蘭文臣，王振宇，張志威，李 陽，夏海杰，劉 杰

（中國建筑第八工程局有限公司華北分公司，天津 300000）

0 引言

21 世紀(jì)是信息技術(shù)的時代，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM 技術(shù)、移動終端、實時定位、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的“智慧工地”系統(tǒng)可以使建筑工地變得更加智慧便捷。目前整個建筑行業(yè)對“智慧工地”的渴望日益增漲，且各地政府也紛紛出臺了管理辦法，強制或非強制地要求加強“智慧工地”建設(shè)。本文將重點論述大興國際機場停車樓及綜合服務(wù)樓工程建設(shè)過程中，如何通過“智慧工地”系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、節(jié)約成本、提高質(zhì)量、按時完工等目標(biāo)，進(jìn)而為工程的建設(shè)增值［1］。

1 工程概況

北京大興國際機定位為大型國際樞紐機場，具有重大意義。停車樓及綜合服務(wù)樓工程（以下簡稱“本工程”）由中國建筑第八工程局有限公司施工總承包。主要由地下的軌道交通北段及地上的東西兩個停車樓、中間的綜合服務(wù)樓三大部分組成。其中地下軌道交通（北段）約 10.7 萬 m2，兩個停車樓 26.4 萬 m2；綜合服務(wù)樓又分為酒店和辦公兩部分，建筑面積 13.2 萬 m2。停車樓及綜合服務(wù)樓工程效果圖如圖 1 所示。

圖1 停車樓及綜合服務(wù)樓工程效果圖

2 “智慧工地”助力工程建設(shè)

2.1 “智慧工地”助力進(jìn)度管理

本工程總面積約 50 萬 m2。從土方、樁基施工開始直至裝修階段，工程體量都十分巨大、工序穿插頻繁、周轉(zhuǎn)料具和材料用量巨大、專業(yè)分包單位多，工期任務(wù)緊，給施工組織帶來很大困難，施工過程中采用了 4D+進(jìn)度管理模式進(jìn)行進(jìn)度管理。首先，需將項目工作任務(wù)分解并逐步展開，并與工期的時間參數(shù)（最早開始時間、最早完成時間、最遲開始時間、最遲完成時間、總時差和自由時差）與總進(jìn)度計劃中所需要的勞動力、機械設(shè)備、材料等主要資源關(guān)聯(lián)起來。其次，需要基于 BIM 技術(shù)建立虛擬建造流程，面向?qū)ο笏娂此?，更符合人類直覺的使用習(xí)慣［2］。最后，透過 BIM 模型對虛擬建造過程的分析，合理地調(diào)整施工進(jìn)度，更精準(zhǔn)地控制現(xiàn)場的施工與生產(chǎn)。土方開挖階段，模擬開挖順序及出土路線，指導(dǎo)現(xiàn)場施工安排；主體施工階段，模擬混凝土施工流水段走向，優(yōu)化施工順序，有力保障了工期節(jié)點順利完成；工程收尾階段市政道路介入，模擬確定配套施工過程，保證施工安排合理。本工程在施工過程中，通過 4D 工期模擬，提前規(guī)劃各專業(yè)作業(yè)面及插入時間，從而使實際竣工日期較合同約定的竣工日期提前 15 d，減少了工期風(fēng)險。4D 工期模擬如圖 2 所示。

圖2 工期模擬

2.2 “智慧工地”助力施工平面管理

本工程為在農(nóng)村耕地的區(qū)域規(guī)劃新建的超大規(guī)模機場樞紐及相關(guān)配套工程，建設(shè)工地周邊無市政道路、無相關(guān)配套雨污水設(shè)施，施工運輸和配套條件非常差。中標(biāo)時相鄰南側(cè)標(biāo)段已經(jīng)開始結(jié)構(gòu)施工，現(xiàn)場東、南、西三側(cè)無施工場地可用，僅北側(cè)有施工場地。隨著機場市政工程的開展，周邊高架橋、道路、軌道交通相繼開工，多次面臨無施工道路的情況。為解決這些難題，項目部應(yīng)用 BIM 技術(shù)模擬建設(shè)辦公區(qū)、生活區(qū)、施工現(xiàn)場，直觀反映施工場地布置效果，為決策提供第一手資料。通過合理布置場地，提高了場地利用率，優(yōu)化了臨建施工順序。在施工場地布置過程中，項目采用無人機航拍技術(shù)，直觀反映并記錄現(xiàn)場進(jìn)度及場地使用情況，輔助現(xiàn)場布置管理。施工現(xiàn)場平面布置效果如圖 3 所示，由無人機航拍的施工現(xiàn)場實際布置照片如圖 4 所示。

