“智慧工地”助力北京大兴国际机场建设

兰文臣，王振宇，张志威，李 阳，夏海杰，刘 杰

（中国建筑第八工程局有限公司华北分公司，天津 300000）

0 引言

21 世纪是信息技术的时代，基于物联网技术、BIM 技术、移动终端、实时定位、云计算、大数据等信息技术的“智慧工地”系统可以使建筑工地变得更加智慧便捷。目前整个建筑行业对“智慧工地”的渴望日益增涨，且各地政府也纷纷出台了管理办法，强制或非强制地要求加强“智慧工地”建设。本文将重点论述大兴国际机场停车楼及综合服务楼工程建设过程中，如何通过“智慧工地”系统实现节能环保、节约成本、提高质量、按时完工等目标，进而为工程的建设增值［1］。

1 工程概况

北京大兴国际机定位为大型国际枢纽机场，具有重大意义。停车楼及综合服务楼工程（以下简称“本工程”）由中国建筑第八工程局有限公司施工总承包。主要由地下的轨道交通北段及地上的东西两个停车楼、中间的综合服务楼三大部分组成。其中地下轨道交通（北段）约 10.7 万 m2，两个停车楼 26.4 万 m2；综合服务楼又分为酒店和办公两部分，建筑面积 13.2 万 m2。停车楼及综合服务楼工程效果图如图 1 所示。

图1 停车楼及综合服务楼工程效果图

2 “智慧工地”助力工程建设

2.1 “智慧工地”助力进度管理

本工程总面积约 50 万 m2。从土方、桩基施工开始直至装修阶段，工程体量都十分巨大、工序穿插频繁、周转料具和材料用量巨大、专业分包单位多，工期任务紧，给施工组织带来很大困难，施工过程中采用了 4D+进度管理模式进行进度管理。首先，需将项目工作任务分解并逐步展开，并与工期的时间参数（最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间、总时差和自由时差）与总进度计划中所需要的劳动力、机械设备、材料等主要资源关联起来。其次，需要基于 BIM 技术建立虚拟建造流程，面向对象所见即所得，更符合人类直觉的使用习惯［2］。最后，透过 BIM 模型对虚拟建造过程的分析，合理地调整施工进度，更精准地控制现场的施工与生产。土方开挖阶段，模拟开挖顺序及出土路线，指导现场施工安排；主体施工阶段，模拟混凝土施工流水段走向，优化施工顺序，有力保障了工期节点顺利完成；工程收尾阶段市政道路介入，模拟确定配套施工过程，保证施工安排合理。本工程在施工过程中，通过 4D 工期模拟，提前规划各专业作业面及插入时间，从而使实际竣工日期较合同约定的竣工日期提前 15 d，减少了工期风险。4D 工期模拟如图 2 所示。

图2 工期模拟

2.2 “智慧工地”助力施工平面管理

本工程为在农村耕地的区域规划新建的超大规模机场枢纽及相关配套工程，建设工地周边无市政道路、无相关配套雨污水设施，施工运输和配套条件非常差。中标时相邻南侧标段已经开始结构施工，现场东、南、西三侧无施工场地可用，仅北侧有施工场地。随着机场市政工程的开展，周边高架桥、道路、轨道交通相继开工，多次面临无施工道路的情况。为解决这些难题，项目部应用 BIM 技术模拟建设办公区、生活区、施工现场，直观反映施工场地布置效果，为决策提供第一手资料。通过合理布置场地，提高了场地利用率，优化了临建施工顺序。在施工场地布置过程中，项目采用无人机航拍技术，直观反映并记录现场进度及场地使用情况，辅助现场布置管理。施工现场平面布置效果如图 3 所示，由无人机航拍的施工现场实际布置照片如图 4 所示。

