工程管理必須會(huì)用“力”

【摘要】在工程建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)管理中，隨著管理理論的日益多樣化和各種新的管理理念植入，工程管理的方式多樣化和科技含量也在增強(qiáng)，例如控制論、博弈論和BM技術(shù)理論等陸續(xù)進(jìn)入工程管理中，新技術(shù)新工藝也日益增多，但是所有這些的發(fā)展都需要有力學(xué)理論的支撐，如果在工程的項(xiàng)目施工管理中忽略力學(xué)的準(zhǔn)確和靈活應(yīng)用和驗(yàn)證，會(huì)給工程質(zhì)量及工程安全帶來(lái)事故和隱患，本文就這方面探討一下工程施工管理中力學(xué)體系的建立和應(yīng)用的精準(zhǔn)性問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】施工力學(xué)；體系模型；規(guī)范；靈活；正確應(yīng)用

一、工程現(xiàn)場(chǎng)缺乏力學(xué)管理的規(guī)范精確應(yīng)用

隨著工程管理向著精細(xì)化，精準(zhǔn)化得全面推進(jìn)，已經(jīng)由以前的的粗放型的管理，向著集約精細(xì)化深入，根據(jù)管理的相關(guān)理論，工程管理的事中、事前和事后都把程序化化和規(guī)范化慢慢推廣開來(lái)，好多企業(yè)有自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，工程的管理事前做法普遍推行的是施工組織設(shè)計(jì)和施工方案的審核審批制度，另外對(duì)于一些危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程推行專家評(píng)審制，這些做法一方面體現(xiàn)了工程管理的細(xì)化和規(guī)范性，另一方面強(qiáng)調(diào)了工程施工必須要經(jīng)過(guò)縝密的計(jì)算和規(guī)劃，其中滲透了工程力學(xué)的強(qiáng)有力的支撐；

恰恰由于推行的標(biāo)準(zhǔn)化和格式化，讓我們的管理陷入僵化和公式化，缺少很大的靈活型和適應(yīng)性，首先我們看一下施工方案的編制，大多數(shù)工程上的方案千篇一律，“八股文”式的格式，讓人感覺工程技術(shù)管理是每個(gè)人都能做，所作方案和施工組織設(shè)計(jì)千篇一律，這種現(xiàn)象讓人很是擔(dān)憂。其實(shí)每個(gè)項(xiàng)目每個(gè)管理班組，每個(gè)項(xiàng)目的人、機(jī)、料、法、環(huán)都會(huì)不同，必須有嚴(yán)格的精準(zhǔn)的計(jì)算作支撐才讓工程的管理有效，在可控范圍內(nèi)；