圖3 施工現(xiàn)場平面布置效果

圖4 施工現(xiàn)場平面布置照片

2.3 “智慧工地”助力安全管理

安全管理一直是建筑工程項目管理的重點。由于本工程體量巨大，地下結(jié)構(gòu)施工中有多達(dá) 21 臺塔吊同時作業(yè)，且跟標(biāo)段相連，塔吊相互影響、相互制約，對現(xiàn)場塔吊等起重設(shè)備的安全管理更是重中之重。項目實施過程中對塔吊和臨時用電采用專人負(fù)責(zé)制管理，落實塔吊各項驗收和檢查。并在塔吊上安裝防碰撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 17 位高精度絕對值編碼器，與塔吊回轉(zhuǎn)平臺緊密結(jié)合，計算塔吊的回轉(zhuǎn)角度。通過實時采集塔吊高度、幅度信息，能夠快速、準(zhǔn)確地判斷塔吊群內(nèi)多臺塔吊的實時狀態(tài)并實現(xiàn)群塔防碰撞功能。群塔中的某臺設(shè)備斷電或通訊中斷時，當(dāng)周圍塔吊的塔臂進(jìn)入到和該設(shè)備交涉的區(qū)域后會進(jìn)行聲光報警來提示司機進(jìn)入到危險區(qū)域，請司機小心駕駛。塔吊防碰撞系統(tǒng)的應(yīng)用在很大程度上降低了本工程群塔施工作業(yè)的安全隱患［3］。塔吊防碰撞系統(tǒng)的監(jiān)測平臺如圖 5 所示。

圖5 塔吊狀態(tài)實時監(jiān)控

項目部還在現(xiàn)場辦公區(qū)設(shè)置模擬工地安全區(qū)教育培訓(xùn)體驗館，針對施工現(xiàn)場的操作設(shè)備和環(huán)境，都有相對應(yīng)的 VR 交互體驗內(nèi)容，目的是讓體驗者能夠虛擬沉浸式體驗工地安全區(qū)的每個項目，以達(dá)成操作安全教育及培訓(xùn)。VR 實景讓體驗者如同身臨其境，這是目前傳統(tǒng)的安全教育培訓(xùn)無法提供的。VR 實景體驗如圖 6 所示。

圖6 實景體驗

2.4 “智慧工地”助力質(zhì)量管理

在工程質(zhì)量管理中，為保證工程的總體質(zhì)量，必須嚴(yán)控每一種材料、每一道工序的質(zhì)量。本工程的質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)為確保魯班獎，這就要求每一道施工工序必須精益求精。為了確保達(dá)成本工程質(zhì)量目標(biāo)，項目部建立了質(zhì)量管理交互平臺。質(zhì)量工程師在現(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量檢查時，將某一施工工序的問題拍照并上傳平臺，指定相關(guān)責(zé)任工程師進(jìn)行解決，解決完成后將整改照片再一次上傳，并組織驗收，提高現(xiàn)場驗收和問題整改的效率；通過掃描混凝土構(gòu)件上的二維碼，可在質(zhì)量管理交互平臺查詢相關(guān)質(zhì)量檢查信息并追溯施工過程，避免費時費力查閱傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料，提高了質(zhì)量管理的效率；施工交底內(nèi)容上傳到平臺，在現(xiàn)場布置二維碼，工人可隨時查閱學(xué)習(xí)交底，相比于傳統(tǒng)的紙質(zhì)交底更加有趣味性而容易被現(xiàn)場施工人員接受。項目部還應(yīng)用了 3D 打印技術(shù)，進(jìn)行更加直觀的可視化交底，把控施工全過程，提高施工質(zhì)量。質(zhì)量問題交互如圖 7 所示，混凝土構(gòu)件信息二維碼如圖 8 所示，現(xiàn)場懸掛的二維碼交底牌如圖 9 所示，可視化交底如圖 10 所示。

