公路工程智慧工地综合信息管理平台建设研究

孙明刚，陈 彬，孙运慧，唐铭东，伍广亮，刘士宽，赵世元

(1.龙建路桥股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150090；2.黑龙江省北龙交通工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150076；3.中交宇科(北京)空间信息技术有限公司，北京 100094)

1 建设必要性

在全面深化改革的新征程中，工程建造业也面临着全球化、信息化的双重挑战。众所周知，传统工程建造行业属于劳动密集型产业，粗放式的管理使工地的劳动力、材料、机械设备的利用都存在着严重的浪费。“智慧工地”是智慧城市理念在建筑施工行业的具体体现，作为一种崭新的工程全生命周期的管理理念，它基于新信息技术与建筑施工行业管理深度融合，着重解决建设施工领域信息化落地的最后“一公里”问题。简言之，智慧工地是基于一定信息化基础之上支持人事物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型信息化手段。

目前公路建设施工工地管理面临如下问题：

(1)缺乏共享与多方联动，信息孤岛依然存在：现有数据活跃度和丰富度不足，各施工作业区之间的协同联动、资源共享机制亟需完善和加强。

(2)现场施工人、机、料、法、环管控能力不足：对于施工安全监测、预警能力不足，综合防控监测能力不足，重要人、机、料、法、环管控体系尚未建立。

(3)新技术与管理需进一步深度创新融合：工地信息化基本处于单业务应用阶段，软硬件平台集成应用体系为形成，智慧工地综合监管能力有待提升。

通过智慧工地智能化平台建设整合企业相关核心资源，实现项目管理的可控化、数据化、可视化的全方位的实时监控与管理，并根据实际做出智能响应已迫在眉睫。智能化平台通过人机料法环等要素管理实现施工过程监管与主动防预，进而提高工地现场生产效率、管理效率和决策能力，实现施工现场-的数字化、精细化、智慧化管理，提升企业竞争力。

2 总体设计

2.1 总体架构

基于路桥工地施工信息化业务需求，按照“贴合业务、符合标准、数据互联、过程全控”的原则，提出“1+3+N”的建设思路，即“1个中心，3个支撑平台、N个应用模块”。其中1个中心即为本工程数据存储的云数据中心，3个支撑平台分别为企业私有云平台、大数据平台及施工一张图支撑平台，N个应用系统围绕工地施工“人机料法环”业务要素，以项目施工安全、成本、进度等业务为基础，面向不同用户角色提供N个应用系统与模块。

基于路桥项目施工管理现状，针对施工现场劳务实名制、机械设备监管、物料运输及远程监控、环境监控、桥梁预制场及拌合站等重点区域管理的紧迫业务需求，充分利用已有系统资源，综合采用云计算、3S、物联网、BIM等先进技术，进行系统集成，构建智慧工地综合管理云平台。展示终端采用PC端、大屏、移动APP，“三屏合一”的建设模式。

从总体技术架构上，主要数据采集层、网络层、数据层、应用支撑层、应用层、展示层、用户层等。

(1)数据采集层

数据采集层是信息采集的关键部分，由“天-空-地”一体化数据采集体系构成，该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术(FCS)等，涉及的核心产品包括传感器、传感器节点、无线路由器、无线网关等。

(2)网络层

采用传统网络、运营商网络与北斗卫星基站网络三种方式相结合的方式，实现对施工现场各类监测监控设备采集数据的网络传输，实现系统之间数据传送，并根据通信子网的特性，利用最佳的网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。

(3)数据层

采用企业私有云服务方式，用关系型数据库和GIS空间数据库相结合，统一管理空间数据与关系数据，可以有效地实现空间数据与非空间数据关联和集成。由于空间数据与非空间数据都以数据表或视图的形式存贮，可以方便的采用数据库逆向工程的方法自动提取元数据，因此，易于实现基于元数据信息资源管理。平台的元数据除管理业务公用基础数据外，还要管理各个部门业务功能可以共享数据的元数据，为实现数据的集成提供服务。

