潘芳、王彤

（江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇南京210002）

0 引言

根據(jù)新基建、區(qū)塊鏈及“交通強國”等發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合行業(yè)發(fā)展需求，工程建設(shè)領(lǐng)域加大了對數(shù)字化和智能化技術(shù)的應(yīng)用[1]。智慧功能區(qū)是模擬實際地形及生產(chǎn)區(qū)布局，直觀呈現(xiàn)該區(qū)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，能夠有效發(fā)揮管理功能，使施工任務(wù)調(diào)度更加及時、便捷，問題識別更加智能化，預(yù)警位置更加直觀，能夠有效實現(xiàn)對工程建設(shè)全過程的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化、數(shù)字化、智能化管理，形成公路工程建設(shè)過程“現(xiàn)場可視、數(shù)據(jù)可查、進度可知、質(zhì)量可控、安全可防、違規(guī)可糾、預(yù)警可報、全程可溯、效益可增、模式可行”的管理模式，為工程建設(shè)的數(shù)字化、精細(xì)化、智能化生產(chǎn)，實現(xiàn)“品質(zhì)工程”“交通強國”奠定基礎(chǔ)，具有重要的應(yīng)用意義與推廣價值。

1 智慧功能區(qū)的建設(shè)目標(biāo)

智慧功能區(qū)以各個應(yīng)用場景為主體，基于BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動終端應(yīng)用等技術(shù)，結(jié)合工程項目建設(shè)生產(chǎn)過程實時模擬、生產(chǎn)質(zhì)量實時管控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能評價等管理需求，對施工現(xiàn)場的人、機、料、法、環(huán)等各要素進行統(tǒng)一的調(diào)配和管理，將建設(shè)數(shù)據(jù)與BIM 對接關(guān)聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)施工質(zhì)量多維分析、施工過程全景可視、施工管理標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、大數(shù)據(jù)實時共享的協(xié)同管理目標(biāo)，可有效提升施工質(zhì)量與管理水平，達(dá)到工程建設(shè)智慧管理、智慧決策的目的[2]。通過智慧功能區(qū)的建設(shè)，可實現(xiàn)以下目標(biāo)：

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，形成規(guī)范體系

以工程建設(shè)智慧化管理需求為根本目標(biāo)，從改變BIM、GIS、智慧工地應(yīng)用零星、局部、分散的現(xiàn)狀入手，通過頂層設(shè)計，總結(jié)經(jīng)驗，智慧建設(shè)規(guī)范體系[3]。

1.2 場景化管理，實現(xiàn)“工地在身邊”

采用場景化建設(shè)管理模式，將工程建設(shè)實時采集的項目、人員、設(shè)備、物料、質(zhì)量、安全、環(huán)保等數(shù)據(jù)無縫對接BIM 與GIS，進行三維可視化展示，更立體、直觀，能夠真正實現(xiàn)“工地在身邊”。

1.3 建立管理體系，達(dá)到智慧化目標(biāo)

建立全過程全方位管理體系：對工程建設(shè)的辦公區(qū)+生活區(qū)，實現(xiàn)兩區(qū)管理智慧化；將試驗—生產(chǎn)—施工數(shù)據(jù)匹配融會貫通，實現(xiàn)全流程管理，同時建立外賣式訂單服務(wù)模式，實現(xiàn)生產(chǎn)施工智慧化；通過智慧建造基地、數(shù)字化傳遞、流水化作業(yè)、產(chǎn)品認(rèn)證、管理評價，建立集約化生產(chǎn)基地；通過安全可視化、機器視覺技術(shù)、智能預(yù)警，實現(xiàn)安全管理智慧化。

2 智慧功能區(qū)的建設(shè)

根據(jù)建設(shè)需求，可按照辦公及生活區(qū)、拌和站生產(chǎn)基地、鋼筋加工廠、梁場集中化建設(shè)、基坑安全、道路、橋梁、隧道、航道等進行場景化功能區(qū)建設(shè)。智慧功能區(qū)平臺展示效果見圖1。

