复杂地下工程的数字化管理与应用研究

何晓垒

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 200433）

0 引言

随着科技的进步，信息技术迅猛发展，土木工程大数据战略在建筑工程领域被大范围地推广和实施。一些先进企业在建筑施工中，已开始探索应用计算机远程控制和辅助管理等进行施工组织管理。特别是在一些专业施工中应用了计算机信息处理和自动化控制等先进技术，不仅降低了成本，减轻了工作强度，而且克服了传统施工方法难以解决的复杂问题，使一些高难度的施工项目得以完成。复杂工程建设中信息化技术应用管理已是必然，施工现场无纸化、工地管理数字化已是趋势。

淞沪路-三门路下立交工程数字化工地是基于物联网技术并结合市政地下工程的项目管理与工程施工建造而开发的数字化管理系统，研究了人员、设备及流程（包括但不限于安全文明施工管理）管理等方面的数字化管理方法。

1 数字化工地建设概况

1.1 工程概况

淞沪路-三门路下立交工程位于上海市杨浦区北侧淞沪路-闸殷路上，工程采用双层Y形下立交，选择闸殷路-淞沪路南和淞沪路北-淞沪路南方向设置主线与匝道，下立交布置为双层地下结构。其中沿淞沪路-闸殷路方向布置下立交主线，位于上层车道，在与下层匝道高差完全分离后，上穿匝道南侧顶管工作井，之后上跨匝道和轨道交通10号线后转入闸殷路，主线全长约860 m。沿淞沪路方向布置下立交匝道，位于下立交下层车道，于政立路以北从主线两侧分出，下穿主线后迅速汇合下穿合流污水管及原规划轨道交通17号线，东侧紧贴10号线（江湾体育馆站-三门路站）盾构区间，匝道全长约770 m。

1.2 数字化工地建设目标

淞沪路﹣三门路下立交工程施工战线长，全线紧邻轨道交通10号线，周边高层众多，地下管线复杂，主体结构全线（包括矩形顶管段）位于②3-1砂质粉土，施工风险极大。为更好地管控施工风险，减小施工对轨道交通10号线及周边管线、建筑的影响，该工程开展数字化样板工地，最大化实现数字化管控。

该项目旨在构建一套“数字化工地管理系统”，对项目的人员、设备实现精细化管理，从而达到以下目标：

（1）提高施工效率，减少施工浪费，节约建设成本，提高施工质量。

（2）降低施工错误率，减少安全隐患，降低事故发生率，提升工地施工安全度。

（3）帮助管理人员更加精准、高效地计划、决策和监管施工进度，提高项目管理效率。

2 数字化工地管理系统应用原理

数字化工地管理系统是将传统现场安全文明施工管理、视频监控系统结合数字化人员、设备定位监控系统形成的数字化管理平台，利用无线脉冲定位技术，实现施工围挡内的人员、设备的精准定位，通过现场布置的Wi-Fi系统、定位系统及后台平台的数据传输与处理，完成整个系统的运转，以实现现场人员、设备及流程（包含但不限于安全文明施工）的数字化管理。

2.1 定位系统

定位系统由定位基站和定位传感器组成。定位传感器发出射频信号，被周围的定位基站接收。定位基站通过Wi-Fi，将接收到的信号数据传输到云端，从而云端便可计算出定位传感器所在的位置。

淞沪路﹣三门路下立交工程由三块施工区域构成：淞沪北段长约437 m，宽约35 m；淞沪南段长约 386 m，宽约29 m；闸殷路段长约255 m，宽约40 m。具体架设方式为,在三块施工区域中，分别架设一台Wi-Fi基站，在办公区架设一台Wi-Fi网桥。基站和网桥之间通过无线的方式进行信号的中继、汇总和交换。和Wi-Fi系统一样，定位系统也需要对三块施工区域进行信号全覆盖。具体部署方式是，在每块施工区域的两条长边上，每隔50 m安装一台定位基站，基站通过Wi-Fi与云端进行数据通信，如图1所示。

图1 定位系统及Wi-Fi系统的布置

2.2 系统总览及简介

通过架设Wi-Fi系统，实现施工工地的无线覆盖；通过架设定位基站，实现施工工地的定位覆盖，如图2所示。Wi-Fi和定位系统全覆盖以后，当带有传感器的工帽、机械设备、主材、危险品等进入施工区域后，其位置信息便被定位系统捕获，并通过Wi-Fi系统，将数据传输到云端，云端根据位置数据从而计算出其精确的位置。

