0 引言
交通基础设施产业作为国家经济发展的重要支柱，在促进经济增长、优化资源配置、提升产业竞争力等方面发挥着至关重要的作用。目前，尽管我国交通基础设施建设取得了快速发展，但随之而来的资源浪费、安全隐患、环境污染、技术创新能力不足等问题也日益显现，制约了行业的高质量发展[1]。以物联网、大数据、云计算、人工智能为代表的新一代信息技术发展，推动了智能建造体系的成熟与落地应用，为产业变革与升级提供了历史机遇[2]。我国高度重视建设行业的转型升级，交通运输部、住房和城乡建设部等相关部门密集出台了一系列指导意见，旨在加速推进智能建造体系的发展和行业数字化转型[3]。在交通基础设施建设领域，随着国家经济结构不断优化，智能建造的提出有助于解决传统基建模式基础材料消耗大、环境污染严重和劳动力依赖严重等问题，为交通基础设施建设系统化和集约化建设提供有力支撑，是交通基建产业数字化转型和高质量发展的必由之路。
为此，本文将以产业链数据贯通和生产智能化为核心目标，提出一种适用于交通基建领域的智能建造体系，结合交通基建工程探索实施路径，从全过程数据传递、全参与方数据协同、全要素数据流转推动产业链数据贯通，通过工程结构标准化设计、基础材料工厂化生产、预制结构装配化制造、现场实施装备化覆盖及工程装备数字化改造实现生产智能化，为交通基建企业的数字化转型提供实践经验并指出发展方向。
1 交通基建产业智能建造体系的内涵与核心技术
1.1 交通基建产业智能建造体系的内涵
交通基础设施建设指为构建和完善交通系统而开展的各类基础设施工程，在我国经济发展中扮演着至关重要的角色，是固定资产投资的关键领域之一，涵盖公路、水运、民航及轨道交通等多个子领域，对于促进区域经济一体化、提升物流效率、推动产业升级和加强国防建设等方面均具有深远的影响。
从数据贯通角度来说，交通基建产业存在参与主体多、产品标准化程度低、工作环境变化性大等问题，其作业方式难以形成流水线模式，导致数据这一关键要素难以在建设全周期流转，从而阻碍其在提升工程建设效率、优化资源配置、增强风险管理能力及提高决策支持水平等方面的潜力发挥。建设方需利用数据贯通来解决因建造过程复杂而导致的各种不确定性，将准确的数据在恰当的时间以正确的方式发送给对应的主体，并通过数据驱动达成实时分析、精准执行、资源优化与科学决策的目标。
从生产方式来说，交通基建产业存在生产智能化水平低、技术集成度不足、信息化程度不高、创新应用不足等问题，导致施工效率和安全性难以与现代工业标准相匹配。智能建造是基于工程全生命周期与精益建造的理念，利用数字化技术对建造过程进行技术和管理改进，实现建设数字化、自动化与集成化。实现生产智能化是智能建造的核心目标，即通过高度自动化和信息化的生产方式，最大限度地减少人为干预，提高生产效率和质量。这需要构建一个集成的、协同的工作平台，使设计、施工、运营等各个环节无缝对接，实现数据共享和信息流动。
基于学者们对智能建造的探索和工程实践中存在的问题，本文提出一种基于交通基建产业的智能建造体系。该体系以产业链数据贯通和生产智能化为核心目标，通过BIM、物联网、数字孪生、人工智能等新一代信息技术，实现勘察设计、施工制造、装备生产的智能化，推进新一代数字技术与建造业务深度融合，形成构件模型化、工序精细化、生产装备化、装备智能化、交付敏捷化、协作生态化的智能建造新模式。
1.2 交通基建产业智能建造体系的核心技术
核心技术的发展应用是推动产业转型升级、提升工程项目效率和质量的关键驱动力。交通基建产业智能建造体系的核心技术包括建筑信息模型、地理信息系统、物联网、基于模型的产品定义、公共数据环境、数字孪生、人工智能等新一代信息技术。
1.2.1 建筑信息模型
1.2.2 地理信息系统
1.2.3 物联网
1.2.4 基于模型的产品定义
基于模型的产品定义（Model-Based Definition, MBD），充分利用三维模型本身的直观表现力，探索新的设计表达方式，将产品几何、材质、性能、生产工艺等相关信息有序地集成到三维模型中，实现异构信息的同构化[15]。通过将交通基建工程生产相关数据集成到三维模型，确保从概念设计到生产制造的每一个环节都能访问和利用最新产品数据，使建设人员可直接从模型中提取生产所需信息，为实现自动化的生产流程奠定基础。
