完成從夯點上傳下載、夯點引導(dǎo)、夯擊次數(shù)、夯沉落距、夯沉量，到數(shù)據(jù)上傳、報告生成、導(dǎo)出報表、日常管理查看的全過程。

采用智能化信息系統(tǒng)，無須對夯擊現(xiàn)場人工打點，只需將夯點坐標(biāo)錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)安裝在夯擊設(shè)備上的北斗定位天線自行對夯點定位，同時自動移機(jī)至下一夯點。在整個夯擊施工過程中，系統(tǒng)通過北斗一體化衛(wèi)星定位系統(tǒng)引導(dǎo)夯點放樣顯示，并與編碼傳感器、拉力傳感器結(jié)合計算夯擊次數(shù)、夯錘落距、沉降量等。在駕駛室內(nèi)的終端上對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和展示，指導(dǎo)機(jī)手作業(yè)，同時將數(shù)據(jù)實時上傳至后臺管理平臺，實現(xiàn)夯機(jī)施工的遠(yuǎn)程管理信息化。施工現(xiàn)場僅需留1～2人進(jìn)行安全以及其他問題的現(xiàn)場管理即可。只要不因噪音造成擾民事件，即可實現(xiàn)全天候不停夯擊作業(yè)。

3.2 水泥攪拌樁智能化信息系統(tǒng)

3.2.1 水泥攪拌樁智能信息化設(shè)備

一套水泥攪拌樁智能信息化設(shè)備系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件應(yīng)用系統(tǒng)組成。系統(tǒng)將北斗高精度定位定向終端、深度傳感器、傾角傳感器、流量傳感器等設(shè)備安裝在水泥攪拌樁機(jī)上。

通過北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)監(jiān)測鉆孔位置，利用傾角傳感器監(jiān)測樁身垂直度，編碼傳感器判斷深度，流量傳感器監(jiān)測泥漿注入量，再通過控制終端對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和展示，通過控制終端內(nèi)置的移動通信網(wǎng)絡(luò)模塊將數(shù)據(jù)實時上傳至鐵路工程管理平臺，實現(xiàn)水泥攪拌樁施工的遠(yuǎn)程管理。

通過該系統(tǒng)無須在施工現(xiàn)場進(jìn)行打點定位，只需將點位坐標(biāo)輸入到智能系統(tǒng)的操作端，系統(tǒng)通過安裝在鉆機(jī)設(shè)備上的北斗定位系統(tǒng)可實現(xiàn)自動定位移機(jī)，達(dá)到精準(zhǔn)定位。通過試驗室配合比和計算得出每延米所需要的水泥漿液噴漿量，將噴漿量錄入系統(tǒng)中，在后臺便能夠適時掌握每根樁的噴漿情況，在鉆孔過程中實現(xiàn)自動調(diào)整鉆孔垂直度等功能。施工現(xiàn)場僅需配置少量工作人員參與現(xiàn)場管理即可，大大提高了工效和節(jié)約了成本。

3.2.2 一體化移動高速智能渦流制漿系統(tǒng)

一體化移動高速智能渦流制漿系統(tǒng)由一級高速渦流制漿機(jī)、二級儲漿桶、空壓機(jī)氣路系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、配電及計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)等部分組成。該設(shè)備外形體積較小、占地面積少，便于移動和沖洗，使用范圍廣。

一體化移動高速渦流制漿系統(tǒng)工作原理：①儲料倉內(nèi)的水泥通過變頻螺旋輸送機(jī)送至制漿系統(tǒng)中，制漿機(jī)上設(shè)置有稱重傳感器，實時將質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)水泥的質(zhì)量數(shù)據(jù)及預(yù)設(shè)配比值調(diào)節(jié)制漿供水量大小，從而控制水泥漿液的密度，滿足使用要求。將水泥與水在制漿機(jī)內(nèi)通過渦流作用高速攪拌制成合格漿液。②合格的水泥漿液由制漿機(jī)導(dǎo)入二級儲漿攪拌桶，攪拌桶上方設(shè)有液位傳感器與計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)連接，實時監(jiān)測漿液位置，攪拌機(jī)持續(xù)攪拌防止?jié){液沉淀。③根據(jù)實際情況將漿液由注漿泵通過注漿管路輸送至相應(yīng)注漿地點，管路上配有電磁流量計、壓力傳感器等實時監(jiān)測注漿過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，保證注漿站正常工作。

4" 智慧工地管理的應(yīng)用實踐

濟(jì)南市某新建高速公路嚴(yán)格落實交通運輸部提出的“公路建設(shè)人本化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精細(xì)化的‘五化’管理，全面推行現(xiàn)代工程管理”的公路建設(shè)理念，本著“高效、節(jié)能、降本、增效”的原則在本項目推行智慧工地管理系統(tǒng)建設(shè)。強(qiáng)夯、水泥攪拌樁智慧工地管理系統(tǒng)的應(yīng)用有力證明了智能化、信息化建設(shè)的必要性。

