隨著建筑業的復雜度和體量不斷增加，施工現場管理內容越來越多，管理技術難度和要求也日益提高，傳統施工現場管理模式已很難適應現代化施工企業的發展要求。

　　施工工地數字化建造作為企業信息化建設的“細胞”，在數據的智能化采集、為管理流程賦能、輔助科學決策等方面，正變得越來越重要，而信息化的普及與應用促使具有智能化特點的智慧工地應運而生。

　　智慧工地是“物聯網+”背景下智慧工程項目施工建設的重點，同時也是我國建筑行業現代化發展過程中不可缺少的一部分。通過數字化、物聯網、BIM等新技術應用，有效收集施工過程數據，加強項目后臺管控，形成整套智慧工地建設解決方案，最終實現工程項目全面信息化管理。

　　目前，智慧工地建設如火如荼，但現實情況是工程建設未達到智慧階段，更多的是通過數字化手段實現信息化管理，當信息化管理所存儲的有效數據達到一定量級，再加上成功的算法，形成了可智能判斷、決策的“工程大腦”，那么智慧工地的時代將真正來臨，而更高階段的建設智能時代，也正悄然向我們走來。

麗香鐵路路基數字化工地

　　新建麗香鐵路為單線電氣化Ⅰ級客貨共線鐵路，起于麗江，跨金沙江，止于香格里拉。麗香鐵路路基BIM試點作為原中國鐵路總公司試點之一，除驗證各項鐵路BIM標準和BIM文件編制辦法外，主要進行路基數字化工地研究。項目主要研究工地數字化場地建設、分層填筑模型應用、連續壓實工藝分析、路塹邊坡坡率控制和復合地基施工中模型的深化應用等，取得了豐富的數字化工地分析資料。

　　數字化場地建設

　　信息傳遞是數字化場地的關鍵。施工中，機械產生大量數據，這些數據對工程質量、安全、進度起決定性作用。通過在現場設置無線網絡基站，配合多種通信技術，實現對施工場地的全覆蓋。主要通信技術包括：

　　(1)使用電臺網絡將基站定位差分信號傳輸至現場施工機械及數字化測量系統;

　　(2)使用移動GSM將生產過程數據傳輸至遠程服務器;

　　(3)使用Wi-Fi將生產機械互聯，實現BIM及生產報表的現場應用;

　　(3)使用光纖專線接入，遠程實時監控現場情況。

　　分層填筑模型應用

　　分層填筑模型與分層開發模型是在設計BIM模型的基礎上，根據現場情況建立。分層填筑模型用于控制填筑質量和存儲施工過程數據。基于模型，附加機械走位及相關資料，實時顯示走位軌跡及填筑時間，真實反映實際施工分層情況，數據存檔便于后期(沉降評估等)查詢。

　　施工過程中，要達到最佳密實度，分層厚度的確定至關重要。分層厚度隨填料、施工環境和施工工法而變，模型分層厚度原則上通過現場施工前的填筑試驗段確定。施工規程中，填筑參考厚度≤0.3m，實際施工中誤差不可避免，填筑實際分層厚度與BIM模型分層厚度必存在差異，要解決這個問題，只有根據實際施工過程動態調整施工分層模型，但這會導致出現各分層厚度不均勻的情況。同時，這也不能解決實際施工中的分層面凹凸不平的現象，機械走位軌跡曲線擬合曲面可真實反映這一情況。

　　連續壓實工藝分析

　　傳統路基壓實質量檢測主要采用“點式”抽樣檢測，存在無法實現過程控制、難以界定合格區域與不合格范圍、不能反映整體區域特性、檢測點不一定具有代表性及無法實現信息化和數字化等缺點，連續壓實檢測與控制技術是基于上述不足而形成的一種新的壓實質量檢測與控制技術。