1.2.5 公共数据环境
1.2.6 数字孪生
数字孪生是具有数据连接的特定目标实体的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间以适当的速率和精度进行同步[18]。由于数字孪生具备虚实融合与实时交互、迭代运行与优化、全要素/全流程/全业务数据驱动等特点，可帮助交通实体工程和数字孪生工程两个体系同步建设与融合。通过数字孪生技术，以覆盖交通工程全生命期BIM数据为基础，整合GIS数据和物联网信息，构建面向工程应用的数字化时空模型，能为工程智能化管理应用提供决策依据。
1.2.7 人工智能
人工智能在智能建造领域的应用正逐步改变传统的建筑施工方式，其基于强大的数据处理和分析能力，可为工程项目带来创新的智能化解决方案。人工智能技术能有效整合设计参数、施工进度、资源配置和安全监控等多方面的信息，实现对建造过程的智能识别和精确管理，并通过利用机器学习、深度学习算法，从大量历史数据中学习施工技术，预测潜在风险，为施工团队提供基于数据的决策支持，从而提高施工效率和安全性[19]。
2 交通基建产业智能建造的实施路径
交通基建产业按作业流程可划分为勘察、设计、制造、施工、运维等阶段。传统交通基建产业在管理模式上，各阶段相互割裂，导致数据难以传递、信息不易流转；在作业方式上，工业化尚未完成，存在大量现场砌筑、浇筑，手工作业仍占很高比例。
当前，交通基建产业智能化升级应聚焦基础设施领域数字化，重点围绕产业链数据贯通、生产方式智能化升级两条主线进行探索实践，打造现代化的基础设施建设智能建造体系，推动行业高质量发展。
2.1 产业链数据贯通
产业链数据贯通可分为全过程数据传递、全参与方数据协同、全要素数据流转3个层次。
1）全过程数据传递：以BIM模型为载体，打通勘察、设计、施工、运维间断层，实现上游数据根据下游需求的传递，逐步推进“一模到底、一数一源”；通过各阶段间的数据传递，实现建造过程的资源配置最优。
2）全参与方数据协同：按照数据“纵向到底、横向到边”的穿透机制，组织产业链单位共同建立面向企业管理的数据管理平台与面向项目生产的公共数据环境系统，提供跨层级的数据汇聚与跨业务的BIM模型共享两大云化能力，支撑产业链各参与方的业务协同与数据交换。
3）全要素数据流转：通过对管理业务、工程设计、施工项目、运营维护进行业务抽象，提炼共性业务数字化组件，打造支撑公路、水运、轨道、市政、机场、建筑、装备、环保等领域业务系统开发的数字化底座，实现软件能力同源、标准统一、便于连接，从底层消除“信息化烟囱”。
2.2 生产方式智能化升级
1）从工程思维转向产品思维。聚焦产品的核心要素模块，融合新一代信息技术，按照工程结构标准化设计、基础材料工厂化生产、预制结构装配化制造、现场实施装备化覆盖、工程装备数字化改造的层次搭建智能化生产方式，通过设计引领带动施工转型，逐步推进生产方式的智能化升级。
2）工程结构标准化设计。通过建立数据标准，实现岗位、项目、企业全参与方的数据闭环，提升行业设计效率；交通基建工程结构复杂、形式各异，要实现工业化、规模化供给，须建立基于构件和部品部件组合的模块化设计模式，支撑施工阶段的装配化生产与安装；通过标准化设计打破各环节的数据壁垒，形成设计过程数据资产，使施工阶段各参与方在技术、经济上达到平衡和最优。
3）基础材料工厂化生产。聚焦钢筋与混凝土两大基础材料，通过应用数字化、智能化手段对传统工艺创新升级、生产过程智能化控制、产线智能化人机共融，实现数据可视化预警、人工智能算法推优、生产设备集群化控制，提升工程智能建造和精细化管理水平。
4）预制结构装配化建造。针对现浇结构进行工业化升级，构建以“智能化监测、智能化管理、智能化设备”为总体理念的工业化建造技术，研发智能预制生产线，全面升级生产工艺及装备，实现进度、质量及资源等关键数据的自动采集与全过程管控。
