公路工程基于BIM+GIS的智慧功能区建设技术研究

潘芳、王彤

（江苏东交智控科技集团股份有限公司，江苏南京210002）

0 引言

根据新基建、区块链及“交通强国”等发展战略，结合行业发展需求，工程建设领域加大了对数字化和智能化技术的应用[1]。智慧功能区是模拟实际地形及生产区布局，直观呈现该区的相关信息数据，能够有效发挥管理功能，使施工任务调度更加及时、便捷，问题识别更加智能化，预警位置更加直观，能够有效实现对工程建设全过程的模块化、标准化、可视化、数字化、智能化管理，形成公路工程建设过程“现场可视、数据可查、进度可知、质量可控、安全可防、违规可纠、预警可报、全程可溯、效益可增、模式可行”的管理模式，为工程建设的数字化、精细化、智能化生产，实现“品质工程”“交通强国”奠定基础，具有重要的应用意义与推广价值。

1 智慧功能区的建设目标

智慧功能区以各个应用场景为主体，基于BIM、GIS、物联网、大数据、移动终端应用等技术，结合工程项目建设生产过程实时模拟、生产质量实时管控、生产数据智能评价等管理需求，对施工现场的人、机、料、法、环等各要素进行统一的调配和管理，将建设数据与BIM 对接关联，能够实现施工质量多维分析、施工过程全景可视、施工管理标准统一、大数据实时共享的协同管理目标，可有效提升施工质量与管理水平，达到工程建设智慧管理、智慧决策的目的[2]。通过智慧功能区的建设，可实现以下目标：

1.1 标准化建设，形成规范体系

以工程建设智慧化管理需求为根本目标，从改变BIM、GIS、智慧工地应用零星、局部、分散的现状入手，通过顶层设计，总结经验，智慧建设规范体系[3]。

1.2 场景化管理，实现“工地在身边”

采用场景化建设管理模式，将工程建设实时采集的项目、人员、设备、物料、质量、安全、环保等数据无缝对接BIM 与GIS，进行三维可视化展示，更立体、直观，能够真正实现“工地在身边”。

1.3 建立管理体系，达到智慧化目标

建立全过程全方位管理体系：对工程建设的办公区+生活区，实现两区管理智慧化；将试验—生产—施工数据匹配融会贯通，实现全流程管理，同时建立外卖式订单服务模式，实现生产施工智慧化；通过智慧建造基地、数字化传递、流水化作业、产品认证、管理评价，建立集约化生产基地；通过安全可视化、机器视觉技术、智能预警，实现安全管理智慧化。

2 智慧功能区的建设

根据建设需求，可按照办公及生活区、拌和站生产基地、钢筋加工厂、梁场集中化建设、基坑安全、道路、桥梁、隧道、航道等进行场景化功能区建设。智慧功能区平台展示效果见图1。

图1 智慧功能区平台展示

在公路工程智慧功能区的创建过程中，主要以“1+8”创建模式对功能区现场的人、机、料、法、环、测等各要素进行统一调配和管理，将人员、设备、物料、工艺工法、环保保护、质量安全等数据，通过移动终端的智慧设施进行集成和拓展。“1”是指项目在实施过程中构建基于BIM+GIS 的信息化综合管理平台，通过该工程信息化综合管理平台，对该工程投入使用的8个信息化技术（项目管理、人员管理、设备管理、物料管理、质量管理、安全管理、生态环保和BIM 管理平台）进行统一管理。智慧功能区平台功能架构见图2。

图2 智慧功能区平台功能架构

2.1 办公区+生活区的管理

办公区+生活区的两区管理智慧化：对于办公区与生活区的智慧管控，主要是通过建立两区的BIM 模型，采用虚拟化场景，将采集到的人员管理、设备管理、物料管理、方案管理、生态环保等数据信息与BIM模型模块一一对应并展示，形成内业资料看网上台账，外业看视频、虚拟化场景的模式。办公区+生活区功能界面见图3。

图3 两区功能界面

2.2 拌和场的管理

拌和生产智慧化：通过GIS 地图进入拌和场BIM模型场景，该模型能实时展示拌和场各区域点的生产情况、视频情况、环保情况、在场人数、物料剩余情况。生产情况主要包含当前生产总量、检测情况、预警总数、处理情况、浇筑部位、当前生产状态等。同时，拌和场采取外卖订单服务模式，即“根据现场需求下单—技术员创建任务并下发—试验室接受任务出生产配合比—操作手接受任务及生产—运输车配送—现场扫码接料（同时通知生产人员、运输车）”系列流程。拌和站功能界面见图4。

