基于云技术的智慧工地在“一带一路”工程项目中的运用

一.建设背景

“一带一路”战略是我国为打造国际合作新框架与新平台、推动产业结构调整与经济持续发展的重要战略，基础设施建设是“一带一路”战略互联互通工程的优先领域。作为最早参与“一带一路”建设的中国企业之一，中国交通建设集团有限公司一直致力于打造全球一流企业。中国路桥作为中国交建“一体两翼”海外发展与外经平台，积极响应国家“走出去”战略的号召，始终坚持全球化视野布局，创新进取，积极应用大数据等“互联网+”技术，加快推进企业转型升级发展。

为全力打造国际领先的全球承包商，中国路桥利用先进的互联网+技术推动企业供给侧结构性改革，向管理要效益，培育核心竞争力，严把施工质量，提高现场施工管理现代化水平及施工过程的安全性、规范性、高效性。

众所周知，工程施工是一个高度动态的过程，管理极为复杂，施工过程中路面信息获取不全面，无法进行有效管控是公路工程质量事故频发的原因之一。以传统的碾压施工过程为例，由于碾压轨迹无法实时显示，过程数据录空白，导致机手只能凭猜测和经验施工，业主和监理单位无法做到压实质量实时控制，再加上事后土工检测只是在个别点上进行，从而无法完全保证整个作业面压实质量的均匀性和一致性。

因此，构建公路施工数字化系统，实现公路数字化施工尤为必要。通过高速通信网络和数字化技术的支持，运用高精度GPS技术、传感器技术、物联网技术及计算机技术研发一套能够对压实机压实路径精确导航、直观展现施工过程、真实记录碾压全过程数据（如图1所示）、为施工质量控制和公路施工过程控制的数字化施工系统，对解决公路碾压施工实时引导、过程控制以及事后查询等问题都具有重要的意义。

图1 公路施工数字化系统数据采集示意图

中国路桥工程有限责任公司和中交第四公路工程局联合打造中国交建范围内首个智慧工地-塞内加尔MK高速公路项目，利用智慧工地有效地控制公路填筑料的摊铺厚度、摊铺平整度、压实施工过程的碾压遍数、压实度值、行进速度、振动频率等施工参数，保证摊铺、碾压质量，可动态还原施工过程，并且最终实现降本增效的目的，在国内、海外公路建设市场具备更强的竞争力。

二.智慧工地的建设意义

运用智慧工地在施工过程中对各个施工环节进行实时质量监测分析，对施工过程中实际的工艺参数进行详细记录分析，建立全过程数字化控制与管理技术平台。通过路基路面数字化施工质量控制系统的建设，着力于提高公路建设规范性、高效性、安全性，不仅可以提高对施工过程可视化分析，还可以提出相应的防治措施，为日后公路工程质量提供相应的借鉴和指导，全面提高施工中全方位全过程的质量管控水平，使企业在国内、海外公路建设市场具备更强的竞争力。系统实现后场拌合、运输，前场施工，从材料拌合到路基路面施工全过程的数字化、即时质量控制，做到有效的事中质量控制。具体如下：

1.提高现场管理施工质量

实时数据采集监控确保现场的施工过程符合规范。当系统发现施工过程或施工工艺和项目规范出现偏差时，立即通过施工APP软件等手段通知相关管理者和施工人员，做到对施工工艺的及时纠偏。使施工过程的实时质量监控成为现实。

2.提高效率降低人力物力成本

利用信息化手段，通过对各环节施工质量和施工进度的实时采集监测，优化工料之间的调度，减少施工资源浪费，从而提升整体管理效率和施工效率。通过车载人机交互可视化设备，施工人员可根据掌控即时压实轨迹及压实效果，在保证路基路面压实质量的同时，避免了机械重复作业，节省了不必的机械运行、时间及人工成本。

3.保障项目进度

通过提供的项目进度报表和项目进度预警，能在任何时间、任何地点都能够详细了解项目进度的偏差、项目完工及未完工报表、项目进度预警等关键信息。

4.提供施工质量回溯手段

采集施工过程的所有数据，并将其存储于云中心，后期可以使用原始数据对历史施工过程、施工参数、施工工艺进行回溯和重放。

5.提高数据的真实性

施工全过程使用传感器和物联网终端进行自动化数据采集，代替常规的人工填报方式，有效避免了人为因素影响，提高了施工质量、进度数据的真实性，从而解决责任不明、效率低下等管理难题。

6.提升筑路过程中数据使用率

施工过程中采集到的所有施工数据进行长久保存，为后期公路养护过程中提供准确、全面的原始施工数据。对路基、路面的施工工艺、施工材料的生产过程中的数据在养护作业中进行充分利用。

7.提供海外施工可借鉴网络组建方案

智慧工地中打通施工现场互联网通道，构建公路施工数字化系统，为公路建设水平与能力提供重要的技术支撑，为施工质量控制和公路施工过程控制提供前端参考数据，也为碾压施工过程实时控制提供重要的基础。对解决公路碾压施工实时引导、过程控制以及事后查询等问题都具有重要的意义。