5）生产装备化与装备智能化。实施“打造1个基建互联网+建设多个系统平台+进行多类装备数字化升级”的发展模式，其中基建互联网为现场施工和装备智能化提供基础条件；由需求牵引、以价值为导向的系统平台可实现大型机械指挥调度与生产监控；现场装备的数字化升级能实现施工船舶、盾构等大型机械的自动化作业。
3 交通基建产业智能建造体系的创新应用
基于交通基建产业智能建造的实施路径，围绕地质勘察、工程设计、施工技术、构件材料、建筑方式、装备智能化、运营维护等层面，开展企业的探索实践。
1）在地质勘察阶段，研发地质勘察系统，集数据采集管理、地质三维建模、可视化分析、辅助设计于一体，通过数据驱动精确创建地形、地质、地层模型，支持围岩分类、桩长计算、开挖料分析等智能设计；在外业调查方面，研发智能作业系统，包含岗位端移动调查、企业层云平台，融合解析“空、天、地”多源异构数据，赋能勘察外业生产。
2）在工程设计阶段，突破国外技术垄断，针对工程设计软件在几何造型引擎、三维显示渲染、约束求解器方面的“卡脖子”难题，基于BIMBase底座，研发国产化交通BIM设计基座，并基于基座完成包括地质建模、通用横断面、模型编码、模型交付在内的4个通用系统与公路、水运、机场等14款行业设计软件的开发。
3）在施工技术方面，按照构件材料生产工厂化、建造方式工业化、生产装备智能化的思路，制定“1+N+M”的发展模式，即建设1个基建互联网，为现场施工和装备提供物联能力；打造N个系统平台，实现材料生产监控、构件智能加工、机械远程调度；完成M个装备数字化升级，实现混凝土云工厂生产、钢筋流水线加工、疏浚船舶智能作业、路面自动压实、超高桥塔布料浇筑一体化、大直径盾构隧道自动掘进、超高层建筑钢平台自动爬升、机器人现场砌筑等主要场景的智能化生产。
4）在构件材料工厂化生产方面，打造混凝土产业绿色化生产平台，依托大数据和人工智能算法，辅助优化现场配比设计，降低混凝土成本，提高拌和质量。通过建立工程混凝土基因库，不断积累混凝土制备的配比、环境、性能、外观参数，通过神经网络算法实现配比设计自动生成，提高生产的精细化水平；建立钢筋云工厂，利用钢筋BIM模型数据自动生成下料清单，按料源形成最优套裁方案与排产任务，实现钢筋制作核心工序的自动流水化作业，大幅提高生产效率，节约材料成本；研发桥梁节段预制生产系统，升级节段梁生产装备，自动采集生产进度、质量、资源等关键数据，实现“制-存-运-装”全过程数字化管控。
5）在建筑方式工业化升级方面，借鉴工业互联网的先进理念，建设数据传输网，通过架设采集网、定位网、工控网，为施工现场提供稳定可靠的设备适配、数据接入、边缘计算、北斗定位等服务，支撑现场装备的物联通讯。
6）在装备智能化方面，围绕基础设施建设需求，对一批核心装备进行数字化改造，包括：针对大型沉管隧道运输难、安装难的问题，研制自航式浮运安装一体船，通过集成北斗卫星定位技术与数字化测控系统实现海上万吨沉管浮运施工一体化、循迹自动化与安装精准化，目前已应用于深中通道等国家重点工程；为提升船舶疏浚自动化作业程度，系统性构建疏浚全过程神经网络模型，研制具有自主学习、自动寻优、智能排障功能的疏浚系统，已应用在“新海鹤”“新海鹭”“新海狸”等绞吸挖泥船以及小洋口湿地修复工程、海门钢铁基地整治工程等大型项目；针对城市跨线桥梁快速拆除安装需求，研发桥梁快速拆建智能装备，开发基于BIM的数字孪生控制系统，实现4 h内完成跨路桥梁的快速拆除与安装。
7）在运营维护阶段，研发智能运维系统，利用BIM、物联网和数字孪生等技术，打通信息在项目全生命周期中的传递通道，实现“实体工程+数字化工程”的双交付。该技术已应用于港珠澳大桥、杭州湾跨海大桥、大连湾海底隧道等一批重大工程中。同时，构建高分交通一张图平台，利用高分遥感卫星的观测优势，支持公路防灾减灾。该平台已在项目上进行应用验证，在北京房山“7·31”暴雨发生后，利用中交高分交通一张图平台第一时间获取了 G109 公路遥感影像，通过灾前灾后影像对比，发现损毁桥梁、道路，及时为防灾抢险提供了数据支撑。
4 对交通基建企业发展智能建造体系的建议
4.1 支撑智能建造体系的产业特征