图3 施工现场平面布置效果

图4 施工现场平面布置照片

2.3 “智慧工地”助力安全管理

安全管理一直是建筑工程项目管理的重点。由于本工程体量巨大，地下结构施工中有多达 21 台塔吊同时作业，且跟标段相连，塔吊相互影响、相互制约，对现场塔吊等起重设备的安全管理更是重中之重。项目实施过程中对塔吊和临时用电采用专人负责制管理，落实塔吊各项验收和检查。并在塔吊上安装防碰撞系统。该系统采用 17 位高精度绝对值编码器，与塔吊回转平台紧密结合，计算塔吊的回转角度。通过实时采集塔吊高度、幅度信息，能够快速、准确地判断塔吊群内多台塔吊的实时状态并实现群塔防碰撞功能。群塔中的某台设备断电或通讯中断时，当周围塔吊的塔臂进入到和该设备交涉的区域后会进行声光报警来提示司机进入到危险区域，请司机小心驾驶。塔吊防碰撞系统的应用在很大程度上降低了本工程群塔施工作业的安全隐患［3］。塔吊防碰撞系统的监测平台如图 5 所示。

图5 塔吊状态实时监控

项目部还在现场办公区设置模拟工地安全区教育培训体验馆，针对施工现场的操作设备和环境，都有相对应的 VR 交互体验内容，目的是让体验者能够虚拟沉浸式体验工地安全区的每个项目，以达成操作安全教育及培训。VR 实景让体验者如同身临其境，这是目前传统的安全教育培训无法提供的。VR 实景体验如图 6 所示。

图6 实景体验

2.4 “智慧工地”助力质量管理

在工程质量管理中，为保证工程的总体质量，必须严控每一种材料、每一道工序的质量。本工程的质量创优目标为确保鲁班奖，这就要求每一道施工工序必须精益求精。为了确保达成本工程质量目标，项目部建立了质量管理交互平台。质量工程师在现场进行质量检查时，将某一施工工序的问题拍照并上传平台，指定相关责任工程师进行解决，解决完成后将整改照片再一次上传，并组织验收，提高现场验收和问题整改的效率；通过扫描混凝土构件上的二维码，可在质量管理交互平台查询相关质量检查信息并追溯施工过程，避免费时费力查阅传统的纸质资料，提高了质量管理的效率；施工交底内容上传到平台，在现场布置二维码，工人可随时查阅学习交底，相比于传统的纸质交底更加有趣味性而容易被现场施工人员接受。项目部还应用了 3D 打印技术，进行更加直观的可视化交底，把控施工全过程，提高施工质量。质量问题交互如图 7 所示，混凝土构件信息二维码如图 8 所示，现场悬挂的二维码交底牌如图 9 所示，可视化交底如图 10 所示。

图7 质量问题交互

图8 混凝土构件信息二维码

图9 施工现场二维码交底牌

图10 可视化交底

2.5 “智慧工地”助力劳务实名制管理

针对建筑市场发展趋势，推动项目绿色施工，安全管理信息化，切实实现建筑工地的实名制管理，利用“互联网+安全”技术已成为操作简单快捷的管理方式。本工程高峰时期共有 20 余家专业分包及劳务分包单位同时施工，高峰时期现场施工人数超过 5 000，如此大规模的施工人数给项目的劳务实名制管理带来挑战。为此项目部成立了劳务通研发小组，联合第三方软件开发单位合作研发建筑工地劳务通安全管理软件，创新使用“诸英台”劳务通手环，该手环可以作为工人日常考勤、入场教育及班前教育、日常消费的工具，使安全之星评选与工人的日常生产生活相结合，使实名制落地。此外，与手环配套的“诸英台”APP 可方便工人接收教育培训通知，查看钱包余额、消费记录等。项目部可利用“诸英台”APP 进行现场安全巡检，对现场安全管理有突出表现的作业人员发放“安全之星”，当月获得奖励星数排名前五的人员将被评选为“月度安全之星”，在项目所有工人的 APP 首页展示 24 h，以示模范激励；对现场存在违章作业的人员利用“诸英台”劳务通手环形成作业不良记录，以进行安全检查处罚，成功将劳务实名制管理与安全管理相结合。通过 AAP 表彰安全行为的流程如图 11 所示。

