市政基礎設施工程建設中3D數字化管理技術運用分析
——以路橋市政項目為例

文｜紹興市上虞園通市政工程有限公司 沈華東；浙江虞業建設有限公司 陳鋒軍

引言

市政基礎設施工程是城市建設的根本，建設質量可直接決定城市運行效果，在信息化時代，應主動應用先進管理技術，如3D 數字化管理技術，構建可視化管理體系，使市政基礎設施工程能夠有序推進，對工期、成本、質量、安全、環保五個方面進行嚴格管控[1]。3D 數字化管理技術的應用改變了傳統施工管理模式，以更為直觀清晰的方式完成市政基礎設施工程規劃，技術應用效果顯著。

1 3D 數字化管理技術體系

1.1 工序分解優化

對市政基礎設施工程建設施工環境進行明確，整理工程資料及技術特性，結合工程實際情況及施工技術，確定施工工序，按照質量目標、工期目標將市政基礎設施工程施工工序進行分解優化，以此實現連續性施工，為成本控制、質量控制工作奠定基礎。

1.2 確定工序工時

為確保市政基礎設施工程能夠在既定工期內完成施工，需根據施工工序分解情況確定各工序工時，對工程項目是否具有可套用定額、是否含有類似工程資料情況進行分析，采用不同方式確定工序工時。

1.2.1 定額直接套用

從現行《全國統一市政工程預算定額》中尋找工程項目是否存在可套用定額，若有規定可直接套用，若并未注冊定額，則從其他規定中尋找定額情況。得出可套用定額后，結合工程施工圖紙計算工程量，以此逐步得出各施工工序所需工時。定額直接套用主要應用在以下兩種情況：（1）現有規定定額，可直接套用；（2）借鑒類似工程，并通過系數計算的方式進行間接套用。

1.2.2 BPNN 技術估算

BP 神經網絡技術近年來發展迅速，在市政基礎設施工程建設過程中，可運用BPBP 神經網絡技術中的BPNN 技術進行估算，對樣本及特征量進行分析，尋找可借鑒的工時確定因素，以此估算出市政基礎設施工程有序施工條件下的工序工時。

1.2.3 灰色理論模型預測

當市政基礎設施工程僅具有少量資料可進行借鑒時，可運用灰色理論模型進行工時預測，灰色理論模型是一種指數規律數列，已知序列數據：

可將式（1）模型進一步累積，生成一個新的數列模型，并逐步累積轉化計算，最終可回歸得出原始數據模型，經抽象轉化并間隔取樣，進行數據級比檢驗，構建GM（1,1）模型，進一步計算出預測值列，檢驗預測值，以此借助灰色理論模型完成預測工作，繼而得出市政基礎設施工程施工工序工時情況。

“三聚氰胺事件”之后，中國奶業政策的一大舉措就是規范生鮮乳的銷售秩序。主要手段是根據域內乳企的加工能力和現有的養殖場存欄量劃分生鮮乳交易的對象，使養殖場和乳企一一對應，促使乳企和養殖場之間簽訂長期銷售合同。為保證合同執行，一方面政府嚴查“擾亂收購秩序”的行為，另一方面乳企通過保證收購的承諾、賬期和對中斷交奶的懲罰措施來維系雙方的交易。同時，政府和奶業協會等作為第三方允諾幫助雙方協商公允的價格。然而，實際執行中，幾個方面的不對等導致養殖者的談判力不斷弱化。

1.3 尋找關鍵線路

為確保市政基礎設施工程可順利推進，充分發揮出3D 數字化管理技術應用價值，應在確定工時后尋找關鍵線路，定位市政基礎設施工程建設期間的關鍵工序。尋找關鍵線路是最為常用的方法為網絡計劃技術，應用雙代號網絡圖，從多條線路中找出耗時最多的工序線路，將其定義為市政基礎設施工程關鍵線路，通常情況下，可采用線路加粗的方式在雙代號網絡圖中將關鍵線路標出，在此基礎上定位關鍵工序，計算關鍵工序工時用長，此時可通過縮短關鍵工序時間縮短整個工程工期[2]。

1.4 確定顯著性項目

確定關鍵線路并找出關鍵工序后，需進一步結合CS 理論確定市政基礎設施工程中的顯著性項目。此時應站在經濟性角度上，考慮工程工序施工成本，分析成本預算，找出市政基礎設施工程中成本支出最大的施工工序，以此找出市政基礎設施工程中的顯著性項目。顯著性項目確定流程如下：（1）以工程量清單為依據分析單項工序，并將其整理；（2）計算各項工序成本；（3）對市政基礎設施工程總成本進行計算；（4）基于上述數據計算工序平均成本；（5）找出成本大于平均成本的工序，該部分工序可能為市政基礎設施工程的顯著性項目；（6）從上述工序中找出在總項目中占比超過20%的工序，該部分項目則為顯著性項目。

1.5 搭建數據庫

從工期、成本、質量、安全、環保五個方面進行分析，搭建“五控”保障機制，并制定相應的施工管理目標，具體如表1所示[3]。完成“五控”目標確定后，分析市政基礎設施工程中可能出現的各種問題隱患，并制定預防解決措施，搭建數據庫。

