前廣
(中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司,武漢 430000)
橫琴國際金融中心大廈工程位于珠海橫琴新區(qū)十字門中央商務(wù)區(qū)橫琴片區(qū)離岸金融島8號地塊,總建筑面積21.92萬m2,建筑高度337m,塔樓69層,裙樓4層,地下室4層,是甲級寫字樓、商業(yè)會展、餐飲與商務(wù)公寓等多種業(yè)態(tài)于一體的城市綜合體,也是在建的珠海澳門第一高樓。
圖1 IFC項目效果圖
本項目具有品質(zhì)定位高、工期緊、總包協(xié)調(diào)量大、造型復(fù)雜、工藝要求高等特點,在協(xié)同管理等多方面對智慧工地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了很高的要求: ①本項目爭創(chuàng)魯班獎,全國建筑業(yè)綠色施工示范工程,在管理上有很高的要求; ②辦公塔樓采用了智能化頂升模架系統(tǒng)并采用了塔吊不倒梁頂升的新技術(shù),項目安全監(jiān)控要求高; ③總工期僅1 151天,且工程體量大,專業(yè)分包多,現(xiàn)場各專業(yè)同時施工工作面協(xié)調(diào)難度大,傳統(tǒng)計劃管理方式自動化低,管理過程繁瑣,容易出現(xiàn)過程管理缺失等問題,無法滿足本項目管理需要。
圖2 智慧工地總體框架
項目通過BIM相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用,引入無人機航測、激光掃描、AR/VR等新技術(shù),依托物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等信息系統(tǒng),實現(xiàn)信息互聯(lián),同時將“物聯(lián)網(wǎng)+”理念與工程項目實施過程中的進度、安全、質(zhì)量、技術(shù)等管控要素相結(jié)合讓新技術(shù)有機的結(jié)合在一起,打造智慧工地,讓工地成為“生命體”。消除數(shù)據(jù)孤島、打通數(shù)據(jù)傳遞鏈條,提升建設(shè)工地監(jiān)督管理水平,促進建設(shè)工程科技創(chuàng)新,最終實現(xiàn)精益建造的目標(biāo)。其具體功能分工情況如圖2所示。
選用軟件是項目應(yīng)用的關(guān)鍵,要明確選用平臺的功能和特點,支撐項目各項應(yīng)用目標(biāo)。軟件選用優(yōu)勢互補、數(shù)據(jù)共享、高效協(xié)同是打造智慧工地、實現(xiàn)精益建造的核心[1],如表1所示。
表1 軟件選用
項目致力于探索消除數(shù)據(jù)孤島、打通數(shù)據(jù)傳遞鏈條、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集自動監(jiān)管,企業(yè)三大管理平臺以及進度計劃管理系統(tǒng),是信息管理的核心大腦,對各方面進行著分析和指揮。在項目上嘗試將各平臺數(shù)據(jù)進行整合,通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通和共享。以施工現(xiàn)場管理系統(tǒng)為核心,打通項目信息橫向傳遞鏈條,為項目管理服務(wù)。同時打通計劃、成本等信息的豎向傳遞鏈條,為企業(yè)管理、決策服務(wù)。
智慧工地各平臺協(xié)同工作流程如圖3所示。
圖3 智慧工地各平臺的協(xié)同工作
3.2.1 公司縱向?qū)用婀芾?/p>
公司層面,應(yīng)用了自主研發(fā)的三大平臺(圖4):
1)決策支持平臺(DSS)
集成企業(yè)主要運營指標(biāo)、風(fēng)險預(yù)警的化解情況、為企業(yè)決策提供大數(shù)據(jù)支持;
2)綜合管理信息系統(tǒng)(IMS)
企業(yè)內(nèi)控流程管理平臺,對企業(yè)運營風(fēng)險進行管控;
3)項目現(xiàn)場管理信息系統(tǒng)(PMS)
為項目現(xiàn)場管理提供支撐與服務(wù)的信息化應(yīng)用工具。
圖4 縱向數(shù)據(jù)管理示意圖
圖5 通過參數(shù)快速生成總控計劃
圖6 計劃分析
三個系統(tǒng)分別滿足三個管控層級不同的管理需求,通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通和共享。而智慧工地云平臺則是為三大管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持、監(jiān)管項目的“耳目”。
3.2.2 基于BIM的進度管理
