吳兆煒 （中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言與項目概況

隨著科技的發(fā)展，信息化技術在建筑業(yè)的應用已然成為其發(fā)展的主要趨勢，為了轉變當前建筑業(yè)粗放的管理模式，深入推進信息化技術在施工中的應用，成為當前一種有益的嘗試。

淮安東站綜合客運樞紐項目是以高鐵站為核心，公路長途、快速交通、軌道交通、出租、公共停車等為一體的綜合客運交通樞紐。工程位于江蘇省淮安市生態(tài)文旅區(qū)，除區(qū)間盾構外，整個范圍在高鐵站以西，高鐵路（西五路）以東，丁莊路以南，牛莊路以北，長約610m，寬約260m，項目占地總面積為158600㎡，地下建筑面積約190800㎡。主要工作內容包括：市政配套工程、站前廣場及地下空間工程、進出站匝道及市政道路工程、游客集散中心工程、裝置裝修及設備安裝工程、景觀綠化工程等單位工程，項目總投資約為23億元。項目體量大，難度高，單純應用傳統(tǒng)的粗放施工已很難滿足現(xiàn)場實際需求，急需引入新的管理方式與手段。

2 智慧工地建設思路

智慧工地是指運用信息化手段，通過三維設計平臺對工程項目進行精確設計和施工模擬，圍繞施工過程管理，建立互聯(lián)協(xié)同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態(tài)圈，并將此數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下與物聯(lián)網采集到的工程信息進行數(shù)據(jù)挖掘分析，提供過程趨勢預測、專家預案與多平臺展示，從而改變原有粗放的施工管理模式，滿足現(xiàn)場日常業(yè)務管理需求，實現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實現(xiàn)綠色建造和生態(tài)建造（圖1）。

圖1 智慧工地集成管理平臺組織架構圖

2.1 滿足現(xiàn)場，方便監(jiān)管

項目現(xiàn)場管理中，需要同時處理人員、材料、機械、物資、成本、質量、安全等方方面面的要素，內容龐雜繁復，傳統(tǒng)管理模式下，管理者往往力不從心，很難面面俱到。智慧工地以滿足現(xiàn)場應用為基礎，基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)為項目集成監(jiān)管與決策分析提供支持，方便管理者從總體上對現(xiàn)場施工進行把控。

2.2 建立制度，指揮全局

建立信息化工作流程制度，保證后期相關工作得以順利開展。建立滿足于項目信息化系統(tǒng)管理需求的信息化指揮中心，用于項目信息化系統(tǒng)的辦公，通過后端系統(tǒng)對項目生產進行協(xié)同管理，實現(xiàn)現(xiàn)場與信息化中心互動，提升項目管理信息傳輸?shù)募皶r性和準確性。

2.3 整體規(guī)劃，分步實施

本項目從人員、機械、物料、技術、環(huán)境五大管理要素入手，對智慧工地建設進行整體規(guī)劃，確立了“服務現(xiàn)場施工，指導項目決策”的整體建構思路。由于項目體量大，智慧工地建設不可能一步到位，在初期階段就確定了分步實施的模式，優(yōu)先解決現(xiàn)場施工中亟待解決的突出矛盾，如場布、算量、鋼筋細化等，在初期建設完成后，根據(jù)現(xiàn)場實際使用的情況反饋，對系統(tǒng)進行優(yōu)化，并開始后期建設，最終完成信息化技術在本項目的落地與應用。

3 應用情況

本項目采用集團公司自主開發(fā)的智慧工地管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮單點登陸的優(yōu)勢，集成安全、質量、進度、人員、機械、物料、成本等各管理系統(tǒng)，利用移動互聯(lián)、物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，實時監(jiān)控施工現(xiàn)場生產進度、重點設備、人員管理、綠色文明施工等動態(tài)信息，逐步改變傳統(tǒng)施工現(xiàn)場參建各方現(xiàn)場管理的交互方式、工作方式和管理模式，形成基于項目的綜合管理平臺。結合各類子系統(tǒng)應用實現(xiàn)信息有效觸達、問題及時跟進、工地有序管理，打造安全可靠、綠色環(huán)保的工地（圖2）。

圖2 智慧工地管理系統(tǒng)

