工程管理必須會用“力”

【摘要】在工程建設的現場管理中，隨著管理理論的日益多樣化和各種新的管理理念植入，工程管理的方式多樣化和科技含量也在增強，例如控制論、博弈論和BM技術理論等陸續進入工程管理中，新技術新工藝也日益增多，但是所有這些的發展都需要有力學理論的支撐，如果在工程的項目施工管理中忽略力學的準確和靈活應用和驗證，會給工程質量及工程安全帶來事故和隱患，本文就這方面探討一下工程施工管理中力學體系的建立和應用的精準性問題。

【關鍵詞】施工力學；體系模型；規范；靈活；正確應用

一、工程現場缺乏力學管理的規范精確應用

隨著工程管理向著精細化，精準化得全面推進，已經由以前的的粗放型的管理，向著集約精細化深入，根據管理的相關理論，工程管理的事中、事前和事后都把程序化化和規范化慢慢推廣開來，好多企業有自己的企業標準和操作規程，工程的管理事前做法普遍推行的是施工組織設計和施工方案的審核審批制度，另外對于一些危險性較大的分部分項工程推行專家評審制，這些做法一方面體現了工程管理的細化和規范性，另一方面強調了工程施工必須要經過縝密的計算和規劃，其中滲透了工程力學的強有力的支撐；

恰恰由于推行的標準化和格式化，讓我們的管理陷入僵化和公式化，缺少很大的靈活型和適應性，首先我們看一下施工方案的編制，大多數工程上的方案千篇一律，“八股文”式的格式，讓人感覺工程技術管理是每個人都能做，所作方案和施工組織設計千篇一律，這種現象讓人很是擔憂。其實每個項目每個管理班組，每個項目的人、機、料、法、環都會不同，必須有嚴格的精準的計算作支撐才讓工程的管理有效，在可控范圍內；

舉個簡單的例子來說明問題：以扣件式鋼管腳手架施工方案為例，每個項目的腳手架方案其實是各有不同的，編制方案時計算參數的選擇應該針對具體項目來計算，首先腳手架用材的計算參數選擇，按照我們的通用計算式，腳手架用鋼管一般采用外徑48，、壁厚3.5MM的Q235，鋼的焊接鋼管；我可以負責的說，現在80%的工地或者更多（我實地抽樣做過調查）都不能完全達到這個要求，而求好壞參差不齊，而且狀況有修飾嚴重、彎曲、壓扁、損傷和裂紋等情況不同比例存在，這時候我們套公式計算抗彎強度時鋼管彈性模量的選取和鋼管抗彎強度設計值的選取就不能選用《鋼結構設計規范》上的數據，必須根據工地現場的實際情況，選定參數，可以通過現場實驗來確定或相當資格的建材實驗室來確定，不能采用大一統的方法，另外還有扣件的質量問題，更是質量懸殊很大，；第二個因素就是我們的工程項目所處的環境，恒載和動載充分考慮的情況下，如果是在風力較大，或腳手架支撐的地點土質軟弱等情況，這時候我們需要嚴格的做兩方面的力學驗算和實驗，地基承載力的驗算必不可少，確保腳手架不產生不均勻沉降；另外風載的計算必須根據當地的氣候條件等選定合適的風壓標準值、擋風系數和風壓體形系數，所以每個項目所處環境不同我們力學性能參數都大相徑庭，我們的力學計算就完全不應該一樣，實際情況是現場的各項基本資料不具備，我們對工程所處環境不加考慮就做個模糊的計算和方案，怎沒能有安全保證的；第三個因素就是我的搭設方法的設計和計算，每個建筑物的形狀尺寸高度和我們的施工工藝不同均應采用相應不同的搭設方法，其鋼管件，有落地式和懸挑式還有別的各種方式，立桿間距和橫桿間距及連墻件的數量布置及工作狀態，每個項目也各有差距，所以必須在保證強制性規范基礎上，根據不同的工程設定不同的搭設方法，不同的搭設方法我們的計算模式也會相應不同，通過計算我們就知道底層鋼管是否需雙鋼管等；還有一點也是最重要的一點就是人的因素，一個好的施工方案必須注意到人的因素，首先是具體操作者，他們能否精確的擰好每一個扣件螺栓，能否正確的處理好每一根桿件的搭接關系，這對腳手架的受力和傳力很關鍵，例如垂直桿件搭接必須采用對接扣件，不能產生偏心受壓桿件否則我們的計算數據就不對了，因為我們選定立桿的軸力設計值、立桿的截面面積、軸心受壓構件的穩定系數等都是按照垂直桿件設定的，所以在方案計算式要充分注意到這一點，另外在雙桿變單干的地方應考慮計算穩定性。要求方案的計算是在合格的施工操作人員基礎上建立的，如果所設計方案的項目操作人員不是很合格或者有一定程度的風險因素存在，這是我們方案計算時就要考慮風險因素，有些操作者把腳手架和現澆混凝土構件的模板支撐混攪一起，搭設相連接，同混凝土泵管相連接等都會給我們的腳手架施工帶來很大的風險；再說一下我們的管理人員帶來的風險，每個項目所配備的管理人員學歷、經驗、執行力等各有差異，對于質量把關的松緊程度也各有不同，例如對螺栓的檢查是否采用扭矩扳手進行全面檢查達到40～55N.M之間，立桿的垂直偏差和水平桿的水平偏差能否控制在容許偏差之內等，否則我們的計算方案就會失靈，我們確定腳手架計算的安全系數K時就必須綜合考慮這個因素；另外還得考慮承受腳手架的土質類型及是否有冬季和雨季施工存在，排水措施和防凍措施是否到位等風險；綜上所述，我們僅僅從一個簡單的鋼管扣件腳手架計算方案做一些簡述，能夠很清楚的看出來，在一個項目的施工中力學的準確應用是很重要和頻率很高的；在設計階段的力學計算只是給我們一個建筑物自身的受力體系，而我們在施工中的力學計算確是建造過程中安全實現設計的重要保證和支撐。

