蘭文臣,王振宇,張志威,李 陽(yáng),夏海杰,劉 杰
(中國(guó)建筑第八工程局有限公司華北分公司,天津 300000)
21 世紀(jì)是信息技術(shù)的時(shí)代,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM 技術(shù)、移動(dòng)終端、實(shí)時(shí)定位、云計(jì)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(gè)建筑行業(yè)對(duì)“智慧工地”的渴望日益增漲,且各地政府也紛紛出臺(tái)了管理辦法,強(qiáng)制或非強(qiáng)制地要求加強(qiáng)“智慧工地”建設(shè)。本文將重點(diǎn)論述大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、節(jié)約成本、提高質(zhì)量、按時(shí)完工等目標(biāo),進(jìn)而為工程的建設(shè)增值[1]。
北京大興國(guó)際機(jī)定位為大型國(guó)際樞紐機(jī)場(chǎng),具有重大意義。停車樓及綜合服務(wù)樓工程(以下簡(jiǎn)稱“本工程”)由中國(guó)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(gè)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(wàn) m2,兩個(gè)停車樓 26.4 萬(wàn) 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(wàn) 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
本工程總面積約 50 萬(wàn) 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(xiàng)目工作任務(wù)分解并逐步展開,并與工期的時(shí)間參數(shù)(最早開始時(shí)間、最早完成時(shí)間、最遲開始時(shí)間、最遲完成時(shí)間、總時(shí)差和自由時(shí)差)與總進(jìn)度計(jì)劃中所需要的勞動(dòng)力、機(jī)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(diǎn)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(shí)間,從而使實(shí)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(xiǎn)。4D 工期模擬如圖 2 所示。
圖2 工期模擬
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(jī)場(chǎng)樞紐及相關(guān)配套工程,建設(shè)工地周邊無(wú)市政道路、無(wú)相關(guān)配套雨污水設(shè)施,施工運(yùn)輸和配套條件非常差。中標(biāo)時(shí)相鄰南側(cè)標(biāo)段已經(jīng)開始結(jié)構(gòu)施工,現(xiàn)場(chǎng)東、南、西三側(cè)無(wú)施工場(chǎng)地可用,僅北側(cè)有施工場(chǎng)地。隨著機(jī)場(chǎng)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(wú)施工道路的情況。為解決這些難題,項(xiàng)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(chǎng),直觀反映施工場(chǎng)地布置效果,為決策提供第一手資料。通過合理布置場(chǎng)地,提高了場(chǎng)地利用率,優(yōu)化了臨建施工順序。在施工場(chǎng)地布置過程中,項(xiàng)目采用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù),直觀反映并記錄現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度及場(chǎng)地使用情況,輔助現(xiàn)場(chǎng)布置管理。施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置效果如圖 3 所示,由無(wú)人機(jī)航拍的施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置照片如圖 4 所示。
圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置效果
圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置照片
安全管理一直是建筑工程項(xiàng)目管理的重點(diǎn)。由于本工程體量巨大,地下結(jié)構(gòu)施工中有多達(dá) 21 臺(tái)塔吊同時(shí)作業(yè),且跟標(biāo)段相連,塔吊相互影響、相互制約,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塔吊等起重設(shè)備的安全管理更是重中之重。項(xiàng)目實(shí)施過程中對(duì)塔吊和臨時(shí)用電采用專人負(fù)責(zé)制管理,落實(shí)塔吊各項(xiàng)驗(yàn)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(duì)值編碼器,與塔吊回轉(zhuǎn)平臺(tái)緊密結(jié)合,計(jì)算塔吊的回轉(zhuǎn)角度。通過實(shí)時(shí)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(tái)塔吊的實(shí)時(shí)狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)群塔防碰撞功能。群塔中的某臺(tái)設(shè)備斷電或通訊中斷時(shí),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(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警來提示司機(jī)進(jìn)入到危險(xiǎn)區(qū)域,請(qǐng)司機(jī)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(cè)平臺(tái)如圖 5 所示。
圖5 塔吊狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控
項(xiàng)目部還在現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)設(shè)置模擬工地安全區(qū)教育培訓(xùn)體驗(yàn)館,針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的操作設(shè)備和環(huán)境,都有相對(duì)應(yīng)的 VR 交互體驗(yàn)內(nèi)容,目的是讓體驗(yàn)者能夠虛擬沉浸式體驗(yàn)工地安全區(qū)的每個(gè)項(xiàng)目,以達(dá)成操作安全教育及培訓(xùn)。VR 實(shí)景讓體驗(yàn)者如同身臨其境,這是目前傳統(tǒng)的安全教育培訓(xùn)無(wú)法提供的。VR 實(shí)景體驗(yàn)如圖 6 所示。
圖6 實(shí)景體驗(yàn)
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(jiǎng),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(xiàng)目部建立了質(zhì)量管理交互平臺(tái)。質(zhì)量工程師在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量檢查時(shí),將某一施工工序的問題拍照并上傳平臺(tái),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(yàn)收,提高現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)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(tái)查詢相關(guān)質(zhì)量檢查信息并追溯施工過程,避免費(fèi)時(shí)費(fèi)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(tái),在現(xiàn)場(chǎng)布置二維碼,工人可隨時(shí)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(chǎng)施工人員接受。項(xiàng)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(chǎng)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(chǎng)二維碼交底牌
圖10 可視化交底