　　連續壓實檢測與控制技術通過測量振動壓路機振動輪振動信號，綜合利用動力學分析、信號處理和信息融合技術，全面考慮各種影響因素，分析計算能全面反映路基壓實質量的振動壓實值，集成嵌入式技術、網絡技術及北斗定位技術，形成連續壓實監測設備。連續壓實過程中，可通過車載連續監測設備LCD大屏幕實時了解路基壓實質量情況，實現路基壓實程度控制、壓實均勻性控制、壓實穩定性控制及壓實工藝參數的監控，還可優化施工過程，避免造成過壓和欠壓。

　　施工方式及特點

　　數字化施工

　　(1)無需現場測量人員，無需領工員現場指揮;

　　(2)無需放樣打樁，不存在樁被破壞的問題，可以保證整個施工過程中施工質量的穩定;

　　(3)降低機手工作強度，如眼睛無需實時跟蹤樁、線及平整表面;

　　(4)平地機無需操作員控制鏟刀，可極大提高效率。

　　傳統施工

　　(1)領工員管理工作面較多，無法專注在一個工作面工作;

　　(2)推土機、平地機對機手的經驗要求較高;

　　(3)粗平過程中對填料分區邊界會破壞參考樁;

　　(4)精平時保存完整的參考樁已不多，將影響機手作業，或需再次打樁;

　　(5)打樁材料(如鋼筋等)是消耗品，整平完成后大部分不能重復使用。

數字化施工與傳統施工特點比較

數字化施工分層碾壓連續壓實結果

　　路塹邊坡坡率控制

　　通過現場無線網絡、施工機械上的空間定位系統，實時反饋開挖過程中的坡面幾何變化，并不斷與現場校驗的施工模型進行比較，動態引導機械操作人員的下一步操作，消除傳統施工中邊施工邊放樣測量的交叉過程，避免邊坡超挖或欠挖。

數字化施工分階梯施工設計

薄弱區域數字化顯示結果

　　項目關鍵技術

　　收集安裝在挖斗上的空間定位傳感設備，分析挖斗的空間運行軌跡，再實時擬合成坡面。每個挖斗的空間定位采用多個數據傳感器精確定位。與傳統施工工藝比較，機械的走位應強調路塹挖方采用橫向臺階分層開挖，深挖路塹采用“橫向分層、縱向分段，階梯掘進”的方式施工;合理安排運土通道與掘進工作面的位置及施工次序，做到運土、排水、挖掘、防護互不干擾，確保開挖順利進行

數字化施工流程與傳統施工流程對比

　　復合地基施工模型為預制方樁及水泥攪拌樁，模型數據由處理范圍數據和樁位數據組成。處理范圍數據：地基處理范圍體的上、下頂面及側面坐標數據。樁位數據：具體各樁位的樁頂三維坐標和樁底高程坐標，可輸出為文本格式。

復合地基施工模型

　　試點項目研究從BIM模型中將樁基設計模型直接導入施工機械的方法，用以實現“設計指導施工”的無縫對接;研究樁基施工過程的全面記錄、控制及可視化追溯的應用;研究樁基關鍵質量參數的量化控制，包括成樁位置、成樁深度、成樁時間、樁傾斜度、留振時間、每次拔管高度、反插次數、反插深度、電機電流值、持力層控制、填料量、充盈系數、混凝土噴射流量及速度等。

京張高鐵八達嶺長城站隧道智能建造

　　京張高鐵八達嶺長城站“三縱三橫布置”層次多、洞室數量大、交叉節點密集，是目前國內最復雜的暗挖洞群車站。為響應鐵路總公司提出的“精品工程、智能京張”總體目標，八達嶺長城站搭建了深埋超大跨地下車站智能建造體系，在大數據、人工智能技術與智能工程機械裝備結合的基礎上，研發了隧道圍巖智能化超前地質預報技術、隧道三維集成協同智能設計、隧道開挖及支護智能化施工系統、隧道結構安全智能監測系統，實現了隧道全生命周期的智能化建造。

　　隧道大型機械化施工是國際地下工程發展的方向，也是鐵路建設保證安全、質量，控制運營安全風險的有效手段。八達嶺長城站采用大型機械智能化施工，研發智能化開挖及支護機械設備，包括隧道智能模板臺車、襯砌智能養護臺車等，開挖迅速、支護及時，從而充分發揮圍巖的自承能力;同時，車站基于BIM模型，通過人員-車輛-設備的實時定位系統，建立高效的運輸管理體系，實現復雜地下車站人流-物流的高效協調和智能施工組織。