圖7 質(zhì)量問題交互

圖8 混凝土構(gòu)件信息二維碼

圖9 施工現(xiàn)場二維碼交底牌

圖10 可視化交底

2.5 “智慧工地”助力勞務(wù)實名制管理

針對建筑市場發(fā)展趨勢，推動項目綠色施工，安全管理信息化，切實實現(xiàn)建筑工地的實名制管理，利用“互聯(lián)網(wǎng)+安全”技術(shù)已成為操作簡單快捷的管理方式。本工程高峰時期共有 20 余家專業(yè)分包及勞務(wù)分包單位同時施工，高峰時期現(xiàn)場施工人數(shù)超過 5 000，如此大規(guī)模的施工人數(shù)給項目的勞務(wù)實名制管理帶來挑戰(zhàn)。為此項目部成立了勞務(wù)通研發(fā)小組，聯(lián)合第三方軟件開發(fā)單位合作研發(fā)建筑工地勞務(wù)通安全管理軟件，創(chuàng)新使用“諸英臺”勞務(wù)通手環(huán)，該手環(huán)可以作為工人日?？记?、入場教育及班前教育、日常消費的工具，使安全之星評選與工人的日常生產(chǎn)生活相結(jié)合，使實名制落地。此外，與手環(huán)配套的“諸英臺”APP 可方便工人接收教育培訓(xùn)通知，查看錢包余額、消費記錄等。項目部可利用“諸英臺”APP 進(jìn)行現(xiàn)場安全巡檢，對現(xiàn)場安全管理有突出表現(xiàn)的作業(yè)人員發(fā)放“安全之星”，當(dāng)月獲得獎勵星數(shù)排名前五的人員將被評選為“月度安全之星”，在項目所有工人的 APP 首頁展示 24 h，以示模范激勵；對現(xiàn)場存在違章作業(yè)的人員利用“諸英臺”勞務(wù)通手環(huán)形成作業(yè)不良記錄，以進(jìn)行安全檢查處罰，成功將勞務(wù)實名制管理與安全管理相結(jié)合。通過 AAP 表彰安全行為的流程如圖 11 所示。

圖11 安全行為表彰流程示意圖

2.6 “智慧工地”助力物資管理

管控好進(jìn)場物資數(shù)量驗收對降低項目成本、增加經(jīng)濟(jì)效益極為重要。本工程物資用量龐大，若采用傳統(tǒng)的物資管理流程，則會出現(xiàn)造成物資賬務(wù)效率較低的問題。針對此問題，項目引入物資稱重計量管控系統(tǒng)。在材料過磅時，本系統(tǒng)可以拍攝視頻、照片等影像資料，并上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。在材料進(jìn)場的計劃數(shù)量與實際數(shù)量不符時，系統(tǒng)還可以進(jìn)行對比分析并且自動報警。此系統(tǒng)在材料過磅時也可以進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)分析，生成材料進(jìn)場相關(guān)報表，極大地提升了工作效率和準(zhǔn)確性，減輕了材料管理者的負(fù)擔(dān)。通過實現(xiàn)手機 APP 功能，可使管理者隨時關(guān)注項目動態(tài)，驗收不合格提醒、物資偏差過大、正常預(yù)警信息等等平臺的豐富功能都可在手機實現(xiàn)。在移動互聯(lián)網(wǎng)的時代，手機 APP 給管理者在提高了工作效率的同時給予管理者最新最準(zhǔn)確最快速的數(shù)據(jù)，使得在管理層面更能發(fā)揮引領(lǐng)、指導(dǎo)的作用。目前通過物資稱重計量管控系統(tǒng)已累計稱重約 3.5 萬車次，提高了項目效益。物資稱重計量管控系統(tǒng)如圖 12 所示。

圖12 物資稱重計量管控系統(tǒng)

