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(zhàn)略是我國為打造國際合作新框架與新平臺、推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整與經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，基礎設施建設是“一帶一路”戰(zhàn)略互聯(lián)互通工程的優(yōu)先領域。作為最早參與“一帶一路”建設的中國企業(yè)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(yè)。中國路橋作為中國交建“一體兩翼”海外發(fā)展與外經(jīng)平臺，積極響應國家“走出去”戰(zhàn)略的號召，始終堅持全球化視野布局，創(chuàng)新進取，積極應用大數(shù)據(jù)等“互聯(lián)網(wǎng)+”技術，加快推進企業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)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(lián)網(wǎng)+技術推動企業(yè)供給側(cè)結(jié)構性改革，向管理要效益，培育核心競爭力，嚴把施工質(zhì)量，提高現(xiàn)場施工管理現(xiàn)代化水平及施工過程的安全性、規(guī)范性、高效性。

眾所周知，工程施工是一個高度動態(tài)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(zhì)量事故頻發(fā)的原因之一。以傳統(tǒng)的碾壓施工過程為例，由于碾壓軌跡無法實時顯示，過程數(shù)據(jù)錄空白，導致機手只能憑猜測和經(jīng)驗施工，業(yè)主和監(jiān)理單位無法做到壓實質(zhì)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(yè)面壓實質(zhì)量的均勻性和一致性。

因此，構建公路施工數(shù)字化系統(tǒng)，實現(xiàn)公路數(shù)字化施工尤為必要。通過高速通信網(wǎng)絡和數(shù)字化技術的支持，運用高精度GPS技術、傳感器技術、物聯(lián)網(wǎng)技術及計算機技術研發(fā)一套能夠?qū)簩崣C壓實路徑精確導航、直觀展現(xiàn)施工過程、真實記錄碾壓全過程數(shù)據(jù)（如圖1所示）、為施工質(zhì)量控制和公路施工過程控制的數(shù)字化施工系統(tǒng)，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(shù)字化系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(lián)合打造中國交建范圍內(nèi)首個智慧工地-塞內(nèi)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(shù)、壓實度值、行進速度、振動頻率等施工參數(shù)，保證攤鋪、碾壓質(zhì)量，可動態(tài)還原施工過程，并且最終實現(xiàn)降本增效的目的，在國內(nèi)、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(huán)節(jié)進行實時質(zhì)量監(jiān)測分析，對施工過程中實際的工藝參數(shù)進行詳細記錄分析，建立全過程數(shù)字化控制與管理技術平臺。通過路基路面數(shù)字化施工質(zhì)量控制系統(tǒng)的建設，著力于提高公路建設規(guī)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(zhì)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(zhì)量管控水平，使企業(yè)在國內(nèi)、海外公路建設市場具備更強的競爭力。系統(tǒng)實現(xiàn)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(shù)字化、即時質(zhì)量控制，做到有效的事中質(zhì)量控制。具體如下：

1.提高現(xiàn)場管理施工質(zhì)量

實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)控確?，F(xiàn)場的施工過程符合規(guī)范。當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)施工過程或施工工藝和項目規(guī)范出現(xiàn)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(zhì)量監(jiān)控成為現(xiàn)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(huán)節(jié)施工質(zhì)量和施工進度的實時采集監(jiān)測，優(yōu)化工料之間的調(diào)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(jù)掌控即時壓實軌跡及壓實效果，在保證路基路面壓實質(zhì)量的同時，避免了機械重復作業(yè)，節(jié)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(zhì)量回溯手段

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

5.提高數(shù)據(jù)的真實性

施工全過程使用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)終端進行自動化數(shù)據(jù)采集，代替常規(guī)的人工填報方式，有效避免了人為因素影響，提高了施工質(zhì)量、進度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)使用率

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

7.提供海外施工可借鑒網(wǎng)絡組建方案

智慧工地中打通施工現(xiàn)場互聯(lián)網(wǎng)通道，構建公路施工數(shù)字化系統(tǒng)，為公路建設水平與能力提供重要的技術支撐，為施工質(zhì)量控制和公路施工過程控制提供前端參考數(shù)據(jù)，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(xiàn)場，為此項目的硬件基礎設施，特別是網(wǎng)絡設施情況就成為制約該項目推進的重難點。塞內(nèi)加爾位于西非，網(wǎng)絡基礎設施環(huán)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(wǎng)絡擎制這個項目推進的首當其沖的絆腳石。