　　隧道智能建造技術在京張高鐵的成功應用，提高了我國隧道安全建設的技術水平，具有重要的現實意義。

　　智能模板臺車

　　八達嶺長城站兩端設置大跨過渡段，大跨過渡段總長度336 m，最大斷面(寬32. 7 m)通過5次漸變至最小斷面(寬19. 0 m)，普通的襯砌臺車通過加寬、加高門架橫梁和增加頂模板實現臺車的斷面加大 ，并不適用于八達嶺長城站大跨過渡段，因此研發了臺車骨架立柱設計為橫向可移動結構的智能模板臺車。

智能模板臺車橫斷面結構示意(單位:mm)

　　智能模板臺車的設計選擇增加門架立柱、加寬門架橫梁、補充支撐結構、增加頂模板共同作用的方式實現臺車斷面的調節。

　　臺車骨架立柱設計為橫向可移動結構，通過橫移油缸使其間距實現變化，模板設計為多段式，通過各自模板對應的調節機構調整至理論設計輪廓線，變斷面時增加或減少預先設計的拱頂調節模，以完成變斷面隧道可調式襯砌臺車設計。

　　智能養護臺車

　　在國內鐵路隧道施工中，襯砌施工后一般采用自然養護，個別項目采用簡單的噴水養護，這些養護方法受外界環境以及人為因素影響較大，難以保證襯砌的養護質量 。研究團隊研發出一種用于隧道襯砌養護的專用機械設備，屬于國內首創。隧道襯砌智能養護臺車設備包含2組臺車，施工時緊跟襯砌澆筑模板臺車，前端第一臺具備加升溫、保溫、保濕功能，第二臺具備保溫、加濕功能。

智能養護臺車

　　智能養護臺車主要由門架形式結構、霧化系統、電加熱系統、氣囊密封系統、智能溫濕度控制系統等組成。襯砌臺車脫模行走后，智能養護臺車同軌行走就位，密封氣囊隔絕封閉，根據實時測量的混凝土芯部溫度及變化趨勢設定好加熱系統的溫度及時間，保證對襯砌混凝土芯部與外表的溫差進行彌補;同時，根據養護傳感器監控養護濕度是否超設定值，加濕系統對混凝土表面進行實時補濕。

　　智能養護臺車彌補了以往養護臺車的不足，可以進行養護溫度曲線設定，自動控制養護溫度，襯砌養護臺車自動化程度高，減少人工操作的難度，提高了二襯養護技術的機械化和自動化，提高了襯砌混凝土的施工質量。隧道襯砌智能養護臺車的推廣應用，將終結長期以來國內隧道襯砌養護不規范的歷史，大大提高隧道襯砌混凝土的質量。

　　人機定位管理系統

　　隧道施工人員及設備位置監測安全管理系統(簡稱人機定位管理系統) 是在第二代無線射頻(RFID)識別技術平臺基礎上，結合先進的通信、計算機及網絡技術成功研發的綜合管理平臺，采用了目前國際上先進的0. 18 μm微波芯片技術。人車定位系統集隧道施工人員考勤、區域定位、安全預警、災后急救、車輛管理和交通疏解、日常管理等功能于一體，是國內技術領先、運行穩定、設計專業化的隧道施工、監測系統。

智能化定位和施工組織管理平臺

　　人車定位管理系統使管理人員能夠隨時掌握施工現場人員、設備的分布狀況和每個人員和設備的運動軌跡，便于進行更加合理的調度管理;隨時獲取各種施工車輛位置和運行情況，動態進行交通運輸管理和指揮，減少堵車、保障車輛運輸安全。當事故發生時，救援人員也可根據隧道施工人員及設備位置監測安全管理系統所提供的數據、圖形，迅速了解有關人員的位置情況，及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率。