基于智能化施工技術(shù)的市政道路建設(shè)研究

【摘要】文章對(duì)智能化施工技術(shù)在市政道路建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，以某市政道路工程EPC建設(shè)項(xiàng)目為例，探討了BIM技術(shù)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能機(jī)械設(shè)備等智能化施工技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)與預(yù)估技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采用智能化施工技術(shù)后，市政道路建設(shè)項(xiàng)目的施工周期、施工成本、施工效率、變更數(shù)量以及投訴率明顯降低，智能化施工技術(shù)的應(yīng)用取得顯著效果。

【關(guān)鍵詞】智能化；施工技術(shù)；市政道路

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU997 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）01-0022-03

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平的提高，城市人口數(shù)量不斷增加，特別是東部沿海城市面臨著巨大的城市人口壓力，需要不斷地完善城市功能，改善城市人居環(huán)境[1-2]。市政道路作為保障城市居民出行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)質(zhì)量與效率往往影響著城市的交通狀況及居民的生活質(zhì)量。同時(shí)，市政道路作為城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要載體，在提高城市交通效率及促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的市政道路建設(shè)過(guò)程中，往往面臨著施工效率低、成本高、質(zhì)量控制難度大等問(wèn)題，在一定程度上制約著城市的發(fā)展，隨著智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種方式正逐步被取代[3-4]。本文基于智能化施工技術(shù)特點(diǎn)的分析，以某市政道路建設(shè)為例，分析了智能化施工技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景以及在施工周期、施工成本及施工質(zhì)量控制方面的優(yōu)勢(shì)。

1 智能化施工技術(shù)基本概念

1.1 智能化施工技術(shù)定義

智能化施工技術(shù)是指在工程建設(shè)施工過(guò)程中，利用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代科技手段，對(duì)施工過(guò)程、工程造價(jià)、安全施工、施工周期等進(jìn)行自動(dòng)化、智能化及高效化的管理，從而實(shí)現(xiàn)工程施工效率提高、建設(shè)成本降低、工程質(zhì)量提高及保障施工安全[5]。智能化施工技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)及管理施工現(xiàn)場(chǎng)，為工程建設(shè)提供決策支持，對(duì)工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)具有至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)的施工技術(shù)相比，智能化施工技術(shù)通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備，大幅度提高了施工速度及精度，減少了人工誤差。同時(shí)，借助BIM技術(shù)集成項(xiàng)目信息，實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作，優(yōu)化資源配置，減少材料浪費(fèi)，提高了工程材料的利用率。此外，智能化技術(shù)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化操作完成危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)[6]。

1.2 智能化施工技術(shù)的特點(diǎn)

智能化施工技術(shù)逐步在建設(shè)工程及市政工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并得到了快速的發(fā)展，為建筑行業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。智能化施工技術(shù)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：①高度自動(dòng)化：利用人工智能（AI）和自動(dòng)化設(shè)備，可以減少對(duì)人力的依賴(lài)，特別是在進(jìn)行焊接、涂裝、混凝土澆筑等工序時(shí)，可以大大降低工作的重復(fù)性和危險(xiǎn)性；②實(shí)時(shí)監(jiān)控：利用物聯(lián)網(wǎng)及監(jiān)控設(shè)備，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全進(jìn)行智能化和實(shí)時(shí)性監(jiān)控，分析潛在施工風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而預(yù)防事故的發(fā)生；③數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：通過(guò)收集并分析施工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，優(yōu)化施工計(jì)劃、資源配置，數(shù)據(jù)分析可以幫助項(xiàng)目經(jīng)理和決策者更好地理解項(xiàng)目狀態(tài)，預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題，并據(jù)此做出更加科學(xué)的決策；④高度集成化：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)智能化設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)整合與集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信和協(xié)作，提高施工效率和安全性，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)化和智能化管理；⑤施工模擬：采用AR或者VR技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以更為直觀展示設(shè)計(jì)理念，提高溝通效率，VR/AR技術(shù)可以用于模擬施工過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，并采取施工優(yōu)化措施。

2 市政道路建設(shè)中智能化技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 智能化施工項(xiàng)目概況

