【中交一公局二公司】公路施工“智”变升级——公路工程多维数据融合智能建造关键技术

随着工程建设行业向“高质量、智能化、绿色化”转型，公路工程作为国家综合交通运输体系的核心组成部分，其规模持续扩大，总产值呈稳定增长态势。但在行业快速发展的同时，面临着建设规模扩大、地质环境复杂、施工工况多变、环保要求严苛等多重挑战，传统施工策划依赖经验判断与单一数据支撑，数据价值难以释放，存在效率低下、方案优化不足、资源配置失衡、风险预判滞后等问题，难以适配大型复杂公路工程的精细化管理需求，制约了施工效率提升与工程质量管控水平。尤其是在山区公路、跨江跨海通道等特殊场景中，地形地貌、水文气象、生态保护等多因素交织，进一步凸显了施工策划对多源信息协同利用的迫切需求。

近年来，大数据、人工智能、物联网等技术的快速发展，为公路工程多维数据的采集、传输、处理提供了成熟的技术支撑，使得多源数据融合在施工策划中的应用具备了可行性。在此背景下，开展公路工程多维数据融合施工策划关键技术的研究，既是响应国家智能化建设战略的必然要求，也是解决工程实践痛点、提升公路工程施工策划智能化水平的关键举措，对于推动公路建设行业向数字化、精细化、高效化转型具有重要的理论意义与工程应用价值。

通过集成无人机航测获取的高精度正射影像与倾斜摄影三维模型，并经轻量化处理，构建了工程区域的三维实景可视化平台，可直观呈现项目所处地理位置及周边环境。精确反映了地形起伏、地貌覆盖、农田分布、道路水系以及沿线房屋村落等地理要素， 支持占用情况快速核查。

通过空间配准技术，将CAD路线图与实景模型精确叠加，清晰展示路线走向、桥梁桩位、征地红线范围等重要设计内容，提升规划与协调效率。同时，平台支持手机移动端访问，便于现场人员实时定位与踏勘，并可精准叠加BIM模型，直观比对工程主体结构的构造尺寸与周边地物的空间关系，有效辅助冲突检测与障碍物排查，为项目前期策划和施工管理提供可靠依据。

多源数据融合电子沙盘平台中，配有数字化测量工具，线上进行区域场地距离、高差、面积、体积的实测实量，精度控制在厘米级，实现高精度的空间量测分析，为工程规划与决策提供精准的数据支撑。通过将量测结果与安全规范阈值进行比对，可科学判断施工（如爆破、起重机作业）是否会对既有设施造成影响，从而为施工影响补偿判断和施工方案优化提供关键数据输入。

基于多源数据融合的临建工程可视化快速选址规划，通过将地理信息、地质条件、周边环境、施工流程、安全规范等多源异构数据进行集成、分析与可视化呈现。其核心在于通过BIM、GIS、倾斜摄影和物联网等技术，融合地形地貌、地下管线、水文气候、交通流线、材料堆场及工程红线等约束条件，构建数字孪生场景，并在可视化平台中进行空间冲突检测、日照模拟、物流仿真等多维度分析，从而快速比对不同选址方案的合规性、安全性与经济性，动态优化临建布局，显著提升决策效率与科学性，实现从“经验驱动”到“数据驱动”的转变，有效规避潜在风险并节约资源。

在三维虚拟场景中，结合多源数据与专业研判，对场景内安全、环保等风险源进行精准辨识与分类，辨识结果定点标绘至对应区域，并关联属性信息数据，支持空间查询与可视化发布。项目人员可通过浏览场景实时查询任意区域或特定类型的风险分布。风险信息以不同颜色、图标进行分级分类可视化渲染，实现“一图尽览”的风险态势总览。

基于多源数据融合云平台，创新构建了“PPT图文+BIM+GIS场景联动”的沉浸式三维汇报新模式。该模式深度融合办公演示的条理性与三维场景的直观性，在实际汇报中通过一键切换、动态漫游与交互操控，真实还原施工现场环境，有效提升了方案汇报的信息密度与表达效率，既可满足前期勘察设计阶段的方案比选与审查需求，能服务于施工阶段的进度展示、问题协调与决策支持，显著增强各方沟通协同效能，推动工程项目汇报从“静态陈述”向“动态推演”升级。

采用无人机搭载多回波三维激光雷达系统，对工程区域进行全方位、高精度的地形扫描测量。激光雷达能够有效穿透地表植被覆盖，获取真实地面的高密度点云数据，通过专业数据处理软件对点云数据进行去噪、分类、拼接等处理，从而生成与实地一致的、厘米级精度的数字高程模型（DEM）和数字表面模型（DSM）。

在多源数据融合云平台中，通过与工程设计信息（如道路中线、边坡设计线等）的精准融合，系统可沿任意桩号或自定义路径快速生成地形横断面图，并支持与设计断面进行精准叠加对比，进行任意桩号地形断面导出，实现原地面地形的断面复测工作。 