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明問(wèn)題：以扣件式鋼管腳手架施工方案為例，每個(gè)項(xiàng)目的腳手架方案其實(shí)是各有不同的，編制方案時(shí)計(jì)算參數(shù)的選擇應(yīng)該針對(duì)具體項(xiàng)目來(lái)計(jì)算，首先腳手架用材的計(jì)算參數(shù)選擇，按照我們的通用計(jì)算式，腳手架用鋼管一般采用外徑48，、壁厚3.5MM的Q235，鋼的焊接鋼管；我可以負(fù)責(zé)的說(shuō)，現(xiàn)在80%的工地或者更多（我實(shí)地抽樣做過(guò)調(diào)查）都不能完全達(dá)到這個(gè)要求，而求好壞參差不齊，而且狀況有修飾嚴(yán)重、彎曲、壓扁、損傷和裂紋等情況不同比例存在，這時(shí)候我們套公式計(jì)算抗彎強(qiáng)度時(shí)鋼管彈性模量的選取和鋼管抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的選取就不能選用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》上的數(shù)據(jù)，必須根據(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選定參數(shù)，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定或相當(dāng)資格的建材實(shí)驗(yàn)室來(lái)確定，不能采用大一統(tǒng)的方法，另外還有扣件的質(zhì)量問(wèn)題，更是質(zhì)量懸殊很大，；第二個(gè)因素就是我們的工程項(xiàng)目所處的環(huán)境，恒載和動(dòng)載充分考慮的情況下，如果是在風(fēng)力較大，或腳手架支撐的地點(diǎn)土質(zhì)軟弱等情況，這時(shí)候我們需要嚴(yán)格的做兩方面的力學(xué)驗(yàn)算和實(shí)驗(yàn)，地基承載力的驗(yàn)算必不可少，確保腳手架不產(chǎn)生不均勻沉降；另外風(fēng)載的計(jì)算必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等選定合適的風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值、擋風(fēng)系數(shù)和風(fēng)壓體形系數(shù)，所以每個(gè)項(xiàng)目所處環(huán)境不同我們力學(xué)性能參數(shù)都大相徑庭，我們的力學(xué)計(jì)算就完全不應(yīng)該一樣，實(shí)際情況是現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)基本資料不具備，我們對(duì)工程所處環(huán)境不加考慮就做個(gè)模糊的計(jì)算和方案，怎沒(méi)能有安全保證的；第三個(gè)因素就是我的搭設(shè)方法的設(shè)計(jì)和計(jì)算，每個(gè)建筑物的形狀尺寸高度和我們的施工工藝不同均應(yīng)采用相應(yīng)不同的搭設(shè)方法，其鋼管件，有落地式和懸挑式還有別的各種方式，立桿間距和橫桿間距及連墻件的數(shù)量布置及工作狀態(tài)，每個(gè)項(xiàng)目也各有差距，所以必須在保證強(qiáng)制性規(guī)范基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的工程設(shè)定不同的搭設(shè)方法，不同的搭設(shè)方法我們的計(jì)算模式也會(huì)相應(yīng)不同，通過(guò)計(jì)算我們就知道底層鋼管是否需雙鋼管等；還有一點(diǎn)也是最重要的一點(diǎn)就是人的因素，一個(gè)好的施工方案必須注意到人的因素，首先是具體操作者，他們能否精確的擰好每一個(gè)扣件螺栓，能否正確的處理好每一根桿件的搭接關(guān)系，這對(duì)腳手架的受力和傳力很關(guān)鍵，例如垂直桿件搭接必須采用對(duì)接扣件，不能產(chǎn)生偏心受壓桿件否則我們的計(jì)算數(shù)據(jù)就不對(duì)了，因?yàn)槲覀冞x定立桿的軸力設(shè)計(jì)值、立桿的截面面積、軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)等都是按照垂直桿件設(shè)定的，所以在方案計(jì)算式要充分注意到這一點(diǎn)，另外在雙桿變單干的地方應(yīng)考慮計(jì)算穩(wěn)定性。要求方案的計(jì)算是在合格的施工操作人員基礎(chǔ)上建立的，如果所設(shè)計(jì)方案的項(xiàng)目操作人員不是很合格或者有一定程度的風(fēng)險(xiǎn)因素存在，這是我們方案計(jì)算時(shí)就要考慮風(fēng)險(xiǎn)因素，有些操作者把腳手架和現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件的模板支撐混攪一起，搭設(shè)相連接，同混凝土泵管相連接等都會(huì)給我們的腳手架施工帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)；再說(shuō)一下我們的管理人員帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)項(xiàng)目所配備的管理人員學(xué)歷、經(jīng)驗(yàn)、執(zhí)行力等各有差異，對(duì)于質(zhì)量把關(guān)的松緊程度也各有不同，例如對(duì)螺栓的檢查是否采用扭矩扳手進(jìn)行全面檢查達(dá)到40～55N.M之間，立桿的垂直偏差和水平桿的水平偏差能否控制在容許偏差之內(nèi)等，否則我們的計(jì)算方案就會(huì)失靈，我們確定腳手架計(jì)算的安全系數(shù)K時(shí)就必須綜合考慮這個(gè)因素；另外還得考慮承受腳手架的土質(zhì)類型及是否有冬季和雨季施工存在，排水措施和防凍措施是否到位等風(fēng)險(xiǎn)；綜上所述，我們僅僅從一個(gè)簡(jiǎn)單的鋼管扣件腳手架計(jì)算方案做一些簡(jiǎn)述，能夠很清楚的看出來(lái)，在一個(gè)項(xiàng)目的施工中力學(xué)的準(zhǔn)確應(yīng)用是很重要和頻率很高的；在設(shè)計(jì)階段的力學(xué)計(jì)算只是給我們一個(gè)建筑物自身的受力體系，而我們?cè)谑┕ぶ械牧W(xué)計(jì)算確是建造過(guò)程中安全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的重要保證和支撐。

