智慧工地+智慧管理在城市鋼箱橋施工中的研究與應用*

商博明 鄭江 王超 郭啟浩 李強 楊澤中

1.陜西華山路橋集團有限公司 陜西 西安 710016；

2.西安建筑科技大學土木學院 陜西 西安 710055

引言

未來，工程物聯網技術以建筑數字化交付同步實體建筑交付、工程管理要素全行業實時同步。建筑施工的管理面向智能化發展是大勢所趨，各項目應當要注重對于智慧工地技術的引進，在施工管理中強化“智慧型施工現場管理”，全面提升建筑工程項目的施工質量。

目前國內外均對智慧工地+智慧管理的新型施工模式進行了一些基礎性的研究和積極有益的探索。清華大學張建平教授領導的課題小組研究出 4DSMM模型和基于4DSMM 模型的4D-GCSPU系統，并被列為國家“十五”重點科技攻關項目，成功實現了施工建造過程的動態管理和可視化管理的智慧建造目標[1]。李志國對BIM技術在公路橋梁施工管理中的實際應用進行研究，從建立可視化3D模型，實施空間碰撞檢測，場地布設活動，施工方案模擬，進度、質量、安全管理等方面深入研究[2]。何平結合現場圍擋施工全壽命周期的設計、建造、維護、拆除的極簡模型探討BIM技術應用時間中的信息流向[3]。曹陽通過分析目前建筑業存在的問題，提出了基于BIM技術的5D資源信息功能結構，實現項目施工進度、質量、安全與成本的集成化管理，為管理人員分析工程進展，動態調控進度、調配資源提供了有力的工具[4]。

隨著數字建造時代的到來以及工程物聯網技術的不斷發展，要實現建造全過程的數字化集成、施工技術全面智能、工作互聯互通、信息協同共享、決策科學分析、風險智慧預控，并全面推進數字交付[5]。

1 工程概況及研究背景

朱宏路（北二環—繞城高速）快速化改造工程，屬西安市重點建設PPP項目，南起北二環，北至繞城高速，與北三環互通立交順接道路全長5.6km，紅線寬度80m。朱宏路主線橋全長2.349km，雙向6車道布置，標準段寬度25.5m，上部結構為鋼箱連續梁，最大跨徑50m，全橋鋼箱梁共重3萬多噸。平面結構形式有正常段、變寬段和曲線段，結構形式復雜，拼裝工程量巨大。

在朱宏路鋼箱橋項目施工過程中，將信息管理平臺、智能技術、智能設備廣泛應用到建筑工程施工現場中，創新工程管理模式，構建覆蓋“建設主管部門、企業、工程項目”三級聯動的“智慧工地”管理體系，全面提升企業施工信息化管理水平與核心競爭力，有效提高建設主管部門在工程質量、安全、環保等方面的監管與服務效能，進一步實現工程管理精細化、參建各方協作化、行業監管高效化、建筑產業現代化。

2 人員智慧管理系統

人員管理從建筑工人的入場規范管理開始，到薪酬結算離場結束，以數字化、智能化的技術支撐，關注人員行為、安全、工效和健康，保證施工過程的正常和有序。應用物聯網和云計算技術，構建工人大數據庫，有效評價和改善用工關系。除了解決基本的實名登記、門禁考勤外，創新的結合穿戴設備，將管理推進到施工現場以內，幫助管理者掌握更準確和有效的工人位置、軌跡、停留時間、危險報警等信息，覆蓋工程項目的場內和場外人員全面管理的能力。

3 質量安全智慧管理系統

采用智慧工地可以在技術交底、現場實體檢查、現場資料填寫、樣板引路方面進行應用，幫助提高質量管理方面的效率和有效性，對項目施工的進度、質量、安全、文明施工、平面圖、成本、減輕工作負擔等內容進行直觀的展示。智慧工地安全巡檢系統，通過建立大量的安全隱患清單、危大工程數據庫、危險源數據庫，以此為基礎，現場管理人員對建筑工程現場進行危險源的辨識與監控、安全隱患的排查和整治、危大工程的識別與管控等工作，實現施工現場安全檢查、整改、復查等工作的循環流轉，并將檢查信息實時上傳系統，供公司及項目管理人員隨時查看，并且可以自動生成業務表單，支持全員參與安全管理工作。