3.1 施工方案策劃

3.1.1 施工前的方案策劃與優(yōu)化

在正式施工前，利用BIM技術對項目周邊場地和不同施工階段的施工情況進行建模，針對不同施工階段的施工組織設計進行三維預演，綜合分析人員、物資、機械設備等各方面施工要素，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有方案的問題與不足，全面優(yōu)化并完善施工組織設計（圖3）。

針對施工方案，以匝道橋連續(xù)梁支架施工為例，通過BIM技術，對支架方案進行布置模擬，并通過Midas有限元建模計算驗證支架結構受力與變形的可靠性，同時也實現(xiàn)了直觀地向現(xiàn)場施工交底（圖4）。

3.1.2 復雜節(jié)點的深化設計

站前廣場深基坑采用兩層混凝土環(huán)撐、格構柱與地連墻、TRD、圍護樁組合結構形式進行支護，在施工前期通過建模發(fā)現(xiàn)，混凝土環(huán)撐與格構柱節(jié)點處鋼筋存在交叉碰撞。

圖3 施工場地布置效果

圖4 匝道橋連續(xù)梁支架受力分析計算

綜合考慮施工可行性與經濟性，決定采用在格構柱上加焊加強鋼筋，用以連接支撐主筋，從而保證主筋受力不受影響?；炷翐闻c格構柱復雜節(jié)點共1210個，采用BIM參數(shù)化建模對其進行模擬并出圖，替代了傳統(tǒng)CAD平面繪制的形式，對1210個節(jié)點進行分類，通過建立標準的節(jié)點模型將鋼筋布置信息參數(shù)化，其鋼筋規(guī)格和鋼筋布置數(shù)量通過既定公式生成，大大提高了深化效率（圖5）。

圖5 環(huán)撐節(jié)點鋼筋詳細設計

3.2 安全質量管理

3.2.1 安全質量隱患排查治理系統(tǒng)

當質量員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)質量問題，可通過移動端定位節(jié)點模型，并拍攝照片，發(fā)送系統(tǒng)。系統(tǒng)及時將問題推送給相關責任人，待整改完成后上傳整改照片，系統(tǒng)閉合問題。安全員每天巡視施工現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)安全隱患后拍照上傳，系統(tǒng)推送給相關管理人員及時進行整改。同時，可通過PC端梳理問題整改情況，并對其有針對性的采取措施，從而保證工程安全與施工質量。該系統(tǒng)由集團公司自主開發(fā)，已在公司各項目中廣泛推廣使用（圖6）。

圖6 安全質量隱患排查治理系統(tǒng)

3.2.2 VR安全教育系統(tǒng)

基于VR技術開發(fā)的場景漫游和安全教育系統(tǒng)，直觀展現(xiàn)現(xiàn)場施工和危險源，加深施工人員印象。當體驗者戴上VR眼鏡后，會置身于整個工程中，可以在虛擬場景中隨意走動，切實感受工程施工中的危險。相比于傳統(tǒng)的安全培訓，VR技術可以激發(fā)工人參加安全體驗的興趣，工人對安全事故的感性認識也會增強，從而提高安全教育的效果。

3.2.3 工序虛擬質量樣板交互系統(tǒng)

基于BIM技術開發(fā)的工序虛擬質量樣板交互系統(tǒng)是根據(jù)施工標準，展示在本項目中所采用的材料及其質量、施工工藝、施工流程、技術水平及施工質量。樣板主要包括主體結構樣板、砌體抹灰樣板、樓梯樣板、屋面樣板、電氣預埋樣板、基礎樣板、裝飾抹灰樣板、地下室樣板、獨立柱樣板等數(shù)十種樣板。通過觸摸屏幕可以模擬搭建過程，方便了解結構的細部構造，這不僅是展示施工工藝、明確施工質量、展現(xiàn)施工流程、探索施工技術的一種有效手段，也是向外界展示工程品質和企業(yè)形象的廣告牌。

3.3 工程施工與進度模擬

3.3.1 形象進度管理系統(tǒng)

圖7 進度形象管理系統(tǒng)