二、力學(xué)體系建立和應(yīng)用需要“量身定做

隨著時(shí)代的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，中國(guó)的建筑業(yè)及相應(yīng)的施工技術(shù)手段和新的工法在各個(gè)建設(shè)領(lǐng)域也漸露端倪，所以施工帶來(lái)了革新和便利，但是同時(shí)在施工中我們現(xiàn)在最追逐的是工期、利潤(rùn)及一些面上的質(zhì)量，其實(shí)真正潛在的建筑施工的力學(xué)管理還是很薄弱的，大多是零星的和隨意的照抄照搬，給工程的施工管理帶來(lái)潛在的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

施工和設(shè)計(jì)是兩套力學(xué)體系，我們知道設(shè)計(jì)必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，設(shè)計(jì)方面的計(jì)算著眼點(diǎn)是使用功能，主要針對(duì)建筑物的使用過(guò)程可能存在的最大設(shè)計(jì)力學(xué)呈現(xiàn)采取的結(jié)構(gòu)布置，而本文所倡導(dǎo)的施工力學(xué)體系的建立，主要在滿足設(shè)計(jì)要求的基本結(jié)構(gòu)施工基礎(chǔ)上，針對(duì)一個(gè)具體的工程所建立的施工力學(xué)體系，我們知道在施工時(shí)的建筑物受力是很不穩(wěn)定的，有時(shí)可能會(huì)超出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力的儲(chǔ)備，所以建立施工力學(xué)體系是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)延續(xù)和補(bǔ)充，同時(shí)又為工程的結(jié)構(gòu)做一個(gè)保護(hù)，對(duì)施工安全提供強(qiáng)有力的支撐。

首先我們先說(shuō)一下工程施工力學(xué)模型建立的大概思路，以房屋建筑工程為例，通過(guò)歷年全國(guó)的建筑工程安全事故統(tǒng)計(jì)資料，我們發(fā)現(xiàn)60%-80%的事故多發(fā)生在基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)主題階段，而且事故的十大原因中坍塌事故占到20%到30%（參照住建部統(tǒng)計(jì)資料），這說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，我們著眼點(diǎn)就是施工在各階段所發(fā)生的荷載和承受這些荷載所設(shè)計(jì)出的施工方案，這是一個(gè)重點(diǎn)。

在每個(gè)項(xiàng)目施工前我們需要做工程現(xiàn)場(chǎng)施工荷載清單，可以參照有關(guān)規(guī)范及施工手冊(cè)，也可以參照歷史資料，但是清單的編制必須和本工程相契合，必要時(shí)要現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)確定，這個(gè)工作很關(guān)鍵，決定我們施工受力體系建立成敗的關(guān)鍵；第二步根據(jù)工程的工期安排確定出施工可能發(fā)生的施工靜載和人力施工動(dòng)載定出荷載分布按時(shí)間軸做出分布圖，找出受力最大的施工平面節(jié)點(diǎn)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)；第三步在總體規(guī)劃基礎(chǔ)上針對(duì)每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)建立力學(xué)結(jié)構(gòu)體系。做出可靠地計(jì)算書；第四步也是最重要的一步，在施工過(guò)程中根據(jù)水文、氣象和地質(zhì)等的變化最隨時(shí)調(diào)整，并且必須和工程的實(shí)際相結(jié)合；再以房屋建設(shè)為例具體到各個(gè)分部分項(xiàng)工程中，基礎(chǔ)工程的土方施工開挖和支護(hù)是我們是工程事故高發(fā)階段，所以我們建立力學(xué)計(jì)算控制點(diǎn)，首先我們從我們的荷載清單中選取相關(guān)的荷載，根據(jù)基坑的周邊情況是否有建筑物和管線分布，地質(zhì)資料的土質(zhì)和水文資料（這些資料在建立體系的第一步都要具備），定出基坑開挖方案及相應(yīng)的計(jì)算體系，問(wèn)題來(lái)了好多基坑坍塌事故就出在這里，基礎(chǔ)資料不完善，盲目做出方案，例如我們的計(jì)算方案是否考慮坑頂臨時(shí)的土方堆載（實(shí)際會(huì)不會(huì)發(fā)生），會(huì)不會(huì)在汛期下雨浸泡基坑，總平面圖布置會(huì)不會(huì)坑頂有運(yùn)輸施工材料的道路存在等因素，每一項(xiàng)因素的存在都會(huì)影響到我們計(jì)算系數(shù)的計(jì)取。

