信息化技術在大型城市交通樞紐施工中的應用

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

隨著科技的發展，信息化技術在建筑業的應用已然成為其發展的主要趨勢，為了轉變當前建筑業粗放的管理模式，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文旅區，除區間盾構外，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，單純應用傳統的粗放施工已很難滿足現場實際需求，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，建立互聯協同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態圈，并將此數據在虛擬現實環境下與物聯網采集到的工程信息進行數據挖掘分析，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，滿足現場日常業務管理需求，實現工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，從而逐步實現綠色建造和生態建造（圖1）。

圖1 智慧工地集成管理平臺組織架構圖

2.1 滿足現場，方便監管

項目現場管理中，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。智慧工地以滿足現場應用為基礎，基于現場數據為項目集成監管與決策分析提供支持，方便管理者從總體上對現場施工進行把控。

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管理需求的信息化指揮中心，用于項目信息化系統的辦公，通過后端系統對項目生產進行協同管理，實現現場與信息化中心互動，提升項目管理信息傳輸的及時性和準確性。

2.3 整體規劃，分步實施

本項目從人員、機械、物料、技術、環境五大管理要素入手，對智慧工地建設進行整體規劃，確立了“服務現場施工，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，優先解決現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，根據現場實際使用的情況反饋，對系統進行優化，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的智慧工地管理系統，充分發揮單點登陸的優勢，集成安全、質量、進度、人員、機械、物料、成本等各管理系統，利用移動互聯、物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術，實時監控施工現場生產進度、重點設備、人員管理、綠色文明施工等動態信息，逐步改變傳統施工現場參建各方現場管理的交互方式、工作方式和管理模式，形成基于項目的綜合管理平臺。結合各類子系統應用實現信息有效觸達、問題及時跟進、工地有序管理，打造安全可靠、綠色環保的工地（圖2）。

圖2 智慧工地管理系統

3.1 施工方案策劃

3.1.1 施工前的方案策劃與優化

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，及時發現現有方案的問題與不足，全面優化并完善施工組織設計（圖3）。

針對施工方案，以匝道橋連續梁支架施工為例，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，同時也實現了直觀地向現場施工交底（圖4）。

3.1.2 復雜節點的深化設計

站前廣場深基坑采用兩層混凝土環撐、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現，混凝土環撐與格構柱節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。混凝土撐與格構柱復雜節點共1210個，采用BIM參數化建模對其進行模擬并出圖，替代了傳統CAD平面繪制的形式，對1210個節點進行分類，通過建立標準的節點模型將鋼筋布置信息參數化，其鋼筋規格和鋼筋布置數量通過既定公式生成，大大提高了深化效率（圖5）。

圖5 環撐節點鋼筋詳細設計

3.2 安全質量管理

3.2.1 安全質量隱患排查治理系統

當質量員在現場發現質量問題，可通過移動端定位節點模型，并拍攝照片，發送系統。系統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，系統閉合問題。安全員每天巡視施工現場，發現安全隱患后拍照上傳，系統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。該系統由集團公司自主開發，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

3.2.2 VR安全教育系統

基于VR技術開發的場景漫游和安全教育系統，直觀展現現場施工和危險源，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。相比于傳統的安全培訓，VR技術可以激發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

基于BIM技術開發的工序虛擬質量樣板交互系統是根據施工標準，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

圖7 進度形象管理系統

在BIM進度管理系統中，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，發現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，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，將一些復雜節點的施工直觀生動的展現出來，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，實現人員的出勤、薪酬等管理，在基坑出入口布置閘機，通過人臉識別，實現現場人員進出控制，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 塔吊安全監控系統

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，塔吊全過程安全監督管理系統（簡稱塔吊監控系統）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控系統，系統由植入式硬件設備和專業設計分析管理軟件共同組成，體現對塔吊一個生命周期的全過程監控，從而達到安全生產的根本目標。

3.5.2 盾構云系統

從進場到撤場，盾構云系統全程監控盾構機的狀況，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、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計、庫存預警和成本核算。每次材料進場后，由系統管理人員輸入進場數量，作為存量，當有材料消耗時，物資管理人員發出出庫指令，系統在存量里扣除出庫材料量。系統為存量設置一個預警值，當存量少于預警值時，系統以手機短信的形式發送給相關人員報警信息，信息內容由系統管理人員設定。每月對材料消耗進行統計核算，月末材料管理人員對材料進行統計，并將統計數據輸入平臺，平臺對理論值和實際庫存數據進行比較分析。

3.7 工程算量與成本管理

3.7.1 廣聯達工程算量系統

傳統手工計算工程量，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。本項目應用廣聯達工程算量系統，對項目進行建模，系統自動計算、自動套用定額子目并生成工程量清單，實現了構件交接處的自動扣減，實現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

圖10 廣聯達算量系統在項目的應用

3.7.2 工程項目成本管理系統

本項目應用集團公司開發的工程項目成本管理信息系統，基于算量數據，涵蓋勞務、收方、材料、物資、機械等方面，實現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進行測算、匯編、分析，得出項目成本管理信息，指導現場施工管理。這樣提高了管理效率與管理人員素質，也改變了手工做賬、定期兜帳的傳統成本管理模式，利于成本控制。

3.8 現場綠色施工管理

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

3.9 數字指揮與現場監控

3.9.1 數字指揮系統

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

圖11 數字指揮系統（左為PC端，右為移動端）

3.9.2 AI遠程視頻監控

通過BIM平臺集成了視頻監控系統。在關鍵工序和高風險工序作業位置安裝具有AI行為采集識別高清攝像頭，實時將現場施工情況視頻傳輸到項目信息化中心，24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，實現對作業現場的實時監控和信息的及時傳遞。

4 應用價值

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

4.1 提高了項目管理效率

智慧工地通過BIM、云計算、大數據、物聯網、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。各個子系統的應用，實現了對項目生產各環節的有效把控，讓施工現場感知更透徹、互通互聯更全面、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

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

4.3 促進了企業管理水平

智慧工地有助于實現施工現場“人、機、料、法、環”各關鍵要素實時、全面、智能的監控和管理，有效支持現場作業人員、項目管理者、企業管理者各層協同和管理工作，提高了施工質量、安全、成本、進度的控制水平，保障工程質量，實現質量溯源，促進誠信大數據的建立，有效促進了企業施工管理水平。

5 結語

基于BIM平臺的信息化技術的應用是建筑行業發展的方向和趨勢，其核心作用就是將現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階段施工管理都發揮了重大作用，與傳統施工管理相比，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，嘗試加入其他專業的應用，使信息化技術在施工中發揮新的作用，對其他項目提供借鑒。