在BIM進度管理系統(tǒng)中，可在進度視圖中直接對工作進行模擬仿真，能夠更形象地展示工作進度，發(fā)現(xiàn)工作間邏輯關系的合理性。同時，將項目資金信息、材料預算、人員機械配置等關鍵信息與模型進行關聯(lián)，進度展示的同時可直接反映預算費用、資源配置與實際的偏差。當出現(xiàn)較大偏差時，可過濾不相關構件，選擇相關工作進行單獨分析比較，找出引起較大偏差的原因。同理，經多方面分析協(xié)調后的各級進度計劃，可作為相應目標計劃用于進度控制，用來比較實際施工進展情況（圖7）。

3.3.2 重難點施工工藝模擬

站前廣場占地約5.7萬㎡，最大挖深達18.9m，涉及圍護結構施工、土方開挖、支護結構施工、主體結構施工等工況轉換，是整個項目進度控制的核心。

通過將施工組織設計中的土方開挖方案與工況模型進行整合，通過Navisworks進行4D模擬施工，從而直觀展現(xiàn)施工部署和施工順序，在施工中可與實際進度進行對比。

采用Revit和Sketch Up精確建模，再用Lumion和Navisworks優(yōu)化渲染，深入展示了站前廣場全過程施工工藝，將一些復雜節(jié)點的施工直觀生動的展現(xiàn)出來，從而提高交底效果（圖8）。

3.4 人員管理

基于項目人員信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)人員的出勤、薪酬等管理，在基坑出入口布置閘機，通過人臉識別，實現(xiàn)現(xiàn)場人員進出控制，最大力度提高人員管理效率，切實提高管理水平。

3.5 特種設備全要素智能控制

3.5.1 塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)

從建筑施工塔吊的選型開始，到塔吊完全拆除位置的生命周期中，塔吊全過程安全監(jiān)督管理系統(tǒng)（簡稱塔吊監(jiān)控系統(tǒng)）全程應用，通過信息化手段進行塔吊安全備案管理、塔基和附著設計與施工、塔吊運行全過程監(jiān)控記錄、塔吊安裝拆除過程防傾覆控制、群塔防碰撞的一整套監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由植入式硬件設備和專業(yè)設計分析管理軟件共同組成，體現(xiàn)對塔吊一個生命周期的全過程監(jiān)控，從而達到安全生產的根本目標。

3.5.2 盾構云系統(tǒng)

從進場到撤場，盾構云系統(tǒng)全程監(jiān)控盾構機的狀況，能讓項目相關人員實時掌握項目盾構的最新情況，查看盾構設備的運行、報警、姿態(tài)、時效等一系列重要信息，從而提高工作效率，降低管理成本，確保項目的質量和工期（圖9）。

圖8 地下空間主體結構施工模擬

3.6 物資管理

物資管理主要是對生產材料進行統(tǒng)計、庫存預警和成本核算。每次材料進場后，由系統(tǒng)管理人員輸入進場數(shù)量，作為存量，當有材料消耗時，物資管理人員發(fā)出出庫指令，系統(tǒng)在存量里扣除出庫材料量。系統(tǒng)為存量設置一個預警值，當存量少于預警值時，系統(tǒng)以手機短信的形式發(fā)送給相關人員報警信息，信息內容由系統(tǒng)管理人員設定。每月對材料消耗進行統(tǒng)計核算，月末材料管理人員對材料進行統(tǒng)計，并將統(tǒng)計數(shù)據(jù)輸入平臺，平臺對理論值和實際庫存數(shù)據(jù)進行比較分析。

3.7 工程算量與成本管理

3.7.1 廣聯(lián)達工程算量系統(tǒng)

傳統(tǒng)手工計算工程量，要經過熟悉圖紙、列算式、分項計算并匯總，極為費力費時，需要極大的細心和耐心，效率低下且極容易出錯。本項目應用廣聯(lián)達工程算量系統(tǒng)，對項目進行建模，系統(tǒng)自動計算、自動套用定額子目并生成工程量清單，實現(xiàn)了構件交接處的自動扣減，實現(xiàn)了工程量的自動分類匯總及報表輸出，極大地提高了工程算量的效率與準確率（圖10）。

圖9 盾構云系統(tǒng)

圖10 廣聯(lián)達算量系統(tǒng)在項目的應用

3.7.2 工程項目成本管理系統(tǒng)