某市政道路工程（A大道）EPC項(xiàng)目位于某市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，道路總長(zhǎng)度約2.93 km，設(shè)計(jì)寬度45.0～52.0 m，為城市主干路，設(shè)計(jì)時(shí)速50 km。該項(xiàng)目于2021年10月開(kāi)工建設(shè)，合同總造價(jià)約2.751億元，合同工期24個(gè)月。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括道路工程、橋梁工程、雨水管網(wǎng)、污水管網(wǎng)及市政照明工程。A大道工程作為2021年市重點(diǎn)項(xiàng)目，建設(shè)質(zhì)量要求高、工期緊，對(duì)施工單位的施工質(zhì)量及施工效率提出了較高的要求?；诖耍┕挝辉谥袠?biāo)后迅速組建項(xiàng)目組，確定施工方案，依據(jù)項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)確定在市政道路施工過(guò)程中采用智能化的施工方案。

2.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

A大道工程屬于市政工程EPC項(xiàng)目，EPC模式下總承包單位負(fù)責(zé)道路工程的設(shè)計(jì)、采購(gòu)及施工等環(huán)節(jié)，并在合同總價(jià)內(nèi)承擔(dān)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)和責(zé)任?；诖耍瑸檎享?xiàng)目設(shè)計(jì)方及施工方的主要技術(shù)資源，在市政道路設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)以提升工程的效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)融合擬建道路紅線內(nèi)的地形，將市政道路設(shè)計(jì)方案融入3D地形圖內(nèi)，實(shí)現(xiàn)中心線的轉(zhuǎn)換及整體方案的構(gòu)建，通過(guò)多維度的對(duì)比分析，確定道路設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化道路設(shè)計(jì)。將BIM技術(shù)用于市政道路的車(chē)道、人行道布置、寬度設(shè)計(jì)等，通過(guò)設(shè)置斷面材料及節(jié)點(diǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)道路及橋梁工程的變寬設(shè)計(jì)。同時(shí)，采用BIM技術(shù)構(gòu)建了基于現(xiàn)場(chǎng)地形的市政道路模型，準(zhǔn)確預(yù)估了道路所需土方量。在道路管線設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路管線的碰撞檢測(cè)，最大限度降低施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)變更。

施工階段中，首先通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建信息交流平臺(tái)，使市政工程各參建方之間的溝通更為順暢，特別是設(shè)計(jì)單位及施工單位之間在解決現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)BIM技術(shù)及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，模擬整改方案，并最終確定相應(yīng)的解決方案，使得協(xié)作更為緊密，管理更為高效。其次，A大道建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)BIM技術(shù)建立道路工程三維模型，將設(shè)計(jì)方案由平面轉(zhuǎn)換為立體效果，使得設(shè)計(jì)效果更為直觀，特別是在管線復(fù)雜的道路交叉路口，通過(guò)三維立體效果，將不同的管線分別標(biāo)注，極大方便了現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)施工圖紙的理解，減少了返工及材料浪費(fèi)，從而提高了施工效率。最后，通過(guò)高度化的項(xiàng)目信息集成，BIM技術(shù)提供了全面精確的工程量，并通過(guò)建設(shè)周期與工程材料的集成，確定相應(yīng)的材料、工種、施工機(jī)械的進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間，協(xié)調(diào)材料的采購(gòu)、運(yùn)輸與存儲(chǔ)，從而避免造成現(xiàn)場(chǎng)窩工。

2.3 智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用分析

智能監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)集成信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及人工智能等現(xiàn)代化技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控市政道路施工進(jìn)度、施工質(zhì)量及施工現(xiàn)場(chǎng)的安全狀況，確保施工進(jìn)度計(jì)劃及安全標(biāo)準(zhǔn)。A大道施工過(guò)程中，在道路沿線安裝數(shù)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)攝像頭及傳感器，將施工情況實(shí)時(shí)傳輸至項(xiàng)目部，項(xiàng)目部管理人員通過(guò)視頻傳輸可以管理市政道路施工的各個(gè)位置，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員的辦公效率。同時(shí)，通過(guò)多方位的監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患，極大降低了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全事故率。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢查相比，通過(guò)視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的安全防護(hù)裝備、是否有外來(lái)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)等狀況，為施工單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理提供了極大的便利，而且智能監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行考勤管理，可以提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理效率。

智能監(jiān)控系統(tǒng)在施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、材料及設(shè)備的管理方面同樣具備一定的優(yōu)勢(shì)。A道路工程周邊主要為新建的住宅小區(qū)，人口較為稠密，且市中心位置對(duì)施工揚(yáng)塵的控制極為嚴(yán)格。采用施工監(jiān)控系統(tǒng)，配合噪聲、揚(yáng)塵傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工噪聲及揚(yáng)塵的有效管理。特別是揚(yáng)塵管理方面，一旦揚(yáng)塵超過(guò)預(yù)警值，項(xiàng)目部將收到揚(yáng)塵預(yù)警，及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灑水作業(yè)，因此在A大道施工過(guò)程中僅收到兩起市民投訴，與同體量項(xiàng)目相比顯著降低。智能監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工材料的使用情況及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)根據(jù)施工進(jìn)度補(bǔ)充施工材料及機(jī)械，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)的資源配置，減少浪費(fèi)。

