信息化技術(shù)在橋梁預(yù)制裝配施工管理中的應(yīng)用

張阿晉

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 工程背景

上海市北橫通道新建工程規(guī)模宏大，貫穿上海長寧、普陀、靜安、虹口及楊浦等5個(gè)行政區(qū)，全線工程涉及盾構(gòu)法隧道、高架道路、立交改造、地下面道路擴(kuò)容等內(nèi)容，施工范圍均為上海中心鬧市區(qū)域，其中北虹路立交、天目路立交均采用高架橋梁預(yù)制裝配施工工藝。由于工程建設(shè)須跨越現(xiàn)狀中環(huán)線、南北高架及蘇州河的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，故施工組織難度非常大，且預(yù)制構(gòu)件數(shù)量眾多（以北虹立交區(qū)段為例，預(yù)制立柱約153根、空心板梁及箱梁163片）、質(zhì)量大（以北虹立交區(qū)段為例，質(zhì)量最大的預(yù)制墩柱為95 t，預(yù)制蓋梁最大質(zhì)量為68.4 t，預(yù)制混凝土小箱梁最大質(zhì)量為140 t），大型吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)隱患多。同時(shí)，由于部分預(yù)制墩柱高達(dá)30 m，故需創(chuàng)新性采用雙節(jié)或多節(jié)立柱高空拼裝等新型施工工藝，工程施工管理面臨著很大挑戰(zhàn)。

2 工程管理重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）項(xiàng)目地處上海城市核心區(qū)，具有人口高度密集、建（構(gòu)）筑物眾多、市政管線縱橫交錯(cuò)、交通流量巨大等特點(diǎn)，施工組織及協(xié)調(diào)難度高。

2）項(xiàng)目線路長、工點(diǎn)分散，傳統(tǒng)工程管理手段無法實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，工程管理盲點(diǎn)多。

3）工程體量大，涉及眾多專業(yè)交叉施工，工程信息量巨大，人工手動(dòng)采集覆蓋面小，后期處理難度大。

4）工程項(xiàng)目以預(yù)制構(gòu)件吊裝為主，現(xiàn)場大型吊裝機(jī)械種類較多，如80 t汽車吊、160 t汽車吊、250 t履帶吊、400 t履帶吊等。同時(shí)，由于施工現(xiàn)場作業(yè)人員較多，存在眾多安全隱患，工程安全管理難度高。

5）相較于預(yù)制裝配式建筑，橋梁預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量非常大，對于現(xiàn)場吊裝機(jī)械性能、吊裝工藝及操作人員水平要求非常高，尤其是各工種之間的協(xié)調(diào)配合難度非常大。

6）項(xiàng)目參與方眾多，如業(yè)主、監(jiān)理、總承包及其他項(xiàng)目參與方等，傳統(tǒng)紙質(zhì)報(bào)表或文件溝通效率低，信息管理滯后，協(xié)同化管理不足。

7）傳統(tǒng)工程管理理念根深蒂固，較注重于即時(shí)工況管理，由于其缺乏系統(tǒng)性、全局性信息，故無法針對實(shí)際工況進(jìn)行前期預(yù)測，提前預(yù)警，項(xiàng)目智能化管控技術(shù)推廣應(yīng)用勢在必行。

為了進(jìn)一步推動(dòng)城市核心區(qū)高架橋梁預(yù)制裝配施工工藝，在深入分析傳統(tǒng)工程施工管理模式諸多弊端的基礎(chǔ)上，依托信息化技術(shù)的發(fā)展成果，本工程將大力推廣應(yīng)用新型信息化管理模式及管理手段，為城市核心區(qū)高架橋梁預(yù)制裝配施工工藝及產(chǎn)業(yè)化迭代升級提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

3 信息化管理技術(shù)實(shí)施方案要點(diǎn)

在人口密集、建筑物眾多、市政管線星羅棋布的城市核心區(qū)進(jìn)行高架橋梁預(yù)制裝配施工，若依舊采用傳統(tǒng)粗放型管理模式和管理手段，必然面臨著諸多管理難題，嚴(yán)重影響工程建設(shè)的整體質(zhì)量，直接或間接導(dǎo)致了諸多的工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。考慮到本工程地處上海城市核心區(qū)，面臨著諸如周邊環(huán)境異常復(fù)雜、施工期交通組織難度大、建設(shè)參與方多、信息交互量大；新型施工工藝難度大、環(huán)境控制要求高；施工環(huán)境苛刻、施工場地有限；關(guān)鍵工程節(jié)點(diǎn)施工籌劃復(fù)雜等重大難題。若采用傳統(tǒng)工程管理模式及手段，則必然存在著有效管理覆蓋面小，問題響應(yīng)及反饋路徑冗長、時(shí)間滯后，信息化、可視化、智能化監(jiān)管手段缺失等瓶頸問題，嚴(yán)重影響工程建設(shè)的整體質(zhì)量，甚至決定了工程建設(shè)的可行性。

