智能化背景下土石方开发利用的成本节约策略与实施路径

一、引言

在数字化浪潮席卷工程建设领域的当下，智能化技术凭借其精准性、高效性与集成性，逐渐成为推动工程行业变革的关键力量。乐平水利枢纽库区防护及抬田工程作为保障区域防洪安全、改善农业生产条件的重点项目，土石方作业规模庞大。据统计，工程土石方开挖量达 288 万立方米，填筑量高达 2240 万立方米 ，传统作业模式下，人工、设备、运输等成本居高不下，成本控制成为工程建设的关键难题。智能化技术在土石方开发利用中的应用，不仅能够实现资源的精准调配与高效利用，还能通过数据驱动的决策模式优化施工流程，降低成本支出。本研究旨在深入探究智能化技术赋能土石方开发利用成本控制的有效策略与实施路径，这对提高乐平水利枢纽工程经济效益、推动水利工程智能化转型升级具有重要的现实意义，同时也为同类工程的成本管理提供可借鉴的经验。

二、乐平水利枢纽工程土石方开发利用现状分析

2.1 工程概况

乐平水利枢纽库区防护及抬田工程位于江西省乐平市鸬鹚乡及众埠镇境内，工程旨在通过防护堤建设、抬田工程等措施，保障库区周边区域免受洪水侵袭，并改善农田灌溉条件。工程涉及 29 个防护片区与 22 个抬田片区，分别位于乐安河左右岸、建节水左右岸、曹溪水左右岸及建节水与曹溪水交汇处。新建（加固）29 座防洪堤，堤线总长 65.653km，其中土堤 59.319km、防洪墙 6.334km；抬田片总面积 13285.1 亩 。土石方工程作为核心建设内容，其开挖总量达 288 万立方米，填筑总量为 2240 万立方米，此外还包括混凝土 22 万立方米的施工，以及 145km 临时施工便道建设、38 座电排站、17 座提灌站、22 座节制闸的施工及机电金结设备安装、信息化等项目，土石方调配范围广、运输距离长，施工难度大，对成本控制要求极高。

2.2 传统土石方开发利用方式及成本构成

传统土石方开发利用主要依靠人工测量、机械开挖与运输的方式。施工前，通过人工实地测量获取地形数据，对于大面积土石方施工而言，工作量较大，精确测量困难；开挖过程中，机械设备的调配与运行依赖人工经验，缺乏精准规划；运输环节则多采用固定路线与车次安排，难以根据实际情况灵活调整。

成本构成方面，人力成本占比约 20%，包括施工人员的工资、福利等；设备成本占比 30%，涵盖机械设备的购置、租赁、维修与燃油费用；材料成本占比 10% ，主要为土石方开挖与填筑所需的辅助材料；运输成本占比 30%，受运输距离、车辆载重量、交通条件等因素影响较大（如图1）。此外，还存在因施工管理粗放导致的资源浪费成本，约占总成本的 10%，进一步增加了工程总成本。

图1 传统土石方开发利用成本构成图

2.3 当前土石方开发利用存在的问题

传统方式在成本控制上存在诸多问题。资源浪费现象严重，由于地形测量不准确、土石方平衡设计不合理、工作面安排不合理等，导致大量土石方重复开挖与运输，增加了不必要的成本支出。施工效率低下，人工操作与经验式管理难以实现机械设备的高效协同作业，致使工期延长，进而增加了设备租赁与人力成本。施工管理粗放，缺乏对施工过程的实时监控与数据分析，无法及时发现和解决成本超支问题，使得成本控制处于被动状态。

三、智能化技术在土石方开发利用中的应用原理与优势

3.1 智能化技术概述

与土石方开发利用相关的智能化技术丰富多样。无人机测绘技术利用无人机搭载高清相机与激光雷达，能够快速获取高精度地形数据；BIM（建筑 息模型）技术通过建立三维数字化模型，整合工程全生命周期的信息；智能施工设备则配备传感器与 控制系统，实现作业过程的精准控制；物联网技术可对物料、设备等进行实时监控与管理。这些技术的应用为土石方工程的智能化升级提供了有力支撑。

