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摘要：随着信息技术、全球定位技术、测量技术和设备以及工程进行的快速发展，数字化施工和管理在全球迅速兴起，我国也已加入这个兴起的行列。本文对数字化施工和管理中所需的软硬件条件、功能和控制方式进行了阐述，并总结了数字化施工的的特点，最后论述了我国数字化施工的发展历程及工程应用和对未来发展趋势的展望。
关键词：数字化施工；GPS；机械控制技术；工程机械
一、概述
什么是数字化施工？就是将施工过程数字化，它包括工程全部施工资料的数字化、网络化、智能化和可视化的过程。其核心思想是用数字化手段整体性地解决工程施工问题并最大限度地利用信息资源。
数字化施工就是在整个施工过程中充分信息化，并让其贯穿整个施工过程。既通过空间数据平台进行工程设计的3D数字化转换、数字化机械施工、数字化工程进度管理、数字化检查（监理）和工程后期应用。
二、现行数字化施工中應用的软件和硬件条件
目前，国际上3S技术（Remote Sensing、Geographical Information System和Global Position System，既RS、GIS和GPS）已经发展的相当成熟，并且在世界各地也建立了本地的地理信息系统，我国还积极正在建设智能化城市，这些都为数字化施工提供了强大的空间数据平台。
在建设工程项目中为实现数字化施工所需的软件、硬件条件也已经具备。在数字化施工所需的软件、硬件制造商中：美国天宝导航有限公司（简称天宝公司）是目前国际上数字化施工产品的领头羊，技术能力涉及全面，处于领先地位。北京麦格天宝科技发展集团有限公司（简称麦格集团）是中国最大的、拥有世界上最先进位置信息技术的集团公司。卡特彼勒是建筑工程机械、采矿设备、柴油和天然气发动机、工业用燃气轮机以及柴电混合动力机组领域的全球领先企业。
软件产品主要有：
工程数据软件产品（TBC-HCE）：可以把传统的施工图纸变成三维设计模型，直接与机械控制产品联合作业，贯穿工程设计、施工、监理、验收整个过程。如SCS700 Site Controller适合于贯穿整个施工过程的工地测量任务；SCS900 Site Controller是为大型道路、土石方施工的承包商研发的用来控制GPS和全站仪等测量传感器的软件，通过他用户能够进行工地控制、工地测量、坡度检查以及放样工作；SCS Data Manager是为工地定位系统应用而设计的一个简单的数据管理器。为与第三方软件结合使用而设计的能够同时组织、管理以及跟踪一个项目里多个工地、多个测量队的软件；Trimble Business Center用于随时高效地管理在同一个工地施工的不同施工队的数据。借助它，承包商可以导入、复查和分析图形化的设计信息，并在整个项目进行期间，都能轻松地分配、管理以及跟踪施工信息；Terramodel是一款成熟的三维设计、数据处理软件；HYDROpro是一款专为数据存储和转换所开发的软件。
土方机械控制产品（GCS）和路面机械控制产品（PCS+GCS）：基于机械控制技术，该技术集合了激光、声纳、角度传感器、GNSS、全站仪等测控技术，与工程机械完美结合，实现数字化施工。如Site Vision Office是机械控制系统的数据管理工具软件。这款软件是专门为工地数据管理员设计的，管理员用软件将拿到的设计数据分成小部分，存储到不同的数据卡里并分派给各个施工队，施工人员将数据卡放入机械驾驶室里的控制箱，并实时根据控制箱屏幕上显示的数据施工。
硬件产品主要有：