行业智能建造的发展离不开交通基建产业链各环节、各要素、各参与方的数字化转型升级，企业作为交通基建产业的建设主体，须构建能支撑行业数字化转型的现代化产业体系。在提升智能化水平、优化资源配置、提高质量安全、实现绿色低碳等方面，打造现代化企业级产业体系。
1）生产工业化是核心。生产工业化是用大工业生产方式替代传统、低效的手工作业方式，在这种模式下，需将建筑结构分解成若干模块，在工厂加工后运至施工现场进行组装，或者在现场应用智能生产线形成工厂车间，达到提升品质、提高效率、节材省工、节能减排的效果，这种模式会倒逼技术、工艺、装备、标准、管理的全方位升级。
2）产品标准化是基础。要实现大规模的工业生产，首先需使产品标准化，形成一系列标准化模块（又称“产品族群”），建造过程则是在一系列标准化的模块族群中，遴选出合适的产品组合成一个满足客户需要的解决方案；要加强设计标准化，构建适应工业化制造的设计体系，包括设计元素标准化、设计流程标准化、设计构件部品化，以此为基础实现部品部件的生产与安装，变传统的工程散料化管理为流程化、集约化的模块管理，最后将各管理模块进行数字化封装，实现软件可定义、系统可执行、机器可读取，从而支撑工业化制造。
3）业务数字化是关键。加速技术、装备、管理与信息化融合，实现工程数字化、生产数字化与管理数字化的融通；依托虚拟现实、数字孪生、人工智能技术对生产装备进行感知赋能，打造智能机械臂与机器人，建立可自动化作业的生产线，再叠加管理系统，倒逼业务由粗放型向精细化升级，实现精益建造。
4）能力平台化是支撑。围绕智能建造发展所需要的设备物联通讯、建筑信息模型贯穿、软件标准化开发、智能算法服务等共性技术需求，打造一批基础的数字化底座，为建筑业务模式创新提供IT能力支撑。
5）发展低碳化是目标。响应国家绿色低碳化政策，依托业务数字化、生产工业化和能力平台化，融入可持续发展的理念，实现建造过程低碳、自动、高效，推动建设行业绿色化发展。
4.2 支撑智能建造现代化产业体系的发展建议
围绕构建现代化交通基建工程产业体系进行布局，支撑智能建造的可持续发展，交通基础设施企业可从以下4个方面发力。
1）建设智能化生产体系。融合新一代信息技术，建立部品部件生产线、改进工程机械装备、研发建筑机器人，实现建筑产品柔性生产；引入基于模型定义、即时生产、零库存管理、敏捷交付等先进行业理念，重塑业务管理流程，实现工程构件按需制造与高效安装。
2）深化数字化管理体系建设。建立支撑智能建造的科技与数字化融合的管理体系，打通生产业务类系统与企业管理类系统，汇聚贯通工程数据、生产数据与管理数据，实现管理指标自动生成、上下联动，构建由数据驱动的运营体系；强化数字化建设一盘棋的管理统筹，通过制度规范工程数字化基础平台、通用系统、专业软件、数据资源、标准指南建设，建立专业数字化科技公司与生产业务单位协同共生的“平台支撑+应用开发”模式。
3）打造工程数字化集成交付模式。依托自主投资类项目与重大工程，建立工业模式下的BIM正向设计-施工深化设计-工艺工法设计-施组方案编制-虚拟建造预演-物料清单驱动生产-机械装备自动安装-数据反馈-流程优化的数字化集成模式，实现全周期编码体系下的一模到底与数据贯通；打造数字化交付体系，建立设计、制造、施工、运维等阶段的数据传递标准与信息流转机制，实现工程实体与数字孪生的双交付。
4）推动交通基础设施产业的数字化升级。交通基础设施建设产业链各企业可通过自身的数字化转型带动行业上下游企业的数字化升级，基于智能建造的发展需求，强化与投资运营商、物资供应商、工程分包商的协作，共同推动整个交通基建行业的数智化升维。
5 结束语
交通基础设施建设行业正处于一个关键的转型期，面临技术革新和产业升级带来的新机遇。本文基于产业链数据贯通和生产智能化两大方向，提出交通基建产业智能建造体系，可为行业提供一种全新的发展模式。在智能建造体系的实施过程中，仍需要行业内外的多方协作和政策支持，技术创新和应用是推动行业发展的关键，而标准化和规范化是实现大规模推广的前提。未来应围绕智能建造体系的优化、智能化技术的创新应用、信息化技术应用标准等方面展开研究，通过不断的技术创新和实践探索，智能建造将为交通基建产业带来革命性的变化，为建设更加安全、高效、绿色的基础设施提供强有力的支撑。
