智能施工技術(shù)在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用與發(fā)展研究

【摘要】文中深入探討了智能施工技術(shù)在城市道路建設(shè)中的多領(lǐng)域應(yīng)用，包括地面監(jiān)測與自動化設(shè)備的高效作業(yè)、無人機在勘測與設(shè)計中的精準應(yīng)用、BIM技術(shù)促進施工管理的可視化與精細化，以及信息管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在資源調(diào)度與實時監(jiān)控中的集成應(yīng)用。這些技術(shù)的應(yīng)用有效提升了施工效率、保證了工程質(zhì)量并提升了施工安全。

【關(guān)鍵詞】地面監(jiān)測；無人機；BIM技術(shù)；人工智能

【中圖分類號】TU997 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0150-03

0 引言

伴隨城市化的快速發(fā)展，對城市道路建設(shè)的需求也日漸上升，但同時也需要應(yīng)對施工效能差、品質(zhì)不穩(wěn)以及伴隨高風險的各種挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)進步，智能化施工成為建筑業(yè)發(fā)展不可避免的方向，傳統(tǒng)的建筑技術(shù)在解決相關(guān)挑戰(zhàn)方面逐漸力不從心。智能施工技術(shù)不僅有助于提高工程的效率和品質(zhì)，還能有效減少潛在的安全隱患和資源的不必要浪費[1]。在城市道路施工領(lǐng)域中，智能施工科技的使用潛力巨大，它不僅增強了施工過程的科學性和精確性，同時為智能城市的進一步發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 智能施工技術(shù)概述

智能施工技術(shù)是一種現(xiàn)代建設(shè)方法，它在建筑施工中整合了前沿的信息技術(shù)、自動化設(shè)備以及智能管理方法，旨在提升施工的效益、工作品質(zhì)以及安全性。隨著現(xiàn)代科技不斷進步，智慧施工方法已日益成為建筑產(chǎn)業(yè)的核心發(fā)展方向。此項技術(shù)集成了諸多領(lǐng)域，如建筑信息模型（BIM）、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析方法、無人機技術(shù)、機器人施工技術(shù)以及自動設(shè)備控制技術(shù)等[2]。通過這些綜合應(yīng)用的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對施工全階段的精細管理和控制。

2 智能施工技術(shù)在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 地面監(jiān)測與自動化設(shè)備

在都市道路的建設(shè)過程中，地表檢測技術(shù)和自動化器械的廣泛運用顯著增強了建設(shè)項目的準確性和執(zhí)行效能[3]。地表監(jiān)測技術(shù)利用各種儀器如傳感器、激光掃描設(shè)備和全站測量儀器，對地形、地質(zhì)狀況以及施工進度進行持續(xù)的觀察和監(jiān)控，以確保工程質(zhì)量和安全。這些設(shè)備可以為施工團隊提供準確的施工信息，進而使他們在施工中調(diào)整方案，減少潛在危險。另外，引進了自動化工具，例如自動鋪設(shè)機器、壓路機以及混凝土澆筑機器人，這些工具能在建筑過程中降低手工作業(yè)次數(shù)，從而提升施工的效率與質(zhì)量。這批設(shè)備不只可以完成高度精準的建設(shè)工作，它們還能在錯綜復雜或高風險的背景條件下工作，大大降低了工作人員面對的安全威脅。自動化技術(shù)的引入，不僅降低了施工過程中的物料損耗和能量損失，還促進了施工的環(huán)境友好性。

2.2 無人機在道路建設(shè)中的應(yīng)用

在城市道路建設(shè)中，無人機技術(shù)的運用越來越普及，特別是在勘察、監(jiān)視以及進度管理等方面起到了至關(guān)重要的作用[4]。無人機具備迅速執(zhí)行大規(guī)模地貌勘察的能力，可以生成具有高精確度的三維地形圖像，從而為道路設(shè)計工作提供穩(wěn)固的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。無人飛行器勘測相較于傳統(tǒng)地面勘察具有更高的效率，能迅速涵蓋大尺寸區(qū)域，并在不遠的將來大幅減少勘察的費用。此外，無人機也能實現(xiàn)對施工進度的即時監(jiān)測，通過頻繁拍攝現(xiàn)場情況，項目管理團隊能夠迅速掌握施工進度，及時識別潛在風險并提供相應(yīng)的解決方案。

