“智慧工地”助力北京大興國際機場建設

蘭文臣，王振宇，張志威，李 陽，夏海杰，劉 杰

（中國建筑第八工程局有限公司華北分公司，天津 300000）

0 引言

21 世紀是信息技術的時代，基于物聯(lián)網技術、BIM 技術、移動終端、實時定位、云計算、大數據等信息技術的“智慧工地”系統(tǒng)可以使建筑工地變得更加智慧便捷。目前整個建筑行業(yè)對“智慧工地”的渴望日益增漲，且各地政府也紛紛出臺了管理辦法，強制或非強制地要求加強“智慧工地”建設。本文將重點論述大興國際機場停車樓及綜合服務樓工程建設過程中，如何通過“智慧工地”系統(tǒng)實現節(jié)能環(huán)保、節(jié)約成本、提高質量、按時完工等目標，進而為工程的建設增值［1］。

1 工程概況

北京大興國際機定位為大型國際樞紐機場，具有重大意義。停車樓及綜合服務樓工程（以下簡稱“本工程”）由中國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停車樓、中間的綜合服務樓三大部分組成。其中地下軌道交通（北段）約 10.7 萬 m2，兩個停車樓 26.4 萬 m2；綜合服務樓又分為酒店和辦公兩部分，建筑面積 13.2 萬 m2。停車樓及綜合服務樓工程效果圖如圖 1 所示。

圖1 停車樓及綜合服務樓工程效果圖

2 “智慧工地”助力工程建設

2.1 “智慧工地”助力進度管理

本工程總面積約 50 萬 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、周轉料具和材料用量巨大、專業(yè)分包單位多，工期任務緊，給施工組織帶來很大困難，施工過程中采用了 4D+進度管理模式進行進度管理。首先，需將項目工作任務分解并逐步展開，并與工期的時間參數（最早開始時間、最早完成時間、最遲開始時間、最遲完成時間、總時差和自由時差）與總進度計劃中所需要的勞動力、機械設備、材料等主要資源關聯(lián)起來。其次，需要基于 BIM 技術建立虛擬建造流程，面向對象所見即所得，更符合人類直覺的使用習慣［2］。最后，透過 BIM 模型對虛擬建造過程的分析，合理地調整施工進度，更精準地控制現場的施工與生產。土方開挖階段，模擬開挖順序及出土路線，指導現場施工安排；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)面及插入時間，從而使實際竣工日期較合同約定的竣工日期提前 15 d，減少了工期風險。4D 工期模擬如圖 2 所示。

圖2 工期模擬

2.2 “智慧工地”助力施工平面管理

本工程為在農村耕地的區(qū)域規(guī)劃新建的超大規(guī)模機場樞紐及相關配套工程，建設工地周邊無市政道路、無相關配套雨污水設施，施工運輸和配套條件非常差。中標時相鄰南側標段已經開始結構施工，現場東、南、西三側無施工場地可用，僅北側有施工場地。隨著機場市政工程的開展，周邊高架橋、道路、軌道交通相繼開工，多次面臨無施工道路的情況。為解決這些難題，項目部應用 BIM 技術模擬建設辦公區(qū)、生活區(qū)、施工現場，直觀反映施工場地布置效果，為決策提供第一手資料。通過合理布置場地，提高了場地利用率，優(yōu)化了臨建施工順序。在施工場地布置過程中，項目采用無人機航拍技術，直觀反映并記錄現場進度及場地使用情況，輔助現場布置管理。施工現場平面布置效果如圖 3 所示，由無人機航拍的施工現場實際布置照片如圖 4 所示。

圖3 施工現場平面布置效果

圖4 施工現場平面布置照片

2.3 “智慧工地”助力安全管理

安全管理一直是建筑工程項目管理的重點。由于本工程體量巨大，地下結構施工中有多達 21 臺塔吊同時作業(yè)，且跟標段相連，塔吊相互影響、相互制約，對現場塔吊等起重設備的安全管理更是重中之重。項目實施過程中對塔吊和臨時用電采用專人負責制管理，落實塔吊各項驗收和檢查。并在塔吊上安裝防碰撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 17 位高精度絕對值編碼器，與塔吊回轉平臺緊密結合，計算塔吊的回轉角度。通過實時采集塔吊高度、幅度信息，能夠快速、準確地判斷塔吊群內多臺塔吊的實時狀態(tài)并實現群塔防碰撞功能。群塔中的某臺設備斷電或通訊中斷時，當周圍塔吊的塔臂進入到和該設備交涉的區(qū)域后會進行聲光報警來提示司機進入到危險區(qū)域，請司機小心駕駛。塔吊防碰撞系統(tǒng)的應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)測平臺如圖 5 所示。