2.7 “智慧工地”助力深化設(shè)計管理

本工程設(shè)備管線安裝工作量巨大，初始設(shè)計各專業(yè)管線碰撞和管線與結(jié)構(gòu)碰撞非常嚴(yán)重。機電專業(yè)全面使用 BIM 模型進(jìn)行全區(qū)域管線綜合排布，利用移動設(shè)備及 3D 交底卡等手段對工人進(jìn)行交底，施工完成后利用模型進(jìn)行現(xiàn)場驗收，做到模型與現(xiàn)場 100 % 的一致性。利用 BIM 技術(shù)，經(jīng)過安裝綜合深化設(shè)計，解決了各專業(yè)管線碰撞問題，并且提高了地下室管線標(biāo)高，使地下室使用高度由原來的 2.5 m 提升到了 2.7 m，管線排布更加合理美觀，受到業(yè)主表揚。項目部還利用 BIM 技術(shù)對全部砌筑排磚進(jìn)行了深化設(shè)計，提前進(jìn)行洞口預(yù)留及管線預(yù)埋工作，確保一墻一圖，精確指導(dǎo)砌筑作業(yè)，避免了后開洞的情況?；⌒巫呃裙芫€種類多，凈空高度要求高，利用 BIM 技術(shù)模擬計算各管道彎曲半徑，數(shù)據(jù)發(fā)送至加工廠，實現(xiàn)預(yù)制化安裝［4］。3D 交底卡如圖 13 所示，砌筑排磚如圖 14 所示。

圖13 3D 交底卡

圖14 砌筑排磚圖

本工程綜合樓屋面為雙曲造型，項目應(yīng)用 Tekla 軟件進(jìn)行了精確建模，確保構(gòu)件尺寸準(zhǔn)確。針對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)建立了基于 BIM 模型的深化設(shè)計流程，基于 BIM 模型出具材料清單，確保下料準(zhǔn)確。鋼結(jié)構(gòu)模型如圖 15 所示。

圖15 鋼結(jié)構(gòu)模型

2.8 “智慧工地”助力綠色施工

本工程在施工過程中采用了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備與大數(shù)據(jù)連接相結(jié)合的方式，利用本系統(tǒng)可實現(xiàn)聲光報警、噪音監(jiān)測器、揚塵監(jiān)測器、監(jiān)控攝像機、語音對講等一系列施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至電腦終端數(shù)據(jù)顯示，本系統(tǒng)還可以通過手機 APP 遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，使用方便。施工過程中有效地控制了粉塵，降低粉塵濃度，改善施工現(xiàn)場環(huán)境，對促進(jìn)安全生產(chǎn)，保障維護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等具有重要的作用。通過設(shè)置參數(shù)條件，在實測數(shù)據(jù)達(dá)到后，可以報警或啟動相應(yīng)的聯(lián)動設(shè)備，達(dá)到預(yù)防和干預(yù)效果。同時，基坑、建筑主體、塔吊吊臂等位置細(xì)水霧噴淋系統(tǒng)，實現(xiàn)施工現(xiàn)場揚塵綜合治理。項目部還建立了可在工地現(xiàn)場實現(xiàn)整體視頻監(jiān)控的系統(tǒng)，總公司可以通過此系統(tǒng)隨時監(jiān)控現(xiàn)場施工情況及施工進(jìn)度，而手機軟件的啟用，使數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享，讓項目及公司管理人員可以在任何時間和地點使用此系統(tǒng)。

實現(xiàn)從公司遠(yuǎn)程監(jiān)控施工現(xiàn)場情況及施工進(jìn)度，通過在智能手機上安裝手機 APP 管理軟件，使管理員隨時隨地使用本系統(tǒng)的功能，通過在電腦終端上安裝主控軟件，在本地也可以實時觀看視屏監(jiān)控的數(shù)據(jù)。揚塵監(jiān)測器如圖 16 所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖 17 所示。

圖16 揚塵檢測器

圖17 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3 結(jié)語

在北京大興國際機場工程建設(shè)中，“智慧工地”在工程進(jìn)度管理、現(xiàn)場平面管理、安全管理、質(zhì)量管理、物資管理、綠色施工管理、勞務(wù)實名制管理、深化設(shè)計管理等方面都發(fā)揮了不可替代的作用。目前通過“智慧工地”建設(shè)，本工程已取得了“2019 年度中國鋼結(jié)構(gòu)杰出大獎金獎”“2019 年中國質(zhì)量協(xié)會五星級現(xiàn)場”“2018 年北京結(jié)構(gòu)長城杯金獎”“2017 年度北京市綠色安全樣板工地”“2017 年度全國建筑業(yè)綠色建造暨綠色施工示范工程”等一系列獎項?！爸腔酃さ亍钡慕ㄔO(shè)使工地更具有智慧，減輕了現(xiàn)場管理過程中對人的依賴，大幅度地提高了管理效率。本工程建設(shè)“智慧工地”的經(jīng)驗也可為國內(nèi)外其他大型國際樞紐機場工程提供參考意見。