智慧工地技术在公路工程的应用与发展研究

于会成 刘博

摘 要：“智慧工地”是指构建具有PC端和移动端的“智慧工地云平台”，并形成相应的层级系统，将过程信息转换为电子信息，对工地涉及到的“人、机、料、法、环”等方面实现信息化有效监管，通过分析挖掘等手段为工程建设决策提供依据。近年来，公路工程项目明显增加;但国内建筑业工人数量在逐年下降，工人素质也参差不齐，导致点多线长的公路工程项目管理难度越来越大。随着计算机网络和智能制造技术的推广，为使得企业紧跟时代发展，越来越多的公路项目要求在施工生产过程中运用现代化信息技术。因此，对智慧工地技术在公路工程的应用和发展研究是十分有必要的。

关键词：智慧工地;公路工程;应用与发展研究

0 引言

《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》指出，“十三五”时期，我国要全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力，建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展，初步建成一体化行业监管和服务平台，因此，未来企业的管理也将与行业的信息化监管手段相结合。

目前，传统建筑业施工企业在项目管理方面，其工程项目数量较多且分布范围广，按照传统管理模式对项目信息进行整理需要耗费大量的人力和时间，且企业无法实时地获取项目的动态信息，企业对于项目的管控和决策是极为不便的，且大量的人工对于企业的管理成本是巨大的。

智慧工地是建立在高度信息化基础上的一种支持对人和物全面感知、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，围绕人、机、料、法、环等关键要素，可大大提升工程质量、施工安全，节约成本，提高施工现场决策能力和管理效率，实现工地的数字化、精细化、智慧化管理。

1 工程概况

广西浦清高速公路二标段（以下简称“浦清二标”）是作者所在单位的公路工程智慧工地建设试点项目。其施工起讫里程为K12+000～K24+000，线路全长12 km，标段内包括大桥4 244.35/11座，中桥165.4 m/2座（其中主线桥梁10座，匝道桥3座），天桥1座，涵洞25座，互通式立交1处，路基挖方432万m³，路基填方408万m³。设置拌合站1处，钢筋场2处。

其中，浦清二标地处广西博白那林国家级自然保护区，项目相对于其它公路项目受限条件较多，项目开工较晚，项目生产建设压力大。为保证项目正常生产和履约，需要搭建一个信息交互的智慧工地管理系统，需加强各方沟通协调，实现基于信息平台的信息沟通、信息发布、信息查阅，及时地为项目建设的工作开展提供各种信息支撑。加强过程动态管理，通过信息化的手段交互确认，强化施工过程的管理标准化，为成本节约提供有力的可靠保障。强化责任意识，通过各项任务分配，任务跟踪，确保各项事务能够责任到人，过程可追溯。提升信息水平，将过程的管理信息转换为电子信息，通过分析挖掘等手段为项目建设决策提供依据。

2 智慧工地在公路工程的应用现状

公路工程智慧工地管理系统主要包括两方面。一是智慧工地管理平台，主要针对项目实际应用流程进行开发，以项目管控为主线，覆盖产值、工期、质量、安全等全要素的项目标准化管理系统;二是工程数字化施工生产平台，主要聚焦生产一线、运用数字化技术指挥机械工具进行生产，通过数字化施工大数据分析来辅助施工工艺、工序升级。

目前，智慧工地在国内外发展情况主要为：一、智慧工地是一种崭新的工程全生命周期管理理念，运用信息化手段，围绕施工过程管理，建立互联协同、科学管理的项目信息化生态圈，在国内外目前也是少见。二、工程数字化施工生产平台在国内还处于起步阶段，仅在道路施工领域有所应用，数字化施工数据平台更是少之又少。所以，同时包含智慧工地和数字化施工平台的智慧工地管理系统在国内外还未有先例。

目前，智慧工地在公路工程方面的应用研究大多还停留在点和块上，即针对某个特殊部位开展应用，还未形成一套整合型的智慧工地管理系统。浦清二标作为智慧工地管理系统的应用试点项目，项目部在应用过程中不断完善其功能应用，并期望能够将智慧工地管理系统和应用功能进行整合，实现统一和标准化，以便能够快速地在其它公路项目进行推广和应用。

2.1 公路工程智慧工地管理系统应用现状

2.1.1 智慧工地管理平台

目前，浦清二标试点的智慧工地管理平台主要按三级界面显示。一级界面为首页驾驶舱、二级界面为各模块总体情况、三级界面为各模块具体情况。平台设置PC端和移动端两种登录方式。主要功能如下：