圖1 智慧功能區(qū)平臺展示

在公路工程智慧功能區(qū)的創(chuàng)建過程中，主要以“1+8”創(chuàng)建模式對功能區(qū)現(xiàn)場的人、機、料、法、環(huán)、測等各要素進行統(tǒng)一調(diào)配和管理，將人員、設(shè)備、物料、工藝工法、環(huán)保保護、質(zhì)量安全等數(shù)據(jù)，通過移動終端的智慧設(shè)施進行集成和拓展?！?”是指項目在實施過程中構(gòu)建基于BIM+GIS 的信息化綜合管理平臺，通過該工程信息化綜合管理平臺，對該工程投入使用的8個信息化技術(shù)（項目管理、人員管理、設(shè)備管理、物料管理、質(zhì)量管理、安全管理、生態(tài)環(huán)保和BIM 管理平臺）進行統(tǒng)一管理。智慧功能區(qū)平臺功能架構(gòu)見圖2。

圖2 智慧功能區(qū)平臺功能架構(gòu)

2.1 辦公區(qū)+生活區(qū)的管理

辦公區(qū)+生活區(qū)的兩區(qū)管理智慧化：對于辦公區(qū)與生活區(qū)的智慧管控，主要是通過建立兩區(qū)的BIM 模型，采用虛擬化場景，將采集到的人員管理、設(shè)備管理、物料管理、方案管理、生態(tài)環(huán)保等數(shù)據(jù)信息與BIM模型模塊一一對應(yīng)并展示，形成內(nèi)業(yè)資料看網(wǎng)上臺賬，外業(yè)看視頻、虛擬化場景的模式。辦公區(qū)+生活區(qū)功能界面見圖3。

圖3 兩區(qū)功能界面

2.2 拌和場的管理

拌和生產(chǎn)智慧化：通過GIS 地圖進入拌和場BIM模型場景，該模型能實時展示拌和場各區(qū)域點的生產(chǎn)情況、視頻情況、環(huán)保情況、在場人數(shù)、物料剩余情況。生產(chǎn)情況主要包含當(dāng)前生產(chǎn)總量、檢測情況、預(yù)警總數(shù)、處理情況、澆筑部位、當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)等。同時，拌和場采取外賣訂單服務(wù)模式，即“根據(jù)現(xiàn)場需求下單—技術(shù)員創(chuàng)建任務(wù)并下發(fā)—試驗室接受任務(wù)出生產(chǎn)配合比—操作手接受任務(wù)及生產(chǎn)—運輸車配送—現(xiàn)場掃碼接料（同時通知生產(chǎn)人員、運輸車）”系列流程。拌和站功能界面見圖4。

圖4 拌和站功能界面

2.3 梁場的管理

梁場集約化建設(shè)：基于BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動終端等技術(shù)，對工程項目建設(shè)生產(chǎn)過程實時模擬、生產(chǎn)質(zhì)量實時管控。總控中心模擬基地梁場實際地形及生產(chǎn)區(qū)布局，匯總展示梁場施工進度、生產(chǎn)數(shù)量、設(shè)計量、完成率等，實時采集基地人員、設(shè)備、物料、質(zhì)量、安全、環(huán)保數(shù)據(jù)并實時展示，實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時模擬、生產(chǎn)質(zhì)量實時管控，在提高工程質(zhì)量管理水平的同時降低管理成本，達(dá)到梁場施工智能化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理目的。智慧梁場功能界面見圖5。

圖5 智慧梁場功能界面

2.4 安全管理

基坑安全監(jiān)測智慧化：主要建立基于基坑圍護的三維結(jié)構(gòu)模型，通過機器視覺及智能算法，建立三維結(jié)構(gòu)模型，在模型內(nèi)布置與現(xiàn)場位置統(tǒng)一的監(jiān)測點位，將施工現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與對應(yīng)模型關(guān)聯(lián)，可以在BIM 平臺上實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，能夠?qū)崿F(xiàn)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時保存、遠(yuǎn)程查看，為工程建設(shè)的安全保駕護航[4]。安全管理功能界面見圖6。