針對(duì)建筑市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì),推動(dòng)項(xiàng)目綠色施工,安全管理信息化,切實(shí)實(shí)現(xiàn)建筑工地的實(shí)名制管理,利用“互聯(lián)網(wǎng)+安全”技術(shù)已成為操作簡(jiǎn)單快捷的管理方式。本工程高峰時(shí)期共有 20 余家專業(yè)分包及勞務(wù)分包單位同時(shí)施工,高峰時(shí)期現(xiàn)場(chǎng)施工人數(shù)超過 5 000,如此大規(guī)模的施工人數(shù)給項(xiàng)目的勞務(wù)實(shí)名制管理帶來挑戰(zhàn)。為此項(xiàng)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(tái)”勞務(wù)通手環(huán),該手環(huán)可以作為工人日常考勤、入場(chǎng)教育及班前教育、日常消費(fèi)的工具,使安全之星評(píng)選與工人的日常生產(chǎn)生活相結(jié)合,使實(shí)名制落地。此外,與手環(huán)配套的“諸英臺(tái)”APP 可方便工人接收教育培訓(xùn)通知,查看錢包余額、消費(fèi)記錄等。項(xiàng)目部可利用“諸英臺(tái)”APP 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全巡檢,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎng)勵(lì)星數(shù)排名前五的人員將被評(píng)選為“月度安全之星”,在項(xiàng)目所有工人的 APP 首頁(yè)展示 24 h,以示模范激勵(lì);對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在違章作業(yè)的人員利用“諸英臺(tái)”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(shí)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
管控好進(jìn)場(chǎng)物資數(shù)量驗(yàn)收對(duì)降低項(xiàng)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(huì)出現(xiàn)造成物資賬務(wù)效率較低的問題。針對(duì)此問題,項(xiàng)目引入物資稱重計(jì)量管控系統(tǒng)。在材料過磅時(shí),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(kù)。在材料進(jìn)場(chǎng)的計(jì)劃數(shù)量與實(shí)際數(shù)量不符時(shí),系統(tǒng)還可以進(jìn)行對(duì)比分析并且自動(dòng)報(bào)警。此系統(tǒng)在材料過磅時(shí)也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析,生成材料進(jìn)場(chǎng)相關(guān)報(bào)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(shí)現(xiàn)手機(jī) APP 功能,可使管理者隨時(shí)關(guān)注項(xiàng)目動(dòng)態(tài),驗(yàn)收不合格提醒、物資偏差過大、正常預(yù)警信息等等平臺(tái)的豐富功能都可在手機(jī)實(shí)現(xiàn)。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代,手機(jī) APP 給管理者在提高了工作效率的同時(shí)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(jì)量管控系統(tǒng)已累計(jì)稱重約 3.5 萬(wàn)車次,提高了項(xiàng)目效益。物資稱重計(jì)量管控系統(tǒng)如圖 12 所示。
圖12 物資稱重計(jì)量管控系統(tǒng)
本工程設(shè)備管線安裝工作量巨大,初始設(shè)計(jì)各專業(yè)管線碰撞和管線與結(jié)構(gòu)碰撞非常嚴(yán)重。機(jī)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(dòng)設(shè)備及 3D 交底卡等手段對(duì)工人進(jìn)行交底,施工完成后利用模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收,做到模型與現(xiàn)場(chǎng) 100 % 的一致性。利用 BIM 技術(shù),經(jīng)過安裝綜合深化設(shè)計(jì),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?yè)P(yáng)。項(xiàng)目部還利用 BIM 技術(shù)對(duì)全部砌筑排磚進(jìn)行了深化設(shè)計(jì),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(jì)算各管道彎曲半徑,數(shù)據(jù)發(fā)送至加工廠,實(shí)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(xiàng)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)建立了基于 BIM 模型的深化設(shè)計(jì)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
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(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、噪音監(jiān)測(cè)器、揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)器、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、語(yǔ)音對(duì)講等一系列施工現(xiàn)場(chǎng)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(jī) APP 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(chǎng)環(huán)境,對(duì)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到后,可以報(bào)警或啟動(dòng)相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備,達(dá)到預(yù)防和干預(yù)效果。同時(shí),基坑、建筑主體、塔吊吊臂等位置細(xì)水霧噴淋系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵綜合治理。項(xiàng)目部還建立了可在工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工情況及施工進(jìn)度,而手機(jī)軟件的啟用,使數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享,讓項(xiàng)目及公司管理人員可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)使用此系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)從公司遠(yuǎn)程監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)情況及施工進(jìn)度,通過在智能手機(jī)上安裝手機(jī) APP 管理軟件,使管理員隨時(shí)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(shí)時(shí)觀看視屏監(jiān)控的數(shù)據(jù)。揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)器如圖 16 所示,視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖 17 所示。
圖16 揚(yáng)塵檢測(cè)器
圖17 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)中,“智慧工地”在工程進(jìn)度管理、現(xiàn)場(chǎng)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(shí)名制管理、深化設(shè)計(jì)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)杰出大獎(jiǎng)金獎(jiǎng)”“2019 年中國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)五星級(jí)現(xiàn)場(chǎng)”“2018 年北京結(jié)構(gòu)長(zhǎng)城杯金獎(jiǎng)”“2017 年度北京市綠色安全樣板工地”“2017 年度全國(guó)建筑業(yè)綠色建造暨綠色施工示范工程”等一系列獎(jiǎng)項(xiàng)?!爸腔酃さ亍钡慕ㄔO(shè)使工地更具有智慧,減輕了現(xiàn)場(chǎng)管理過程中對(duì)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(yàn)也可為國(guó)內(nèi)外其他大型國(guó)際樞紐機(jī)場(chǎng)工程提供參考意見。