徐毅

（淮安市交通工程建設管理服務中心）

1 數(shù)字化技術在路基設計與施工管理中的應用

1.1 路基設計與施工管理的基本概念

路基設計與施工管理是土木工程中的重要組成部分，涉及道路、鐵路或者其他類型的路徑的基礎設施的建設。路基設計就是根據(jù)地形地貌、氣候條件、交通流量等因素，科學地選擇和確定路基寬度、路基高低、坡比、縱橫坡等關鍵參數(shù)，以確保路面的平整性和穩(wěn)定性。其目的是通過優(yōu)化這些參數(shù)，使得道路能夠在任何天氣條件下穩(wěn)定運行，同時避免因地基不穩(wěn)定或者水土流失等問題造成的維護成本增加。施工管理是工程項目的一項關鍵任務，需要對工程進行規(guī)劃、協(xié)調(diào)和執(zhí)行，能確保項目的順利進行，達到預定的目標，包括項目的質(zhì)量、成本、時間和安全等方面。施工管理涉及多個環(huán)節(jié)，包括施工前的準備工作，如材料的采購和人員的調(diào)度，施工過程中的現(xiàn)場管理，如施工進度的控制和質(zhì)量的檢查，以及施工后的收尾工作，如項目的驗收和維護。上述兩者結(jié)合起來，就構(gòu)成了路基設計與施工管理的基本概念[1]。簡單來說，路基設計是規(guī)劃出一個理想的、可以在各種條件下穩(wěn)定運行的道路藍圖，而施工管理則是將這個藍圖轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，實現(xiàn)在預定的質(zhì)量、成本和時間內(nèi)完成項目的目標。

1.2 數(shù)字化技術的基本概念

數(shù)字化技術，是現(xiàn)代社會信息處理、通信和管理的基礎，所涵蓋的技術范圍廣泛，包括數(shù)據(jù)科學、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等。簡單來說，數(shù)字化技術是一種將現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)換成電腦可以理解的二進制數(shù)字形式的技術，以便于存儲、處理和傳輸。數(shù)字化技術的應用，使得人們可以創(chuàng)建和管理大量的數(shù)據(jù)，從而更好地理解和掌握周圍的世界，改變了處理信息、交流溝通、購物、學習和工作的方式。在工程領域，數(shù)字化技術的應用使得設計、施工和管理的過程更加精確和高效。例如，通過計算機輔助設計（CAD）技術可以在電腦上創(chuàng)建詳細的三維模型，更直觀地展示設計方案，而且也可以方便地修改和優(yōu)化設計。通過全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感技術可以精確地獲取工地的地理位置和環(huán)境信息，從而作出更準確的施工規(guī)劃。

2 數(shù)字化路基設計的優(yōu)化策略

2.1 數(shù)據(jù)收集和分析

隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，人們能夠通過應用該技術收集和處理前所未有的大量數(shù)據(jù)，更精確地預測施工結(jié)果，從而實現(xiàn)更優(yōu)的設計。在路基設計中，需要收集各種類型的數(shù)據(jù)，關于路基地形地貌如地形高度、坡度和土質(zhì)；關于路基施工的氣候條件如降雨量、風速和溫度；關于路基設計規(guī)劃后預計的交通流量如車輛類型、車速和流量，這些數(shù)據(jù)不僅可以幫助理解當前的情況，也可以用來預測未來的變化，如氣候變化的影響和交通流量的增長。然后通過數(shù)據(jù)分析來提取有用的信息和知識，可以使用回歸分析來研究路基高度和車流量之間的關系；聚類分析可以劃分不同的地形類型；預測模型可以預測未來的氣候變化和交通流量，這些分析結(jié)果可以幫助設計師識別關鍵的影響因素，發(fā)現(xiàn)隱藏的模式和規(guī)律，從而更好地理解設計問題，更準確地預測施工結(jié)果[2]。