圖5 塔吊狀態(tài)實時監(jiān)控

項目部還在現場辦公區(qū)設置模擬工地安全區(qū)教育培訓體驗館，針對施工現場的操作設備和環(huán)境，都有相對應的 VR 交互體驗內容，目的是讓體驗者能夠虛擬沉浸式體驗工地安全區(qū)的每個項目，以達成操作安全教育及培訓。VR 實景讓體驗者如同身臨其境，這是目前傳統(tǒng)的安全教育培訓無法提供的。VR 實景體驗如圖 6 所示。

圖6 實景體驗

2.4 “智慧工地”助力質量管理

在工程質量管理中，為保證工程的總體質量，必須嚴控每一種材料、每一道工序的質量。本工程的質量創(chuàng)優(yōu)目標為確保魯班獎，這就要求每一道施工工序必須精益求精。為了確保達成本工程質量目標，項目部建立了質量管理交互平臺。質量工程師在現場進行質量檢查時，將某一施工工序的問題拍照并上傳平臺，指定相關責任工程師進行解決，解決完成后將整改照片再一次上傳，并組織驗收，提高現場驗收和問題整改的效率；通過掃描混凝土構件上的二維碼，可在質量管理交互平臺查詢相關質量檢查信息并追溯施工過程，避免費時費力查閱傳統(tǒng)的紙質資料，提高了質量管理的效率；施工交底內容上傳到平臺，在現場布置二維碼，工人可隨時查閱學習交底，相比于傳統(tǒng)的紙質交底更加有趣味性而容易被現場施工人員接受。項目部還應用了 3D 打印技術，進行更加直觀的可視化交底，把控施工全過程，提高施工質量。質量問題交互如圖 7 所示，混凝土構件信息二維碼如圖 8 所示，現場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 質量問題交互

圖8 混凝土構件信息二維碼

圖9 施工現場二維碼交底牌

圖10 可視化交底

2.5 “智慧工地”助力勞務實名制管理

針對建筑市場發(fā)展趨勢，推動項目綠色施工，安全管理信息化，切實實現建筑工地的實名制管理，利用“互聯(lián)網+安全”技術已成為操作簡單快捷的管理方式。本工程高峰時期共有 20 余家專業(yè)分包及勞務分包單位同時施工，高峰時期現場施工人數超過 5 000，如此大規(guī)模的施工人數給項目的勞務實名制管理帶來挑戰(zhàn)。為此項目部成立了勞務通研發(fā)小組，聯(lián)合第三方軟件開發(fā)單位合作研發(fā)建筑工地勞務通安全管理軟件，創(chuàng)新使用“諸英臺”勞務通手環(huán)，該手環(huán)可以作為工人日常考勤、入場教育及班前教育、日常消費的工具，使安全之星評選與工人的日常生產生活相結合，使實名制落地。此外，與手環(huán)配套的“諸英臺”APP 可方便工人接收教育培訓通知，查看錢包余額、消費記錄等。項目部可利用“諸英臺”APP 進行現場安全巡檢，對現場安全管理有突出表現的作業(yè)人員發(fā)放“安全之星”，當月獲得獎勵星數排名前五的人員將被評選為“月度安全之星”，在項目所有工人的 APP 首頁展示 24 h，以示模范激勵；對現場存在違章作業(yè)的人員利用“諸英臺”勞務通手環(huán)形成作業(yè)不良記錄，以進行安全檢查處罰，成功將勞務實名制管理與安全管理相結合。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

2.6 “智慧工地”助力物資管理

管控好進場物資數量驗收對降低項目成本、增加經濟效益極為重要。本工程物資用量龐大，若采用傳統(tǒng)的物資管理流程，則會出現造成物資賬務效率較低的問題。針對此問題，項目引入物資稱重計量管控系統(tǒng)。在材料過磅時，本系統(tǒng)可以拍攝視頻、照片等影像資料，并上傳到系統(tǒng)數據庫。在材料進場的計劃數量與實際數量不符時，系統(tǒng)還可以進行對比分析并且自動報警。此系統(tǒng)在材料過磅時也可以進行實時的數據分析，生成材料進場相關報表，極大地提升了工作效率和準確性，減輕了材料管理者的負擔。通過實現手機 APP 功能，可使管理者隨時關注項目動態(tài)，驗收不合格提醒、物資偏差過大、正常預警信息等等平臺的豐富功能都可在手機實現。在移動互聯(lián)網的時代，手機 APP 給管理者在提高了工作效率的同時給予管理者最新最準確最快速的數據，使得在管理層面更能發(fā)揮引領、指導的作用。目前通過物資稱重計量管控系統(tǒng)已累計稱重約 3.5 萬車次，提高了項目效益。物資稱重計量管控系統(tǒng)如圖 12 所示。

