信息化技术在大型城市交通枢纽施工中的应用

吴兆炜 （中铁四局集团第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言与项目概况

随着科技的发展，信息化技术在建筑业的应用已然成为其发展的主要趋势，为了转变当前建筑业粗放的管理模式，深入推进信息化技术在施工中的应用，成为当前一种有益的尝试。

淮安东站综合客运枢纽项目是以高铁站为核心，公路长途、快速交通、轨道交通、出租、公共停车等为一体的综合客运交通枢纽。工程位于江苏省淮安市生态文旅区，除区间盾构外，整个范围在高铁站以西，高铁路（西五路）以东，丁庄路以南，牛庄路以北，长约610m，宽约260m，项目占地总面积为158600㎡，地下建筑面积约190800㎡。主要工作内容包括：市政配套工程、站前广场及地下空间工程、进出站匝道及市政道路工程、游客集散中心工程、装置装修及设备安装工程、景观绿化工程等单位工程，项目总投资约为23亿元。项目体量大，难度高，单纯应用传统的粗放施工已很难满足现场实际需求，急需引入新的管理方式与手段。

2 智慧工地建设思路

智慧工地是指运用信息化手段，通过三维设计平台对工程项目进行精确设计和施工模拟，围绕施工过程管理，建立互联协同、智能生产、科学管理的施工项目信息化生态圈，并将此数据在虚拟现实环境下与物联网采集到的工程信息进行数据挖掘分析，提供过程趋势预测、专家预案与多平台展示，从而改变原有粗放的施工管理模式，满足现场日常业务管理需求，实现工程施工可视化智能管理，以提高工程管理信息化水平，从而逐步实现绿色建造和生态建造（图1）。

图1 智慧工地集成管理平台组织架构图

2.1 满足现场，方便监管

项目现场管理中，需要同时处理人员、材料、机械、物资、成本、质量、安全等方方面面的要素，内容庞杂繁复，传统管理模式下，管理者往往力不从心，很难面面俱到。智慧工地以满足现场应用为基础，基于现场数据为项目集成监管与决策分析提供支持，方便管理者从总体上对现场施工进行把控。

2.2 建立制度，指挥全局

建立信息化工作流程制度，保证后期相关工作得以顺利开展。建立满足于项目信息化系统管理需求的信息化指挥中心，用于项目信息化系统的办公，通过后端系统对项目生产进行协同管理，实现现场与信息化中心互动，提升项目管理信息传输的及时性和准确性。

2.3 整体规划，分步实施

本项目从人员、机械、物料、技术、环境五大管理要素入手，对智慧工地建设进行整体规划，确立了“服务现场施工，指导项目决策”的整体建构思路。由于项目体量大，智慧工地建设不可能一步到位，在初期阶段就确定了分步实施的模式，优先解决现场施工中亟待解决的突出矛盾，如场布、算量、钢筋细化等，在初期建设完成后，根据现场实际使用的情况反馈，对系统进行优化，并开始后期建设，最终完成信息化技术在本项目的落地与应用。

3 应用情况

本项目采用集团公司自主开发的智慧工地管理系统，充分发挥单点登陆的优势，集成安全、质量、进度、人员、机械、物料、成本等各管理系统，利用移动互联、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术，实时监控施工现场生产进度、重点设备、人员管理、绿色文明施工等动态信息，逐步改变传统施工现场参建各方现场管理的交互方式、工作方式和管理模式，形成基于项目的综合管理平台。结合各类子系统应用实现信息有效触达、问题及时跟进、工地有序管理，打造安全可靠、绿色环保的工地（图2）。

图2 智慧工地管理系统

3.1 施工方案策划

3.1.1 施工前的方案策划与优化

在正式施工前，利用BIM技术对项目周边场地和不同施工阶段的施工情况进行建模，针对不同施工阶段的施工组织设计进行三维预演，综合分析人员、物资、机械设备等各方面施工要素，及时发现现有方案的问题与不足，全面优化并完善施工组织设计（图3）。

针对施工方案，以匝道桥连续梁支架施工为例，通过BIM技术，对支架方案进行布置模拟，并通过Midas有限元建模计算验证支架结构受力与变形的可靠性，同时也实现了直观地向现场施工交底（图4）。

