基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中3D數(shù)字化管理技術(shù)運用分析
——以路橋項目為例

李俊松

(珠海交通集團路橋開發(fā)建設(shè)有限公司， 廣東 珠海 519000)

市政基礎(chǔ)設(shè)施項目是城市建設(shè)的基礎(chǔ)，其施工質(zhì)量將直接影響到整個城市的運營效果，因此，必須積極運用現(xiàn)代先進的管理技術(shù)，例如3D數(shù)字管理技術(shù)，建立可視化管理體系，使市政基礎(chǔ)設(shè)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。三維數(shù)字管理技術(shù)的運用，使城市基礎(chǔ)設(shè)施項目的規(guī)劃更加直觀、明了，技術(shù)的運用也取得了明顯的成效。

1 3D數(shù)字化管理技術(shù)體系

1.1 工藝分解的最佳化

對市政基礎(chǔ)設(shè)施項目的施工環(huán)境進行了界定，通過對工程數(shù)據(jù)和技術(shù)特點的梳理，根據(jù)項目的具體條件和技術(shù)特點，確定施工工藝，按照質(zhì)量目標(biāo)、工期目標(biāo)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(chǔ)[1]。

1.2 工藝時間的確定

為了保證在預(yù)定的時間內(nèi)完成市政基建工程，需要對各個工序的工時進行劃分，并對是否存在可套用定額、是否含有類似的工程資料等進行分析，采取不同的方法來確定工序工時。

1.2.1 定額的使用

根據(jù)目前的《全國統(tǒng)一市政工程預(yù)算定額》，查找工程項目有無可套用的定額，如果有，可以直接用，沒有登記的，可以從其它的條文中查找[2]。在確定了可供使用的指標(biāo)后，再根據(jù)工程圖紙進行工程量計算，從而得到每一道工序所需要的工時。定額直接套用的方法有：①現(xiàn)行定額，可以直接套用；②參照同類項目，采用系數(shù)法進行間接應(yīng)用。

1.2.2 BPNN技術(shù)估計

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是近幾年發(fā)展較快的一種方法，它可以應(yīng)用 BPBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過 BPNN技術(shù)對城市基礎(chǔ)設(shè)施項目的工作時間進行估計，并通過實例計算，找出可供參考的工時確定因子，從而得出城市基建項目在有序施工情況下的工作時間[3]。

1.2.3 基于灰色模型的預(yù)測

在只有少量數(shù)據(jù)可供參考的市政基建項目中，利用灰色理論模型對工時進行預(yù)測。通過不斷的積累，建立新的數(shù)列模型，通過不斷的積累和運算，最后得到最原始的數(shù)據(jù)模型，通過抽象化和采樣采樣，建立 GM (1,1)模型，通過對預(yù)測值的分析，對預(yù)測值進行驗證，利用灰色理論模型對城市基礎(chǔ)設(shè)施工程的工時進行分析[4]。

1.3 查找重要的線路

為了保證市政基建項目的順利進行，并充分利用三維數(shù)字技術(shù)在城市基礎(chǔ)設(shè)施項目中的應(yīng)用價值，必須在工時確定后，找準(zhǔn)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。一般情況下，可以在雙碼網(wǎng)絡(luò)圖中對關(guān)鍵線路進行加粗，以確定關(guān)鍵工序的長度，從而確定關(guān)鍵工序的工時，從而達到縮短關(guān)鍵工序時間的目的。

1.4 識別重要的項目

在確定了重點線路和關(guān)鍵工藝后，需要在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，將其與 CS原理相結(jié)合。這時，應(yīng)該從經(jīng)濟的觀點出發(fā)，綜合考慮施工過程的造價，對造價進行預(yù)算分析，并從中找出費用最多的施工工藝，從而發(fā)現(xiàn)其顯著的效果。主要項目的確定過程是：1)根據(jù)工程量清單對各個工序進行分析，并對其進行分類[6]；2)對各種工藝費用進行核算；3)計算城市基建項目的全部費用；4)根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，計算過程的平均費用；5)確定費用高于可能是城市基建項目顯著項目的平均費用的步驟；6)根據(jù)以上步驟，確定占全部工程比重20%以上的工藝，這一部分是顯著的[7]。

1.5 建立數(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，建立“五控”的保證體系，如表1所示，并制訂了相應(yīng)的建設(shè)管理指標(biāo)[8]。在“五控”目標(biāo)確立后，對市政基建項目存在的各類問題、隱患進行分析，提出防范對策，建立相應(yīng)的資料庫。

表1 市政基礎(chǔ)設(shè)施工程“五控”目標(biāo)

2 3D數(shù)字化管理技術(shù)在市政基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用實例分析