工地定位产品：该产品是GPS或全站仪定位传感器硬件，结合专门为数字化施工应用开发的Trimble SCS900工地管理员软件。从而不需要测量员，便能使施工单位灵活地完成任何任务并通过快速解决现场问题来减少停工时间。如SPS系列接收机是全面支持GPS、GLONASS、Galileo、Compass、QZSS，5种卫星信号的GNSS系统，支持OmniSTAR、SBAS的一体化接收机，可以作为高度灵活的基站或流动站，用于施工工地测量；SPS930全站仪是一台仪器实现伺服、自动锁定、机器人、无反射器和ATS坡度控制五种操作模式，能够在作业现场轻松应对任何监视、测量、无反射 器测量或坡度控制任务的五为一体全能设备，能够满足现场定位、坡度控制等所有需求。
施工机械设备：各种工程机械通过机械控制技术，既激光、声纳、角度传感器、GNSS、全站仪等测控技术和Trimble SCS900工地管理员软件。只要将3D数字模型直接安装在施工机械上而无需操作人员的干预，就可以对各种工程机械进行精确定位和实现各种作业功能，使其具有智能化施工的能力。
其中土方机械控制产品功能包括：挖掘机挖掘作业中的边坡修整、沟渠开挖、复杂造型，推土机土地平整中的层厚控制、高程控制、坡度控制，压路机压实控制中的遍数监测、层厚监压实质量检测，平地机精细平整中的层厚控制、高程控制、坡度控制。路面机械控制产品的功能包括：摊铺机摊铺作业中的层厚控制、坡度控制，铣刨机铣刨作业中的层厚控制、坡度控制，压路机压实控制中的遍数监测、料温监测、压实质量监测。
三、数字化施工的特点
1.设计数据3D化：可将2D设计数据转换为3D模型，并把3D数字模型直接安装在施工机械上，实现了无纸化、无桩化施工。
2.施工过程可视化：可以通过信息采集设备实时的知道压缩层到底是谁做的，情况怎样，还可以显示施工报告实时掌控施工的过程，把数字化模型放到机械控制中，可以确保在第一次施工中就可达到要求，进而掌控整个施工过程的施工质量。
3.施工机械设备智能化：工程机械通过数字化施工的技术，能够读懂图纸，图纸直接告诉工程机械怎么操作，操作手只是在旁边起一个辅助的作用，以减少人的控制和误差。 4.施工进度控制可调：建立动态的工程进度数字化模型，为施工进度提供数字化依据，遇设计变更、自然灾害时可随时更改，使工作人员很直观地了解工程进度。
5.施工检查（监理）全盘化：通过工地管理软件了解实时的工程进度、对工地进行实时的质量控制、合理调配现场人员和设备。并能建立和检查工程测量控制点，以及工地坐标系统的校准；工程最初的测量，检查原始设计数据，提供更精确的工程预算；土方施工，基础建设，道路施工等等工程的放样打桩工作；填挖方的施工决策；产生每天、每周、每月的工地土方量报告，方便进行工程进度管理；原材料的采购存贮参考和挖掘量计算。
6.工程后期监测连续化：全部施工数据的电子文档保存，便于今后调用和维护使用。通过建立GPS基站网络，在一些具有特殊意义的构（建）物上架设GPS接收机进行变形、沉降观测；局部气象预报；管网数据管理-GIS应用；车辆调度等。
7.全球性和全天候：使用GPS定位技术，通过美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗卫星定位系统，在全球进行24小时定位施工，不受天气、地形等因素的影响，无累积误差，测站间无须通视，从而提高整体精度、可靠性和作业效率。
8.施工费用低：由于无须打桩放样，无须进行人工测量，可以大大的减少工程等待的时间，提高机械使用的效率，减少重复推平，降低油耗，节约物料等。
9.施工效率高：可以一次施工合格，避免返工，從而缩短工期，并且可以实现24小时不间断的施工。
10.施工过程安全：因为可以实时的监控施工的现场，知道人员、设备、机器的位置，可以实现施工的安全。同时因为减少了人机混合作业的时间，避免了事故的发生。
四、数字化施工的未来展望
早在1998年，美国天宝导航有限公司在中国正式成立办事处。2002年11月，天宝在中国上海成立了其独资子公司----特林波系统集成技术（上海）有限公司。2005年在上海设立了亚太区的培训支持服务中心，并且在上海、长春建立了工厂。2011年天宝在西安设立研发中心，以加快在中国的本地化进程。
