鄭嘉豪

(福建省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司 福建福州 350001 )

0 引言

BIM技術(shù)是建設(shè)項(xiàng)目所有信息的數(shù)字化表達(dá)。其以三維數(shù)字模型為載體，集成項(xiàng)目建造過程中的全部信息文件和材料屬性[1]。作為“十四五”時(shí)期建筑業(yè)信息技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，BIM正在實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的信息共享，結(jié)合5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)，給建筑工程的管理模式帶來新的變化，形成施工全過程智慧建造的理念。本文以BIM+智慧工地的建設(shè)思路出發(fā)，從模型搭建、數(shù)據(jù)采集和信息應(yīng)用，并依靠數(shù)據(jù)分析和信息整合，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的高效管理。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目信息

中共福建省委黨校(福建行政學(xué)院)新校區(qū)建設(shè)項(xiàng)目位于閩侯縣上街鎮(zhèn)侯官村、厚美村，用地面積為44萬m2，總建筑面積約24萬m2，共包含33棟單體。包含綜合樓、會(huì)堂、圖書館、教學(xué)樓、學(xué)員宿舍、教工單身宿舍、文體活動(dòng)館等，總投資24億元。

1.2 BIM+智慧工地應(yīng)用方案

1.2.1 應(yīng)用目標(biāo)

針對(duì)項(xiàng)目面積大、單體多、工藝繁復(fù)的特點(diǎn)，制定專項(xiàng)實(shí)施方案，在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合智慧工地技術(shù)，借助5D施工管理平臺(tái)和智慧工地管理平臺(tái)，輔助進(jìn)行項(xiàng)目管理和流程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管控和數(shù)字化竣工交付，達(dá)到項(xiàng)目全生命周期的雙向數(shù)據(jù)傳輸[2]，為施工單位現(xiàn)場施工、建設(shè)單位運(yùn)營維護(hù)打下良好的基礎(chǔ)。

1.2.2 組織架構(gòu)

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，建立公司領(lǐng)導(dǎo)小組-項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組-項(xiàng)目實(shí)施小組三級(jí)管理體系。在傳統(tǒng)項(xiàng)目管理模式的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)有崗位職能和BIM實(shí)施方案為準(zhǔn)則，保障BIM應(yīng)用和智慧工地平臺(tái)落地實(shí)施。

1.2.3 軟硬件配置

為確保項(xiàng)目順利實(shí)施，公司和項(xiàng)目依照實(shí)際需求，采購不同配置電腦作為渲染機(jī)和建模機(jī)，同時(shí)采購無人機(jī)、自動(dòng)放樣機(jī)器人輔助現(xiàn)場施工。同時(shí)使用Autodesk套件，廣聯(lián)達(dá)BIM套件、Tekla等軟件，為項(xiàng)目實(shí)施保駕護(hù)航。

1.2.4 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

在項(xiàng)目初期，根據(jù)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T51212-2016)、《建筑工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T51235-2017)、福建省相關(guān)規(guī)范及我司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，編制《中共福建省委黨校(福建行政學(xué)院)新校區(qū)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施方案》，劃定各專業(yè)建模標(biāo)準(zhǔn)、工作流程、保障體系和交付標(biāo)準(zhǔn)。報(bào)甲方、代建、監(jiān)理單位審批后，作為項(xiàng)目BIM實(shí)施指導(dǎo)性文件，使得BIM+智慧工地實(shí)施有據(jù)可依。

2 BIM應(yīng)用落地實(shí)施

2.1 全專業(yè)模型建立

建立完整的各專業(yè)模型，是BIM+智慧工地實(shí)施的基礎(chǔ)。通過建立模型(圖1～圖2)，編制單專業(yè)模型問題報(bào)告，完成模型創(chuàng)建之后，進(jìn)行不同專業(yè)間的碰撞檢查，為深化設(shè)計(jì)和施工管理過程模型提供基礎(chǔ)和參照，并統(tǒng)一分包單位和總承包單位的模型版本[3]。

圖1 土建模型整合

圖2 1#、3#及連體地下室機(jī)電模型

2.2 裝配式施工應(yīng)用

該項(xiàng)目采用裝配式施工，主要構(gòu)件為疊合梁、疊合板及預(yù)制樓梯，生成精度要求高，構(gòu)件尺寸及鋼筋配比需統(tǒng)一設(shè)計(jì)，以保證生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。同類型的預(yù)制構(gòu)件也存在尺寸差異，給構(gòu)件的實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、吊裝等帶來一定困難。同時(shí)預(yù)制構(gòu)件間的連接節(jié)點(diǎn)類型繁多，要求較高。借助BIM技術(shù)，針對(duì)裝配式構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。通過建立各類預(yù)制構(gòu)件的整體模型和節(jié)點(diǎn)模型，深化預(yù)埋孔洞和預(yù)埋管線的位置，及時(shí)查找并解決圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題，提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)精度。同時(shí)使用智慧工地中的構(gòu)件追蹤模塊，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的動(dòng)態(tài)追蹤、現(xiàn)場管理，提高裝配式構(gòu)件施工效率，縮短工期，提升安裝質(zhì)量[4]。