3.2 智能化技术的应用原理

无人机测绘通过多角度拍摄与激光扫描，生成高精度的数字地形模型（DTM），为土石方工程的规划设计提供准确数据。BIM 技术则以三维模型为载体，集成工程的几何信息、材料信息、施工进度信息等，实现工程的可视化模拟与优化设计。智能施工设备利用传感器实时感知作业状态，通过自动化控制系统调整设备参数，确保施工精度与效率。物联网技术通过在物料、设备上安装传感器，实现对其位置、状态的实时监测，为资源调配与管理提供数据支持。

3.3 智能化技术对土石方开发利用成本节约的优势分析

智能化技术在成本节约方面具有显著优势。在提高施工效率上，无人机测绘缩短了地形数据获取时间，BIM技术以三维模型为载体，集成工程几何信息、材料信息、施工进度信息等，实现工程可视化模拟与优化设计，智能施工设备利用传感器实时感知作业状态，通过自动化控制系统精准调整设备参数，确保施工精度与效率，整体施工工期大幅缩短，降低了设备租赁与人力成本。在精准控制资源投入方面，基于高精度地形数据与优化设计，土石方开挖与填筑量更加精准，减少了资源浪费；智能设备的精准作业也降低了材料损耗。减少施工误差方面，智能化技术实现了施工过程的实时监控与精准控制，避免了因施工误差导致的返工与修复成本，有效提升了工程经济效益。

图2 BIM 技术全生命周期成本管理流程框架图

四、智能化背景下土石方开发利用的成本节约策略4.1 基于智能化测绘的精准规划策略

智能化测绘技术是实现土石方工程精准规划的重要保障。无人机测绘与三维激光扫描技术的结合应用，能够快速、高效地获取工程区域高精度地形数据。无人机凭借其灵活的飞行能力，可在复杂地形和危险区域进行作业，搭载的高清相机和激光雷达设备，能够从多角度、多高度对地形进行扫描，获取厘米级甚至毫米级精度的点云数据。这些数据经过专业软件处理后，可构建出逼真的三维地形模型，为后续的土石方平衡分析提供了准确、直观的基础资料。

基于高精度地形数据，运用专业土石方平衡分析软件，能够对工程区域内的土石方开挖与填筑进行精确计算和优化设计。软件可根据地形起伏、工程设计要求等因素，自动生成土石方调配方案，确定最佳的土石方开挖点、填筑点以及运输路径。

同时，BIM 技术在施工模拟中的应用进一步确保了规划的科学性与可行性。BIM 技术能够将土石方工程的设计方案、施工进度、资源配置等信息集成到一个三维模型中，进行可视化模拟施工。通过模拟施工，可提前发现潜在的问题，如施工冲突、进度延误、资源浪费等，并及时调整方案。

4.2 智能设备与自动化施工策略

智能设备与自动化施工是提升土石方工程施工效率、降低成本的关键举措。智能土石方施工设备如智能挖掘机、无人运输车辆等，配备了先进的传感器与自动化控制系统，能够实现精准作业。智能挖掘机的自动挖掘控制系统可根据设计要求，实时调整挖掘深度、角度和力度，确保挖掘精度达到毫米级。同时，通过与 BIM 模型的联动，智能挖掘机能够按照预设的施工路径和参数进行作业，避免了因人工操作误差导致的返工和资源浪费。

无人运输车辆则通过导航系统与调度平台实现自动运输与装卸。这些车辆配备了高精度的 GPS 定位系统、激光雷达和视觉传感器，能够在复杂的施工现场环境中自主导航、避障，并准确停靠在指定的装卸地点。调度

平台可根据施工进度、车辆状态和运输需求，实时优化运输路线和车辆调配方案，实现设备之间的协同作业。此外，智能设备与自动化施工还能够保证施工质量，减少因质量问题导致的返工成本。通过自动化控制系统和实时监测技术，能够对施工过程中的各项参数进行精确控制和监测，及时发现和纠正质量问题。