圖1 BIM+智慧工地數據決策系統

4 生產智慧管理系統

生產進度管理平臺，聚焦施工現場管理，緊密結合生產業務，全面提升現場精細化管理水平。系統是通過綜合協調勞動力、機械、材料；以工程進度為主線，實現工程質量、安全、成本管控的一系列行為。基于項目現場管理細度的單位、分部、分項工程管理開展計劃管理。

現場跟蹤的詳細生產信息，最終是需要為管理決策服務的。常規項目管理中，管理者即使每天都在施工現場，每個人掌握的也只是局部的情況，很難掌握全面的生產信息。基于系統的規則下，每個人跟蹤自己的生產情況——任務完成情況、勞動力數量、材料設備信息等，數據便自動匯總和整體呈現，從而進行及時和準確的管理決策。基于生產信息的共享，會讓技術、質量、安全、商務等相關門掌握更多的現場信息，會促進各業務口之間的有效協同，規避了信息盲區導致的相關損失，可以提高項目整體工作效率。

5 技術智慧管理系統

以BIM技術為核心，BIM+技術管理系統以“管理升級、技術先行”為理念，是集方案管理、圖紙管理及 BIM 應用為一體的施工技術策劃和執行管理系統。產品通過對現場技術管理來提升施工的技術水平，減少技術問題導致的返工及各種技術風險，從而達到降本增效，提升企業與項目收益。BIM+技術管理系統主要應用在以下幾個方面。

5.1 變更管理

通過變更及圖紙的關聯查看及提醒，減少施工過程中變更問題的遺漏導致的返工，變更結算資料過程積累，提升結算利益。

5.2 交底管理

結合BIM可視化技術及資料的線上快捷分享，提升交底資料的獲取便捷性及交底效果，減少由于交底不到位導致的質量問題及返工。

5.3 施組模擬

通過模型與計劃、清單關聯，通過虛擬施工識別進度計劃沖突，輸出資金資源曲線，讓施組計劃更加合理，資金資源計劃有據可依。

5.4 方案管理

通過規范查詢及方案庫提升方案編制效率，通過方案計劃臺賬及多人同時會簽，讓企業方案管理更清晰方案審批更高效。

5.5 構件跟蹤

建立構件工序跟蹤計劃，手機快捷記錄構件施工工序詳情，構件施工記錄不漏項；結合三維模型按工序顯示顏色匯報進展更直觀；且可按填報工序數據自定義輸出檢驗批報表和臺賬報表。

6 環境監測系統

環境監測設備具備風速、風向、風力、溫度、濕度等環境參數的監測，為揚塵和噪聲監測數據的后期分析提供氣象參數保障；特別是通過風向對揚塵的運動趨勢做科學預測和報警；在不同的氣象條件下，對揚塵、噪聲監測數據做科學的修正。環境監測系統是由如下幾個子系統組成。

6.1 噪音監測系統

具有校準單位，提供全天候戶外噪聲采集傳感單元，對傳感器的戶外監測安全和數據準確性提供可靠保障。

6.2 揚塵監測系統

通過PM傳感器對揚塵進行連續自動監測，對揚塵每分鐘采集一次數據，并實時上傳至服務器供后臺程序統計和分析。揚塵監測包括PM2.5和PM10，并同時上傳到數據中心和監控平臺。

6.3 數據采集處理系統

本系統是整套系統的中樞，對所收取的監測數據進行判別、檢查和存儲；對采集的監測數據按照統計要求進行統計分析處理，將處理后的數據上報至云平臺，并控制參數的本地化顯示。

6.4 數據展示系統

本系統的監測數據可以實時上傳至智慧工地管理平臺，實現遠程監管和信息留存。

6.5 LED屏顯示系統

實時監測數據現場顯示，給施工單位、城市居民以警示作用；給施工單位和城市居民自查、自控提供數據支撐。

7 結束語

通過智慧工地+智慧管理系統在城市鋼箱橋施工中的應用，將朱宏路快速化改造工程項目打造成一個集人員管理、施工監控（含夜間)、環境監測、安全監測、質量管理、進度管理等智慧元素的“智慧工地”，為相關企業后續開展智慧工地與智慧管理深化應用提供可以借鑒的經驗。未來的智慧工地管理中可以覆蓋更加全面具體的內容，管理內容從傳統的“人、機、料、法、環”轉化為對知識的管理，對數據的管理。