自主研發(fā)的基于BIM的施工項目總承包進度計劃管理系統(tǒng)為項目提供快速參數(shù)化編制計劃、線性分析優(yōu)化、過程工作面可視化管理等功能,顯著提高了計劃的編制效率和可執(zhí)行性提高工程進度管控能力[2]。
圖7 自動生成施工模擬
3.2.3 PW協(xié)同管理平臺
作為超高層大型公建項目,項目參建單位眾多,通過PW平臺及項目管理系統(tǒng)實現(xiàn)跨專業(yè)的數(shù)據(jù)共享和交流,通過高效的檢索和數(shù)據(jù)儲存,解決各參建方信息交互的問題(圖8)。
3.3.1 BIM建模
為提高設(shè)計施工協(xié)同效率,基于設(shè)計圖所做的單專業(yè)模型繪制,旨在于以三維的角度對二維設(shè)計的空間結(jié)構(gòu)、復(fù)雜節(jié)點等進行圖紙復(fù)核審查,查缺補漏糾錯優(yōu)化,避免現(xiàn)場返工,達到提高效率、節(jié)省成本的目的。如圖9所示。
圖8 PW平臺查看模型,模型檢索
圖9 建立各專業(yè)模型
圖10 頂模深化設(shè)計及工況模擬
圖11 無人機實景建模、場地規(guī)劃、空中巡檢
圖12 激光掃描測量高大空間、掃描點云與模型的對比、輔助調(diào)整機電模型
圖13 利用帶智能放樣機器人實現(xiàn)精確高效的放樣 圖14 項目沙盤
圖15 VR用于方案體驗
3.3.2 深化設(shè)計
項目施工模擬根據(jù)建筑主體結(jié)構(gòu)特點,以滿足施工安全和主體結(jié)構(gòu)施工要求為前提,建立頂模系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫,包括貝雷片、立柱、掛架立桿、翻板、模板等標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件,對頂模系統(tǒng)進行模數(shù)化設(shè)計。對頂升過程進行模擬,對頂模模型的安全防護、操作空間等進行檢查。盡量考慮到頂模施工過程中的各種工況,確認(rèn)設(shè)計符合安全要求和施工便利性[3]。如圖10所示。
3.3.3 實景建模、激光掃描及智能放樣
項目采用無人機傾斜攝影建模,可視化地對場地進行規(guī)劃,并采用無人機巡檢,提升項目巡檢效率。為解決裙樓鋼構(gòu)與幕墻的精確定位和放樣、保障管道復(fù)雜區(qū)域的深化設(shè)計可執(zhí)行性,項目綜合采用激光掃描儀和放樣機器人。采用激光掃描快速、精確地采集點云數(shù)據(jù),用于實測實量、深化設(shè)計驗證、空間定位。采用智能全站儀對定位數(shù)據(jù)進行精準(zhǔn)放樣,實現(xiàn)施工現(xiàn)場的高效精確定位及放樣[4]。如圖11-13所示。
3.3.4 其他BIM探索
1)3D打印
項目將BIM三維場地布置模型通過3D打印技術(shù)將模型打印成立體、直觀、真實的BIM沙盤模型,在沙盤上對現(xiàn)場的布置進行部署、規(guī)劃和演練,可以更加直觀、深刻的反映項目CI設(shè)計及布置情況。如圖14所示。
2)VR應(yīng)用
在設(shè)計中,利用VR進行沉浸式體驗,虛擬實境給人更直觀的感受,在頂模施工模擬推演、機電深化設(shè)計方案核查中比平面的屏幕更容易發(fā)現(xiàn)問題,更有利于方案調(diào)整。如圖15所示。
3)AR應(yīng)用
本項目AR應(yīng)用處于探索階段,實驗性地研發(fā)了AR施工、運維系統(tǒng),將BIM模型加載到平板中,項目精確設(shè)置二維碼,掃描二維碼后,即可通過平板查看模型,即可將待施工的模型疊加在現(xiàn)實的圖像中,輔助管理人員掌握現(xiàn)場的復(fù)雜狀況。運維階段可以幫助管理者查看隱藏在墻后的管道模型,查看相關(guān)信息如流量、功率,如果是加裝了控制器的線路,還可以控制其開關(guān)。如圖16所示。
圖16 AR輔助施工、運維
圖17 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃
圖18 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸流程
3.4.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用概述
智慧工地物聯(lián)網(wǎng)平臺,是建立在BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)之上的工程信息化建造平臺,它是信息技術(shù)與先進工程建造技術(shù)的融合,其中最關(guān)鍵的是應(yīng)用數(shù)據(jù)的收集和分析,有了數(shù)據(jù)的有效分析,才能通過數(shù)據(jù)來支撐項目管理?;谛袠I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,我們制定了分三步走的智慧工地物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃(圖17)。