因此，本工程圍繞著國家全面實(shí)施信息化技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，在數(shù)字建造、智能建造、項(xiàng)目管理、技術(shù)管理及施工控制等方面進(jìn)行積極探索研究，擬采用新型信息化手段：工程數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、傳輸及處理系統(tǒng)，現(xiàn)場可視化實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)，施工協(xié)同化管理平臺(tái)及安全風(fēng)險(xiǎn)智能化管控系統(tǒng)等，對既有傳統(tǒng)施工工藝及組織管理模式進(jìn)行優(yōu)化，摒棄傳統(tǒng)工程管理的諸多弊端，通過工程管理的全面信息化覆蓋，提升項(xiàng)目的信息化管理水平[1-2]。

4 工程應(yīng)用探索

4.1 施工數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理系統(tǒng)應(yīng)用

由于本工程承臺(tái)質(zhì)量較大，不具備工廠化預(yù)制現(xiàn)場吊裝條件，因此仍采用現(xiàn)場基坑開挖、坑內(nèi)現(xiàn)場澆筑施工工藝。由于承臺(tái)混凝土澆筑施工體量大、內(nèi)外溫差高等原因容易引起混凝土開裂，因此采用大體積混凝土自動(dòng)測溫系統(tǒng)進(jìn)行混凝土內(nèi)外溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)為了減少工程施工對周邊環(huán)境的擾動(dòng)影響，在施工過程中，周邊環(huán)境及工程結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)監(jiān)測均采用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、傳輸及處理系統(tǒng)（圖1），以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院蜏?zhǔn)確性，為工程施工決策提供依據(jù)。

圖1 工程項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)

4.2 施工現(xiàn)場可視化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

本工程可視化監(jiān)控系統(tǒng)采用IPC（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）/手機(jī)端＋NVR（網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)）式的純數(shù)字視頻監(jiān)控模式。該模式基于發(fā)展成熟且無處不在的IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部署。該系統(tǒng)具有監(jiān)控點(diǎn)位不受地域限制、施工簡單快速、布線成本低廉、網(wǎng)絡(luò)傳輸自由、圖紙質(zhì)量無損等特點(diǎn)?？梢暬O(jiān)控系統(tǒng)主要包括4個(gè)組成部分：前臺(tái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控及顯示系統(tǒng)、后臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)等。通過可視化動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)具有的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)異機(jī)同屏顯示、前段監(jiān)控點(diǎn)遠(yuǎn)程控制及分組自動(dòng)輪巡功能、全局范圍內(nèi)所有信息的集中檢索、錄像文件點(diǎn)播、暫停、快放、慢放、單幀步進(jìn)和備份等功能及不同權(quán)限的分級管理等。

北橫通道現(xiàn)有可視化管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)包括指揮部（圖2）、項(xiàng)目工點(diǎn)、現(xiàn)場作業(yè)人員手持終端（圖3）在內(nèi)的多級安全管控，不僅有利于工程各級管理人員對各個(gè)項(xiàng)目施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)安全管控，而且可以配合政府管理部門及項(xiàng)目周邊居民做好安全監(jiān)管及工程影響的安撫與反饋工作。

圖2 工程指揮部及項(xiàng)目工點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控中心

4.3 施工協(xié)同化管理平臺(tái)應(yīng)用

傳統(tǒng)項(xiàng)目管理以紙為載體，層次多、效率低、費(fèi)用高，極易因信息交流溝通失誤而造成重大損失。在信息高速膨脹的今天，大型工程管理必須充分利用信息化技術(shù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確收集，以便管理者根據(jù)所采集的信息及時(shí)匯總分析，為項(xiàng)目決策提供可靠依據(jù)。