基于多源数据融合的三维便道选线设计，是以数据驱动和整体协同为核心的现代工程管理方法，旨在通过数字化技术实现便道规划的一体化优化。其核心在于，在施工前利用BIM、GIS及倾斜摄影等技术构建数字孪生场景，集成高精度地形、地质、地下管线、生态红线等多维数据，为便道设计提供精准的现状基底。在此基础上，便道正向设计不仅依据规范确定其宽度、纵坡、路面结构及错车道、排水设施等关键技术参数，更通过空间分析算法（如坡度分析、填挖方计算）进行路线自动优化，确保便道线形顺畅 、路基稳定。与此同时，土方调运策划运用线性规划以土方运输量或总成本最小为目标，综合考虑挖填方区的土方平衡、运输路径规划、车辆调度及环境影响，实现土方资源最优配置，降低外借与弃置成本。

在道路正向设计软件中，将道路选线与施工区域实景三维模型相叠加，识别挖方区、填方区，以及借方区和弃方区需将多余土方运出丢弃的位置和范围。自动计算各分区的土石方工程量，得出每一个挖方区的土方应调运至哪个填方区、调运多少方量，实现方量复核确定最优的借土和弃土方案。

将正向设计路线与设计断面信息在多源数据融合云平台中对接集成，可视化计算查询沿线各桩号区间的路基土石方填挖量，同时可加载多个选线方案，并进行叠加显示和对比分析，直观地比较不同方案的优缺点，选择最优方案。

基于地质勘察数据，构建三维地质模型，精准还原地层分布与岩性变化。将地质模型及信息与多源数据融合云平台相结合，在三维场景中直观展示地质构造的空间展布特征，识别不良地质体与工程结构的空间关系，提前预判大型基础施工风险。平台支持沿地质模型范围内，模拟地质钻孔点击任意位置查询其地质分层情况，也可在范围内任意剖切地质纵、横断面，辅助分析结构所处地质的位置及地层属性信息，实现基础施工过程中地基稳定性评估与方案优化，提升地质决策科学性与实时性。

通过三维地质模型与施工进度的动态关联，实现地质条件预判与现场实际开挖情况的实时比对，及时预判调整施工工艺。结合物联网监测数据，可对地下水位、地应力变化等关键指标进行可视化分析，辅助工程安全控制。

公路工程数智物联监测体系以“感知-传输-处理-应用”为主线，构建“端－网－云－用”四层架构，实现施工全要素、全工序的实时感知与智能管控，面向施工策划、过程管控、风险预警等核心需求，提供可视化监控、智能预警、数据查询、报表生成等多元化服务。

针对公路工程施工场景复杂、监测对象多样的特点，采用“固定监测+移动监测+动态补测”的协同感知模式。固定监测依托预埋传感器实现结构应力、沉降等静态指标的持续监测；移动监测通过无人机、移动监测车等装备完成施工区域地形地貌、进度形象等动态数据的快速采集；动态补测针对地质复杂段、施工关键工序，结合地球物理勘探技术针对性进行精准补测，弥补单一监测方式的局限性。同时，通过传感器校准、数据时空对齐等技术，实现不同类型、不同来源监测数据的一致性融合，提升数据可信度。

通过与平台深度融合，监测数据与工程模型的关联映射为多维数据融合施工策划、施工方案优化、资源调配、风险处置提供直观、精准的技术支撑。

以数据驱动为核心，打通设计、施工、监测、运维全生命周期信息链，将施工监测数据、BIM模型数据、进度计划、资源配置、质量标准、安全要求管理要素等多源数据的整合处理，构建多方参与的协同工作环境，实现施工过程的可视化协同调度，工程进度、质量、安全等多维度信息的时空同步展示，以及动态预警与智能决策支持，提升管理协同效率与响应精度，推动公路工程建设向精细化、智慧化迈进。

围绕前期策划效率低、施工过程管控粗放、勘察设计与施工信息脱节三项主要问题，基于多源数据融合云平台的数智建造解决方案，具备可扩展性强、自定义程度高、模块化配置的数据接入能力，能够低成本、快速化地搭建项目管控平台。已在20余个不同类型公路项目中完成应用验证，覆盖平原（杭宁高速公路湖州市区联络线TJ03标）、山区（235国道）、跨江（张靖皋长江大桥A5标）等多元地形场景，有效提升了公路工程复杂环境下的施工策划效率、决策精度与管理效能。

公路工程智能建造技术的演进必将与数字孪生、人工智能及边缘计算等前沿技术深度结合，未来我们将从技术深化、生态构建、推广合作三方面推进，这既是我们对于当下建设难题的系统回应，亦是从“建造”到“智造”转型升级路径的探索，进一步释放数智建造技术的价值。

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