智慧工地在公路工程中的应用研究

本文系统分析了“智慧工地”的设计理念和整体架构，阐明了物联网、BIM、大数据、云计算、移动互联网等多种信息技术在“智能站点”模式下的应用过程。在这里，“智慧工地”的总体框架成为一个实际应用的公路项目，并建立一个智能站点管理平台，实现对现场人员、机械设备、技术方法、环境保护、安全和质量的全面计算机化监控，以实现对工程各方面，实现工地“智能化”施工。

       关键词：智慧工地；公路工程；物联网；系统

1、智慧工地模块开发

1.1公路工程形象进度管理模块
基于GIS（Geographic Information System，地理信息系统）地图，基于BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）RFID射频、北斗（或GPS）定位、传感器、无线传输、云服务器、大数据等技术，实现水稳性、沥青抹面和混凝土施工的实时图像表示和实时控制有效提高项目进度。

1.2沥青路面施工质量管控模块
沥青混凝土施工质量控制模块包括沥青拌和站的生产、运输和沥青涂层。该系统包括沥青人行道和沥青人行道的实时温度测控系统，包括沥青坡道和沥青碾压站的实时温度测控系统，包括沥青坡道和沥青碾压站的实时温度测控系统。

1.3水稳基层施工质量管控模块
基本耐水结构质量控制模块包括耐水搅拌站后场和耐水搅拌机基础施工前场。水稳搅拌站生产后台包括水稳搅拌站生产控制系统。由于耐水拌合站为连续生产，保证数据恢复，故采用硬、软件信息实现规定间隔（最小值可达1min），便于过程监控；基本防水结构前场包括监控系统对于运输车辆，路面速度测量系统和压路机速度测量系统。

1.4桥涵结构物施工质量管控模块
包括水泥搅拌站生产场地、实验室和水泥混凝土工程。水泥搅拌站后场包括水泥搅拌站控制系统；试验室包括水泥砂浆厚度、水泥混凝土抗力和机械强度配筋的检测与监测系统；水泥混凝土浇筑前场包括水泥的监测系统罐车及智能电压的实时监测。

1.5 360°视频监控模块
在车辆过渡段、桥梁、搅拌站、预制场设置360°视频监控，实时动态调整搅拌预制场的生产情况，在人行道和压路机上安装视频监控，实时监控现场的安全生产。对于重要结构，采用视频监控每天拍照，捕捉桥梁静态进度。工程完工后，将完成延迟记录，以清晰、动态地显示桥梁的施工过程。

1.6环保管理模块
环保模块首先是一个智能化的喷雾降尘控制系统，它可以监测和控制粉尘的排放，从而实现无控自动降尘。对 PM2.5、PM10等扬尘指标进行实时自动监测，并与系统自动喷水灭火系统相连接，当搅拌站粉尘数据超标时，自动进行喷水。
       

2、技术原理

2.1拌合站生产管控系统设置了搅拌站数据采集终端

实现了搅拌站每批沥青混合料的计量、分类、温度和时间数据的实时记录和传输，并将其上传到中央服务器；平台自动对数据进行实时统计分析，所有参与设计的人员都可以通过 PC客户端或移动终端实时查看数据；系统以图表形式动态显示搅拌站生产数据，并根据每批沥青混合料的实际用料量，动态绘制混合料分类曲线，以此为基础编制搅拌站生产数据。

2.2车辆运输管控系统
汽车运输管理和控制系统的主要目的是，通过车辆识别系统，控制每辆汽车的车辆信息、材料输入的时间以及从出口到修理的整个过程，以查明设计上的不足之处，进行有针对性的质量控制和控制，为后续建筑质量追溯奠定基础；这是 RFID识别功能（无限射频），它可在卸货点接收车辆信息和接收时间，扫描车辆前部的日卡（每辆运输车安装两张 RFID日卡，车辆前后各一张）。接收资料后，在车的后面扫描标签。车辆信息（牌照）和生产信息（牌照）由拌合站标识系统自动收集，即车辆接收到的料牌数量以及每块板材所占的比例，而生产信息与车辆信息之间的关联将通过安装在运输车辆上的 GPS或北斗定位终端，同时实现符合生产规划的车辆路径和实时定位。