無人機搭載的眾多高科技裝備使這些應(yīng)用更為廣泛，特別是在檢測道路鋪設(shè)質(zhì)量上，它們展現(xiàn)出了不可替代的價值。借助于熱成像儀等高端技術(shù)設(shè)備，無人機能對道路表面溫度進行實時監(jiān)測，尤其在瀝青攤鋪等溫度調(diào)控嚴格的建筑施工環(huán)節(jié)中，這一點尤為關(guān)鍵。瀝青道路的品質(zhì)受到溫度這一關(guān)鍵因素的影響，當路面的溫度分布不一致時，可能會引起道路裂縫、下沉等嚴重問題。無人機能夠在建筑工地上執(zhí)行飛行任務(wù)，并采用熱成像的方法產(chǎn)生溫度分布圖。這有助于施工組快速發(fā)現(xiàn)溫度異常的部分，從而及時調(diào)整施工的相關(guān)參數(shù)，確保道路的均勻和穩(wěn)定鋪設(shè)。除此之外，熱成像技術(shù)也具有監(jiān)控地下管線和基本建設(shè)熱泄漏情況的功能，從而能提早識別出隱藏的安全風險。無人機在道路建設(shè)中的應(yīng)用如表1所示。

2.3 BIM技術(shù)在道路建設(shè)中的應(yīng)用

建筑信息模型（BIM）技術(shù)在都市街道施工過程中的運用，正在深刻影響和改變那些傳統(tǒng)的設(shè)計、施工及管理方法。BIM技術(shù)利用三維數(shù)字化建模方法，對道路建設(shè)的全程進行了模擬和有效管理。在道路設(shè)計過程中，該系統(tǒng)整合了地理、地質(zhì)和交通流量等多方面的數(shù)據(jù)，從而協(xié)助設(shè)計師更好地規(guī)劃路線和結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計錯誤的可能性。在建筑實施階段，BIM可以被應(yīng)用于建設(shè)的虛擬模擬中，通過預先模擬建筑的各環(huán)節(jié)，能夠檢測到可能出現(xiàn)的碰撞和難題，從而減少返工作業(yè)和產(chǎn)生延誤的情況。

BIM技術(shù)在城市道路建設(shè)領(lǐng)域的實踐并不只是在設(shè)計或建造階段，其強大的數(shù)據(jù)融合和管理能力使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€項目生命周期中不可缺少的核心工具[5]。BIM技術(shù)通過對施工的時間、成本及資源的實時監(jiān)控，達到了項目管理的細致化和透明性。通過BIM技術(shù)的幫助，項目管理者可以實時監(jiān)控項目施工的進展情況，預測和應(yīng)對可能發(fā)生的延遲，優(yōu)化資源的分配和利用，以實現(xiàn)有效地控制項目成本和時間。BIM技術(shù)也可以把設(shè)計、建設(shè)計劃以及材料清單等多種信息融合進一個統(tǒng)一的三維模型，這使得團隊成員能夠更高效地協(xié)作與交流，從而減少在信息傳遞過程中可能出現(xiàn)的誤差和遺失，保障施工活動的順利完成。一旦完工，BIM不僅可以被儲存為施工記錄的電子版，還是維護管理活動的基準數(shù)據(jù)平臺。BIM技術(shù)在道路建設(shè)中的具體應(yīng)用如表2所示。

2.4 信息化管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)

通過信息化管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合，城市道路建設(shè)正在獲得新的活力源泉。信息管理系統(tǒng)能夠?qū)⑹┕は嚓P(guān)的數(shù)據(jù)、設(shè)備的狀態(tài)以及資源的分配情況融合到一個統(tǒng)一的平臺上，從而達到對整個施工階段的即時監(jiān)控及管理目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過在工程設(shè)備或現(xiàn)場部署的各種監(jiān)測傳感器來實時收集數(shù)據(jù)，并將其上傳到管理系統(tǒng)上，從而構(gòu)建一個高智能的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市道路建設(shè)領(lǐng)域的使用，顯著增強了工作場所的管理及監(jiān)控效能。通過在建筑現(xiàn)場部署眾多傳感器，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)Νh(huán)境中的各種信息進行持續(xù)收集與監(jiān)控，涵蓋溫度、濕度、震動、風速和氣壓等，對確保建筑的質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。以瀝青鋪設(shè)為例，材料的穩(wěn)定性和施工質(zhì)量在溫度和濕度波動下會受到顯著影響。但借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，施工管理團隊能夠?qū)崟r獲得這些環(huán)境信息，并基于這些信息來調(diào)整施工方法，以減少不良環(huán)境引起的潛在質(zhì)量問題。不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也有能力實時監(jiān)測施工設(shè)備的操作情況，從而獲取設(shè)備運作參數(shù)、工作量、能量消耗等相關(guān)信息。只要系統(tǒng)識別設(shè)備出現(xiàn)不正常狀況或故障跡象，它會迅速觸發(fā)警報，并進行遠端故障檢測以及后續(xù)的維修。