在高速公路的路基設計項目中，設計師使用GIS和遙感技術收集了大量關于地形地貌和氣候條件的數(shù)據(jù)，應用統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)挖掘技術進行分析，發(fā)現(xiàn)了地形高度、坡度和土質(zhì)對路基穩(wěn)定性的重要影響，并考慮到降雨量和溫度對路基材料性能的影響?；谶@些分析結(jié)果選擇適合當?shù)貤l件的路基設計方案，并預測了該方案的施工結(jié)果和運行性能?？梢灶A見，隨著數(shù)據(jù)科學和數(shù)字化技術的進一步發(fā)展，數(shù)據(jù)收集和分析將在未來的路基設計中發(fā)揮更大的作用。

2.2 計算機輔助設計（CAD）

CAD 的應用為數(shù)字化路基設計提供了一套完整的工具集，使得設計師能夠在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建和修改設計，檢查和驗證設計的可行性。這個工具集的強大之處在于提供精確的幾何建模，也支持復雜的工程分析，如結(jié)構(gòu)分析和水文分析。設計師可以利用CAD軟件，根據(jù)收集的地形、氣候和交通數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出精確的路基模型，顯示出路基的詳細結(jié)構(gòu)，如路基的寬度、高度、坡度，以及各層的材料和厚度。設計師可以輕易地修改這個模型的任何部分，并立即看到結(jié)果，相比傳統(tǒng)的手繪設計更快、更直觀、也更精確。還可以利用CAD軟件進行各種工程分析，計算路基的穩(wěn)定性，預測路基在不同氣候條件下的性能，評估不同設計方案的成本效益等，幫助設計師作出更明智的決策，避免設計錯誤，提高設計質(zhì)量。

2.3 虛擬現(xiàn)實和仿真技術

虛擬現(xiàn)實（VR）和仿真技術為路基設計和施工過程提供了新的視角和可能性。虛擬現(xiàn)實技術通過創(chuàng)建一個沉浸式的三維環(huán)境，設計師可以直觀地查看和修改設計，而施工人員可以在施工前就模擬和熟悉施工過程；仿真技術則可以對設計或施工過程進行模擬和預測，幫助理解和管理復雜的現(xiàn)象和系統(tǒng)。在設計階段，設計師可以利用虛擬現(xiàn)實技術詳細察看路基的每一個部分，從各個角度檢查設計的準確性和合理性；在施工準備階段，施工人員可以利用虛擬現(xiàn)實技術在虛擬環(huán)境中預先進行施工操作的訓練，提高施工的效率和安全性，項目經(jīng)理可以利用仿真技術模擬施工進度和資源使用，優(yōu)化施工計劃，減少施工成本。此外，通過利用虛擬現(xiàn)實和仿真技術還可以在設計和施工過程中進行各種風險評估和管理，比如地震風險、滑坡風險和交通風險等[3]。

3 數(shù)字化施工管理的優(yōu)化策略

3.1 實時監(jiān)控和預警系統(tǒng)

實時監(jiān)控和預警系統(tǒng)利用各種傳感器和通信技術收集施工現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，如位置、溫度、濕度、壓力、振動等，然后通過數(shù)據(jù)分析和預測模型實時分析這些數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和預警各種問題和風險，幫助施工團隊更好地理解和管理施工過程，及時解決問題，防止事故，提高施工的效率和質(zhì)量。為了實現(xiàn)實時監(jiān)控和預警，需要在施工現(xiàn)場安裝各種傳感器，如位置傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等，用于監(jiān)測施工現(xiàn)場的各種情況，如工人的位置、設備的狀態(tài)、材料的性能、環(huán)境的條件等，還需要建立數(shù)據(jù)中心用來接收、存儲和處理這些實時數(shù)據(jù)，并開發(fā)一套預警系統(tǒng)用來分析這些數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常和趨勢，生成預警信息和建議。例如，美國加利福尼亞州的一項大型橋梁施工項目使用實時監(jiān)控和預警系統(tǒng)。在施工過程中，工程團隊安裝了數(shù)百個傳感器，用于實時監(jiān)測施工現(xiàn)場的各種情況，如橋梁的振動、混凝土的溫度、施工機械的工作狀態(tài)等。預警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了一個由于施工機械過度振動導致的混凝土質(zhì)量問題，在得到預警信息后，工程團隊及時調(diào)整了施工方法，避免了可能的施工事故，確保了施工的順利進行[4]。