3.1.2 复杂节点的深化设计

站前广场深基坑采用两层混凝土环撑、格构柱与地连墙、TRD、围护桩组合结构形式进行支护，在施工前期通过建模发现，混凝土环撑与格构柱节点处钢筋存在交叉碰撞。

图3 施工场地布置效果

图4 匝道桥连续梁支架受力分析计算

综合考虑施工可行性与经济性，决定采用在格构柱上加焊加强钢筋，用以连接支撑主筋，从而保证主筋受力不受影响。混凝土撑与格构柱复杂节点共1210个，采用BIM参数化建模对其进行模拟并出图，替代了传统CAD平面绘制的形式，对1210个节点进行分类，通过建立标准的节点模型将钢筋布置信息参数化，其钢筋规格和钢筋布置数量通过既定公式生成，大大提高了深化效率（图5）。

图5 环撑节点钢筋详细设计

3.2 安全质量管理

3.2.1 安全质量隐患排查治理系统

当质量员在现场发现质量问题，可通过移动端定位节点模型，并拍摄照片，发送系统。系统及时将问题推送给相关责任人，待整改完成后上传整改照片，系统闭合问题。安全员每天巡视施工现场，发现安全隐患后拍照上传，系统推送给相关管理人员及时进行整改。同时，可通过PC端梳理问题整改情况，并对其有针对性的采取措施，从而保证工程安全与施工质量。该系统由集团公司自主开发，已在公司各项目中广泛推广使用（图6）。

图6 安全质量隐患排查治理系统

3.2.2 VR安全教育系统

基于VR技术开发的场景漫游和安全教育系统，直观展现现场施工和危险源，加深施工人员印象。当体验者戴上VR眼镜后，会置身于整个工程中，可以在虚拟场景中随意走动，切实感受工程施工中的危险。相比于传统的安全培训，VR技术可以激发工人参加安全体验的兴趣，工人对安全事故的感性认识也会增强，从而提高安全教育的效果。

3.2.3 工序虚拟质量样板交互系统

基于BIM技术开发的工序虚拟质量样板交互系统是根据施工标准，展示在本项目中所采用的材料及其质量、施工工艺、施工流程、技术水平及施工质量。样板主要包括主体结构样板、砌体抹灰样板、楼梯样板、屋面样板、电气预埋样板、基础样板、装饰抹灰样板、地下室样板、独立柱样板等数十种样板。通过触摸屏幕可以模拟搭建过程，方便了解结构的细部构造，这不仅是展示施工工艺、明确施工质量、展现施工流程、探索施工技术的一种有效手段，也是向外界展示工程品质和企业形象的广告牌。

3.3 工程施工与进度模拟

3.3.1 形象进度管理系统

图7 进度形象管理系统

在BIM进度管理系统中，可在进度视图中直接对工作进行模拟仿真，能够更形象地展示工作进度，发现工作间逻辑关系的合理性。同时，将项目资金信息、材料预算、人员机械配置等关键信息与模型进行关联，进度展示的同时可直接反映预算费用、资源配置与实际的偏差。当出现较大偏差时，可过滤不相关构件，选择相关工作进行单独分析比较，找出引起较大偏差的原因。同理，经多方面分析协调后的各级进度计划，可作为相应目标计划用于进度控制，用来比较实际施工进展情况（图7）。

3.3.2 重难点施工工艺模拟

站前广场占地约5.7万㎡，最大挖深达18.9m，涉及围护结构施工、土方开挖、支护结构施工、主体结构施工等工况转换，是整个项目进度控制的核心。

通过将施工组织设计中的土方开挖方案与工况模型进行整合，通过Navisworks进行4D模拟施工，从而直观展现施工部署和施工顺序，在施工中可与实际进度进行对比。

采用Revit和Sketch Up精确建模，再用Lumion和Navisworks优化渲染，深入展示了站前广场全过程施工工艺，将一些复杂节点的施工直观生动的展现出来，从而提高交底效果（图8）。

3.4 人员管理

基于项目人员信息管理系统，实现人员的出勤、薪酬等管理，在基坑出入口布置闸机，通过人脸识别，实现现场人员进出控制，最大力度提高人员管理效率，切实提高管理水平。

3.5 特种设备全要素智能控制

3.5.1 塔吊安全监控系统

从建筑施工塔吊的选型开始，到塔吊完全拆除位置的生命周期中，塔吊全过程安全监督管理系统（简称塔吊监控系统）全程应用，通过信息化手段进行塔吊安全备案管理、塔基和附着设计与施工、塔吊运行全过程监控记录、塔吊安装拆除过程防倾覆控制、群塔防碰撞的一整套监控系统，系统由植入式硬件设备和专业设计分析管理软件共同组成，体现对塔吊一个生命周期的全过程监控，从而达到安全生产的根本目标。

3.5.2 盾构云系统

从进场到撤场，盾构云系统全程监控盾构机的状况，能让项目相关人员实时掌握项目盾构的最新情况，查看盾构设备的运行、报警、姿态、时效等一系列重要信息，从而提高工作效率，降低管理成本，确保项目的质量和工期（图9）。