4.3 基于 BIM 技术的全生命周期成本管理策略

BIM 技术在土石方工程全生命周期成本管理中发挥着重要作用。在工程规划阶段，利用 BIM 技术进行成本估算，能够结合工程设计方案、地形数据和市场价格信息，对不同施工方案下的成本支出进行精确模拟和分析。通过对比不同方案的成本效益，选择最优的施工方案，从源头上控制成本。

在施工过程中，将实际成本数据与 BIM 模型关联，实现对成本动态的实时监控。通过在 BIM 模型中设置成本控制节点和预警机制，当实际成本超出预算或出现成本偏差时，系统能够及时发出预警，并提供详细的成本分析报告。项目管理人员可根据报告内容，迅速找出成本超支的原因，采取相应的措施进行纠正。

在运营维护阶段，BIM 模型为设备维护、设施更新提供了详细的数据支持。通过对 BIM 模型中设备信息的分析，能够制定科学合理的维护计划，延长设备使用寿命，降低维护成本。同时，在设施更新改造时，BIM 模型可作为设计和施工的参考依据，减少设计和施工过程中的不确定性，降低改造成本。

4.4 智能化物料管理策略

智能化物料管理是降低土石方工程物料成本的重要手段。运用物联网技术，在土石方、施工材料等物料上安装 RFID 标签或传感器，能够实现对物料的实时定位与状态监测。RFID 标签可存储物料的基本信息，如规格、数量、来源等，通过 RFID 读写器可快速读取这些信息，实现物料的自动化识别和管理。传感器则可实时监测物料的重量、位置、环境条件等参数，为物料管理提供更详细的数据支持。

通过搭建物料管理信息系统，能够实时掌握物料的库存数量、使用情况，自动预警物料短缺或过剩情况。此外，智能化物料管理还能够实现物料的精细化管理，提高物料的使用效率。通过对物料使用数据的分析，能够找出物料使用过程中的浪费环节和不合理之处，采取相应的改进措施。

五、智能化背景下土石方开发利用成本节约策略的实施路径

5.1 技术引进与设备更新路径

技术引进与设备更新是实施智能化成本节约策略的前提条件。首先，需要对市场上成熟的智能化技术与设备进行全面、深入的调研与评估。调研内容包括技术的先进性、可靠性、适用性，设备的性能、价格、售后服务等方面。通过对比分析不同技术和设备的优缺点，结合工程实际需求，确定适合的技术与设备清单。例如，在选择智能挖掘机时，需要考虑其挖掘能力、精度、燃油效率、操作舒适性等因素，并结合工程的土石方工程量、施工环境等条件进行综合评估。

其次，合理安排资金投入是技术引进与设备更新的关键。资金来源可通过政府专项拨款、企业自筹、银行贷款等多种方式筹集。根据技术与设备引进计划，制定详细资金预算方案，确保资金合理使用和有效配置。同时，要充分考虑技术与设备的后续维护和升级费用，避免因资金不足导致设备无法正常运行或技术落后。

最后，与技术供应商建立良好的合作关系至关重要。选择具有丰富经验和良好信誉的技术供应商，能够确保技术支持与设备维护服务的质量。在合作过程中，要明确双方的权利和义务，签订详细的技术服务合同和设备采购合同。同时，组织技术人员参加供应商提供的培训课程，掌握新技术与设备的操作方法和维护技能，提高技术人员的专业水平。

5.2 施工流程优化路径

施工流程优化是实现智能化施工高效运作的重要保障。结合智能化技术，全面梳理优化传统土石方施工流程。首先，建立标准化作业规范，明确各施工环节的操作标准与质量要求。标准化作业规范应涵盖智能化设备的操作流程、数据采集与处理方法、施工安全规范等方面内容，确保施工过程的规范化和标准化。

