市政建筑工程中的智能建造技术应用

摘要：市政建筑工程规模大、工期长、参与方多，传统施工方式在效率、安全、管理透明度等方面暴露出诸多短板。为满足现代城市基础设施建设对智能化、精细化和绿色低碳的要求，智能建造技术逐步渗透进市政建筑全流程。本文从感知体系、平台集成、模型融合等方面探讨智能建造的技术基础，进而分析在数字孪生、机器人施工、智慧物流、AI质安等典型场景中的实际应用路径，总结其对工程效率、风险控制、全周期运维能力的提升价值，为推动市政建筑行业高质量发展与数字转型提供理论支持与实践借鉴。

关键词：智能建造；市政工程；数字孪生

一、市政建筑智能建造的技术基础

（一）多维感知网络支撑实时数据采集

市政建筑项目通常涉及地下综合管廊、城市道路桥梁、污水处理等复杂场景，环境干扰因素众多，施工区域流动性大，作业面分散，安全风险与进度控制难度并存。构建全覆盖、多维度的感知网络是实现智能建造的首要前提。通过布设智能安全帽、激光雷达、AI摄像头、声光报警器、RFID标签、GPS模组等多源感知设备，对作业人员、施工机械、建筑材料、环境气象等关键要素进行实时监测，确保施工现场处于可感知、可追踪、可分析的状态。5G通信技术与边缘计算协同作用，可保障大数据低延时传输和局部事件快速响应，提升现场应急处置效率。数据采集不再依赖人为操作，实现全天候、多维度信息流闭环管理，为后续进度评估、风险研判和质量控制提供精准数据基础，助力现场管理从经验驱动转向数据驱动。

（二）云边协同平台实现数据融合与分析

感知端数据规模庞大且格式复杂，若仅依赖边缘节点处理将面临存储与计算瓶颈，而单一云平台则难以满足现场响应时效与带宽成本的双重要求。通过构建“边云协同”架构，可将实时数据预处理任务下放至边缘网关，如视频分析、状态识别、异常预警等，减少冗余信息回传频次；而复杂模型训练、历史数据挖掘与全局决策分析则交由云端统一调度，形成多层次协同处理模式。平台基于微服务构建，灵活接入BIM、ERP、GIS、施工管理系统等异构平台，打通计划进度、构件信息、现场反馈、费用结算等系统之间的壁垒，实现信息互通、过程协同与资源共享。数据以结构化模型沉淀至城市信息模型（CIM）底座，为后续人工智能模型训练、预测分析与管理优化提供统一数据源，有效推进智能建造平台向全生命周期、多角色、多场景协同治理转型。

（三）BIM+GIS融合驱动可视化协同管理

市政建筑具有空间跨度大、地下设施多、施工环境复杂等特点，单一BIM模型难以表达全域地理关系，而传统GIS系统缺乏构件级几何与语义信息，难以满足精细化施工管理需求。将BIM与GIS进行空间坐标统一和语义对接，可构建三维可视化平台，完整呈现地下管网、地面道路、临时设施与周边建筑的相对关系，实现对构件状态、空间位置、进度节点等信息的实时标注与动态更新。平台可叠加交通、气象、地质等实时数据，辅助施工组织方案比选、临时封路路径规划、施工影响范围预测等多种辅助决策场景。在多单位协同作业背景下，各方可通过可视化界面共享工程进展、碰撞预警与资源排程信息，提升跨专业、跨系统之间的沟通效率，减少信息传递延迟与误差，有效提高组织执行效率和施工响应灵敏度，推动建设过程标准化与可控化发展。