天宝公司与全球最大工程机械生产厂商卡特彼勒的合作共同研发了数字化施工，也希望与中国工程机械制造企业生产的设备配合在一起。天宝公司与卡特彼勒已经成立了两家合资公司，通过合资公司整合两家公司在产品设计和软件开发方面的专业知识与经验，推动数字化施工相关技术的发展。
以往传统的工程施工方式是操作人员看图纸根据自己的操作水平去使用工程机械来达到工程的效果，而未来可以转换成工程机械能够读得懂的数据，数据会控制机械操作，减少人的控制和误差。
随着数字化产品的本地化生产，加速了数字化施工发展的进程。目前我国也有许多大型建设施工企业在一些建设项目上应用数字化施工和管理，不但加快了工程进度、提高了工程质量和降低了建设成本，并且积累了许多宝贵经验。例如2004年至2007年天宝公司参与杭州湾跨海大桥的建设，建筑施工单位在建设过程中运用了天宝公司的施工测绘系统，大幅度的提高了工作效率，进一步的优化了工作流程和降低成本。2009年至2014年兰新铁路在数字化施工方面运用了天宝公司的智能压实技术，以及最大限度地运用各种最先进地工具进行一体化测量、数据管理、工程机械施工和资产管理。通过这些前瞻性的技术和先进的解决方案使工作流程和整个工程建设周期得到完整的数字化体现，效率和安全性也随之大大提高。鸟巢、中央电视台大楼和上海世博会中国场馆都运用了数字化施工来进行技术信息的分析；这使工程施工全面掌控自己的施工作业现场，从而有效的提高了工作效率与安全性。
数字化施工在我国建设施工行业虽然起步较晚，在其他行业（如机械加工、电子和管理等方面）早已渗入和运用，但随着它快速发展还是可以带动一系列行业的发展，如工程设计、工程造价和工程管理等都可以通过数字化施工整合到一起，形成一个完整的产业结构。并且还可以推动其他行业的发展提升，如机械制造业、测绘仪器制造业、电子电器业和软件业，使其产品与数字化施工配合，形成共同发展，共同提升，以全面形成数字化社会格局。
参考文献：
[1]数字化施工浅议，2006-07-17，李景茹，胡程顺
[2]数字化施工-工程机械应用技术的未来，2012-10-31，柯锐思，陈朝晖
关键词：数字化施工；GPS；机械控制技术；工程机械
一、概述
什么是数字化施工？就是将施工过程数字化，它包括工程全部施工资料的数字化、网络化、智能化和可视化的过程。其核心思想是用数字化手段整体性地解决工程施工问题并最大限度地利用信息资源。
数字化施工就是在整个施工过程中充分信息化，并让其贯穿整个施工过程。既通过空间数据平台进行工程设计的3D数字化转换、数字化机械施工、数字化工程进度管理、数字化检查（监理）和工程后期应用。
二、现行数字化施工中應用的软件和硬件条件
目前，国际上3S技术（Remote Sensing、Geographical Information System和Global Position System，既RS、GIS和GPS）已经发展的相当成熟，并且在世界各地也建立了本地的地理信息系统，我国还积极正在建设智能化城市，这些都为数字化施工提供了强大的空间数据平台。
在建设工程项目中为实现数字化施工所需的软件、硬件条件也已经具备。在数字化施工所需的软件、硬件制造商中：美国天宝导航有限公司（简称天宝公司）是目前国际上数字化施工产品的领头羊，技术能力涉及全面，处于领先地位。北京麦格天宝科技发展集团有限公司（简称麦格集团）是中国最大的、拥有世界上最先进位置信息技术的集团公司。卡特彼勒是建筑工程机械、采矿设备、柴油和天然气发动机、工业用燃气轮机以及柴电混合动力机组领域的全球领先企业。
软件产品主要有：