為解決網(wǎng)絡“最后一公里”問題，項目應用衛(wèi)星-互聯(lián)網(wǎng)-專網(wǎng)的組網(wǎng)方案，以最經(jīng)濟高效的方式搭建項目施工現(xiàn)場wi fi環(huán)境，為機械設備提供數(shù)據(jù)傳輸條件。

圖2 智慧工地網(wǎng)絡示意圖

四.智慧工地實施內(nèi)容及成果

智慧工地系統(tǒng)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(zhì)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(xiàn)在對業(yè)主單位、施工單位、現(xiàn)場項目部的公路數(shù)字化施工控制和質(zhì)量檢測應用。構建“滿足對工程碾壓質(zhì)量及設備管理需求、細節(jié)可檢測、設備可跟蹤、工程可審查、具有行業(yè)特色、智能化與專業(yè)化相結(jié)合”的系統(tǒng)，全面提升業(yè)主單位對公路碾壓程度以及設備的管控能力，為塞內(nèi)加爾公路建設提供強有力的支撐。圖3為公路數(shù)字化施工系統(tǒng)框架圖。

圖3 公路數(shù)字化施工系統(tǒng)框架圖

智慧工地實施內(nèi)容主要為公路攤鋪平倉系統(tǒng)，采用GPS、北斗等高精度定位和傳感器技術，結(jié)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(xiàn)場施工，解決傳統(tǒng)技術中對混凝土平倉施工的質(zhì)量控制通過人為經(jīng)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(zhì)量的問題（如圖4所示）。

智慧工地公路攤鋪平倉系統(tǒng)主要包含行車速度監(jiān)控模塊、碾壓遍數(shù)模塊、沉降量變化模塊、行車軌跡監(jiān)控模塊、物料拌合站數(shù)據(jù)檢測模塊、激振力檢測模塊、視頻監(jiān)控模塊、三維效果展示模塊、文件上傳與數(shù)據(jù)管理模塊、質(zhì)量檢測分析模塊、統(tǒng)計數(shù)據(jù)輸出模塊及機手端PAD應用模塊。系統(tǒng)支持離線文件傳輸，在網(wǎng)絡中斷時，可手動將物聯(lián)網(wǎng)設備采集到的碾壓施工信息上傳到系統(tǒng)中，便于接下來的數(shù)據(jù)管理與質(zhì)量分析。

在系統(tǒng)的編制過程中，主要以目前在公路施工中的各種標準、規(guī)范、政策及法規(guī)為相關依據(jù)。成果方面，最終要依托強大的大數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)可視化展示效果，實現(xiàn)包括以下幾方面的內(nèi)容：1.工程特征數(shù)據(jù)的多維展示；2.公路填筑施工過程實時展示；3.公路碾壓數(shù)據(jù)分析（實時與結(jié)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(shù)據(jù)查詢與工程管理；6.為項目后期運行維護提供數(shù)據(jù)支撐。

五.技術支撐

該套公路數(shù)字化施工系統(tǒng)由硬件設備和配套的控制軟件及業(yè)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(xù)溝壓實控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)后處理軟件SVO。系統(tǒng)主要有三層分布，第一層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(tǒng)中IaaS層基礎上的。其中相關物聯(lián)網(wǎng)技術是結(jié)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(fā)的；第二層主要是系統(tǒng)中間件層；第三層是系統(tǒng)應用層，主要是將各種信息通過系統(tǒng)用戶界面展示出來，為工程施工過程質(zhì)量控制以及工程優(yōu)化調(diào)整提供參考與支撐。

圖4 平倉系統(tǒng)組成結(jié)構圖

智慧工地系統(tǒng)作為一個集成系統(tǒng)應用，必須確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行，根據(jù)整體規(guī)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(tǒng)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，兩臺服務器并列運行，互為備份，總部局域網(wǎng)與公網(wǎng)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(wǎng)訪問系統(tǒng)進行信息的錄入填報，確保信息系統(tǒng)的應用。最后，隨著系統(tǒng)的建設，需要同步出臺有關的安全管理制度、規(guī)范，并配以安全培訓等管理措施，從管理上保證系統(tǒng)的安全。

同時，施工系統(tǒng)為外接三維系統(tǒng)提供系統(tǒng)接口，外接系統(tǒng)可方便快捷的直接調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，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(fā)揮信息化技術優(yōu)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(zhì)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(shù)據(jù)等信息資產(chǎn)，提供海外項目數(shù)字化施工可借鑒方案，整體提高中國施工企業(yè)信息化水平，讓施工企業(yè)在“一帶一路”的道路上發(fā)展的更加從容和自信，從而帶動更多的中國企業(yè)“走出去”。