图8 地下空间主体结构施工模拟

3.6 物资管理

物资管理主要是对生产材料进行统计、库存预警和成本核算。每次材料进场后，由系统管理人员输入进场数量，作为存量，当有材料消耗时，物资管理人员发出出库指令，系统在存量里扣除出库材料量。系统为存量设置一个预警值，当存量少于预警值时，系统以手机短信的形式发送给相关人员报警信息，信息内容由系统管理人员设定。每月对材料消耗进行统计核算，月末材料管理人员对材料进行统计，并将统计数据输入平台，平台对理论值和实际库存数据进行比较分析。

3.7 工程算量与成本管理

3.7.1 广联达工程算量系统

传统手工计算工程量，要经过熟悉图纸、列算式、分项计算并汇总，极为费力费时，需要极大的细心和耐心，效率低下且极容易出错。本项目应用广联达工程算量系统，对项目进行建模，系统自动计算、自动套用定额子目并生成工程量清单，实现了构件交接处的自动扣减，实现了工程量的自动分类汇总及报表输出，极大地提高了工程算量的效率与准确率（图10）。

图9 盾构云系统

图10 广联达算量系统在项目的应用

3.7.2 工程项目成本管理系统

本项目应用集团公司开发的工程项目成本管理信息系统，基于算量数据，涵盖劳务、收方、材料、物资、机械等方面，实现对工程成本的全过程精准把控。项目工程、工经、物机、财务等各职能部门通过管理系统进行测算、汇编、分析，得出项目成本管理信息，指导现场施工管理。这样提高了管理效率与管理人员素质，也改变了手工做账、定期兜帐的传统成本管理模式，利于成本控制。

3.8 现场绿色施工管理

本项目基于塔吊开发了塔吊自动喷淋系统，在塔吊上安装喷淋装置，通过传感器监控现场施工环境，当扬尘达到设定值时，系统自动启动喷淋装置，对现场进行除尘作业。此外，在必要时管理人员也可手动控制喷淋系统。在进出口布置洗车平台，对驶出车辆进行洗车作业，以达到绿色施工与环境保护的目的。

3.9 数字指挥与现场监控

3.9.1 数字指挥系统

在信息化中心中布置了数字指挥调度系统，将各子系统的数据进行汇总分析，用以辅助项目决策，通过该系统，现场施工管理人员就可在线发布接收生产指挥信息，提高项目生产管理能力（图11）。

图11 数字指挥系统（左为PC端，右为移动端）

3.9.2 AI远程视频监控

通过BIM平台集成了视频监控系统。在关键工序和高风险工序作业位置安装具有AI行为采集识别高清摄像头，实时将现场施工情况视频传输到项目信息化中心，24小时掌握项目工程进展情况、施工重难点及所存在的风险源，实现对作业现场的实时监控和信息的及时传递。

4 应用价值

智慧工地系统在项目的应用，顺应了当前工程建设潮流，为项目生产管理创造了其特有的价值，具体体现在以下几方面。

4.1 提高了项目管理效率

智慧工地通过BIM、云计算、大数据、物联网、移动应用和智能应用等先进技术的综合应用，为项目各部门提供了便利，提高了各部门的管理效率。各个子系统的应用，实现了对项目生产各环节的有效把控，让施工现场感知更透彻、互通互联更全面、智能化更深入，提高了项目管理效率。

4.2 增强了综合管控能力

通过数字指挥系统，可以对项目有一个整体的认知与把控，其提供的现场数据为项目决策提供依据，同时，依托指挥系统在线发布接收生产指挥信息，有效增强了项目综合管控能力。

4.3 促进了企业管理水平

智慧工地有助于实现施工现场“人、机、料、法、环”各关键要素实时、全面、智能的监控和管理，有效支持现场作业人员、项目管理者、企业管理者各层协同和管理工作，提高了施工质量、安全、成本、进度的控制水平，保障工程质量，实现质量溯源，促进诚信大数据的建立，有效促进了企业施工管理水平。

5 结语

基于BIM平台的信息化技术的应用是建筑行业发展的方向和趋势，其核心作用就是将现场有效的信息进行整合和分析，用以辅助管理者决策。在本项目中，从前期的方案策划到现阶段施工管理都发挥了重大作用，与传统施工管理相比，明显提高了有效信息的利用率，从而提高了施工质量和施工效率，降低了施工成本，减少了施工安全风险，对实现安全文明施工起到了积极作用。后阶段将深入推进，尝试加入其他专业的应用，使信息化技术在施工中发挥新的作用，对其他项目提供借鉴。