工程数据软件产品（TBC-HCE）：可以把传统的施工图纸变成三维设计模型，直接与机械控制产品联合作业，贯穿工程设计、施工、监理、验收整个过程。如SCS700 Site Controller适合于贯穿整个施工过程的工地测量任务；SCS900 Site Controller是为大型道路、土石方施工的承包商研发的用来控制GPS和全站仪等测量传感器的软件，通过他用户能够进行工地控制、工地测量、坡度检查以及放样工作；SCS Data Manager是为工地定位系统应用而设计的一个简单的数据管理器。为与第三方软件结合使用而设计的能够同时组织、管理以及跟踪一个项目里多个工地、多个测量队的软件；Trimble Business Center用于随时高效地管理在同一个工地施工的不同施工队的数据。借助它，承包商可以导入、复查和分析图形化的设计信息，并在整个项目进行期间，都能轻松地分配、管理以及跟踪施工信息；Terramodel是一款成熟的三维设计、数据处理软件；HYDROpro是一款专为数据存储和转换所开发的软件。
土方机械控制产品（GCS）和路面机械控制产品（PCS+GCS）：基于机械控制技术，该技术集合了激光、声纳、角度传感器、GNSS、全站仪等测控技术，与工程机械完美结合，实现数字化施工。如Site Vision Office是机械控制系统的数据管理工具软件。这款软件是专门为工地数据管理员设计的，管理员用软件将拿到的设计数据分成小部分，存储到不同的数据卡里并分派给各个施工队，施工人员将数据卡放入机械驾驶室里的控制箱，并实时根据控制箱屏幕上显示的数据施工。
硬件产品主要有：
工地定位产品：该产品是GPS或全站仪定位传感器硬件，结合专门为数字化施工应用开发的Trimble SCS900工地管理员软件。从而不需要测量员，便能使施工单位灵活地完成任何任务并通过快速解决现场问题来减少停工时间。如SPS系列接收机是全面支持GPS、GLONASS、Galileo、Compass、QZSS，5种卫星信号的GNSS系统，支持OmniSTAR、SBAS的一体化接收机，可以作为高度灵活的基站或流动站，用于施工工地测量；SPS930全站仪是一台仪器实现伺服、自动锁定、机器人、无反射器和ATS坡度控制五种操作模式，能够在作业现场轻松应对任何监视、测量、无反射 器测量或坡度控制任务的五为一体全能设备，能够满足现场定位、坡度控制等所有需求。
施工机械设备：各种工程机械通过机械控制技术，既激光、声纳、角度传感器、GNSS、全站仪等测控技术和Trimble SCS900工地管理员软件。只要将3D数字模型直接安装在施工机械上而无需操作人员的干预，就可以对各种工程机械进行精确定位和实现各种作业功能，使其具有智能化施工的能力。
其中土方机械控制产品功能包括：挖掘机挖掘作业中的边坡修整、沟渠开挖、复杂造型，推土机土地平整中的层厚控制、高程控制、坡度控制，压路机压实控制中的遍数监测、层厚监压实质量检测，平地机精细平整中的层厚控制、高程控制、坡度控制。路面机械控制产品的功能包括：摊铺机摊铺作业中的层厚控制、坡度控制，铣刨机铣刨作业中的层厚控制、坡度控制，压路机压实控制中的遍数监测、料温监测、压实质量监测。
三、数字化施工的特点
1.设计数据3D化：可将2D设计数据转换为3D模型，并把3D数字模型直接安装在施工机械上，实现了无纸化、无桩化施工。
2.施工过程可视化：可以通过信息采集设备实时的知道压缩层到底是谁做的，情况怎样，还可以显示施工报告实时掌控施工的过程，把数字化模型放到机械控制中，可以确保在第一次施工中就可达到要求，进而掌控整个施工过程的施工质量。
3.施工机械设备智能化：工程机械通过数字化施工的技术，能够读懂图纸，图纸直接告诉工程机械怎么操作，操作手只是在旁边起一个辅助的作用，以减少人的控制和误差。 4.施工进度控制可调：建立动态的工程进度数字化模型，为施工进度提供数字化依据，遇设计变更、自然灾害时可随时更改，使工作人员很直观地了解工程进度。