2.3 基礎(chǔ)施工應(yīng)用

該項(xiàng)目占地面積大，地質(zhì)復(fù)雜，部分區(qū)域地下為舊河床。設(shè)計(jì)僅要求使用預(yù)制樁，未明確樁長。同時(shí)由于工期較緊張，并未留有足夠時(shí)間進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。樁基施工難度大，易造成較高的截樁率。借助設(shè)計(jì)單位的樁基圖和勘查單位的地勘圖，拾取控制點(diǎn)坐標(biāo)和高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立分層地質(zhì)模型。在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上繪制預(yù)制樁，參數(shù)化計(jì)算樁長，并增加0.3 m冗余量，保證安全性。經(jīng)施工后測量，98.3%的樁基深入持力層2 m以上，96.3%的樁頭截樁長度在0.5 m以內(nèi)，有效降低了截樁率。同時(shí)，通過3個(gè)不同區(qū)域的基坑模型，進(jìn)行危險(xiǎn)源可視化分析，及時(shí)排除可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)源，保障基坑施工安全。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用

該項(xiàng)目3#為鋼結(jié)構(gòu)，鋼桁架吊裝、鋼柱吊裝、會(huì)堂內(nèi)部高支模均為危大工程，均需要按規(guī)定編制、審核專項(xiàng)施工方案并組織專家論證，并且現(xiàn)場施工難度高，質(zhì)量控制難度大。利用BIM技術(shù)，建立鋼結(jié)構(gòu)模型(圖3)，同時(shí)進(jìn)行不同版本的桁架吊裝和鋼柱吊裝工藝模擬，輔助進(jìn)行專家論證及現(xiàn)場技術(shù)交底，提高相應(yīng)區(qū)域施工過程的規(guī)范性和安全性，同時(shí)優(yōu)化場內(nèi)吊裝路線和點(diǎn)位。針對(duì)會(huì)堂內(nèi)部高支模，模擬支撐點(diǎn)位和不同支撐方案。最終各項(xiàng)方案均順利通過專家論證。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)模型

2.5 多分項(xiàng)綜合應(yīng)用

由于該項(xiàng)目面積大、單體多、專業(yè)多、工作面復(fù)雜，易存在各專業(yè)互相影響導(dǎo)致施工阻滯的問題，對(duì)施工區(qū)域和施工面的協(xié)調(diào)管理提出了較高的要求。應(yīng)對(duì)各專業(yè)、各工序銜接和交叉工作面進(jìn)行合理安排，有助于縮短工期。借助BIM技術(shù)的可視化、模擬性，對(duì)施工場地出入口、施工道路、材料堆場、塔吊位置等進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，直觀反映現(xiàn)場狀況，輔助現(xiàn)場施工管理人員進(jìn)行溝通和決策。同時(shí)針對(duì)不同施工階段進(jìn)行變化，合理有效地安排施工場地，避免施工阻滯。

3 智慧工地管理平臺(tái)應(yīng)用

3.1 智慧工地平臺(tái)部署

在傳統(tǒng)5D施工管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上，借助各類終端設(shè)備作為感知層、各類型信息管理模塊作為平臺(tái)層，各類型使用端和參建方作為應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)工程信息的高效傳遞共享, 進(jìn)行項(xiàng)目流程管理、資料管理、質(zhì)量安全管理、成本管理等，如圖4～圖5所示。

圖4 智慧工地首頁

圖5 智慧工地器材分布

3.2 質(zhì)量管理

質(zhì)量巡檢系統(tǒng)可以直觀顯示質(zhì)量問題分布情況、數(shù)量變化趨勢、未處理問題責(zé)任人、責(zé)任班組等。項(xiàng)目管理人員可以實(shí)時(shí)記錄并上傳質(zhì)量問題，并標(biāo)記責(zé)任人，解決質(zhì)量問題責(zé)任人不明、溝通整改不及時(shí)等問題。依靠網(wǎng)頁端進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，可以針對(duì)下階段施工管理重點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測，加強(qiáng)質(zhì)量管理。

3.3 安全管理

安全管理模塊主要通過設(shè)置安全巡視點(diǎn)，明確巡視責(zé)任人、通知人、整改人、巡視頻次和內(nèi)容等。并可以依據(jù)施工進(jìn)度，靈活開啟或關(guān)閉巡視點(diǎn)。通過安全巡視系統(tǒng)現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)安全隱患，移動(dòng)端快速發(fā)布安全問題，推送至責(zé)任人處進(jìn)行整改，有效解決傳統(tǒng)項(xiàng)目執(zhí)行過程中溝通慢、整改不及時(shí)的問題。并可依靠大數(shù)據(jù)分析，為現(xiàn)場安全管理提供數(shù)據(jù)支撐。