图4 拌和站功能界面

2.3 梁场的管理

梁场集约化建设：基于BIM、GIS、物联网、大数据、移动终端等技术，对工程项目建设生产过程实时模拟、生产质量实时管控。总控中心模拟基地梁场实际地形及生产区布局，汇总展示梁场施工进度、生产数量、设计量、完成率等，实时采集基地人员、设备、物料、质量、安全、环保数据并实时展示，实现生产过程实时模拟、生产质量实时管控，在提高工程质量管理水平的同时降低管理成本，达到梁场施工智能化、数字化、标准化的管理目的。智慧梁场功能界面见图5。

图5 智慧梁场功能界面

2.4 安全管理

基坑安全监测智慧化：主要建立基于基坑围护的三维结构模型，通过机器视觉及智能算法，建立三维结构模型，在模型内布置与现场位置统一的监测点位，将施工现场实测数据与对应模型关联，可以在BIM 平台上实现对监测数据的分析处理，能够实现基坑监测数据的实时保存、远程查看，为工程建设的安全保驾护航[4]。安全管理功能界面见图6。

图6 安全管理功能界面

2.5 钢筋加工厂的管理

钢筋加工数字化：把钢筋智能加工打造成集人、到班组、到设备、到项目、到料单、到周期的流程化管理，实现加工环节全流程数据整合，同时记录、反馈、沟通和汇总分析现场生产情状，并通过云端实时进行数据传输及共享，实现钢筋原材溯源及加工溯源，在保证成型钢筋制品加工效率的同时，提升制品质量。钢筋加工厂智慧管理功能界面见图7。

图7 钢筋加工厂智慧管理功能界面

3 智慧功能区的应用效果

应用智慧功能区，验证了智慧化技术在全面提升工程建设质量和安全管理水平等方面的效果。

3.1 工程质量提升

对原材料进场、试验检测、拌和运输、生产施工等环节进行全过程管控，确保进场材料100%合格，试验数据真实有效，拌和生产无废料，施工过程可追溯。施工过程实现关键参数实时采集，同时对数据进行分析、评价、预警，及时发现施工过程中存在的问题并及时解决，能够避免质量隐患，确保工程建设质量[5]。

3.2 安全管理提升

通过安全防护智能抓拍、一键呼救、风险源管控等功能，能够实现施工人安全有保障、施工过程有巡查、施工区域有监管的全方位监管，安全事故零发生，保证了对建设人员的安全防护，促进了“平安工地”和“品质工程”的建设，为实现“品质工程”“交通强国”奠定了基础。

3.3 工程进度保障

数据自动化采集、智能化分析、工序网上报验、审批在线流转、分析报告自动生成、报告智能导出等功能，减少了资料整理的工作量，在保证工程进度的同时，提高了工程建设管理水平。

3.4 经济效益方面

减少了施工、监理、管理等人员的投入，可节约人工费用64 万元左右，无纸化会议每年可节约纸张约1.2 吨。智能施工技术既保证了工程建设质量，又提高了施工效率。

3.5 社会效益方面

智慧功能区可确保工程施工质量，延长工程使用寿命，不仅可以减少养护成本，还可以减少养护维修对交通的干扰，减少养护运营期的预算支出。

3.6 环境效益方面

因采用智能扬尘处治设备和智能养生系统，可节约用水40%；通过智能化的施工管控，平均每公里施工可减少碳排放552kg；智能化的监测设施可实现对扬尘、PM2.5、PM10、噪声、温度、湿度、风速、风向、水质、等参数因子的连续监控，实现实时显示和预警，使环保可视化，大大降低了对周围环境的影响。

4 结语

对BIM+GIS 的智慧功能区建设技术的研究及应用，实现了工程建设过程中项目管理、人员管理、设备管理、物料管理、质量管理、安全管理、生态环保和BIM 管理等方面的全方位把控，取得了良好的应用效果。在后续的研究与应用过程中，可结合5G、VR、区块链等前沿技术，进一步完善智慧功能区的管理功能，全面提高对施工质量的管控水平，这对提升管理水平也有重要意义，有良好的推广应用前景。