智慧工地技術(shù)在公路工程的應(yīng)用與發(fā)展研究

于會(huì)成 劉博

摘 要：“智慧工地”是指構(gòu)建具有PC端和移動(dòng)端的“智慧工地云平臺(tái)”，并形成相應(yīng)的層級(jí)系統(tǒng)，將過程信息轉(zhuǎn)換為電子信息，對(duì)工地涉及到的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等方面實(shí)現(xiàn)信息化有效監(jiān)管，通過分析挖掘等手段為工程建設(shè)決策提供依據(jù)。近年來，公路工程項(xiàng)目明顯增加;但國(guó)內(nèi)建筑業(yè)工人數(shù)量在逐年下降，工人素質(zhì)也參差不齊，導(dǎo)致點(diǎn)多線長(zhǎng)的公路工程項(xiàng)目管理難度越來越大。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和智能制造技術(shù)的推廣，為使得企業(yè)緊跟時(shí)代發(fā)展，越來越多的公路項(xiàng)目要求在施工生產(chǎn)過程中運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)。因此，對(duì)智慧工地技術(shù)在公路工程的應(yīng)用和發(fā)展研究是十分有必要的。

關(guān)鍵詞：智慧工地;公路工程;應(yīng)用與發(fā)展研究

0 引言

《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》指出，“十三五”時(shí)期，我國(guó)要全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得突破性進(jìn)展，初步建成一體化行業(yè)監(jiān)管和服務(wù)平臺(tái)，因此，未來企業(yè)的管理也將與行業(yè)的信息化監(jiān)管手段相結(jié)合。

目前，傳統(tǒng)建筑業(yè)施工企業(yè)在項(xiàng)目管理方面，其工程項(xiàng)目數(shù)量較多且分布范圍廣，按照傳統(tǒng)管理模式對(duì)項(xiàng)目信息進(jìn)行整理需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，且企業(yè)無法實(shí)時(shí)地獲取項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)信息，企業(yè)對(duì)于項(xiàng)目的管控和決策是極為不便的，且大量的人工對(duì)于企業(yè)的管理成本是巨大的。

智慧工地是建立在高度信息化基礎(chǔ)上的一種支持對(duì)人和物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、決策科學(xué)分析、風(fēng)險(xiǎn)智慧預(yù)控的新型信息化手段，圍繞人、機(jī)、料、法、環(huán)等關(guān)鍵要素，可大大提升工程質(zhì)量、施工安全，節(jié)約成本，提高施工現(xiàn)場(chǎng)決策能力和管理效率，實(shí)現(xiàn)工地的數(shù)字化、精細(xì)化、智慧化管理。

1 工程概況

廣西浦清高速公路二標(biāo)段（以下簡(jiǎn)稱“浦清二標(biāo)”）是作者所在單位的公路工程智慧工地建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目。其施工起訖里程為K12+000～K24+000，線路全長(zhǎng)12 km，標(biāo)段內(nèi)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(shè)置拌合站1處，鋼筋場(chǎng)2處。

其中，浦清二標(biāo)地處廣西博白那林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，項(xiàng)目相對(duì)于其它公路項(xiàng)目受限條件較多，項(xiàng)目開工較晚，項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)壓力大。為保證項(xiàng)目正常生產(chǎn)和履約，需要搭建一個(gè)信息交互的智慧工地管理系統(tǒng)，需加強(qiáng)各方溝通協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)基于信息平臺(tái)的信息溝通、信息發(fā)布、信息查閱，及時(shí)地為項(xiàng)目建設(shè)的工作開展提供各種信息支撐。加強(qiáng)過程動(dòng)態(tài)管理，通過信息化的手段交互確認(rèn)，強(qiáng)化施工過程的管理標(biāo)準(zhǔn)化，為成本節(jié)約提供有力的可靠保障。強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)，通過各項(xiàng)任務(wù)分配，任務(wù)跟蹤，確保各項(xiàng)事務(wù)能夠責(zé)任到人，過程可追溯。提升信息水平，將過程的管理信息轉(zhuǎn)換為電子信息，通過分析挖掘等手段為項(xiàng)目建設(shè)決策提供依據(jù)。