2.4 智能機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用分析

隨著科技的進(jìn)步及新型建設(shè)機(jī)械的推廣使用，智能化機(jī)械設(shè)備在市政道路施工中得到廣泛使用。智能化施工設(shè)備不僅提高了施工效率、工程質(zhì)量及施工安全性，而且降低了施工成本，減少對(duì)環(huán)境的影響。A大道施工過(guò)程中，采用的智能機(jī)械設(shè)備主要有智能攤鋪機(jī)、智能壓路機(jī)及智能測(cè)量機(jī)器人。首先，在進(jìn)行A大道項(xiàng)目路面攤鋪時(shí)，采用智能攤鋪機(jī)，傳感器和控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整施工參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整道路瀝青的攤鋪厚度及寬度。相比于傳統(tǒng)機(jī)械攤鋪，智能化攤鋪機(jī)的攤鋪厚度誤差可以控制在3%以?xún)?nèi)，且攤鋪的均勻性及平整度更好。其次，采用智能壓路機(jī)進(jìn)行路基壓實(shí)，通過(guò)內(nèi)置傳感器及控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)力度及頻率的自主調(diào)節(jié)，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)分析及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)度分布情況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度小或均勻性較差的位置，從而采取必要的處理措施以確保路基的壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。根據(jù)壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用智能壓路機(jī)后，A大道的路基填土壓實(shí)度整體到達(dá)0.96～0.97，且均勻性及平整度較傳統(tǒng)壓路機(jī)械提高顯著。最后，A大道工程中采用中建三局最新研發(fā)的智能化測(cè)量機(jī)器人，可以在施工過(guò)程中提供高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)。特別是對(duì)路面、路基的平整度測(cè)量方面，智能化測(cè)量機(jī)器人采用自動(dòng)化、移動(dòng)式的測(cè)量方式，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量帶來(lái)的較大誤差，可以提高現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量效率、降低人工成本。同時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及時(shí)傳輸至項(xiàng)目管理部及設(shè)計(jì)單位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)及方案調(diào)整，提高了各專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同工作效率。

3 智能化技術(shù)綜合經(jīng)濟(jì)效率分析

A大道工程于2023年7月完成全部工程內(nèi)容，并于當(dāng)月底完成施工道路及配套工程的竣工驗(yàn)收工作，并順利通車(chē)。項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)實(shí)際工程指標(biāo)與預(yù)估指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，智能化施工技術(shù)在A大道施工過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，施工周期縮短了3個(gè)月，節(jié)約工程造價(jià)約2.91%，施工效率顯著提升，施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)變更數(shù)量與同等體量的市政工程相比降低了約73.3%，同時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)投訴率顯著降低，與一般項(xiàng)目相比投訴率降低了約86.67%。與傳統(tǒng)的施工技術(shù)相比，智能化施工技術(shù)需要一定的前期資金投入，這對(duì)工程施工成本的控制是不利的，因此本項(xiàng)目中工程造價(jià)的提升并不顯著，但智能化施工機(jī)械的投入并非一次性的投入，在后續(xù)的項(xiàng)目施工中可以持續(xù)產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，智能化施工技術(shù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的投資，具備長(zhǎng)期效益。綜合而言，將智能化施工技術(shù)應(yīng)用于市政道路施工過(guò)程中，極大地提升了施工效率，降低了施工成本，帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了智能化施工技術(shù)在市政道路建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用，以某市政道路EPC建設(shè)項(xiàng)目為例，探討了BIM技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)及智能機(jī)械設(shè)備等智能化施工技術(shù)在道路工程施工過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用。研究結(jié)果表明，智能化施工技術(shù)不僅可以顯著提高施工效率，縮短施工工期，降低施工成本，而且可以減少施工過(guò)程中的變更次數(shù)及施工中的投訴數(shù)量。通過(guò)施工結(jié)束后的綜合經(jīng)濟(jì)效益分析可知，采用智能化施工技術(shù)能為市政道路建設(shè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，是一種高效、安全、環(huán)保的施工模式，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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[作者簡(jiǎn)介]魏春旭（1992—），男，遼寧凌源人，本科，工程師，研究方向：市政工程施工。