船閘工程智慧建造體系及綜合評價模型研究

文/嵇旭紅

1 前言

船閘工程建設周期長，設計單位、實施單位及管理部門眾多，是一個復雜的系統工程，且在具體的港航項目建設過程中，由于各參建方在項目管理的方法、技術、工具、資源等諸多方面的差異和對管理目標的不同認識，造成了一系列問題，項目最終目標有偏差等，因此需要新的技術手段來保障工程建設質量和管理水平。《交通強國建設綱要》《關于印發推進智慧交通發展行動計劃的通知》等相關文件的發布，明確指出探索“互聯網+交通基礎設施”發展新思路。為了響應行業發展需求，實現公路水運工程建設的數字化、精細化、智慧化管理，江蘇省率先開展了船閘工程、航道工程、公路工程的智慧工地示范工程的建設工作，探索公路水運工程智慧工地建設體系，為交通強國建設奠定基礎。

2 船閘工程智慧建造品質提升影響因素分析

2.1 船閘工程智慧建造概念和內涵

船閘智慧建造應用“互聯網+交通基礎設施”發展新思路，綜合利用云計算、物聯網、移動互聯、人工智能等信息技術，全面感知船閘工程建設期“人、機、料、法、環、安”各工程要素的關鍵因素，實現建設、施工、監理各參建單位間的信息共享和協同運作，使工程現場的運行情況實時反饋、分析、預警，實現施工現場作業的輔助決策、智能生產、科學監管等。通過船閘智慧建造的實施，將“人、機、料、法、環、安”等各要素進行統一調配和管理，實現在建工程人員、材料、安全、試驗檢測、工藝監控、施工監測、檢驗評定等環節管理控制信息化、快速化、一體化，解決船閘工程施工期質量檢測數據真實性、質量安全問題難溯源、隱蔽工程難監管等問題。

2.2 船閘質量影響因素分析

人的因素對工程質量的影響，人在“人、機、料、法、環”五大因素中起主導作用，在船閘工程中建設團隊主要包括建設方、施工方、監理方和設計方等多方人員，團隊成員的工作能力、思想態度、品質道德等都對船閘質量起著至關重要的影響。

機械因素對工程質量的影響，船閘工程施工涉及的施工機械設備種類繁多，即使是同種設備其型號也各不相同，管理工作較為復雜；如果工程管理過程缺乏機械保養制度，還會存在機械設備超負荷工作現象，造成安全隱患，增加維修成本。

材料因素對工程質量的影響，船閘工程材料主要包括石料、水泥、黃沙、鋼筋、錨具等原材料，以及部分半成品、成品構件。由于材料費用一般占工程總造價的60%～80%左右，往往為了降低施工成本會存在人為因素的參加造假。

工法因素對工程質量的影響，施工組織設計對船閘工程的建設質量、進度、安全起著全局影響的作用，特別是復雜的工程部位需要進行專項方案設計，必要時采取保障措施。因此施工方案是否經過專家論證、技術的科學性與可操作性，施工工藝是否滿足規范要求，都直接影響了船閘工程的質量和安全。

環境因素對工程質量的影響，影響船閘工程質量的環境因素主要包括施工地點的氣候環境、地質水文等自然環境，以及基坑、邊坡等施工作業環境。但環境因素對工程質量的影響并不是固定的，隨著船閘建設的發展，影響船閘質量的環境因素也在逐漸改變。

3 船閘工程智慧建造品質提升關鍵參數研究

3.1 智慧建造關鍵參數識別

智慧建造關鍵參數的識別，以工程建設管理理論為基礎，緊扣“三控三管一協調”的要求，圍繞施工現場的“人、機、料、法、環”等主要因素，針對工程項目施工過程質量、安全生產、生態環保進行管理，對涉及質量、安全生產、環境的數據進行自動采集、全程監控、實時管理，實現工程智慧化建設，構建工程智慧建設與行業智慧監管互聯互通的工程質量安全智慧管理體系。通過調研全國范圍內的智慧建造標準、指南、體系以及實際工程的功能建設指標，將全部功能指標根據船閘工程獨有特征進行刪減合并，形成船閘工程智慧建造體系[1]。