通過協(xié)同管理平臺(tái)的建立，實(shí)現(xiàn)各級管理者及現(xiàn)場作業(yè)人員信息的有效溝通，保證項(xiàng)目建設(shè)過程信息的透明度。北橫通道新建工程在管理過程中率先提出了無紙化管理要求，采用工程項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)（圖4）實(shí)現(xiàn)了技術(shù)方案從編制到審批的全過程無紙化管理，大大提高了技術(shù)方案的分級流轉(zhuǎn)、審批效率。

圖3 可視化系統(tǒng)手持客戶端

圖4 工程項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)

同時(shí)，北橫通道新建工程將采用全生命周期BIM應(yīng)用，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在輔助設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)共享、虛擬施工、安全運(yùn)維等全過程的信息管理優(yōu)勢。如在施工管理階段，依據(jù)北虹路立交裝配施工特點(diǎn)，將BIM技術(shù)與射頻識別（簡稱RFID）相結(jié)合，及時(shí)將信息傳遞給BIM模型，進(jìn)行實(shí)際與計(jì)劃偏差的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件裝配施工過程中的實(shí)時(shí)跟蹤；在天目路高架施工過程中，將BIM技術(shù)與三維掃描技術(shù)相結(jié)合，將周圍復(fù)雜施工環(huán)境掃描成型并轉(zhuǎn)成精準(zhǔn)的三維模型，與BIM模型相結(jié)合，規(guī)避施工過程中存在的環(huán)境因素造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高工程建設(shè)效率。

4.4 施工風(fēng)險(xiǎn)智能化管控系統(tǒng)應(yīng)用

為了降低施工現(xiàn)場的管理難度，在人員和設(shè)備管理方面，通過“人員、設(shè)備定位與軌跡跟蹤”智能化管控模塊（圖5），可解決人的行為的不確定性和隨意性，減少大型設(shè)備管理隱患；在安全管理方面，通過移動(dòng)客戶端可實(shí)現(xiàn)安全交底、安全巡檢、安全提示、隱患處理等功能，為現(xiàn)場作業(yè)人員及時(shí)作出安全警示，并指導(dǎo)其進(jìn)行安全處置，最大限度地降低現(xiàn)場作業(yè)人員的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，該智能化風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)（圖6）具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合及分析處理能力，可實(shí)現(xiàn)工程參與各方的安全風(fēng)險(xiǎn)信息的實(shí)時(shí)匯總，供專業(yè)分析人員對工程的各個(gè)工點(diǎn)進(jìn)行安全狀態(tài)分析，并將評估結(jié)果上傳至系統(tǒng)中，形成安全評估報(bào)告（包括當(dāng)天施工概況、監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻、照片、專業(yè)人員綜合評估及意見回復(fù)等）。依據(jù)工程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對安全風(fēng)險(xiǎn)隱患較高的施工區(qū)域及作業(yè)人員，及時(shí)作出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測及警示，并通過無線傳輸系統(tǒng)將安全提示信息發(fā)送給現(xiàn)場管理人員及作業(yè)人員。通過與專家評估系統(tǒng)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，充分發(fā)揮各領(lǐng)域的專業(yè)優(yōu)勢，為工程施工提供安全可靠的指導(dǎo)意見。對于工程現(xiàn)場的突發(fā)狀況，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急系統(tǒng)的即時(shí)啟動(dòng)功能，及時(shí)通知現(xiàn)場作業(yè)人員及各級管理人員，提高工程搶險(xiǎn)效率，最大限度地降低工程事故可能造成的生命及財(cái)產(chǎn)損失[3]。

圖5 人員設(shè)備智能化管控模塊

圖6 安全風(fēng)險(xiǎn)智能化管控系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié)語

本文以我國現(xiàn)階段高速發(fā)展的高架橋梁預(yù)制裝配施工工藝為背景，結(jié)合典型工程案例，深入分析了該工藝在大中型城市核心區(qū)推廣應(yīng)用過程中面臨的各類管理難題，如工程管理手段落后、信息化、可視化及智能化水平低等。

在此基礎(chǔ)上，論述了高架橋梁預(yù)制裝配施工信息化安全管控技術(shù)在工程實(shí)踐中的探索應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了安全管理的全過程、全專業(yè)覆蓋，提升了工程管理的時(shí)效性，大大提高了整個(gè)工程項(xiàng)目管理的綜合水平，充分實(shí)現(xiàn)各類資源的整合利用與優(yōu)化配置，降低了傳統(tǒng)工程建設(shè)及管理模式對各類資源的大規(guī)模消耗，符合國家綠色化、信息化及智能化建設(shè)需求，具有一定的工程示范作用。