图11 安全行为表彰流程示意图

2.6 “智慧工地”助力物资管理

管控好进场物资数量验收对降低项目成本、增加经济效益极为重要。本工程物资用量庞大，若采用传统的物资管理流程，则会出现造成物资账务效率较低的问题。针对此问题，项目引入物资称重计量管控系统。在材料过磅时，本系统可以拍摄视频、照片等影像资料，并上传到系统数据库。在材料进场的计划数量与实际数量不符时，系统还可以进行对比分析并且自动报警。此系统在材料过磅时也可以进行实时的数据分析，生成材料进场相关报表，极大地提升了工作效率和准确性，减轻了材料管理者的负担。通过实现手机 APP 功能，可使管理者随时关注项目动态，验收不合格提醒、物资偏差过大、正常预警信息等等平台的丰富功能都可在手机实现。在移动互联网的时代，手机 APP 给管理者在提高了工作效率的同时给予管理者最新最准确最快速的数据，使得在管理层面更能发挥引领、指导的作用。目前通过物资称重计量管控系统已累计称重约 3.5 万车次，提高了项目效益。物资称重计量管控系统如图 12 所示。

图12 物资称重计量管控系统

2.7 “智慧工地”助力深化设计管理

本工程设备管线安装工作量巨大，初始设计各专业管线碰撞和管线与结构碰撞非常严重。机电专业全面使用 BIM 模型进行全区域管线综合排布，利用移动设备及 3D 交底卡等手段对工人进行交底，施工完成后利用模型进行现场验收，做到模型与现场 100 % 的一致性。利用 BIM 技术，经过安装综合深化设计，解决了各专业管线碰撞问题，并且提高了地下室管线标高，使地下室使用高度由原来的 2.5 m 提升到了 2.7 m，管线排布更加合理美观，受到业主表扬。项目部还利用 BIM 技术对全部砌筑排砖进行了深化设计，提前进行洞口预留及管线预埋工作，确保一墙一图，精确指导砌筑作业，避免了后开洞的情况。弧形走廊管线种类多，净空高度要求高，利用 BIM 技术模拟计算各管道弯曲半径，数据发送至加工厂，实现预制化安装［4］。3D 交底卡如图 13 所示，砌筑排砖如图 14 所示。

图13 3D 交底卡

图14 砌筑排砖图

本工程综合楼屋面为双曲造型，项目应用 Tekla 软件进行了精确建模，确保构件尺寸准确。针对钢结构专业建立了基于 BIM 模型的深化设计流程，基于 BIM 模型出具材料清单，确保下料准确。钢结构模型如图 15 所示。

图15 钢结构模型

2.8 “智慧工地”助力绿色施工

本工程在施工过程中采用了传统的视频监控设备与大数据连接相结合的方式，利用本系统可实现声光报警、噪音监测器、扬尘监测器、监控摄像机、语音对讲等一系列施工现场数据传输至电脑终端数据显示，本系统还可以通过手机 APP 远程监测控制，使用方便。施工过程中有效地控制了粉尘，降低粉尘浓度，改善施工现场环境，对促进安全生产，保障维护环境卫生等具有重要的作用。通过设置参数条件，在实测数据达到后，可以报警或启动相应的联动设备，达到预防和干预效果。同时，基坑、建筑主体、塔吊吊臂等位置细水雾喷淋系统，实现施工现场扬尘综合治理。项目部还建立了可在工地现场实现整体视频监控的系统，总公司可以通过此系统随时监控现场施工情况及施工进度，而手机软件的启用，使数据实现共享，让项目及公司管理人员可以在任何时间和地点使用此系统。

实现从公司远程监控施工现场情况及施工进度，通过在智能手机上安装手机 APP 管理软件，使管理员随时随地使用本系统的功能，通过在电脑终端上安装主控软件，在本地也可以实时观看视屏监控的数据。扬尘监测器如图 16 所示，视频监控系统如图 17 所示。

图16 扬尘检测器

图17 视频监控系统

3 结语

在北京大兴国际机场工程建设中，“智慧工地”在工程进度管理、现场平面管理、安全管理、质量管理、物资管理、绿色施工管理、劳务实名制管理、深化设计管理等方面都发挥了不可替代的作用。目前通过“智慧工地”建设，本工程已取得了“2019 年度中国钢结构杰出大奖金奖”“2019 年中国质量协会五星级现场”“2018 年北京结构长城杯金奖”“2017 年度北京市绿色安全样板工地”“2017 年度全国建筑业绿色建造暨绿色施工示范工程”等一系列奖项。“智慧工地”的建设使工地更具有智慧，减轻了现场管理过程中对人的依赖，大幅度地提高了管理效率。本工程建设“智慧工地”的经验也可为国内外其他大型国际枢纽机场工程提供参考意见。