对于摊铺过程的质量，有两个重要参数：静态速度和粉刷温度。为实现这两项指标的监测，在人行道上设置了摊铺速度、温度记录仪以及 LED显示屏，实时显示搅拌温度和摊铺速度，以确定温度和摊铺速度是否超过设定阈值，现场竖起自动报警，并及时向现场技术和监控员提供处理信息。与此同时，人行道也可以监测到以指定的速度行驶，并尽可能保持恒速。混料温度超过规定温度时，应及时送离现场。但是，当温度较低，未达到截止分解标准时，应及时通知压路机操作员，并加强对部分部位的碾压，以保证压实度达到设计及规范的要求。

2.3智能压实管控系统
以 GNSS高精度天线（全球导航卫星系统）为核心的智能压缩模块，实现了177 cm的精确定位。本系统能提供高精度的动态动态实时定位数据，可以实现对沥青混合料搅拌过程的控制，满足压实遍数和跟踪精度的要求。压缩机模组包括：速度记录终端机、温度记录、高精度 GNSS天线（全球卫星导航系统）、LED显示屏和导轮盘。建筑工地前面有 LED显示屏，监控员和施工人员可以看到碾压温度和速度；如果超过目标值，夏季还能自动报警，现场技术和监控员可以对信息进行处理。从而也可监督压路机操作员按规定的速度运行，使温度尽可能低，并根据方案对组合、幅度、压缩次数等进行处理，确保压实度达到设计和规范要求。

2.4预警管理
智能化管理平台提供两种类型的预警信息，一种是混合工区混合部生产预警信息，另一种是混合工区混合部生产预警信息，沥青防水路面和车辆施工预警信息采用不同的方式。报警等级过后，车站预警信息将通过短信实时发送到相关人员手中。根据与目标组合不同的实际混合比例，可设置预警、中等预警和高预警，并将预警信息实时发送到各管理人员。碾压场地预警信息由现场夏令时间提供，发送速度快，效果好。

2.5水稳拌合站的改造
该系统储存当天的所有生产量，直至生产完成或结束。仅有一条生产记录无法对生产过程中的分拣进行实时监控。为实现过程控制和实时监测，对水稳搅拌站的改造包括安装软件和改进硬件，使系统能够在规定的时间间隔内自动记录生产数据，一般设置为5 min，最小为1 min，并可接收生产过程中的大量数据。其它过程符合沥青的质量控制。

2.6形象进度
该平台利用手持式设备扫描路面 RFID标识图，输入轨道结构、桩号等信息，实时生成路面施工进度图。进度界面还可设计填充前上升线、初始表面高度及子层高度。可视化显示道路基填方排土方情况：该路段是道路基填方零填还是零填；桥涵监控施工现场增加了一套手动控制装置，扫描每个到达浇筑现场的混凝土罐体，在实时上传的手持式设备上选择浇筑构件，实时生成图象流，实现每车混凝土构件的可追踪。

累计生产34241台，提前预警106台，占全年产量的0.3%。通过对高浓度预警原因的分析发现，沥青集料比偏差比例最大。由于混合料中的细集料含量较高，拌和站沥青混合料称重系统误差较大，在初期生产或不同配比情况下，集料、沥青混合料比等多项指标会产生较高的预警值。本系统由于受人为因素的影响，有效地避免了搅拌站的干扰。

3、展望和建议
利用信息技术，实现对沥青原料混合料、运输、抹灰（浇注）、碾压等全过程的实时监控，快速准确地识别沥青原料，对测试数据进行实时检测和评价，进一步规范施工和检验作业，减少人为因素对工程质量的影响，根据实时监测结果，及时改进施工组织的规划和优化，减少施工过程中的变异，实现过程控制和质量追溯。信息化只是一种工程管理手段、工具和手段，它并不能完全取代人的作用，而是对人力资源的补充和加强。