5.施工检查（监理）全盘化：通过工地管理软件了解实时的工程进度、对工地进行实时的质量控制、合理调配现场人员和设备。并能建立和检查工程测量控制点，以及工地坐标系统的校准；工程最初的测量，检查原始设计数据，提供更精确的工程预算；土方施工，基础建设，道路施工等等工程的放样打桩工作；填挖方的施工决策；产生每天、每周、每月的工地土方量报告，方便进行工程进度管理；原材料的采购存贮参考和挖掘量计算。
6.工程后期监测连续化：全部施工数据的电子文档保存，便于今后调用和维护使用。通过建立GPS基站网络，在一些具有特殊意义的构（建）物上架设GPS接收机进行变形、沉降观测；局部气象预报；管网数据管理-GIS应用；车辆调度等。
7.全球性和全天候：使用GPS定位技术，通过美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗卫星定位系统，在全球进行24小时定位施工，不受天气、地形等因素的影响，无累积误差，测站间无须通视，从而提高整体精度、可靠性和作业效率。
8.施工费用低：由于无须打桩放样，无须进行人工测量，可以大大的减少工程等待的时间，提高机械使用的效率，减少重复推平，降低油耗，节约物料等。
9.施工效率高：可以一次施工合格，避免返工，從而缩短工期，并且可以实现24小时不间断的施工。
10.施工过程安全：因为可以实时的监控施工的现场，知道人员、设备、机器的位置，可以实现施工的安全。同时因为减少了人机混合作业的时间，避免了事故的发生。
四、数字化施工的未来展望
早在1998年，美国天宝导航有限公司在中国正式成立办事处。2002年11月，天宝在中国上海成立了其独资子公司----特林波系统集成技术（上海）有限公司。2005年在上海设立了亚太区的培训支持服务中心，并且在上海、长春建立了工厂。2011年天宝在西安设立研发中心，以加快在中国的本地化进程。
天宝公司与全球最大工程机械生产厂商卡特彼勒的合作共同研发了数字化施工，也希望与中国工程机械制造企业生产的设备配合在一起。天宝公司与卡特彼勒已经成立了两家合资公司，通过合资公司整合两家公司在产品设计和软件开发方面的专业知识与经验，推动数字化施工相关技术的发展。
以往传统的工程施工方式是操作人员看图纸根据自己的操作水平去使用工程机械来达到工程的效果，而未来可以转换成工程机械能够读得懂的数据，数据会控制机械操作，减少人的控制和误差。
随着数字化产品的本地化生产，加速了数字化施工发展的进程。目前我国也有许多大型建设施工企业在一些建设项目上应用数字化施工和管理，不但加快了工程进度、提高了工程质量和降低了建设成本，并且积累了许多宝贵经验。例如2004年至2007年天宝公司参与杭州湾跨海大桥的建设，建筑施工单位在建设过程中运用了天宝公司的施工测绘系统，大幅度的提高了工作效率，进一步的优化了工作流程和降低成本。2009年至2014年兰新铁路在数字化施工方面运用了天宝公司的智能压实技术，以及最大限度地运用各种最先进地工具进行一体化测量、数据管理、工程机械施工和资产管理。通过这些前瞻性的技术和先进的解决方案使工作流程和整个工程建设周期得到完整的数字化体现，效率和安全性也随之大大提高。鸟巢、中央电视台大楼和上海世博会中国场馆都运用了数字化施工来进行技术信息的分析；这使工程施工全面掌控自己的施工作业现场，从而有效的提高了工作效率与安全性。
数字化施工在我国建设施工行业虽然起步较晚，在其他行业（如机械加工、电子和管理等方面）早已渗入和运用，但随着它快速发展还是可以带动一系列行业的发展，如工程设计、工程造价和工程管理等都可以通过数字化施工整合到一起，形成一个完整的产业结构。并且还可以推动其他行业的发展提升，如机械制造业、测绘仪器制造业、电子电器业和软件业，使其产品与数字化施工配合，形成共同发展，共同提升，以全面形成数字化社会格局。
参考文献：
[1]数字化施工浅议，2006-07-17，李景茹，胡程顺
[2]数字化施工-工程机械应用技术的未来，2012-10-31，柯锐思，陈朝晖