市政基礎設施工程建設中3D數(shù)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(yè)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(zhì)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(shù)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(zhì)量、安全、環(huán)保五個方面進行嚴格管控[1]。3D 數(shù)字化管理技術的應用改變了傳統(tǒng)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(guī)劃，技術應用效果顯著。

1 3D 數(shù)字化管理技術體系

1.1 工序分解優(yōu)化

對市政基礎設施工程建設施工環(huán)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(zhì)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(yōu)化，以此實現(xiàn)連續(xù)性施工，為成本控制、質(zhì)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(nèi)完成施工，需根據(jù)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(xiàn)行《全國統(tǒng)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(guī)定可直接套用，若并未注冊定額，則從其他規(guī)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(xiàn)有規(guī)定定額，可直接套用；（2）借鑒類似工程，并通過系數(shù)計算的方式進行間接套用。

1.2.2 BPNN 技術估算

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡技術近年來發(fā)展迅速，在市政基礎設施工程建設過程中，可運用BPBP 神經(jīng)網(wǎng)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(shù)規(guī)律數(shù)列，已知序列數(shù)據(jù)：

可將式（1）模型進一步累積，生成一個新的數(shù)列模型，并逐步累積轉化計算，最終可回歸得出原始數(shù)據(jù)模型，經(jīng)抽象轉化并間隔取樣，進行數(shù)據(jù)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(yè)政策的一大舉措就是規(guī)范生鮮乳的銷售秩序。主要手段是根據(jù)域內(nèi)乳企的加工能力和現(xiàn)有的養(yǎng)殖場存欄量劃分生鮮乳交易的對象，使養(yǎng)殖場和乳企一一對應，促使乳企和養(yǎng)殖場之間簽訂長期銷售合同。為保證合同執(zhí)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(yè)協(xié)會等作為第三方允諾幫助雙方協(xié)商公允的價格。然而，實際執(zhí)行中，幾個方面的不對等導致養(yǎng)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(fā)揮出3D 數(shù)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(wǎng)絡計劃技術，應用雙代號網(wǎng)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(wǎng)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(jīng)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(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫

從工期、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)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(xiàn)的各種問題隱患，并制定預防解決措施，搭建數(shù)據(jù)庫。

2 3D 數(shù)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(shù)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(qū)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(chǎn)，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(guī)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)字化管理技術。

2.2 搭建3D 數(shù)字化管理技術體系

2.2.1 工序優(yōu)化

采用網(wǎng)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(yōu)化，厘清各施工工序之間的關系，并運用網(wǎng)絡計劃圖進行呈現(xiàn)，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(jīng)濟效益。運用網(wǎng)絡計劃圖進行工序分解優(yōu)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(xiàn)，若施工進度無法進一步優(yōu)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(xiàn)用工均衡。對資源應用情況進行調(diào)整，避免出現(xiàn)某一工序資源需求量過高的情況，防止出現(xiàn)資源緊缺現(xiàn)象。對上述內(nèi)容完成優(yōu)化后，從不同角度優(yōu)化市政基礎設施工程項目計劃方案，爭取實現(xiàn)低成本、短周期，并提高工程資源的最大化利用，以優(yōu)化方案為依據(jù)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(jù)相關數(shù)據(jù)搭建灰色理論模型，并分析路橋施工發(fā)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(tǒng)預測、災變預測、區(qū)間預測、波形預測、數(shù)列預測的方式分析已知數(shù)據(jù)?；疑碚撃Ｐ皖A測方式適用于資料數(shù)據(jù)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(jù)案例路橋市政工程現(xiàn)有數(shù)據(jù)列出動態(tài)微分方程，后對工序發(fā)展展開分析預測，在此基礎上得出該工序用時消耗情況?；疑碚撃Ｐ凸r預測方式解決了傳統(tǒng)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡圖

在工序預測基礎上，運用網(wǎng)絡計劃圖分析關鍵線路，定位關鍵工序，并運用3D數(shù)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(xiàn)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(jù)現(xiàn)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(shù)值除以工序預算設置，將數(shù)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(shù)據(jù)庫

對“五控”目標進行動態(tài)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(jù)以往建設經(jīng)驗建立問題對策數(shù)據(jù)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(shù)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(yōu)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(shù)據(jù)庫，使市政基礎設施工程建設要點直觀清晰地呈現(xiàn)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(shù)字化管理技術后，工期、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保5 個方面均得到良好管理控制。