其次，引入项目管理信息系统，实现施工进度、质量、成本等信息的实时共享与协同管理。项目管理信息系统可集成智能化测绘、施工、物料管理等系统的数据，通过数据分析和处理，为项目管理人员提供决策支持。例如，系统实时监控施工进度，发现进度滞后时自动分析原因并提供调整建议；通过质量数据分析及时发现质量隐患并采取整改措施。

最后，通过流程再造，减少冗余环节，提高施工效率。在智能化技术的支持下，简化或合并传统施工流程中不必要环节，实现施工流程的优化升级。例如，在土石方运输环节，通过智能调度系统实现车辆的自动调配和路径优化，减少车辆等待时间和运输路线的迂回，提高运输效率。

5.3 人才培养与团队建设路径

人才培养与团队建设是确保智能化成本节约策略有效实施的核心。加强人才培养，需要通过内部培训、外部引进等多种方式，打造一支既懂土 又懂智能化技术的复合型人才队伍。内部培训可邀请行业专家进行智能化技术讲座与实操培训，内容包括智能化测绘技术、BIM 技术、智能设备操作与维护等方面知识。同时，鼓励员工参加相关的职业资格考试和培训课程，提高员工的专业技能和综合素质。

外部引进则招聘具有相关专业背景与实践经验的人才，如智能化工程技术人员、BIM 工程师、物联网工程师等。在招聘过程中，要注重人才的实际工作能力和创新能力，确保引进的人才能够快速适应工作环境，为项目建设发挥积极作用。

此外，建立激励机制是提高团队整体技术水平与协作能力的重要手段。通过设立奖励基金、晋升机会等激励措施，鼓励团队成员不断学习与创新。 对在智能化技术应用中表现突出的团队和个人给予物质奖励和精神表彰；对提出创新性成本节约方案 给予晋升机会或额外奖励。同时，定期组织团队建设活动，增强团队成员之间的沟通与协作，提高团队的凝聚力和战斗力。

5.4 信息化管理平台搭建路径

信息化管理平台搭建是实现智能化成本控制的重要支撑。搭建土石方工程信息化管理平台，需要整合智能化测绘、施工、物料管理等系统的数据，实现数据的集中管理和共享。平台应具备数据采集、分析、展示与决策支持功能，能够实时收集和处理施工过程中的各种数据，如地形数据、施工进度数据、成本数据、物料数据等。

在数据采集方面，通过与智能化设备和系统的对接，实现数据的自动采集和传输，减少人工录入的误差和工作量。在数据分析方面，利用大数据分析技术和人工智能算法，对采集到的数据进行深入分析，挖掘数据背后的潜在信息，为项目管理提供决策依据 例如，通过对成本数据的分析，能够预测成本变化趋势，提前采取措施进行成本控制；通过对施工进度数据的分析，能够优化施工计划，提高施工效率。

在数据展示方面，采用可视化技术，将数据分析结果以图表、报表、三维模型等形式直观地展示出来，方便项目管理人员查看和理解。同时，平台应具备决策支持功能，能够根据数据分析结果，自动生成决策建议和优化方案，辅助项目管理人员做出科学合理的决策。

此外，信息化管理平台还应实现与其他相关部门信息系统的对接，如财务系统、采购系统、设计系统等，提高信息共享与协同效率。通过信息系统的对接，能够实现数据的无缝流转和共享，避免信息孤岛的形成，为智能化成本控制提供有力的信息化支撑。

结语

本研究以乐平水利枢纽工程土石方开发利用为对象，深入剖析智能化技术在该领域的应用原理、优势、成本节约策略及实施路径，并通过工程实践验证其有效性。智能化技术的应用能够有效解决传统土石方开发利用方式存在的资源浪费、效率低下、成本控制困难等问题，显著降低工程成本，提高经济效益。在未来水利工程建设中，应进一步加大智能化技术的推广与应用力度，不断完善智能化成本控制体系，推动水利工程行业向智能化、高效化方向发展。同时，后续研究可针对智能化技术在不同类型水利工程中的应用差异，开展更深入的探索与实践，为行业发展提供更具针对性的解决方案。

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