三.智慧工地推进和实施的重难点问题

智慧工地的运用在整个施工的最前端，在项目施工一线现场，为此项目的硬件基础设施，特别是网络设施情况就成为制约该项目推进的重难点。塞内加尔位于西非，网络基础设施环境非常薄弱，如何将最先进的信息化技术有效地利用于项目前段施工过程中，打通信息化建设的“最后一公里”就成为了关键。想要将管理的触角延伸，由粗放化管理走向精细化管控，必须踢开网络擎制这个项目推进的首当其冲的绊脚石。

为解决网络“最后一公里”问题，项目应用卫星-互联网-专网的组网方案，以最经济高效的方式搭建项目施工现场wi fi环境，为机械设备提供数据传输条件。

图2 智慧工地网络示意图

四.智慧工地实施内容及成果

智慧工地系统建设是以实际施工需求为导向，以建立并完善公路土方碾压施工过程和施工质量管理智能化、信息化、可视化的长期目标。通过本项目的实施实现在对业主单位、施工单位、现场项目部的公路数字化施工控制和质量检测应用。构建“满足对工程碾压质量及设备管理需求、细节可检测、设备可跟踪、工程可审查、具有行业特色、智能化与专业化相结合”的系统，全面提升业主单位对公路碾压程度以及设备的管控能力，为塞内加尔公路建设提供强有力的支撑。图3为公路数字化施工系统框架图。

图3 公路数字化施工系统框架图

智慧工地实施内容主要为公路摊铺平仓系统，采用GPS、北斗等高精度定位和传感器技术，结合实际施工中路段或者仓位信息，实时提示操作手铲刀当前位置和设计位置，引导现场施工，解决传统技术中对混凝土平仓施工的质量控制通过人为经验来控制，带来的仓面摊铺不均匀、仓面摊铺不到位等情况，从而解决影响施工质量的问题（如图4所示）。

智慧工地公路摊铺平仓系统主要包含行车速度监控模块、碾压遍数模块、沉降量变化模块、行车轨迹监控模块、物料拌合站数据检测模块、激振力检测模块、视频监控模块、三维效果展示模块、文件上传与数据管理模块、质量检测分析模块、统计数据输出模块及机手端PAD应用模块。系统支持离线文件传输，在网络中断时，可手动将物联网设备采集到的碾压施工信息上传到系统中，便于接下来的数据管理与质量分析。

在系统的编制过程中，主要以目前在公路施工中的各种标准、规范、政策及法规为相关依据。成果方面，最终要依托强大的大数据分析能力和数据可视化展示效果，实现包括以下几方面的内容：1.工程特征数据的多维展示；2.公路填筑施工过程实时展示；3.公路碾压数据分析（实时与结果）；4.单元工程碾压施工过程报表生成；5.不同管理者的分权限、分层次及分标段进行数据查询与工程管理；6.为项目后期运行维护提供数据支撑。

五.技术支撑

该套公路数字化施工系统由硬件设备和配套的控制软件及业务应用软件两大部分构成。硬件设备和配套的控制软件包括GPS基站+GPS流动站、压路机CCS900连续沟压实控制系统、数据后处理软件SVO。系统主要有三层分布，第一层是系统数据库及基础技术层，这个层面服务器等计算资源都是基于主体工程建设信息云平台系统中IaaS层基础上的。其中相关物联网技术是结合安装在碾压设备以及填筑物料运输设备上的专有仪器开发的；第二层主要是系统中间件层；第三层是系统应用层，主要是将各种信息通过系统用户界面展示出来，为工程施工过程质量控制以及工程优化调整提供参考与支撑。

图4 平仓系统组成结构图

智慧工地系统作为一个集成系统应用，必须确保系统的安全、稳定、可靠运行，根据整体规划、分步实施的总体思路，在满足低成本和具备以后升级集群能力的基础上，本系统采用双机互备的部署方式，在总部机房两台服务器上分别安装应用程序和数据库系统，两台服务器并列运行，互为备份，总部局域网与公网之间采用硬件防火墙和强隔离装置进行安全保障，施工单位、项目部通过公网访问系统进行信息的录入填报，确保信息系统的应用。最后，随着系统的建设，需要同步出台有关的安全管理制度、规范，并配以安全培训等管理措施，从管理上保证系统的安全。

同时，施工系统为外接三维系统提供系统接口，外接系统可方便快捷的直接调用系统内部数据，进行直观展示。不仅能为公路建设水平与能力提供重要的技术支撑，也为碾压施工过程实时控制提供重要的基础。

六.总述

综上所述，基于云技术的智慧工地在“一带一路”工程项目中可以充分发挥信息化技术优势，打通信息化建设最后一公里，让信息化手段服务于工程项目施工管控，提升项目施工质量，让项目施工管理更加合理和高效。

智慧工地的探索和实践，将形成宝贵的施工过程数据等信息资产，提供海外项目数字化施工可借鉴方案，整体提高中国施工企业信息化水平，让施工企业在“一带一路”的道路上发展的更加从容和自信，从而带动更多的中国企业“走出去”。