圖12 物資稱重計量管控系統(tǒng)

2.7 “智慧工地”助力深化設計管理

本工程設備管線安裝工作量巨大，初始設計各專業(yè)管線碰撞和管線與結構碰撞非常嚴重。機電專業(yè)全面使用 BIM 模型進行全區(qū)域管線綜合排布，利用移動設備及 3D 交底卡等手段對工人進行交底，施工完成后利用模型進行現場驗收，做到模型與現場 100 % 的一致性。利用 BIM 技術，經過安裝綜合深化設計，解決了各專業(yè)管線碰撞問題，并且提高了地下室管線標高，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)主表揚。項目部還利用 BIM 技術對全部砌筑排磚進行了深化設計，提前進行洞口預留及管線預埋工作，確保一墻一圖，精確指導砌筑作業(yè)，避免了后開洞的情況。弧形走廊管線種類多，凈空高度要求高，利用 BIM 技術模擬計算各管道彎曲半徑，數據發(fā)送至加工廠，實現預制化安裝［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，項目應用 Tekla 軟件進行了精確建模，確保構件尺寸準確。針對鋼結構專業(yè)建立了基于 BIM 模型的深化設計流程，基于 BIM 模型出具材料清單，確保下料準確。鋼結構模型如圖 15 所示。

圖15 鋼結構模型

2.8 “智慧工地”助力綠色施工

本工程在施工過程中采用了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控設備與大數據連接相結合的方式，利用本系統(tǒng)可實現聲光報警、噪音監(jiān)測器、揚塵監(jiān)測器、監(jiān)控攝像機、語音對講等一系列施工現場數據傳輸至電腦終端數據顯示，本系統(tǒng)還可以通過手機 APP 遠程監(jiān)測控制，使用方便。施工過程中有效地控制了粉塵，降低粉塵濃度，改善施工現場環(huán)境，對促進安全生產，保障維護環(huán)境衛(wèi)生等具有重要的作用。通過設置參數條件，在實測數據達到后，可以報警或啟動相應的聯(lián)動設備，達到預防和干預效果。同時，基坑、建筑主體、塔吊吊臂等位置細水霧噴淋系統(tǒng)，實現施工現場揚塵綜合治理。項目部還建立了可在工地現場實現整體視頻監(jiān)控的系統(tǒng)，總公司可以通過此系統(tǒng)隨時監(jiān)控現場施工情況及施工進度，而手機軟件的啟用，使數據實現共享，讓項目及公司管理人員可以在任何時間和地點使用此系統(tǒng)。

實現從公司遠程監(jiān)控施工現場情況及施工進度，通過在智能手機上安裝手機 APP 管理軟件，使管理員隨時隨地使用本系統(tǒng)的功能，通過在電腦終端上安裝主控軟件，在本地也可以實時觀看視屏監(jiān)控的數據。揚塵監(jiān)測器如圖 16 所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖 17 所示。

圖16 揚塵檢測器

圖17 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3 結語

在北京大興國際機場工程建設中，“智慧工地”在工程進度管理、現場平面管理、安全管理、質量管理、物資管理、綠色施工管理、勞務實名制管理、深化設計管理等方面都發(fā)揮了不可替代的作用。目前通過“智慧工地”建設，本工程已取得了“2019 年度中國鋼結構杰出大獎金獎”“2019 年中國質量協(xié)會五星級現場”“2018 年北京結構長城杯金獎”“2017 年度北京市綠色安全樣板工地”“2017 年度全國建筑業(yè)綠色建造暨綠色施工示范工程”等一系列獎項。“智慧工地”的建設使工地更具有智慧，減輕了現場管理過程中對人的依賴，大幅度地提高了管理效率。本工程建設“智慧工地”的經驗也可為國內外其他大型國際樞紐機場工程提供參考意見。