在基坑開挖中最主要的是降水和支護(hù)方案，這兩方面是個(gè)重點(diǎn)；一個(gè)項(xiàng)目的基坑開挖能否安全進(jìn)行支護(hù)是關(guān)鍵，這是一個(gè)系統(tǒng)工程，會(huì)涉及土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、基礎(chǔ)工程相應(yīng)會(huì)涉及地質(zhì)勘查、場(chǎng)地水文、支護(hù)結(jié)構(gòu)與施工、降水設(shè)計(jì)和開挖方案、監(jiān)測(cè)方案和周圍環(huán)境的保護(hù)方案等，是一個(gè)很復(fù)雜的同時(shí)實(shí)踐性理論性都很強(qiáng)的過(guò)程，所以不是每個(gè)項(xiàng)目都一樣有很強(qiáng)的地域性；同時(shí)我們知道基坑開挖過(guò)程中，由于開挖面上的卸荷效應(yīng)，引起維護(hù)結(jié)構(gòu)土壁產(chǎn)生側(cè)土壓力差，土壁向坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移，使墻后土體作用于支護(hù)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力、同時(shí)引起支護(hù)后地面下沉。而開挖面一側(cè)由于土的作用會(huì)產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，同時(shí)由于挖土卸荷，基坑底隆脹。所以我們的一個(gè)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算會(huì)牽涉到一種影響（維護(hù)結(jié)構(gòu)前后水頭壓力差，加上如果土滲透性較好要考慮滲流力計(jì)算土壓力和水壓力）；兩種壓力（主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力）；三種變形（支護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)位移、結(jié)構(gòu)后地面下沉和坑底隆起）；所以一個(gè)支護(hù)方案的實(shí)際牽涉的力學(xué)問(wèn)題很多，傳統(tǒng)的庫(kù)倫、郎肯的土壓力理論雖然在套用，但是不能完全解決基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算和開挖問(wèn)題，所以我們?cè)谧鲋ёo(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算時(shí)必須加強(qiáng)工程的實(shí)際監(jiān)測(cè)和土壓力參數(shù)進(jìn)行反復(fù)論證；同時(shí)還要注意到基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)，基坑開挖時(shí)結(jié)構(gòu)變形會(huì)隨著時(shí)間的推移而增長(zhǎng)，時(shí)間證明同樣的基坑如果同樣的支撐情況下，72h的支護(hù)移動(dòng)速率大于16h的移動(dòng)速率、這一時(shí)間效應(yīng)說(shuō)明開挖對(duì)結(jié)構(gòu)的支撐時(shí)間，越快越好。

對(duì)施工和結(jié)構(gòu)計(jì)算有著密切關(guān)系；同時(shí)開挖土體的高度、寬度以及開挖土體所處深度，對(duì)基坑變形的影響也是相當(dāng)顯著在同一開外深度下，開挖土體的寬度越寬、高度越高則基坑的水平位移的變化速率越大，這就是基坑開挖還要考慮的時(shí)空問(wèn)題。以上說(shuō)這么多，就是以基坑的支護(hù)計(jì)算為例，告訴我們?cè)谖覀児こ淌┕な芰δＰ腕w系鏈條上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須和具體項(xiàng)目密切契合，必須為每個(gè)項(xiàng)目“量身定做”一套受力體系圖；當(dāng)然一個(gè)工程項(xiàng)目的施工計(jì)算節(jié)點(diǎn)很多，貫穿到工程的每一個(gè)分部分項(xiàng)工程，例如腳手架項(xiàng)目和模板支撐項(xiàng)目，機(jī)械安裝及吊裝等所有這些都需具體的施工計(jì)算的支撐。同時(shí)在施工中要注意個(gè)受力體系的獨(dú)立性和相互關(guān)聯(lián)性，不能相互掣肘，否則我們的體系模型會(huì)失靈的，這就牽涉到下面的一個(gè)問(wèn)題。