圖6 安全管理功能界面

2.5 鋼筋加工廠的管理

鋼筋加工數(shù)字化：把鋼筋智能加工打造成集人、到班組、到設(shè)備、到項目、到料單、到周期的流程化管理，實現(xiàn)加工環(huán)節(jié)全流程數(shù)據(jù)整合，同時記錄、反饋、溝通和匯總分析現(xiàn)場生產(chǎn)情狀，并通過云端實時進行數(shù)據(jù)傳輸及共享，實現(xiàn)鋼筋原材溯源及加工溯源，在保證成型鋼筋制品加工效率的同時，提升制品質(zhì)量。鋼筋加工廠智慧管理功能界面見圖7。

圖7 鋼筋加工廠智慧管理功能界面

3 智慧功能區(qū)的應(yīng)用效果

應(yīng)用智慧功能區(qū)，驗證了智慧化技術(shù)在全面提升工程建設(shè)質(zhì)量和安全管理水平等方面的效果。

3.1 工程質(zhì)量提升

對原材料進場、試驗檢測、拌和運輸、生產(chǎn)施工等環(huán)節(jié)進行全過程管控，確保進場材料100%合格，試驗數(shù)據(jù)真實有效，拌和生產(chǎn)無廢料，施工過程可追溯。施工過程實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)實時采集，同時對數(shù)據(jù)進行分析、評價、預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題并及時解決，能夠避免質(zhì)量隱患，確保工程建設(shè)質(zhì)量[5]。

3.2 安全管理提升

通過安全防護智能抓拍、一鍵呼救、風(fēng)險源管控等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)施工人安全有保障、施工過程有巡查、施工區(qū)域有監(jiān)管的全方位監(jiān)管，安全事故零發(fā)生，保證了對建設(shè)人員的安全防護，促進了“平安工地”和“品質(zhì)工程”的建設(shè)，為實現(xiàn)“品質(zhì)工程”“交通強國”奠定了基礎(chǔ)。

3.3 工程進度保障

數(shù)據(jù)自動化采集、智能化分析、工序網(wǎng)上報驗、審批在線流轉(zhuǎn)、分析報告自動生成、報告智能導(dǎo)出等功能，減少了資料整理的工作量，在保證工程進度的同時，提高了工程建設(shè)管理水平。

3.4 經(jīng)濟效益方面

減少了施工、監(jiān)理、管理等人員的投入，可節(jié)約人工費用64 萬元左右，無紙化會議每年可節(jié)約紙張約1.2 噸。智能施工技術(shù)既保證了工程建設(shè)質(zhì)量，又提高了施工效率。

3.5 社會效益方面

智慧功能區(qū)可確保工程施工質(zhì)量，延長工程使用壽命，不僅可以減少養(yǎng)護成本，還可以減少養(yǎng)護維修對交通的干擾，減少養(yǎng)護運營期的預(yù)算支出。

3.6 環(huán)境效益方面

因采用智能揚塵處治設(shè)備和智能養(yǎng)生系統(tǒng)，可節(jié)約用水40%；通過智能化的施工管控，平均每公里施工可減少碳排放552kg；智能化的監(jiān)測設(shè)施可實現(xiàn)對揚塵、PM2.5、PM10、噪聲、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、水質(zhì)、等參數(shù)因子的連續(xù)監(jiān)控，實現(xiàn)實時顯示和預(yù)警，使環(huán)?？梢暬?，大大降低了對周圍環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

對BIM+GIS 的智慧功能區(qū)建設(shè)技術(shù)的研究及應(yīng)用，實現(xiàn)了工程建設(shè)過程中項目管理、人員管理、設(shè)備管理、物料管理、質(zhì)量管理、安全管理、生態(tài)環(huán)保和BIM 管理等方面的全方位把控，取得了良好的應(yīng)用效果。在后續(xù)的研究與應(yīng)用過程中，可結(jié)合5G、VR、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)，進一步完善智慧功能區(qū)的管理功能，全面提高對施工質(zhì)量的管控水平，這對提升管理水平也有重要意義，有良好的推廣應(yīng)用前景。