本項目應用集團公司開發(fā)的工程項目成本管理信息系統(tǒng)，基于算量數(shù)據(jù)，涵蓋勞務、收方、材料、物資、機械等方面，實現(xiàn)對工程成本的全過程精準把控。項目工程、工經、物機、財務等各職能部門通過管理系統(tǒng)進行測算、匯編、分析，得出項目成本管理信息，指導現(xiàn)場施工管理。這樣提高了管理效率與管理人員素質，也改變了手工做賬、定期兜帳的傳統(tǒng)成本管理模式，利于成本控制。

3.8 現(xiàn)場綠色施工管理

本項目基于塔吊開發(fā)了塔吊自動噴淋系統(tǒng)，在塔吊上安裝噴淋裝置，通過傳感器監(jiān)控現(xiàn)場施工環(huán)境，當揚塵達到設定值時，系統(tǒng)自動啟動噴淋裝置，對現(xiàn)場進行除塵作業(yè)。此外，在必要時管理人員也可手動控制噴淋系統(tǒng)。在進出口布置洗車平臺，對駛出車輛進行洗車作業(yè)，以達到綠色施工與環(huán)境保護的目的。

3.9 數(shù)字指揮與現(xiàn)場監(jiān)控

3.9.1 數(shù)字指揮系統(tǒng)

在信息化中心中布置了數(shù)字指揮調度系統(tǒng)，將各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行匯總分析，用以輔助項目決策，通過該系統(tǒng)，現(xiàn)場施工管理人員就可在線發(fā)布接收生產指揮信息，提高項目生產管理能力（圖11）。

圖11 數(shù)字指揮系統(tǒng)（左為PC端，右為移動端）

3.9.2 AI遠程視頻監(jiān)控

通過BIM平臺集成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在關鍵工序和高風險工序作業(yè)位置安裝具有AI行為采集識別高清攝像頭，實時將現(xiàn)場施工情況視頻傳輸?shù)巾椖啃畔⒒行模?4小時掌握項目工程進展情況、施工重難點及所存在的風險源，實現(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)控和信息的及時傳遞。

4 應用價值

智慧工地系統(tǒng)在項目的應用，順應了當前工程建設潮流，為項目生產管理創(chuàng)造了其特有的價值，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

4.1 提高了項目管理效率

智慧工地通過BIM、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、移動應用和智能應用等先進技術的綜合應用，為項目各部門提供了便利，提高了各部門的管理效率。各個子系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)了對項目生產各環(huán)節(jié)的有效把控，讓施工現(xiàn)場感知更透徹、互通互聯(lián)更全面、智能化更深入，提高了項目管理效率。

4.2 增強了綜合管控能力

通過數(shù)字指揮系統(tǒng)，可以對項目有一個整體的認知與把控，其提供的現(xiàn)場數(shù)據(jù)為項目決策提供依據(jù)，同時，依托指揮系統(tǒng)在線發(fā)布接收生產指揮信息，有效增強了項目綜合管控能力。

4.3 促進了企業(yè)管理水平

智慧工地有助于實現(xiàn)施工現(xiàn)場“人、機、料、法、環(huán)”各關鍵要素實時、全面、智能的監(jiān)控和管理，有效支持現(xiàn)場作業(yè)人員、項目管理者、企業(yè)管理者各層協(xié)同和管理工作，提高了施工質量、安全、成本、進度的控制水平，保障工程質量，實現(xiàn)質量溯源，促進誠信大數(shù)據(jù)的建立，有效促進了企業(yè)施工管理水平。

5 結語

基于BIM平臺的信息化技術的應用是建筑行業(yè)發(fā)展的方向和趨勢，其核心作用就是將現(xiàn)場有效的信息進行整合和分析，用以輔助管理者決策。在本項目中，從前期的方案策劃到現(xiàn)階段施工管理都發(fā)揮了重大作用，與傳統(tǒng)施工管理相比，明顯提高了有效信息的利用率，從而提高了施工質量和施工效率，降低了施工成本，減少了施工安全風險，對實現(xiàn)安全文明施工起到了積極作用。后階段將深入推進，嘗試加入其他專業(yè)的應用，使信息化技術在施工中發(fā)揮新的作用，對其他項目提供借鑒。