2 3D 數字化管理技術在市政基礎設施工程中的應用實例分析

2.1 工程概況

為增強3D 數字化管理技術在市政基礎設施工程中的應用分析實踐價值，本次選取某市政基礎設施工程進行針對性分析。該市政基礎設施工程為路橋項目，地處丘陵區域，為雙向六車道，道路寬40m，整體路面為瀝青混凝土材料鋪設，設計時速50km 每小時。在該路橋項目中，橋梁部分全長1100km，右幅橋與左幅橋分別設置為30—40、30—37m的預應力T 梁橋。該橋梁結構T 梁梁肋均采用直線預制的方式進行生產，預制T 梁頂部寬度為1.8m，橋梁橋墩為樁柱墩接蓋梁，共有三種規格，第一種橋墩墩柱直徑、樁基直徑分別為1.5m、1.8m；第二種橋墩墩柱直徑、樁基直徑分別2.0m、1.8m；第三種橋墩墩柱直徑、樁基直徑分別為2.2m、2.0m。在案例橋梁項目中，水中樁施工與樁基深長樁施工均借助鉆機成孔工藝進行施工，并采用導管法實現混凝土的管柱施工，軟巖部分運用鑿巖機進行開挖，硬巖則爆破開挖[4]。預制梁完成集中制作運輸至現場后，應用龍門吊設備移動存梁。在案例施工中，為保障該路橋市政項目可順利完工，引用了3D 數字化管理技術。

2.2 搭建3D 數字化管理技術體系

2.2.1 工序優化

采用網絡計劃技術對案例路橋市政工程項目施工工序進行分解與優化，厘清各施工工序之間的關系，并運用網絡計劃圖進行呈現，找出關鍵線路，在此基礎上進行工程資源分配，使該工程項目盡可能應用最低的資源量完成施工，以此提升工程經濟效益。運用網絡計劃圖進行工序分解優化，按照工程設計提高施工效率，保障施工進度，以此促進“五控”目標的實現，若施工進度無法進一步優化，則需做好資源配置利用工作，減少資源損耗。從人力資源角度來看，應做好人員配置，實現用工均衡。對資源應用情況進行調整，避免出現某一工序資源需求量過高的情況，防止出現資源緊缺現象。對上述內容完成優化后，從不同角度優化市政基礎設施工程項目計劃方案，爭取實現低成本、短周期，并提高工程資源的最大化利用，以優化方案為依據對各項工序進行分解。案例路橋市政工程項目施工工序分解情況及計劃工作日情況如表2所示。

表2 案例路橋市政工程項目工序分解及計劃工作日情況

在案例路橋市政工程中，采用灰色理論模型進行工時預測，對路橋領域相關資料進行搜集，將其歸納整理，根據相關數據搭建灰色理論模型，并分析路橋施工發展趨勢及運行過程，以此保障工時預測效果。在灰色理論模型預測分析期間，主要通過系統預測、災變預測、區間預測、波形預測、數列預測的方式分析已知數據。灰色理論模型預測方式適用于資料數據較少的工序中，如若某工序所采用的工藝技術較為新穎先進，則可借助灰色理論模型預測。在灰色理論模型過程中，根據案例路橋市政工程現有數據列出動態微分方程，后對工序發展展開分析預測，在此基礎上得出該工序用時消耗情況。灰色理論模型工時預測方式解決了傳統方法無法完成的工序工時確定工作，在資料不全面情況下尤為適用，且可通過灰色理論模型精準化驗算保障預測精度，對數據量及外部因素無特殊要求。在案例路橋工程中，以T 梁安裝工序為例，灰色理論模型預測結果如下：工序進度平均2.28 榀/工日，左幅橋梁T 梁、右幅橋梁T 梁分別為287 榀、330榀，故左幅橋梁T 梁、右幅橋梁T 梁施工工時分別為126 工日、145 工日。

2.2.3 繪制網絡圖

在工序預測基礎上，運用網絡計劃圖分析關鍵線路，定位關鍵工序，并運用3D數字化管理軟件對路橋結構進行仿真漫游演示，如圖1所示。在案例路橋市政工程中，關鍵線路與關鍵工序為：左幅橋梁樁基礎施工、場地平整施工、右幅橋梁樁基礎施工、臺柱梁施工、地系梁施工、左幅橋梁T 梁安裝施工、右幅橋梁T 梁安裝施工、現澆梁施工、附屬工程、鋪裝瀝青層、伸安裝縮縫、試驗與驗收。上述關鍵工序總工期共計731 工日。

圖1 案例路橋市政工程仿真漫游演示

2.2.4 確定顯著性項目

對案例路橋市政工程項目工序進行分析，制定施工方案，根據現有造價資料，得出各項工序的成本預測工作。以“均值理論”為指導，計算各項工序的平均成本，用平均成本數值除以工序預算設置，將數值結果大于1 的工序視為顯著性項目，案例路橋市政工程共有7 項顯著性項目，即預制T 梁、左幅橋梁臺柱梁施工、左幅橋梁地系梁施工、左幅橋梁樁基礎施工、右幅橋梁樁基礎施工、右幅橋梁地系梁施工、右幅橋梁臺柱梁施工。在實際施工期間，需針對上述顯著性項目做好成本控制工作，盡可能縮減成本。

2.2.5 建立數據庫

對“五控”目標進行動態化追蹤，了解“五控”管理工作實際情況，階段性計算“五控”目標完成情況，便于總體把控。根據以往建設經驗建立問題對策數據庫，在實際施工期間重點把控，待工程驗收時計算“五控”目標完成度，案例項目整體目標情況良好。

3 結束語

綜上所述，應用3D 數字化管理技術時，應立足于市政基礎設施工程實際情況，搭建符合工程實際情況的技術體系，從工序分解優化、確定工序工時、尋找關鍵線路、確定顯著性項目、搭建問題原因數據庫，使市政基礎設施工程建設要點直觀清晰地呈現出來，以此確保市政基礎設施工程可有序建設。案例工程項目采用3D 數字化管理技術后，工期、成本、質量、安全、環保5 個方面均得到良好管理控制。