2 智慧工地在公路工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

公路工程智慧工地管理系統(tǒng)主要包括兩方面。一是智慧工地管理平臺(tái)，主要針對(duì)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用流程進(jìn)行開發(fā)，以項(xiàng)目管控為主線，覆蓋產(chǎn)值、工期、質(zhì)量、安全等全要素的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng);二是工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺(tái)，主要聚焦生產(chǎn)一線、運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)指揮機(jī)械工具進(jìn)行生產(chǎn)，通過數(shù)字化施工大數(shù)據(jù)分析來輔助施工工藝、工序升級(jí)。

目前，智慧工地在國(guó)內(nèi)外發(fā)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(yùn)用信息化手段，圍繞施工過程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、科學(xué)管理的項(xiàng)目信息化生態(tài)圈，在國(guó)內(nèi)外目前也是少見。二、工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺(tái)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，僅在道路施工領(lǐng)域有所應(yīng)用，數(shù)字化施工數(shù)據(jù)平臺(tái)更是少之又少。所以，同時(shí)包含智慧工地和數(shù)字化施工平臺(tái)的智慧工地管理系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外還未有先例。

目前，智慧工地在公路工程方面的應(yīng)用研究大多還停留在點(diǎn)和塊上，即針對(duì)某個(gè)特殊部位開展應(yīng)用，還未形成一套整合型的智慧工地管理系統(tǒng)。浦清二標(biāo)作為智慧工地管理系統(tǒng)的應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目部在應(yīng)用過程中不斷完善其功能應(yīng)用，并期望能夠?qū)⒅腔酃さ毓芾硐到y(tǒng)和應(yīng)用功能進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化，以便能夠快速地在其它公路項(xiàng)目進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

2.1 公路工程智慧工地管理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1.1 智慧工地管理平臺(tái)

目前，浦清二標(biāo)試點(diǎn)的智慧工地管理平臺(tái)主要按三級(jí)界面顯示。一級(jí)界面為首頁駕駛艙、二級(jí)界面為各模塊總體情況、三級(jí)界面為各模塊具體情況。平臺(tái)設(shè)置PC端和移動(dòng)端兩種登錄方式。主要功能如下：

（1）領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙（一級(jí)界面）：

1）項(xiàng)目總況：①展示項(xiàng)目的總體情況。 ②項(xiàng)目總體施工進(jìn)度。

2）物料情況：以列表形式展示原材、地材等物料的當(dāng)前庫存、本月入庫、本月出庫、月度損耗、總損耗。

3）設(shè)備情況：展示設(shè)備未到場(chǎng)數(shù)、本月進(jìn)場(chǎng)數(shù)、當(dāng)前在場(chǎng)數(shù)。

4）混凝土管控：展示今日計(jì)劃總量、今日澆筑實(shí)際量、開累澆筑量、當(dāng)日損耗、累計(jì)損耗情況。

5）環(huán)境檢測(cè)：展示環(huán)境檢測(cè)的基本數(shù)據(jù)，溫濕度、風(fēng)速等，百分比類采用環(huán)形圖展示。

6）安質(zhì)情況：展示當(dāng)前在場(chǎng)人數(shù)、特種作業(yè)人數(shù)、安全整改率、質(zhì)量整改率、當(dāng)前正在施工危險(xiǎn)源數(shù)量、重大危險(xiǎn)源數(shù)量。

7）黨群建設(shè)：圖片輪播展示黨群活動(dòng)或者基層生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