3 智能施工技術(shù)在城市道路未來中的發(fā)展趨勢

3.1 人工智能與大數(shù)據(jù)的深度融合

在未來，AI技術(shù)與大數(shù)據(jù)之間的深度整合注定會推動城市道路建設(shè)向智能施工技術(shù)前進。AI借助大數(shù)據(jù)的技術(shù)分析和優(yōu)化，能夠為城市道路建設(shè)過程中出現(xiàn)的多種信息做出智慧的預測和選擇。例如，AI能夠利用過去的建筑歷程、氣象預測以及交通流量等數(shù)據(jù)，來預見施工過程中的潛在風險并給出最合適的建設(shè)建議。AI技術(shù)在施工期間能夠?qū)碜詡鞲衅鞯臄?shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，從而自動調(diào)整施工設(shè)備的運行狀況，進一步優(yōu)化資源使用和提升工作效能與品質(zhì)。此外，利用大數(shù)據(jù)科技，可促進施工過程的智能化監(jiān)督，借助大數(shù)據(jù)的深度分析，能夠?qū)κ┕さ乃俣群唾|(zhì)量實施細致的管理。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的緊密結(jié)合

隨著智慧城市的逐步建立，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在城市道路施工上的利用將得到更快推動和發(fā)展。在未來的道路規(guī)劃中，城市道路不再僅僅是簡單的基礎(chǔ)設(shè)備，而是與城市的整體智能網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，城市道路建設(shè)將能夠與交通、能源、環(huán)境保護等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)無縫連接。同時，通過動態(tài)的監(jiān)視和數(shù)據(jù)的共享，可以進一步優(yōu)化城市道路的設(shè)計、施工與持續(xù)維護。例如，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于實時觀測路面交通狀況、路況和各種環(huán)境影響因素，同時可智能調(diào)節(jié)交通信號燈的操控方式，以減緩交通堵塞和環(huán)境污染。另外，物聯(lián)網(wǎng)有能力與智能交通系統(tǒng)連接，確保自動駕駛者與道路公共設(shè)施之間的和諧，從而顯著提高交通的安全性與工作效率。隨著智能化城市建設(shè)的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在都市道路發(fā)展上的使用預計會持續(xù)增長，這有助于推進城市基礎(chǔ)設(shè)施向智能化方向轉(zhuǎn)型。

3.3 自動化施工設(shè)備的廣泛應(yīng)用

在未來，城市道路建設(shè)領(lǐng)域里自動化施工設(shè)備可能會被廣泛使用。隨著技術(shù)發(fā)展，自動化的施工設(shè)備正在向智慧型轉(zhuǎn)型。例如，自動路鋪設(shè)備、無障礙壓路機以及混凝土澆筑機器人等，它們正在逐漸取代傳統(tǒng)的手工操作方式，成為道路建設(shè)過程中的關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。這批自動化技術(shù)設(shè)備不只能增加施工的速度，同時還大幅度降低了手工操作所產(chǎn)生的偏差，從而確保工程施工的質(zhì)量始終保持穩(wěn)定和一致。另外，隨著無人駕駛技術(shù)不斷進步，未來的施工機械正在向完全自動化發(fā)展，這將使其能在工程現(xiàn)場獨立完成各種任務(wù)，從而大幅降低對勞動力的依賴和潛在風險。隨著自動化施工工具的廣度增長，將進一步推動城市道路建設(shè)走向智能化，使得工程更為高效、安全且注重環(huán)境保護。

3.4 智能化維護與管理系統(tǒng)的普及

在將來的都市道路開發(fā)項目中，智能化的維護及管理系統(tǒng)將逐漸成為主流發(fā)展方向。隨著技術(shù)發(fā)展，城市道路不僅需要在其建設(shè)中達到智能化水平，還應(yīng)在使用和保養(yǎng)的各環(huán)節(jié)實施智慧式的管理策略。智能化的維護系統(tǒng)利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實時觀察道路使用的狀況和健康狀況，并且能夠及時察覺并預估可能發(fā)生的路面損壞或老化情況。例如，利用安裝在路面下方的感測器，能有效檢測道路結(jié)構(gòu)的變動，預先警告路面是否出現(xiàn)裂縫或下沉，進而采取預防性的維護措施，防止大的損壞出現(xiàn)。除此之外，智能管理系統(tǒng)還能綜合不同類型的數(shù)據(jù)，以科學的方式分析交通和道路狀況，從而為城市規(guī)劃和交通管理工作提供堅實的科學基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

智能施工技術(shù)在都市道路的構(gòu)建上取得了廣泛的應(yīng)用和進步，為城市的基建和運營引入了一種前所未見的創(chuàng)新。通過整合地面監(jiān)測設(shè)備、無人機和BIM技術(shù)，以及信息化管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的使用，城市道路的建設(shè)在效率和質(zhì)量上得到了顯著提升，同時在施工階段減少了相關(guān)的風險和資源使用。展望未來，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)日益融合，智能施工技術(shù)在城市道路建設(shè)領(lǐng)域?qū)缪莞匾慕巧?，并助力施工過程的全面智能化。隨著自動化施工工具的普及和智能維護與管理體系的推廣，城市道路的可持續(xù)性和提供的服務(wù)質(zhì)量有望得到明顯提高。

參考文獻

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