三、讓建立好的工程施工力學(xué)體系作為實(shí)際施工的“必備神器

我們經(jīng)過(guò)許多的計(jì)算論證和檢驗(yàn)建立好了我們的施工力學(xué)體系，這是我們最重要的是怎么讓它發(fā)揮作用，如何正確合理同時(shí)安全的應(yīng)用，就是我們施工管理中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

還以房屋建筑舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明施工力學(xué)計(jì)算體系的合理應(yīng)用，我們知道支撐體系是建筑物成型前得支撐和模板體系，由于目前市場(chǎng)上的腳手架所用材料基本上都是鋼管和方木大板組成，所以在實(shí)際使用中往往會(huì)混為一個(gè)體系，這給工程的施工帶來(lái)很大的隱患，我們知道在這里會(huì)出現(xiàn)四種有些可能會(huì)更多的受力系統(tǒng)，一是支撐現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的模板支撐體系；一種是供施工操作人員施工的腳手架體系、三是支撐施工機(jī)械如混凝土泵管的支撐系統(tǒng)；還有一種是支撐吊物臺(tái)和洞口安全維護(hù)等受力系統(tǒng)；這四個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一存在施工作業(yè)面但是系統(tǒng)各自獨(dú)立，實(shí)際的受力大小和力學(xué)性質(zhì)都不相同，所以不能相互拉扯，加入我們腳手架和模板支撐體系連接一起，或者用腳手架做模板支撐，發(fā)生安全事故的概率就會(huì)很大，因?yàn)槲覀冊(cè)谧鍪芰τ?jì)算時(shí)考慮的荷載和力學(xué)受力計(jì)算系數(shù)都不一樣，所以不能項(xiàng)目替代，否則我們?cè)O(shè)計(jì)的力學(xué)系統(tǒng)就會(huì)失去應(yīng)用價(jià)值。還有例如混凝土泵管的支撐體系加入和腳手架或混凝土結(jié)構(gòu)的支撐模板連接一起，由于輸送混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊力造成泵管的支撐體系會(huì)發(fā)生搖動(dòng)，如果連接會(huì)給腳手架晃動(dòng)，人員安全受到影響，混凝土的結(jié)構(gòu)成型的質(zhì)量會(huì)受到很大影響；所以既是受力體系的獨(dú)立性的同時(shí)又是工程施工力學(xué)系統(tǒng)的有機(jī)組成。

已經(jīng)建成的施工力學(xué)體系的應(yīng)用既嚴(yán)肅又要有靈活性，作為我們的每一施工方案的最重要的組成部分，這樣我們編制出的施工方案是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)反應(yīng)一個(gè)具體項(xiàng)目的施工方案和受力體系，避免了零星的片面的和照抄照搬式的施工方案設(shè)計(jì)，是工程建設(shè)在一個(gè)科學(xué)的模式軌道上運(yùn)行，將施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)能框定到可控范圍。今后如果BM技術(shù)在工程技術(shù)上大量使用，也必須建立在可靠的施工力學(xué)計(jì)算之上，將我們組建的項(xiàng)目施工力學(xué)體系作為我們施工的有力的工具應(yīng)用。

結(jié)論：

工程施工是將一個(gè)設(shè)計(jì)變轉(zhuǎn)化成實(shí)體的過(guò)程，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中必須經(jīng)歷力學(xué)體系的構(gòu)建和重組，施工過(guò)程中要把松散的不成系統(tǒng)的建筑材料構(gòu)建成一個(gè)具有使用功能的建筑物，必須以一個(gè)強(qiáng)有力的建造體系來(lái)完成建設(shè)，所以為了安全的在平面和立體多個(gè)維度建立起牢固可靠有依據(jù)的施工所必須的支撐體系，我們就必須把施工過(guò)程中力學(xué)計(jì)算管理放到重要位置，也為今后BM技術(shù)的應(yīng)用打下牢固的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《高層建筑施工手冊(cè)》，作者：楊嗣信.出版單位：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.出版時(shí)間：2001-6-1.

[2]建筑程施工質(zhì)量驗(yàn)工收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50300-2001）.（中華人民共和國(guó)建設(shè)部 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.2001年7月20日聯(lián)合發(fā)布）.

作者簡(jiǎn)介：

申達(dá)昂，河南省鄭州市人，現(xiàn)工作單位：河南省龍華工程咨詢有限公司，長(zhǎng)期從事工程管理工作，有豐富的工程管理經(jīng)驗(yàn)。