摘要：面对新形势下，公路工程面临的更高的质量、安全与管理要求，本文开展了公路工程智慧工地顶层方案设计，并依托南京江北地区某普通国省干线公路改扩建工程项目的应用，对智慧工地的应用效果和取得的效益进行了分析。
关键词：智慧工地；信息化；可视化；实时采集；分析
1概述
2019年9月国务院下发的《交通强国建设纲要》提出“大力发展智慧交通”、“全面提升城市交通基础设施智能化水平”等要求；2016年交通部安质司《关于打造公路水运品质工程的指导意见》指出，应探索“互联网+交通基础设施”发展新思路，推行公路工程“智慧工地”建设，提升公路工程项目管理信息化水平。为了响应国家相关文件要求，切实提升公路工程的建设质量与安全水平，有必要进一步推行智慧工地建设。然而，无论是硬件和软件，目前对于智慧工地尚没有统一的认识与定义[1、2]。本文依托实体工程的建设，开展智慧工地顶层方案的设计并通过实际应用，对其应用效果进行分析。
2智慧工地的框架结构
公路工程智慧工地的建设应聚焦公路工程施工现场的实际需求，综合考虑项目成本、质量安全管理目标等因素，紧密围绕项目前后场的人、机、料、法、环等5项关键要素，进行定制化的框架结构搭建，具体结构如图1所示。
3智慧工地顶层方案设计
在智慧工地框架结构的基础上，通过对现有软件、硬件的调研和分析，介绍了智慧工地当中，项目管理、人员管理等7大模块的主要功能，可为智慧工地的建设与推广提供借鉴。
3.1项目管理。项目管理包含合同管理[3]、计量支付、考核管理、文档管理等内容。通过合同管理，登记上传合同文本和扫描件，记录合同信息和主要条款，以及过程中的合同变更等信息。系统如同网盘一般自动生成合同台账和清单，并及时更新，可根据变更类型的不同，选择相应的变更程序和流程，每项变更程序之间相互关联，做到自动留痕，可追溯。通过计量支付功能，登记上报每期计量与报验的信息，并可在网上办理计量支付过程中的审批手续，并生成计量支付台账。通过发文管理，进行收发文网上办理，可以在线办理收发文审批流程，并对公文进行自动归档；在线新闻、通知公告等信息，通过手机短信，提醒各单位接收相关通知文件；通过办公管理在线浏览规范文件，填报施工日志和月报。根据平安工地考核办法，内置完整的考核用表，建立网络化的安全考核机制系统，每月自动生成对各参建单位的考核结果，实现考核管理的公开、公平及透明，如“平安工地”的网上打分及统计等。
3.2人员管理。人员管理包含考勤管理、实名制与培训管理、工资管理等模块。通过人脸识别考勤系统，可以对人员考勤实现全面自动化管理，随时掌握人员出勤情况，能够快速、准确地查询人员各个时间的位置等考勤信息，便于指挥部进行管理；为所有进场人员通过身份证读卡录入实名制登记系统，进行劳务人员实名制管理。工资管理可与考勤管理系统相关联，能自动生成每名员工当日出勤小时数，剔除异常数据并生成日报表；每月初系统还能自动生成月报表，包含员工姓名、考勤天数、出勤小时数、应发工资、实发工资等数据[4]。
3.3设备管理。可应用二维码识别管理系统[5]，在现场拌和站等固定设备和摊铺机、压路机、运输车等可移动机械上贴上包含设备编号、设备规格型号、管理责任人、进场日期、验收状态等信息的二维码。通过二维码识别管理系统，可有效加强对机械设备等动态管理。此外，在两区三场入口处通过摄像头对项目运输车辆的管控以及社会车辆出入道口的管控，能够识别车辆在每个道口的通过时间以及车辆的基本信息，明确每辆车的放行人员以及车辆的基础运输轨迹，从而实现对建设单位、施工单位、监理单位进出入车辆的有效监督和管理。
3.4物料管理。通过物料管理模块及时了解各原材料物资的价格信息，加强物资采购价格指导和严格管理。可以通过对各类原材料进场登记管理，实时了解各材料进场数量、产地、验收状态等，加强原材料进场验收管理的规范性，同时能够有效节约采购成本。
3.5质量管理。以沥青路面施工为例，通过在拌和楼、运输车辆、摊铺机、压路机中安装传感器，实时采集施工过程中的级配、摊铺碾压温度、车辆运行轨迹、速度等参数，对施工过程中的参数进行实时管控。2沥青路面施工管控示意图此外，还可以通过对各试验室仪器设备的升级改造，可实现试验设备联网监控，对关键试验的检测过程、检测结果实时监督，数据实时上传平台，可有效杜绝试验检测数据造假行为，目前可监控的试验类别：沥青品牌、沥青原材料、沥青混合料、无机结合料、水泥原材、钢筋原材、钢筋焊接等。
3.6安全管理。安全管理包含视频监控、特征设备安全监测以及结构物安全监测等。对工程建设的关键部位安装如球机、枪机等视频监控设备，实时监控现场的人员与设备的施工行为。通过视频监控，对两区三场、生活区、办公区的安全、重大、危险性高或隐蔽性施工作业进行全程监控，管理者从而对现场的施工状况进行实时监控。此外，在基坑施工过程中，可采用基坑自动化监测系统确保深基坑的结构安全。通过现场的各种传感器和高精度测量设备，对基坑岩土体地表位移、内部位移、结构应力、地下水位、倾斜等一系列关键参数进行连续监测，当出现坍塌危险时即时进行预警。
3.7生态环保。生态环保模块主要通过对大气、水文的关键参数进行监测，当指标超过阈值时，即时进行预警和处置。以扬尘监测与喷淋系统为例，本系统可对空气中的PM2.5、PM10、温度、湿度、噪声等参数进行监测，监测数据可通过平台实时展示，当指标超标时，紫东控制喷淋系统，通过雾炮机进行喷淋除尘。
4应用效果分析
依托南京江北地区某干线公路改扩建工程智慧工地的应用效果表明，智慧工地可以取得以下经济效益。（1）机械燃油方面：采用如3D摊铺施工、无人驾驶集群化等智能化施工技术，可以精准施工，施工机械油耗降低约15%。（2）人员成本方面：采用智能化施工与监管技术，可减少监理及管理人员约30%。（3）节约资源方面：采用智能降尘与养生系统，实时监测、预警、智能治理扬尘，节约用水40%。社会效益方面，智慧工地的建设，以数据驱动的新型柔性组织形态和工程管理模式，使工程建设各要素可测、可知、可控，从而实现工程建设综合成本大幅降低，不仅降低工程活动能耗，减少污染，而且保障施工安全，提升安全管控能力和突发事件处置能力，具有较高的社会效益和推广应用价值。
5结论
通过本文对智慧工地顶层方案设计，取得以下主要研究成果。（1）结合项目实际数据，按照项目管理、人员管理等7大模块，搭建了智慧工地的框架结构。（2）详细介绍了智慧工地各模块的采集参数以及主要功能，可供同类项目参考借鉴。（3）通过实体项目的应用，智慧工地建设可以切实提升项目建设质量与管理效率，降低成本，取得了较好的社会经济效益和推广应用价值。
作者:孙圣懿 单位:南京市公路事业发展中心公路科学研究所