2.1 工程概況

本文選擇一項市政基礎(chǔ)設(shè)施項目進行了具體的研究，以提高其三維數(shù)在市政基礎(chǔ)建設(shè)項目中的應(yīng)用。本工程屬公路橋梁工程，位于山區(qū)，雙向六車道，寬度40m，全部采用瀝青砼材料，設(shè)計時速50km。在本工程中，橋段長度1100km，左幅橋和右幅橋分別設(shè)為30～40 m、30～37 m的 T梁橋[9]。該橋的 T梁梁肋全部為直線預(yù)制， T梁的最大寬度為1.8m，橋墩為樁柱、墩柱、樁基、樁基、樁基直徑各為1.5m；第二類墩柱直徑為2.0m，樁基直徑為1.8m；第三類墩柱直徑為2.2m，樁基直徑為2.0m。在工程實例中，水下樁和深長樁的施工都是利用鉆孔鉆孔技術(shù)，通過管道進行管柱施工，軟巖部位用鑿巖機進行掘進，堅硬巖石用爆破。預(yù)制梁在組裝完畢后運送到工地后，利用龍門起重機進行搬運。在工程實例中，引入三維數(shù)字管理技術(shù)，確保了道路橋梁市政工程的順利完成。

2.2 三維數(shù)字管理系統(tǒng)的構(gòu)建

2.2.1 工藝方案的最佳化

利用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù)，對某公路橋梁工程項目的施工過程進行了分解和優(yōu)化，明確了各個工序間的聯(lián)系，利用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖，確定了關(guān)鍵線路，從而合理資源，從而達到利用資源，提高了項目的經(jīng)濟效益。采用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖對過程進行分解、優(yōu)化，根據(jù)項目的要求，提高施工效率，保證工期，從而達到“五控”的目的[10]。在人力資源方面，要合理安排員工，做到合理的雇傭。通過調(diào)整資源利用狀況，避免某一工藝中的資源需求過剩，從而避免資源短缺。通過對以上內(nèi)容的優(yōu)化，可以從多個方面對市政基建工程的規(guī)劃方案進行優(yōu)化，從而達到低成本、短周期、最大限度地使用資源，并根據(jù)最優(yōu)方案對各個工序進行分解。實例：路橋市政工程的施工過程和工期安排見表2。

2.2.2 工作時間的測定

在實例路橋市政項目中，運用灰色理論模式進行工時預(yù)測，收集和整理有關(guān)的資料，利用相關(guān)數(shù)據(jù)建立灰色理論模型，并對其發(fā)展趨勢和運行過程進行分析，確保工時預(yù)測的效果。在預(yù)測和分析過程中，利用系統(tǒng)預(yù)測、災(zāi)變預(yù)測、區(qū)間預(yù)測、波形預(yù)測、數(shù)列預(yù)測等方法對現(xiàn)有資料進行預(yù)測[11]。

在數(shù)據(jù)不多的情況下，灰色理論模型的預(yù)測方法是可行的，如果某個過程中使用了一些新的、先進的技術(shù)，可以利用灰色理論模型進行預(yù)測。在建立灰色理論模型的過程中，首先利用已有的路橋項目的資料建立動態(tài)微分方程，然后進行工藝發(fā)展的分析和預(yù)測，從而得到了該工藝的能耗[12]。利用灰色理論模型進行工時預(yù)測，克服了常規(guī)方法所不能實現(xiàn)的工藝工時，特別適合于不完全的數(shù)據(jù)，并能準(zhǔn)確地利用灰色理論模型進行精確的分析，保證預(yù)報的準(zhǔn)確性。在實例路橋工程中，對 T梁的安裝過程進行了灰色理論模型的預(yù)報，其結(jié)果如下：左幅橋梁 T梁和右幅橋 T梁的 T梁分別為287工日和330工日，因此，左、右幅橋 T梁的工時為126工日，145工日。

2.2.3 制作網(wǎng)絡(luò)圖表

基于工序預(yù)測，利用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖對關(guān)鍵線路進行了分析，確定了關(guān)鍵工藝，并利用3D數(shù)字管理軟件進行了路橋的模擬漫游。實例路橋市政工程的主要施工工藝是：左幅橋梁樁基礎(chǔ)，場地平整，右幅橋梁樁，臺柱梁施工，地系梁施工，左幅橋 T梁安裝，右幅橋梁 T梁安裝，現(xiàn)澆梁，附屬工程，鋪瀝青層，伸縮縫，試驗驗收。以上主要工藝的總工期為731個工作日[13]。

2.2.4 識別重要的項目

通過對工程實例路橋市政工程的工藝過程進行分析，編制施工方案，并依據(jù)已有的造價數(shù)據(jù)，對每一道工序進行成本估算。在“均值理論”的指導(dǎo)下，對每一道工序的平均費用進行了計算，將每道工序的平均費用除以工藝預(yù)算，將數(shù)值超過1的工序列為顯著性項目，其中， T預(yù)制 T梁，左幅橋梁臺柱梁，左幅橋梁地系梁，左幅橋梁樁基礎(chǔ)，右幅橋梁樁基礎(chǔ)，右幅橋梁地系梁施工，右幅橋梁臺柱梁施工。在工程建設(shè)過程中，要根據(jù)以上的重點工程，進行成本控制，盡量減少工程造價[14]。