（1）领导驾驶舱（一级界面）：

1）项目总况：①展示项目的总体情况。 ②项目总体施工进度。

2）物料情况：以列表形式展示原材、地材等物料的当前库存、本月入库、本月出库、月度损耗、总损耗。

3）设备情况：展示设备未到场数、本月进场数、当前在场数。

4）混凝土管控：展示今日计划总量、今日浇筑实际量、开累浇筑量、当日损耗、累计损耗情况。

5）环境检测：展示环境检测的基本数据，温湿度、风速等，百分比类采用环形图展示。

6）安质情况：展示当前在场人数、特种作业人数、安全整改率、质量整改率、当前正在施工危险源数量、重大危险源数量。

7）党群建设：图片轮播展示党群活动或者基层生产动态。

8）项目宣传窗口：以视频形式展示项目概况和影像内容。

（2）各模块总体及具体情况（二、三级界面）：

1）项目首页：显示项目新闻、项目概况、个人工作。

2）GIS+BIM大数据：①在平台中采用GIS技术，集成组织机构与道路空间布置信息，便于使用者直观真实了解道路概况。②GIS与BIM无缝链接实现二三维切换，将BIM模型中构筑物各部位的信息传递到数据中心，直观地显示施工形象进度。③可浏览漫游BIM三维设计模型，便于快速建立一个新项目的模型。④基于工程BIM模型，做相關的施工管理，如施工工艺模拟、虚拟建造、快速算量等。

3）交通组织：可直接利用平台做展示应用，可以在二维地图上描画草图、摆放场景，方便项目做施工整体规划。

4）进度计划：通过录入分部分项划分，可以实时单独或批量地在平台中编辑各分项的进度并和构建BIM模型进行关联。

5）变更管理：在平台建立变更台账，在平台上及时更新台账和发布变更图纸，并设置短信提醒功能，方便大家交互查阅。避免信息沟通不及时造成施工用图错误。

6）机料管理：平台进行材料管理、设备管理、供应商登记、付款情况。

7）安质管理：平台可录入分部分项划分表，并可直接导出可编辑的表单。并按安全质量巡查的类型、状态、时间做好统计，方便筛选查阅。

8）资料管理：将施工项目全部资料按分类上传平台，可通过文件名、标签、更新人、时间进行归档和查阅。并自动按文件名、更新人、更新时间等生成目标表单。

9）人员管理：设置劳务花名册、劳务统计、项目部通讯录、三级安全教育，留取接口接入智慧一航相关数据，可以随时查看相关人员的信息。

10）二维码管理：平台将BIM构件模型与分部分项划分相关联，将构件具体信息录入

到二维码，生成二维码并导出，方便现场使用，省去再次录入二维码信息的工作。

11）易浇筑（混凝土计划申请单）：通过每日混凝土计划关联项目的混凝土原材、外加剂、配合比、数量等相关信息，可以直接在平台对混凝土等相关信息进行分析并导出，节约施工生产资源。

12）监管系统：①视频监控：对特殊部位（拌合站生产）、地磅、塔吊等设备安装监控系统，并将监控系统接入智慧工地平台;②对砼运输车、现场重要车辆进行定位，可随时查看其位置，协助现场生产的施工管理。

2.1.2 工程数字化施工生产平台

数字化施工是指建造生产领域的数字化，它融合了施工工艺、定位技术、传感器技术、网络技术、计算机软硬件技术与管理科学。数字化施工系统总体由前端数据采集、移动网络传输、后台数据中心三大部分构成。前端数据采集包含机械定位采集、作业状态采集、动作数据采集等;移动网络传输主要指前端数据通过移动运营商有线或无线网络形式传输。数字化施工平台目前主要涉及数字化测绘，以及对机械设备和仪器仪表的在工作效率、施工成本、安全质量方面的应用。

公路工程的数字化测绘主要体现在勘察设计和施工生产过程中，包括数字摄影技术、数字测图技术及数字测量技术在建筑变形监测中的应用。

公路工程对机械设备和仪器仪表方面的应用，主要体现在管理机械仪器的施工功效、成本及安全质量等方面。

（1）对机械设备、仪器仪表作业的功效及成本管理：

行业调查显示，施工机械设备使用成本占总施工成本的10%～25%，是其重要组成部分，降低施工机械设备的使用成本是保证项目盈利的关键。

目前施工现场依然依靠人工完成机械设备的租赁与管理，具有“三多一少”的施工特性，该特性导致管理难度极大，成本控制风险大。主要体现为：

1）工地数量多：项目分散且类型较多，设备调度、维护与管理信息量大、难度高——公司的项目遍布全国。

2）设备数量多：现场设备不仅来源复杂（自有设备、外租设备、分包队自有设备、分包队外租设备），机械种类、品牌、新老不一，人工管理难度大——公司约有几十种设备类型，各项目也按需租赁设备，机械进出场频繁。