二、市政建筑智能建造的场景化应用

（一）数字孪生体系提升全周期管控精度

市政工程管理的复杂性源于项目周期长、参与方众多、数据链条断裂等问题。数字孪生通过对物理实体在虚拟空间的高精度映射，将施工场景转化为可交互、可预测、可评估的动态系统，实现从施工组织、进度排布到风险预警的全过程模拟推演。系统融合实时传感数据与历史工期、气象、交通等多源信息，借助机器学习算法构建进度预测模型，动态更新关键路径与资源瓶颈，提升对非计划事件的应对能力。虚拟施工路径可提前验证材料流转、机械进出、施工顺序的合理性，优化施工节拍，减少资源冲突。在竣工移交后，数字孪生可转化为城市基础设施智慧运维载体，对地下设施进行远程监测与智能巡检，支撑资产健康评估与运维策略调整，实现建造与运维的数据信息贯通，提升全生命周期运维效率与经济性。

（二）建筑机器人集群推动危险工序无人化

市政施工往往涉及狭小空间、高温高湿、有毒有害等恶劣作业环境，传统人工操作不仅效率低，且安全风险高。采用建筑机器人代替人工执行重复、高危、高强度任务，是智能建造发展的关键方向。以隧道施工为例，通过盾构机器人、喷浆机器人与检测机器人组成集群系统，结合激光定位系统与施工参数数据库，实现自主行进、自动作业与结果校核的闭环控制。机器人在作业过程中生成的震动、扭矩、厚度、偏移量等数据实时上传平台，由智能算法分析偏差并修正参数。操控人员可通过增强现实头显远程监控并适时介入，实现高效、安全的远距协作。建筑机器人系统的推广，不仅大幅减少人工投入与施工时间，也显著提升作业质量的一致性与可追溯性，为推进标准化、工业化、智慧化施工提供技术支撑与现实路径。

（三）智慧物流系统保障材料周转高效有序

市政工程构件种类繁多、批次复杂、配送路径不确定，传统物流体系依赖人工管理易造成错配、缺料、浪费等问题。智慧物流系统通过构建涵盖源头供货、运输配送、现场卸料、材料追踪的闭环机制，提升物流管理智能化水平。系统将材料清单与施工进度计划进行匹配，自动生成调度单与供应计划，指导供货方按需送达。运输车辆配置GPS与车载摄像头，实时记录行驶轨迹、装载状态与到货时间。现场配置智能道闸与扫码系统，对进出料信息进行自动比对与入库登记。无人配送车在场内根据BIM定位自动导航，精准投放至指定工点。系统后台基于动态库存信息分析材料周转周期与损耗率，调整采购策略与存储计划。整个物流过程透明可控，为施工现场提供按时、按量、按需的材料保障，有效压缩物料冗余和周转时间，提高工地运作效率。

（四）AI质量安全管控降低风险发生概率

质量安全是市政建筑工程建设中的核心管理目标，传统依赖人工巡视和纸质记录的方式存在覆盖面不足、响应不及时等问题。借助AI视觉识别和大数据分析能力，构建多维度智能质安管控系统，可实现隐患的快速识别与精准预警。系统通过部署高清视频摄像头和AI算法模型，对作业区域进行24小时不间断监控，实时识别如高空未系安全带、现场堆放不规范、临边未设防护等异常行为，并将异常截图与报警推送至管理终端。同时，搭载的应力、温湿度、位移、倾斜等传感器与BIM模型协同运行，实现对结构健康状态的实时感知。平台通过构建多维质量指标体系，对施工节点质量进行量化评分与趋势分析，为项目验收、支付节点评估提供客观数据。

结束语：市政建筑工程的智能建造不仅是技术革新的结果，更是管理理念与工程模式的系统升级。在感知、平台、模型、算法的协同作用下，市政项目实现了从粗放施工向精细治理的跃迁。智能建造技术正逐步贯穿规划、设计、施工、运维全过程，推动市政建筑行业高质量、绿色化、智能化转型发展。未来，随着标准体系的建立与新技术的不断涌现，智能建造将在城市基础设施建设中发挥更加深远和核心的作用。

参考文献

[1]赵建.市政工程智能建造关键技术与应用模式研究[J].土木建筑工程信息技术，2023，43（02）：27-33.

[2]刘晨.数字孪生驱动的城市基础设施智慧运维体系构建[J].智慧城市，2023，43（07）：55-60.