8）項(xiàng)目宣傳窗口：以視頻形式展示項(xiàng)目概況和影像內(nèi)容。

（2）各模塊總體及具體情況（二、三級(jí)界面）：

1）項(xiàng)目首頁：顯示項(xiàng)目新聞、項(xiàng)目概況、個(gè)人工作。

2）GIS+BIM大數(shù)據(jù)：①在平臺(tái)中采用GIS技術(shù)，集成組織機(jī)構(gòu)與道路空間布置信息，便于使用者直觀真實(shí)了解道路概況。②GIS與BIM無縫鏈接實(shí)現(xiàn)二三維切換，將BIM模型中構(gòu)筑物各部位的信息傳遞到數(shù)據(jù)中心，直觀地顯示施工形象進(jìn)度。③可瀏覽漫游BIM三維設(shè)計(jì)模型，便于快速建立一個(gè)新項(xiàng)目的模型。④基于工程BIM模型，做相關(guān)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(tái)做展示應(yīng)用，可以在二維地圖上描畫草圖、擺放場(chǎng)景，方便項(xiàng)目做施工整體規(guī)劃。

4）進(jìn)度計(jì)劃：通過錄入分部分項(xiàng)劃分，可以實(shí)時(shí)單獨(dú)或批量地在平臺(tái)中編輯各分項(xiàng)的進(jìn)度并和構(gòu)建BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

5）變更管理：在平臺(tái)建立變更臺(tái)賬，在平臺(tái)上及時(shí)更新臺(tái)賬和發(fā)布變更圖紙，并設(shè)置短信提醒功能，方便大家交互查閱。避免信息溝通不及時(shí)造成施工用圖錯(cuò)誤。

6）機(jī)料管理：平臺(tái)進(jìn)行材料管理、設(shè)備管理、供應(yīng)商登記、付款情況。

7）安質(zhì)管理：平臺(tái)可錄入分部分項(xiàng)劃分表，并可直接導(dǎo)出可編輯的表單。并按安全質(zhì)量巡查的類型、狀態(tài)、時(shí)間做好統(tǒng)計(jì)，方便篩選查閱。

8）資料管理：將施工項(xiàng)目全部資料按分類上傳平臺(tái)，可通過文件名、標(biāo)簽、更新人、時(shí)間進(jìn)行歸檔和查閱。并自動(dòng)按文件名、更新人、更新時(shí)間等生成目標(biāo)表單。

9）人員管理：設(shè)置勞務(wù)花名冊(cè)、勞務(wù)統(tǒng)計(jì)、項(xiàng)目部通訊錄、三級(jí)安全教育，留取接口接入智慧一航相關(guān)數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)查看相關(guān)人員的信息。

10）二維碼管理：平臺(tái)將BIM構(gòu)件模型與分部分項(xiàng)劃分相關(guān)聯(lián)，將構(gòu)件具體信息錄入

到二維碼，生成二維碼并導(dǎo)出，方便現(xiàn)場(chǎng)使用，省去再次錄入二維碼信息的工作。

11）易澆筑（混凝土計(jì)劃申請(qǐng)單）：通過每日混凝土計(jì)劃關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的混凝土原材、外加劑、配合比、數(shù)量等相關(guān)信息，可以直接在平臺(tái)對(duì)混凝土等相關(guān)信息進(jìn)行分析并導(dǎo)出，節(jié)約施工生產(chǎn)資源。

12）監(jiān)管系統(tǒng)：①視頻監(jiān)控：對(duì)特殊部位（拌合站生產(chǎn)）、地磅、塔吊等設(shè)備安裝監(jiān)控系統(tǒng)，并將監(jiān)控系統(tǒng)接入智慧工地平臺(tái);②對(duì)砼運(yùn)輸車、現(xiàn)場(chǎng)重要車輛進(jìn)行定位，可隨時(shí)查看其位置，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的施工管理。

2.1.2 工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺(tái)

數(shù)字化施工是指建造生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化，它融合了施工工藝、定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)與管理科學(xué)。數(shù)字化施工系統(tǒng)總體由前端數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸、后臺(tái)數(shù)據(jù)中心三大部分構(gòu)成。前端數(shù)據(jù)采集包含機(jī)械定位采集、作業(yè)狀態(tài)采集、動(dòng)作數(shù)據(jù)采集等;移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸主要指前端數(shù)據(jù)通過移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商有線或無線網(wǎng)絡(luò)形式傳輸。數(shù)字化施工平臺(tái)目前主要涉及數(shù)字化測(cè)繪，以及對(duì)機(jī)械設(shè)備和儀器儀表的在工作效率、施工成本、安全質(zhì)量方面的應(yīng)用。