(4)应用支撑层

应用支撑层包含“智慧工地一张图”平台、项目私有云平台及大数据平台三个平台作为系统支撑。

大数据平台，将分散、异构的应用和信息资源进行聚合，通过统一的访问入口，实现结构化数据资源、非结构化文档和互联网资源、各种应用系统跨数据库、跨系统平台的无缝接入和集成，提供支持信息访问、传递、以及协作的集成化环境，实现个性化业务应用的高效开发、集成、部署与管理。

“智慧工地一张图”平台为应用支撑层的核心内容，是GIS、BIM、LiDAR、倾斜摄影、施工现场监控数据、项目基础数据等多源信息的集合，全方位立体化展示并能动态更新及时准确反映项目施工情况，为领导决策提供详实数据。

项目私有云平台，主要支撑各个应用系统的运行，为数据层提供足够的云存储空间，为业务系统运行提供高效率的云计算环境。云存储和云计算的资源均可按照项目的数据量和计算能力进行实时调整。

(5)应用层

以企业管理层、项目经理、现场施工人员等平台用户的业务需求为依据，构建系统应用模块，主要包括项目全系看板、项目信息管理、人员实名制管理、施工机械监控管理、物流运输管理、视频监控，环境监控、重点区域监控、质量与安全、移动应用平台。N个应用模块，根据角色划分权限，为工地劳务人员管理、运输车辆及大型机械管理、物料运输管理及施工现场远程监控等业务提供规范化、标准化、高效化的管理。

(6)展示层

展示层担当用户界面展现与业务逻辑之间的桥梁，将用户交易请求转换成具体的后台服务调用，并将服务调用执行结果生成到用户界面中。为了满足公司不同职能人员的使用需求，本系统展示层包括展示大屏、PC终端、平板电脑、智能手机、语言广播等。

(7)用户层

面向路桥类公司管理层、项目经管理人员、施工现场管理人员(工程师、技术员、工长、生产经理)、系统运维人员等不同用户角色与职责，划分为不用用户权限并采用不同终端展示方式。

(8)保障体系

法律法规与标准规范体系、信息安全与运行保障体系两大保障体系为“智慧工地”综合监管云平台建设提供法律法规、标准规范、信息安全及运行提供保障。智慧工地综合监管云平台的推广和稳定运行，必须借助企业规章制度和标准规范的支持。

2.2 网络拓扑

针对交通建设项目道路施工及固定场所施工相结合的业务现状，主要针对人员、车辆定位，大型机械设备智能化施工、重要区域远程监控及劳务实名制管理等功能设计平台网络拓扑图。

3 功能开发

3.1 智慧工地一张图平台

智慧工地一张图平台以GIS电子地图为基础，通过图层叠加点云数据、DEM数据、矢量数据、地形数据、工地施工专题数据及遥感数据，并结合环形图、柱状图、仪表盘图、线形图等来展示综合项目统计信息，用于领导层决策。

3.2 智慧工地项目综合监管平台

项目监管云平台，是对单个项目施工工地的施工过程智能化、信息化管理，用于施工业务监管和统计。

3.3 移动APP

移动APP，兼具项目现场监管、巡检、上报和项目信息可视化看板等功能，主要方便用户移动便携式办公和管理。

4 结 论

(1)公路工程智慧工地建设的总体架构及功能设计。

(2)能够提供基于地理信息服务应用的良好基础，能降低地理信息技术应用门槛和资金门槛、缩短开发周期，节约交通地理信息系统建设开发成本，避免重复建设。

(3)对工程安全、质量、进度、成本等加强监控，保证工程进度计划顺利完成，避免出现长时间窝工、停工状态，减少资源浪费。

随着交通建设工程自动化智能化的推进，智慧工地也将随之升级，以适应新的技术及新的应用环境。智慧工地的推广，能够使交通建设项目更加高效稳定，为交通建设智慧化发展奠定坚实基础。