3）业务断点多：影响设备管理工作的连续性、系统性，管理能力被迫下降——施工现场分工区，各工区工序节奏相互独立，形成数据孤岛。

4）管控手段少：管理人员少，管理手段粗放，费时费力。

现在公路工程数字化施工生产平台是以工程机械设备的物联网管理为切入点，通过为自有与租赁的机械设备安装智能硬件，实时监控每台设备的地理位置、怠工时间、有效工作时间、加油与耗油量。让管理者业对所有设备的开工率与利用率一目了然，线上机械派工方便设备调度。所有的数据不仅在（PC端）和小程序（移动端）实时、可视化呈现，并且提供电子报表模块支持一键导出表格至本地，方便管理人员进行历史数据的回溯分析，最终达成提升设备管理效率与项目经济效益的目标。

（2）对机械设备、仪器仪表作业的安全质量管理：

主要是指运用信息化手段，围绕机械设备、仪器仪表对施工全过程进行管理，建立从原材料运输、混合料生产、混合料运输、摊铺碾压等各个环节智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈，并将此数据在虚拟显示环境下与互联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析，提供过程趋势预测、实现路基路面施工可视化管理，以提高工程管理信息化水平。包括路基填筑智能碾压监测系统、原材运输监控系统、拌合站生产监控系统、混合料运输监控系统、路面智能攤铺碾压系统、前场视频监控系统。

3 公路工程智慧工地管理系统发展展望

目前的智慧工地管理系统一般采用较简单的管理系统对项目进行管理，基本为单个独立项目所使用，且为第三方平台对单个项目提供服务，大数据不容易积累。望更多的公路项目在施工生产过程中运用智慧工地管理系统，但我国至今还没有一套整合型标准化的公路工程智慧工地管理系统。

因此，未来的公路工程智慧工地管理系统发展应为：

（1）结合政策标准，从公路行业整体的发展规划出发，落实好行业监管和服务的工作内容，规范好不同类型建筑企业（建设单位、勘察设计单位、总承包单位、施工单位、第三方单位等）的智慧工地产品和应用标准，真正做到智慧工地技术贯穿工程建设项目的全生命周期。

（2）建立智慧工地立体式发展的应用框架，不单单在某个项目的某个部位使用，建立多层级的管理系统，即集团——公司——子公司——项目部的管理系统层级，实现由当前的点线转变为面的应用范围。

（3）探索如何解决当下的工程管理验收规范标准与信息化的检测验收标准相互转换，并得到行业监管部门的认可。如：路基智能碾压的压实标准是否可直接作为路基压实合格的判定标准。

（4）当前智慧工地技术只是在公路工程的某个点、块进行应用，如何将所有的关键工序和施工流程都运用到智慧工地技术，将是未来的发展重点。

（5）在探索结合绿色建筑、装配式建筑以及四新技術等方面，智慧工地系统可与之相辅相成地发展。

4 结论

本文介绍了公路工程智慧工地管理系统目前的应用现状，主要包含智慧工地管理平台和数字化生产平台两方面的应用现状，并列举了项目当前使用的相应功能，总结了相关优缺点。并结合当下行业最新发展现状做出了发展展望。得出了如下结论：

（1）公路工程智慧工地技术应用已经是建筑行业信息化发展的必然趋势，且智慧工地技术的应用确实能节省建设项目的成本、提升建设项目的安全质量管理水平。

（2）公路工程智慧工地管理系统应按照统一的标准和要求进行开发，做好标准的数据接口，以达到不同单位之间的平台能够相互结合，可节省不同标准数据相互转换的时间和成本。

（3）公路工程智慧工地管理系统应按照统一的标准生产智慧工地产品，有利于行业针对各类企业的监管和服务。

（4）目前，公路工程智慧工地管理系统的使用成本较高，在中小型建筑企业的项目应用程度低，可通过总分包的管理模式，将小型企业参与到大企业的项目管理中进行带动发展，以促进智慧工地技术在全行业的发展，也可尽快实现应用等标准的统一。

（5）随着公路行业及企业智慧工地应用的发展，智慧工地应用将成为一项基本的技术技能，行业和企业应加大培养智慧工地专业技术人才的力度。

参考文献：

[1]信息动态等.2016-2020年建筑业信息化发展纲要[J]. 工程质量，2017，35（3）：1-8.

[2]谢晓东，莫细喜.智慧工地应用现状与对策研究[J].价值工程，2020，39（12）：193-194.

[3]李炳永.新形势下四川省建筑业发展趋势研究[J].四川水泥，2020（9）：329-330.

[4]张艳超.智慧工地建设需求和信息化集成应用探讨[J].智能建筑与智慧城市，2018（5）：86-88.