公路工程的數(shù)字化測(cè)繪主要體現(xiàn)在勘察設(shè)計(jì)和施工生產(chǎn)過程中，包括數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)、數(shù)字測(cè)圖技術(shù)及數(shù)字測(cè)量技術(shù)在建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

公路工程對(duì)機(jī)械設(shè)備和儀器儀表方面的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在管理機(jī)械儀器的施工功效、成本及安全質(zhì)量等方面。

（1）對(duì)機(jī)械設(shè)備、儀器儀表作業(yè)的功效及成本管理：

行業(yè)調(diào)查顯示，施工機(jī)械設(shè)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(jī)械設(shè)備的使用成本是保證項(xiàng)目盈利的關(guān)鍵。

目前施工現(xiàn)場(chǎng)依然依靠人工完成機(jī)械設(shè)備的租賃與管理，具有“三多一少”的施工特性，該特性導(dǎo)致管理難度極大，成本控制風(fēng)險(xiǎn)大。主要體現(xiàn)為：

1）工地?cái)?shù)量多：項(xiàng)目分散且類型較多，設(shè)備調(diào)度、維護(hù)與管理信息量大、難度高——公司的項(xiàng)目遍布全國(guó)。

2）設(shè)備數(shù)量多：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不僅來源復(fù)雜（自有設(shè)備、外租設(shè)備、分包隊(duì)自有設(shè)備、分包隊(duì)外租設(shè)備），機(jī)械種類、品牌、新老不一，人工管理難度大——公司約有幾十種設(shè)備類型，各項(xiàng)目也按需租賃設(shè)備，機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)頻繁。

3）業(yè)務(wù)斷點(diǎn)多：影響設(shè)備管理工作的連續(xù)性、系統(tǒng)性，管理能力被迫下降——施工現(xiàn)場(chǎng)分工區(qū)，各工區(qū)工序節(jié)奏相互獨(dú)立，形成數(shù)據(jù)孤島。

4）管控手段少：管理人員少，管理手段粗放，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

現(xiàn)在公路工程數(shù)字化施工生產(chǎn)平臺(tái)是以工程機(jī)械設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)管理為切入點(diǎn)，通過為自有與租賃的機(jī)械設(shè)備安裝智能硬件，實(shí)時(shí)監(jiān)控每臺(tái)設(shè)備的地理位置、怠工時(shí)間、有效工作時(shí)間、加油與耗油量。讓管理者業(yè)對(duì)所有設(shè)備的開工率與利用率一目了然，線上機(jī)械派工方便設(shè)備調(diào)度。所有的數(shù)據(jù)不僅在（PC端）和小程序（移動(dòng)端）實(shí)時(shí)、可視化呈現(xiàn)，并且提供電子報(bào)表模塊支持一鍵導(dǎo)出表格至本地，方便管理人員進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的回溯分析，最終達(dá)成提升設(shè)備管理效率與項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

（2）對(duì)機(jī)械設(shè)備、儀器儀表作業(yè)的安全質(zhì)量管理：

主要是指運(yùn)用信息化手段，圍繞機(jī)械設(shè)備、儀器儀表對(duì)施工全過程進(jìn)行管理，建立從原材料運(yùn)輸、混合料生產(chǎn)、混合料運(yùn)輸、攤鋪碾壓等各個(gè)環(huán)節(jié)智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工項(xiàng)目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬顯示環(huán)境下與互聯(lián)網(wǎng)采集到的工程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供過程趨勢(shì)預(yù)測(cè)、實(shí)現(xiàn)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)、原材運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、拌合站生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、混合料運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、路面智能攤鋪碾壓系統(tǒng)、前場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 公路工程智慧工地管理系統(tǒng)發(fā)展展望