2.2.5 數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

動態(tài)跟蹤“五控”，掌握“五控”工作的實際狀況，實現(xiàn)“五控”指標(biāo)的階段性實現(xiàn)，有利于整體控制。依據(jù)以前的施工經(jīng)驗，構(gòu)建了一個問題應(yīng)對數(shù)據(jù)庫，在實際施工中進行了重點控制，并在竣工后進行了“五控”的評價，整個案例項目的總體目標(biāo)狀況是令人滿意的。

3 三維動態(tài)管理軟件在城市建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 項目建設(shè)流程與項目三維動態(tài)管理的功能

3.1.1 巴中城市建設(shè)項目三維動態(tài)顯示功能

在運行該軟件之后，進入預(yù)設(shè)的首頁，可以實現(xiàn)對項目總體的概貌進行數(shù)字化的動態(tài)瀏覽。主要菜單選項有：工程概況，工程項目管理，系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)同步等。

3.1.2 使用可視化的數(shù)碼沙盤

軟件加載后，可以根據(jù)工程進度、進度、進度等，實現(xiàn)自動或人工瀏覽的功能。點擊后進入可視化的數(shù)碼沙盤，左邊的按鍵可以控制場景的顯示，右邊的按鍵是工程查詢和數(shù)據(jù)的維護，控制的是實時的和信息的展示。

3.2 建筑工程的動態(tài)優(yōu)化管理函數(shù)

該系統(tǒng)采用了基于價值理論、橫道圖、虛擬動力學(xué)技術(shù)等技術(shù)，對本項目的工期、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保等進行了系統(tǒng)的動態(tài)控制。

1)軟件的管理接口。通過與系統(tǒng)的三維動態(tài)建模相結(jié)合，在管理軟件界面上實現(xiàn)了整個三維模型的展示，實現(xiàn)了對工程項目的全面認識。

2)采用“五個監(jiān)控一張表格”，實現(xiàn)了建筑動態(tài)控制的功能。根據(jù)項目的實際施工情況，在三維數(shù)字動態(tài)管理屏幕上，單擊正在進行的工藝環(huán)節(jié)，就會彈出“五個控制一張表格”，包括工期、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保等目標(biāo)的控制和分析，以顯示管理狀況和需要進行的管理行為，從而為管理者的決策提供參考。

3.3 基本資料庫的軟體

基本數(shù)據(jù)庫包括公共數(shù)據(jù)庫、工期與成本數(shù)據(jù)庫、質(zhì)量數(shù)據(jù)庫、安全數(shù)據(jù)庫、環(huán)保文明建設(shè)數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫等。法律法規(guī)、五控制定的依據(jù)、管理體系等，都可以在基本的數(shù)據(jù)庫軟件中展示。在使用過程中，點擊建筑工程數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)項目，即可獲得所需的資料。

4 前景

根據(jù)論文的研究結(jié)果，對今后的研究工作進行了展望和建議。

1)運用三維數(shù)字動力學(xué)技術(shù)和已有的價值原理，在城市橋梁工程的施工中，充分體現(xiàn)了三維數(shù)字動態(tài)管理系統(tǒng)在改善城市橋梁工程的施工管理中所起到的重要作用。

2)當(dāng)前，在本論文的研究中，我們發(fā)現(xiàn)我國城市橋梁建設(shè)管理中缺少一套與之配套的、完備的工程管理信息資源，需要進一步收集、完善相關(guān)的建設(shè)管理數(shù)據(jù)庫，以便為今后的城市建設(shè)管理工作提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)資料或參考資料，為建設(shè)市政橋梁工程建設(shè)管理決策提供科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐和平臺。

5 結(jié)語

在實施三維數(shù)字管理時，要根據(jù)市政基礎(chǔ)設(shè)施工程的具體情況，建立與項目實際相適應(yīng)的技術(shù)體系，從工序分解優(yōu)化、確定工序工時、尋找關(guān)鍵線路、確定顯著性項目、建立問題原因數(shù)據(jù)庫，使市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)要點直觀清晰地呈現(xiàn)出來，以此確保市政基礎(chǔ)設(shè)施工程可有序建設(shè)。市政基建工程作為一座城市的基本建設(shè)，其施工質(zhì)量將直接關(guān)系到整個城市的運行效率，所以要積極地利用現(xiàn)代先進的管理技術(shù)，比如3D數(shù)碼技術(shù)，建立一個可視化的管理系統(tǒng)，以保證市政基礎(chǔ)設(shè)施的順利進行，同時對工期、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保等五個方面進行嚴格管控。三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，使得城市基建工程規(guī)劃更加直觀，技術(shù)應(yīng)用效果顯著。在實施了三維數(shù)字技術(shù)后，工程的工期、成本、質(zhì)量、安全和環(huán)保等5個方面都得到了有效的管理和控制。