3.2 智慧建造關鍵參數研究

隨著智慧建造技術的發展，湖北省、重慶市、江蘇省相繼發布了智慧工地建設標準。湖北省《智慧工地信息化管理平臺通用技術規范》（DB42/T 1280）：湖北省智慧工地信息化管理平臺平具備視頻監控、GIS管理、設備監控、環境監測、基坑監測、人員與安全管理、項目管理等功能。重慶市《智慧工地建設與評價標準》（DBJ50T 356）：重慶市智慧工地功能包括人員信息管理、環境監測、視頻監控、設備監管、質量監管、安全管理等功能。江蘇省《江蘇省航道建設工程智慧工地建設技術標準》（T/JSCTS 002）：圍繞航道工程施工現場的人、機、料、法、環、安全六要素，以“標準化、可視化、數字化、智能化”為核心，通過信息化方式，對項目建設進行監管。

3.3 船閘工程智慧建造體系

船閘工程是通航航道的重要組成部分，由于航道存在調節水流量、渠化交通以及地形落差等情況，導致航道存在落差。船閘就是幫助航道過往船只順利通過落差節點的建筑物。江蘇省船閘工程一般包括船閘、節制閘、泵站、跨河橋梁等。因此根據船閘工程實際情況，船閘工程智慧建造體系包涵航道、船閘、橋梁等分部分項任務。因此可從人員管理、設備管理、物料管理、質量管理、環境管理、安全管理、綜合管理等幾個方面開展船閘工程的智慧建設。

4 船閘工程智慧建造評價體系研究

4.1 多層次模糊評價法理論

由于船閘智慧建造設計的參數較多，這些參數在分類上具有一定的層次性，因此可利用層次分析法對船閘建設進行評價。船閘工程智慧建造評價采用層次分析法評價過程為：首先按照船閘工程智慧建造體系將評價指標分為7 類屬性因素，然后對每一種因素進行初級層次的單級模糊綜合評價，在此基礎上再進行高級層次的多級模糊綜合評判。

式（4）中：BWi為向量BW 的低i 個元素。

第三步：一致性檢驗，由于判斷矩陣是根據專家的主觀認知經驗所得。因此，必須對判斷矩陣做出一致性檢驗。

一致性指標CI 的確定，一致性指標是對評價對象是否偏離正常范圍的界定。

式（5）中：CI=0 時，表示完全一致，CI 的值越偏離0，則表示一致性越差。

平均隨機一致性指標RI 的確定，一致性出現偏差并不是全因為主觀因素，有時候也會因為隨機過程造成結果的偏差。所以，同樣需要確定RI 的取值范圍。RI 的取值可以通過查表得到。RI 的取值范圍如表1所示。

表1 RI 對應值

一致性比例CR 的確定，一致性比例指的是一致性指標與平均隨機一致性指標的比值。求CR 的取值是為了衡量不同階數的判斷矩陣的一致性滿意度。

根據層次分析法的經驗所得，當CR＜0.1 時，便認可判斷矩陣的一致性。

綜上船閘智慧建造綜合評價體系，如圖1 所示。

圖1 智慧工地綜合評價體系

4.2 綜合評價體系建立

第一步：確定比較判斷矩陣，根據層次分析法的原理，利用1-9 標度法，采用專家調研的方法確定各參數所屬層次的重要性值。第二步：確定評價因素的權重，在計算權重之前，首先構建各參數的判斷矩陣，并對矩陣進行歸一化處理。然后求解各參數權重，求解過程如下：

計算判斷矩陣每一行元素的乘積，即：

然后計算Mi的n 次方根，即：

對Wi進行規范化處理，即：

由此便可得到特征向量Wi=(W1，W2，...，Wm)T。

計算最大特征根

5 結語

本文針對船閘工程建設管理現狀中存在的問題以及工程建設數字化、信息化、智慧化的需求，解釋了船閘智慧建造的內涵，形成了船閘智慧建造的概念，從人、機、料、法、環等工程管理要素出發，形成了船閘智慧建造與綜合評價體系。