（1）本項目橋頭軟基處理共投入水泥攪拌樁智能信息化系統(tǒng)20套（每套系統(tǒng)由一套水泥攪拌樁智能信息化打樁機(jī)和一臺一體化移動智能高速渦流制漿機(jī)組成），投入智能信息化強(qiáng)夯系統(tǒng)16套，兩系統(tǒng)由后臺的計算機(jī)終端和手機(jī)App進(jìn)行全過程遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（2）在智慧工地管理系統(tǒng)組建過程中，首先由設(shè)備系統(tǒng)開發(fā)方進(jìn)行詳細(xì)的交底和培訓(xùn)。對所有設(shè)備進(jìn)行了調(diào)試和驗證，確認(rèn)設(shè)備系統(tǒng)的各項指標(biāo)均合格，且各零部件之間互相匹配良好。將通過試驗、試樁、試夯得出的數(shù)據(jù)參數(shù)全部錄入智慧工地管理系統(tǒng)，形成了完整的閉合管理體系，并將數(shù)據(jù)在施工期間不間斷地上傳到后臺管理平臺。

（3）建立后臺管理平臺。根據(jù)智慧工地管理系統(tǒng)所需要控制的數(shù)據(jù)指標(biāo)建立了手機(jī)App終端以及后臺計算機(jī)終端，對每個需要監(jiān)控的指標(biāo)均設(shè)置了預(yù)警值，在施工過程中，如果有控制指標(biāo)超出控制指標(biāo)允許范圍，將通過手機(jī)短信立即向后臺管理者推送預(yù)警短信，后臺管理者在接收到預(yù)警短信后可立即發(fā)出修正指令，要求施工前方立即整改，達(dá)到了遠(yuǎn)程質(zhì)量控制的目的。

（4）后臺系統(tǒng)的監(jiān)控采取監(jiān)理總監(jiān)辦、駐地辦、施工單位三級管理方式。總監(jiān)辦能夠通過手機(jī)App監(jiān)控全線智慧工地管理數(shù)據(jù)，駐地辦能監(jiān)控所管轄標(biāo)段的數(shù)據(jù)，施工單位能監(jiān)控自己標(biāo)段的工地施工信息。為實現(xiàn)對項目水泥攪拌樁施工過程質(zhì)量監(jiān)管，全線借助監(jiān)理協(xié)同平臺信息化應(yīng)用，開展水泥攪拌樁施工數(shù)據(jù)的實時采集與分析預(yù)警。具體如下。

①施工單位指定工程部與計劃合同部部長為水泥攪拌樁施工數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)人，對本單位信息化應(yīng)用執(zhí)行落實情況總負(fù)責(zé)。

②關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)（樁長、成樁次數(shù)、水泥漿灌入量）預(yù)警區(qū)間數(shù)值包含“樁深預(yù)警區(qū)間數(shù)值、成樁次數(shù)預(yù)警區(qū)間數(shù)值、水泥漿灌入量預(yù)警區(qū)間數(shù)值”三部分。預(yù)警數(shù)值見表1。

③平臺中采用施工過程關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)（樁長、成樁次數(shù)、水泥漿灌入量）的短信預(yù)警功能，對達(dá)到預(yù)警值的數(shù)據(jù)及時通過手機(jī)短信推送給相關(guān)管理人員，后臺管理人員通過短信信息獲取預(yù)警的樁位、預(yù)警因素等信息，進(jìn)而精準(zhǔn)處理問題。

④強(qiáng)夯智能化信息平臺主要控制其每點夯擊次數(shù)、夯沉量等信息，主要控制指標(biāo)數(shù)據(jù)見表2。

（5）智慧管理工地管理界面操作。①進(jìn)入計算機(jī)或者手機(jī)App后臺界面。②單擊需要查看的水泥攪拌樁或強(qiáng)夯數(shù)據(jù)列表，可查看每根水泥攪拌樁或者夯點的上傳情況，單擊明細(xì)可查詢該水泥攪拌樁的每一階段的進(jìn)尺情況、噴漿量情況和成樁時間，以及夯點每一擊的數(shù)據(jù)上傳情況。③點擊界面可視化，可根據(jù)標(biāo)段、選擇路段和遍數(shù)，查看每根水泥攪拌樁和強(qiáng)夯夯點的上傳分布情況。④點擊軟基處理管理菜單－制漿數(shù)據(jù)記錄，可查看制漿機(jī)的制漿記錄；單擊操作明細(xì)，可查看制漿基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和配方明細(xì)。

5" 智慧工地管理應(yīng)用工效分析和發(fā)展前景

（1）采用智慧工地管理，減少了人員工作量，基本實現(xiàn)了智能化代替人工操作，大大降低了人力資源成本。

（2）實現(xiàn)了連續(xù)作業(yè)、數(shù)據(jù)自動記錄和上傳，避免了人為計算和記錄失誤造成的誤差，提高了精度。

（3）大大加快了施工進(jìn)度，基本實現(xiàn)了全天候不間斷施工，使施工效率得到了進(jìn)一步提高。

（4）施工質(zhì)量更有保障，能夠?qū)﹄[蔽工程施工過程中出現(xiàn)的問題精準(zhǔn)把握，及時消除隱患，確保了工程質(zhì)量。通過遠(yuǎn)程智慧管理，使隱蔽工程更加透明化，達(dá)到了建設(shè)放心工程、平安工程的目的。

從濟(jì)南市某新建高速公路項目智慧管理工地的應(yīng)用實踐來看，智慧管理工地有著非常廣闊的發(fā)展前景，在智能化、信息化、自動化飛速發(fā)展的當(dāng)今科技時代將會在各個領(lǐng)域得到更好應(yīng)用。■

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