目前的智慧工地管理系統(tǒng)一般采用較簡(jiǎn)單的管理系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理，基本為單個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目所使用，且為第三方平臺(tái)對(duì)單個(gè)項(xiàng)目提供服務(wù)，大數(shù)據(jù)不容易積累。望更多的公路項(xiàng)目在施工生產(chǎn)過程中運(yùn)用智慧工地管理系統(tǒng)，但我國(guó)至今還沒有一套整合型標(biāo)準(zhǔn)化的公路工程智慧工地管理系統(tǒng)。

因此，未來的公路工程智慧工地管理系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)為：

（1）結(jié)合政策標(biāo)準(zhǔn)，從公路行業(yè)整體的發(fā)展規(guī)劃出發(fā)，落實(shí)好行業(yè)監(jiān)管和服務(wù)的工作內(nèi)容，規(guī)范好不同類型建筑企業(yè)（建設(shè)單位、勘察設(shè)計(jì)單位、總承包單位、施工單位、第三方單位等）的智慧工地產(chǎn)品和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，真正做到智慧工地技術(shù)貫穿工程建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期。

（2）建立智慧工地立體式發(fā)展的應(yīng)用框架，不單單在某個(gè)項(xiàng)目的某個(gè)部位使用，建立多層級(jí)的管理系統(tǒng)，即集團(tuán)——公司——子公司——項(xiàng)目部的管理系統(tǒng)層級(jí)，實(shí)現(xiàn)由當(dāng)前的點(diǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槊娴膽?yīng)用范圍。

（3）探索如何解決當(dāng)下的工程管理驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與信息化的檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)相互轉(zhuǎn)換，并得到行業(yè)監(jiān)管部門的認(rèn)可。如：路基智能碾壓的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是否可直接作為路基壓實(shí)合格的判定標(biāo)準(zhǔn)。

（4）當(dāng)前智慧工地技術(shù)只是在公路工程的某個(gè)點(diǎn)、塊進(jìn)行應(yīng)用，如何將所有的關(guān)鍵工序和施工流程都運(yùn)用到智慧工地技術(shù)，將是未來的發(fā)展重點(diǎn)。

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

4 結(jié)論

本文介紹了公路工程智慧工地管理系統(tǒng)目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，主要包含智慧工地管理平臺(tái)和數(shù)字化生產(chǎn)平臺(tái)兩方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，并列舉了項(xiàng)目當(dāng)前使用的相應(yīng)功能，總結(jié)了相關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)。并結(jié)合當(dāng)下行業(yè)最新發(fā)展現(xiàn)狀做出了發(fā)展展望。得出了如下結(jié)論：

（1）公路工程智慧工地技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)是建筑行業(yè)信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)，且智慧工地技術(shù)的應(yīng)用確實(shí)能節(jié)省建設(shè)項(xiàng)目的成本、提升建設(shè)項(xiàng)目的安全質(zhì)量管理水平。

（2）公路工程智慧工地管理系統(tǒng)應(yīng)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行開發(fā)，做好標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，以達(dá)到不同單位之間的平臺(tái)能夠相互結(jié)合，可節(jié)省不同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的時(shí)間和成本。

（3）公路工程智慧工地管理系統(tǒng)應(yīng)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)智慧工地產(chǎn)品，有利于行業(yè)針對(duì)各類企業(yè)的監(jiān)管和服務(wù)。

（4）目前，公路工程智慧工地管理系統(tǒng)的使用成本較高，在中小型建筑企業(yè)的項(xiàng)目應(yīng)用程度低，可通過總分包的管理模式，將小型企業(yè)參與到大企業(yè)的項(xiàng)目管理中進(jìn)行帶動(dòng)發(fā)展，以促進(jìn)智慧工地技術(shù)在全行業(yè)的發(fā)展，也可盡快實(shí)現(xiàn)應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。

（5）隨著公路行業(yè)及企業(yè)智慧工地應(yīng)用的發(fā)展，智慧工地應(yīng)用將成為一項(xiàng)基本的技術(shù)技能，行業(yè)和企業(yè)應(yīng)加大培養(yǎng)智慧工地專業(yè)技術(shù)人才的力度。

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