3.4 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理模塊主要依靠進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)行任務(wù)跟蹤。主要分為總進(jìn)度計(jì)劃、月進(jìn)度計(jì)劃、周進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行進(jìn)度管理?，F(xiàn)場施工管理人員通過手機(jī)端，實(shí)時(shí)記錄每日工料機(jī)變化情況，及時(shí)反饋進(jìn)度信息，輔助進(jìn)行項(xiàng)目生產(chǎn)進(jìn)度管控，并以此為基礎(chǔ)，召開數(shù)字化周會(huì)，借助統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行溝通，保證生產(chǎn)進(jìn)度清晰，明確問題責(zé)任。

3.5 協(xié)同工作平臺(tái)

借助BIM5D平臺(tái)，可以線上存儲(chǔ)各類文檔、圖紙、模型等項(xiàng)目數(shù)據(jù)。并且支持按照組織、施工階段等不同維度創(chuàng)建文檔目錄，可進(jìn)行靈活管理，并可以快速發(fā)起和追蹤管理文件簽發(fā)、圖紙會(huì)審、變更處理、安全質(zhì)量問題等流程。此外，使用短信、移動(dòng)端消息推送、郵件等多渠道即時(shí)提醒，保障每條任務(wù)快速推進(jìn)。

3.6 BIM+VR體驗(yàn)

通過VR設(shè)備模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，可以激發(fā)工人接受教育的興趣，加深印象，系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)不同危險(xiǎn)場景中的安全技能，養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣。搭建節(jié)點(diǎn)質(zhì)量樣板，較傳統(tǒng)質(zhì)量樣板、節(jié)約成本、不受場地限制，細(xì)節(jié)部位可進(jìn)行交互展示，更有利于學(xué)習(xí)，提高工程質(zhì)量。

3.7 塔式起重機(jī)防碰撞系統(tǒng)

通過智慧塔吊監(jiān)測，對(duì)塔吊幅度、吊重、力矩比、障礙物等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖6所示。發(fā)生危險(xiǎn)提前進(jìn)行預(yù)警，限制塔吊工作，并將預(yù)警信息推送給安全員, 形成預(yù)警記錄，便于對(duì)相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行管理，提高安全意識(shí)，消除安全隱患。

圖6 塔式起重機(jī)監(jiān)測

3.8 施工升降梯監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控施工電梯運(yùn)行時(shí)的載重量、沖頂蹲底、前后門及天窗的開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行速度、吊籠人數(shù)統(tǒng)計(jì)提醒預(yù)警；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程PC端及移動(dòng)段實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)查詢及司機(jī)信息查看，為施工電梯運(yùn)行安全提供保障。

3.9 現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)

項(xiàng)目配備現(xiàn)代化現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)項(xiàng)目施工區(qū)域、辦公區(qū)域、生活區(qū)域進(jìn)行全覆蓋，24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并支持遠(yuǎn)程查看和歷史記錄回看，保障項(xiàng)目生產(chǎn)與生活順利進(jìn)行，如圖7所示。

圖7 視頻監(jiān)控頁面

3.10 無人機(jī)應(yīng)用

在施工階段，借助大疆無人機(jī)，進(jìn)行施工形象進(jìn)度航拍和巡檢，保留施工過程影像資料，確保監(jiān)控?zé)o死角。針對(duì)施工人員無法踏足的區(qū)域，無人機(jī)有良好的巡檢效果。同時(shí)借助無人機(jī)進(jìn)行點(diǎn)云模型航測拍攝，同模型進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)跟蹤進(jìn)度。

4 BIM+智慧工地應(yīng)用效果

通過應(yīng)用BIM及智慧工地等多項(xiàng)技術(shù)，針對(duì)項(xiàng)目不同重難點(diǎn)，實(shí)施專項(xiàng)解決方案，提升項(xiàng)目裝配式產(chǎn)業(yè)化的精細(xì)化程度，并對(duì)施工各個(gè)階段的危險(xiǎn)因素進(jìn)行有效防控。利用信息化技術(shù)，合理安排各專業(yè)施工，也能有效地縮短項(xiàng)目工期，降低施工成本。實(shí)際節(jié)省約30萬元施工成本，縮短工期約20 d。

借助BIM+智慧工地平臺(tái)，與項(xiàng)目部日常生產(chǎn)管理流程結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管理流程和業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、實(shí)名制、視頻監(jiān)控等模塊已持續(xù)應(yīng)用，項(xiàng)目各級(jí)部門均有部分工作實(shí)現(xiàn)信息化，采用智能化實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目高效管控的目標(biāo)基本滿足。

5 結(jié)語

建立以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)、云平臺(tái)為載體、大數(shù)據(jù)為底座的智慧工地管理體系，實(shí)現(xiàn)工程智能建造和管理，提高項(xiàng)目管理信息化水平，有效地保障施工項(xiàng)目的質(zhì)量、安全和工期，具有良好的推廣價(jià)值和借鑒意義。智慧管理平臺(tái)數(shù)據(jù)匯總分析能力建設(shè)與提高及平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析后的決策能力，將成為建筑行業(yè)信息化發(fā)展的重點(diǎn)。