图2 系统总览图

通过对这些位置数据进行不同的分析和处理，便可实时判断和反馈施工过程中是否出现违规行为、工程现状如何等各种有意义的状况。这些数据和分析都会呈现在数字化工地管理系统的PC端和移动端系统内，由项目管理人员进行实时监控和指挥。同时还会根据规则，第一时间发送预警至相关管理人员的手机上，管理人员看到这些信息后，便能立即组织整改和现场调度协调。

3 数字化工地管理系统功能概述

“数字化工地管理系统”由PC端和移动端两大部分组成，主要包括人员数字化管理、大型设备数字化管理和流程管理三大功能，同时集成了视频监控系统。

3.1 人员、设备定位管理

传感器作为定位装置中的重要组成部分，安装在需要定位的设备或人员佩戴的工帽上，将二维码粘贴在定位器上，再固定到工帽里，通过数字化工地移动端APP扫描二维码，即可申领工帽。这样就可通过数字化工地移动端或PC端系统对穿戴工帽的人员进行定位及监控管理。

将贴有二维码的定位器固定在设备上，根据设备的种类不同，固定位置也不同。通过APP绑定设备。根据定位器是否发生位移，从而能够得知设备是否正在运作，以此实现设备的实时监控，如图3所示。

图3 人员、设备的定位管理

传感器的数据通过无线网络实时发送到云端，再由云端对坐标数据进行分析。根据设备与设备之间的定位规则进行实时监控及预警。在数字化工地系统的PC端，可实时显示各工种、各设备的位置，并通过不同颜色或图标进行区分。同时根据不同设备的特性显示设备的运转状态。

3.2 安全管理

为保证施工期间的安全作业，系统根据不同类型的设备制定了不同的规则进行应对，具体规则如下：将贴有二维码的定位器固定在施工范围内的危化品设备上，通过APP绑定物料，当需要使用物料时，使用者必须通过APP扫描二维码进行申领，并填写相关申领数量，以此对用料情况进行监控。当施工物料为危化品时，若未经指定工种人员领用而危险品发生移动时，则表示有安全隐患发生，系统发出预警，如图4所示。

图4 危险品管理

在大型设备上安装定位器，当其处于工作状态时，若周边未出现安全规范要求的工种人员，系统发出预警。若其他工种人员或一些不允许出现的设备（例如车辆、危化品设备等）进入其施工范围，系统同样会发出预警，如图5所示。

图5 电子围栏

系统根据上述规则发出的预警信息会实时呈现在监控页面内，同时也会将预警信息推送至相关工作人员的手机上。

3.3 人员积分奖励及教育评测管理

通过二代身份证读卡器将入场人员的信息进行采集，并通过数字化工地管理系统移动端APP扫描二维码的方式领用工帽，将人员与定位传感器进行绑定。之后便可根据施工现场的人员行为以及制定的积分机制对施工人员进行奖励和惩罚，如图6所示。人员违反积分规则，将被扣除一定的积分，被推荐优秀作业的则予以积分奖励。被举报者次数达到预定值时，需进行安全再教育培训，考试通过后方可再次入场。此外，任一进场人员需通过APP端安全教育测评方能入场。

图6 人员积分奖励及教育测评管理

3.4 视频监控

将视频监控实时录像集成到数字化工地管理系统中，方便系统统一调用和管理，显示施工现场的实时视频图像，进行更好的监控管理。

3.5 流程管理

为了降低流程管理的过多限制，聚焦于事项的快速达成一致。系统支持手机拍照上传及编辑，以简洁明了的形式展示相关项目流程。其中审批流程主要包括技术方案审批、资料审批、合同流转及付款、安全检查、质量检查、现场问题管理。流程审批中的相关工作人员可借助系统对整个施工的流程文档进行数字化管理。在流程列表页可根据不同种类的流程进行分类查询，筛选出待办事宜，同时可查看详细的工作情况及流程审批进度。流程管理模板主要针对现场安全文明施工内容予以监管，现场人员可随时针对一切现场施工问题予以拍照上报，反馈至相应责任管理人，达到实时线上监管现场的目的，促进现场的高效管理。

4 结语

该工程采用数字化管理后消除了人工管理的盲区，现场发生的违章工作都会通过信息及时传输至PC端及APP端，使项目管理人员及时制止违章行为，有效降低了安全事故发生率；该工程数字化工地管理系统的开发与应用有效促进了项目施工过程中人、机、流程管理等方面的精细化管控，提升了项目的整体管理水平，为后续类似工程的数字化管理提供了宝贵经验。