二、力學體系建立和應用需要“量身定做

隨著時代的突飛猛進的發展，中國的建筑業及相應的施工技術手段和新的工法在各個建設領域也漸露端倪，所以施工帶來了革新和便利，但是同時在施工中我們現在最追逐的是工期、利潤及一些面上的質量，其實真正潛在的建筑施工的力學管理還是很薄弱的，大多是零星的和隨意的照抄照搬，給工程的施工管理帶來潛在的結構風險和隱患。

施工和設計是兩套力學體系，我們知道設計必須進行結構計算，設計方面的計算著眼點是使用功能，主要針對建筑物的使用過程可能存在的最大設計力學呈現采取的結構布置，而本文所倡導的施工力學體系的建立，主要在滿足設計要求的基本結構施工基礎上，針對一個具體的工程所建立的施工力學體系，我們知道在施工時的建筑物受力是很不穩定的，有時可能會超出結構設計受力的儲備，所以建立施工力學體系是結構設計的一個延續和補充，同時又為工程的結構做一個保護，對施工安全提供強有力的支撐。

首先我們先說一下工程施工力學模型建立的大概思路，以房屋建筑工程為例，通過歷年全國的建筑工程安全事故統計資料，我們發現60%-80%的事故多發生在基礎和結構主題階段，而且事故的十大原因中坍塌事故占到20%到30%（參照住建部統計資料），這說明一個問題，我們著眼點就是施工在各階段所發生的荷載和承受這些荷載所設計出的施工方案，這是一個重點。

在每個項目施工前我們需要做工程現場施工荷載清單，可以參照有關規范及施工手冊，也可以參照歷史資料，但是清單的編制必須和本工程相契合，必要時要現場做實驗確定，這個工作很關鍵，決定我們施工受力體系建立成敗的關鍵；第二步根據工程的工期安排確定出施工可能發生的施工靜載和人力施工動載定出荷載分布按時間軸做出分布圖，找出受力最大的施工平面節點和時間節點；第三步在總體規劃基礎上針對每一個關鍵點建立力學結構體系。做出可靠地計算書；第四步也是最重要的一步，在施工過程中根據水文、氣象和地質等的變化最隨時調整，并且必須和工程的實際相結合；再以房屋建設為例具體到各個分部分項工程中，基礎工程的土方施工開挖和支護是我們是工程事故高發階段，所以我們建立力學計算控制點，首先我們從我們的荷載清單中選取相關的荷載，根據基坑的周邊情況是否有建筑物和管線分布，地質資料的土質和水文資料（這些資料在建立體系的第一步都要具備），定出基坑開挖方案及相應的計算體系，問題來了好多基坑坍塌事故就出在這里，基礎資料不完善，盲目做出方案，例如我們的計算方案是否考慮坑頂臨時的土方堆載（實際會不會發生），會不會在汛期下雨浸泡基坑，總平面圖布置會不會坑頂有運輸施工材料的道路存在等因素，每一項因素的存在都會影響到我們計算系數的計取。

在基坑開挖中最主要的是降水和支護方案，這兩方面是個重點；一個項目的基坑開挖能否安全進行支護是關鍵，這是一個系統工程，會涉及土力學、結構力學、基礎工程相應會涉及地質勘查、場地水文、支護結構與施工、降水設計和開挖方案、監測方案和周圍環境的保護方案等，是一個很復雜的同時實踐性理論性都很強的過程，所以不是每個項目都一樣有很強的地域性；同時我們知道基坑開挖過程中，由于開挖面上的卸荷效應，引起維護結構土壁產生側土壓力差，土壁向坑內產生水平位移，使墻后土體作用于支護產生主動土壓力、同時引起支護后地面下沉。而開挖面一側由于土的作用會產生被動土壓力，同時由于挖土卸荷，基坑底隆脹。所以我們的一個基坑支護設計計算會牽涉到一種影響（維護結構前后水頭壓力差，加上如果土滲透性較好要考慮滲流力計算土壓力和水壓力）；兩種壓力（主動土壓力和被動土壓力）；三種變形（支護結構向坑內位移、結構后地面下沉和坑底隆起）；所以一個支護方案的實際牽涉的力學問題很多，傳統的庫倫、郎肯的土壓力理論雖然在套用，但是不能完全解決基坑支護結構的計算和開挖問題，所以我們在做支護結構的設計及計算時必須加強工程的實際監測和土壓力參數進行反復論證；同時還要注意到基坑開挖的時空效應，基坑開挖時結構變形會隨著時間的推移而增長，時間證明同樣的基坑如果同樣的支撐情況下，72h的支護移動速率大于16h的移動速率、這一時間效應說明開挖對結構的支撐時間，越快越好。