3.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持

數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持借助先進的數(shù)據(jù)分析和機器學習技術，可以從海量的施工數(shù)據(jù)中提取有價值的信息和知識，幫助施工團隊作出更精確和有效的決策。在施工管理中，每一個決策都可能影響到施工的效率和質(zhì)量。例如，資源分配的決策影響到施工的速度和成本，工作方法的決策影響到施工的安全和環(huán)境影響，設計變更的決策影響到施工的結(jié)果和客戶滿意度。因此，作出正確的決策是施工管理的關鍵。然而，傳統(tǒng)的決策制定過程往往依賴于施工團隊的經(jīng)驗和直覺，這種方式不僅效率低下，而且容易受到個人偏見和誤解的影響，而數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)分析和機器學習技術，對施工數(shù)據(jù)進行深入的分析和研究，能夠提供有價值的信息和建議，幫助施工團隊作出更好的決策。例如，英國倫敦的一項大型建筑施工項目使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持系統(tǒng)，施工團隊收集了大量的施工數(shù)據(jù)，如工人的工作時間、設備的使用情況、材料的消耗情況等，使用決策支持系統(tǒng)，對這些數(shù)據(jù)進行深入的分析，發(fā)現(xiàn)了一些有價值的規(guī)律和趨勢，如工人的工作效率與工作時間的關系，設備的使用效率與維護情況的關系等，施工團隊對資源分配和工作方法等進行了優(yōu)化，從而大大提高了施工的效率和質(zhì)量。

3.3 自動化和機器學習

自動化技術可以提升工作效率，減少人工誤差，提高施工質(zhì)量。而機器學習技術則為大數(shù)據(jù)分析提供了強大的工具，通過深度學習和模式識別，可以從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有價值的信息，輔助決策，提升施工效率和安全性。自動化技術的應用場景非常廣泛，從施工機械的自動化控制，到施工過程的自動化管理，都可以看到其身影。自動化設備的使用可以降低對人力的依賴，避免因人為因素造成的誤差，并提升工作效率。在施工項目中，自動化混凝土澆筑機可以精確控制混凝土的澆筑量和速度，提高澆筑質(zhì)量，通過預先編程，施工過程可以在一定程度上實現(xiàn)自動化，減少對工人的依賴。機器學習則是人工智能的一個分支，使計算機系統(tǒng)能夠從大量數(shù)據(jù)中學習并改進其性能。在施工管理中，機器學習技術可被用于預測施工風險，優(yōu)化資源配置，提升工作效率等多個方面。在瑞典斯德哥爾摩的一項隧道工程中，工程團隊采用了自動化和機器學習技術，使用自動化設備進行鉆探和炸藥裝置，減少人力依賴，提升工作效率，采集鉆探速度、巖石硬度、設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并通過機器學習算法對這些數(shù)據(jù)進行分析，預測了礦石品質(zhì)和設備故障，提前采取應對措施，確保了施工進度和安全。

4 結(jié)語

縱觀全文，數(shù)字化技術在路基設計與施工管理中的應用，既帶來了巨大的優(yōu)化空間，也帶來了新的挑戰(zhàn)，需要深入理解并應用這些技術，如數(shù)據(jù)收集與分析，計算機輔助設計，虛擬現(xiàn)實和仿真技術，實時監(jiān)控和預警系統(tǒng)，以及自動化和機器學習等，以提高施工效率，保障施工安全，確保工程質(zhì)量。同時也需要關注這些技術的應用中可能出現(xiàn)的問題，如數(shù)據(jù)安全問題，技術熟練度問題，以及決策的精確性和公正性問題等。數(shù)字化是一種手段，而不是目的，根本是為了更好地服務于施工，提供更高質(zhì)量的建筑，滿足人們對于更好生活環(huán)境的需求。