對施工和結構計算有著密切關系；同時開挖土體的高度、寬度以及開挖土體所處深度，對基坑變形的影響也是相當顯著在同一開外深度下，開挖土體的寬度越寬、高度越高則基坑的水平位移的變化速率越大，這就是基坑開挖還要考慮的時空問題。以上說這么多，就是以基坑的支護計算為例，告訴我們在我們工程施工受力模型體系鏈條上的每個節點都必須和具體項目密切契合，必須為每個項目“量身定做”一套受力體系圖；當然一個工程項目的施工計算節點很多，貫穿到工程的每一個分部分項工程，例如腳手架項目和模板支撐項目，機械安裝及吊裝等所有這些都需具體的施工計算的支撐。同時在施工中要注意個受力體系的獨立性和相互關聯性，不能相互掣肘，否則我們的體系模型會失靈的，這就牽涉到下面的一個問題。

三、讓建立好的工程施工力學體系作為實際施工的“必備神器

我們經過許多的計算論證和檢驗建立好了我們的施工力學體系，這是我們最重要的是怎么讓它發揮作用，如何正確合理同時安全的應用，就是我們施工管理中最重要的一個環節。

還以房屋建筑舉個例子來說明施工力學計算體系的合理應用，我們知道支撐體系是建筑物成型前得支撐和模板體系，由于目前市場上的腳手架所用材料基本上都是鋼管和方木大板組成，所以在實際使用中往往會混為一個體系，這給工程的施工帶來很大的隱患，我們知道在這里會出現四種有些可能會更多的受力系統，一是支撐現澆結構的模板支撐體系；一種是供施工操作人員施工的腳手架體系、三是支撐施工機械如混凝土泵管的支撐系統；還有一種是支撐吊物臺和洞口安全維護等受力系統；這四個系統統一存在施工作業面但是系統各自獨立，實際的受力大小和力學性質都不相同，所以不能相互拉扯，加入我們腳手架和模板支撐體系連接一起，或者用腳手架做模板支撐，發生安全事故的概率就會很大，因為我們在做受力計算時考慮的荷載和力學受力計算系數都不一樣，所以不能項目替代，否則我們設計的力學系統就會失去應用價值。還有例如混凝土泵管的支撐體系加入和腳手架或混凝土結構的支撐模板連接一起，由于輸送混凝土時產生的沖擊力造成泵管的支撐體系會發生搖動，如果連接會給腳手架晃動，人員安全受到影響，混凝土的結構成型的質量會受到很大影響；所以既是受力體系的獨立性的同時又是工程施工力學系統的有機組成。

已經建成的施工力學體系的應用既嚴肅又要有靈活性，作為我們的每一施工方案的最重要的組成部分，這樣我們編制出的施工方案是一個有機的系統反應一個具體項目的施工方案和受力體系，避免了零星的片面的和照抄照搬式的施工方案設計，是工程建設在一個科學的模式軌道上運行，將施工過程中的風險能框定到可控范圍。今后如果BM技術在工程技術上大量使用，也必須建立在可靠的施工力學計算之上，將我們組建的項目施工力學體系作為我們施工的有力的工具應用。

結論：

工程施工是將一個設計變轉化成實體的過程，在轉化過程中必須經歷力學體系的構建和重組，施工過程中要把松散的不成系統的建筑材料構建成一個具有使用功能的建筑物，必須以一個強有力的建造體系來完成建設，所以為了安全的在平面和立體多個維度建立起牢固可靠有依據的施工所必須的支撐體系，我們就必須把施工過程中力學計算管理放到重要位置，也為今后BM技術的應用打下牢固的基礎。

參考文獻：

[1]《高層建筑施工手冊》，作者：楊嗣信.出版單位：中國建筑工業出版社.出版時間：2001-6-1.

[2]建筑程施工質量驗工收統一標準（GB50300-2001）.（中華人民共和國建設部 國家質量監督檢驗檢疫總局.2001年7月20日聯合發布）.

作者簡介：

申達昂，河南省鄭州市人，現工作單位：河南省龍華工程咨詢有限公司，長期從事工程管理工作，有豐富的工程管理經驗。