圖19 RFID監(jiān)管人員在各區(qū)域的出入時間
圖20 巡更巡檢及車輛進出記錄
本項目物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍涵蓋人員管理、大型設(shè)備管理、質(zhì)安管理、環(huán)境及能耗管理、材料管理五大模塊。物聯(lián)網(wǎng)的工作流程如圖18所示。由工地現(xiàn)場各傳感器的數(shù)據(jù)采集,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后,通過通用無線傳輸模塊把數(shù)據(jù)上傳到云平臺,在云平臺處理分析數(shù)據(jù),各監(jiān)管部門根據(jù)云平臺大數(shù)據(jù)進行分析決策。
3.4.2 人員管理應(yīng)用
1)人員管理概述
主要進行施工現(xiàn)場的人員管理,快速了解現(xiàn)場作業(yè)人員的情況,同時將管理人員考勤、保安巡更巡檢、車輛進出登記等納入項目智能物聯(lián)網(wǎng)進行綜合管理,完善項目非作業(yè)人員、車輛的管控。
2)施工現(xiàn)場人員管理
項目在工地門口,及關(guān)鍵區(qū)域的出入口加裝了RFID感應(yīng)器,在安全帽內(nèi)加裝預(yù)載人員身份信息的RFID芯片,對進場作業(yè)人員進行進退場考勤登記及資質(zhì)認(rèn)證,自動統(tǒng)計區(qū)域作業(yè)工種及人數(shù)上傳至平臺。精確管理工人在各個樓層工作面上的人員數(shù)量、專業(yè)、工作時間等,為精細(xì)化的人員管理提供數(shù)據(jù)支持。如圖19所示。
3)巡更巡檢管理
在巡檢點設(shè)置二維碼,指定人員需在規(guī)定時間沿巡更路線掃碼進行簽到,文字、拍照或語音進行巡檢情況匯報,上傳平臺進行歸檔。
4)進出車輛自動登記管理
在施工現(xiàn)場主要出入口加裝高清攝像頭,對進出施工現(xiàn)場的車輛進行拍照登記,包含車輛牌照號碼,車型,車輛進出場時間,數(shù)據(jù)上傳平臺進行歸檔。如圖20所示。
3.4.3 質(zhì)安管理應(yīng)用
質(zhì)安管理概述:主要對大體積混凝土無線測溫、高支模變形監(jiān)測、視頻監(jiān)控、區(qū)域管制報警等零散的應(yīng)用集成到平臺中統(tǒng)一管理,并通過開發(fā)手機端APP方便項目管理人員查看數(shù)據(jù)。
管制區(qū)域報警系統(tǒng)是現(xiàn)場臨邊洞口邊緣或限制進入的區(qū)域入口設(shè)置移動式感應(yīng)裝置器,當(dāng)有人員進入紅外人體感應(yīng)器的監(jiān)測范圍時報警,相關(guān)警告上傳云平臺。視頻監(jiān)控是將監(jiān)控設(shè)備的位置在三維模型中標(biāo)記,通過模型可以直接點開監(jiān)控點,進行視頻影像查看。如圖21所示。
大體積混凝土無線測溫采用常規(guī)的混凝土無線測溫設(shè)備,通過加裝數(shù)據(jù)中繼器將數(shù)據(jù)傳到云端數(shù)據(jù)平臺,通過電腦查看數(shù)據(jù)變化曲線,確保大體積混凝土澆筑質(zhì)量。
圖21 管制區(qū)域報警及視頻監(jiān)控
圖23 塔吊及頂模監(jiān)控系統(tǒng)
高支模監(jiān)測使用形變式測量構(gòu)件,實時監(jiān)測高支模桿件變形、進行超限預(yù)警,并通過聲光進行報警。相關(guān)數(shù)據(jù)上傳平臺,及時報警處理。如圖22所示。
3.4.4 大型設(shè)備管理管理應(yīng)用
1)塔吊、電梯、頂模平臺
塔吊、電梯、頂模平臺是工作業(yè)中最重要的施工機械,保證它們的安全使用,對保障施工安全、進度有著重要的意義。平臺通過傳感器對大型機械運行全過程進行監(jiān)控、記錄,及時預(yù)警。
2)塔吊防碰撞及監(jiān)控系統(tǒng)
實時監(jiān)測塔吊運行情況,包括塔吊轉(zhuǎn)角、大臂仰角、風(fēng)速、載重、幅度等數(shù)據(jù),為塔機碰撞以及塔機超載提供實時預(yù)警,并進行制動控制。
3)頂模監(jiān)控系統(tǒng)
主要包括液控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩個分系統(tǒng),實現(xiàn)對各個主缸聯(lián)動、同步控制和各支小油缸的控制,通過傳感器監(jiān)測構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變變化,監(jiān)測平臺平衡,保證頂模頂升安全。如圖23所示。
圖24 按順時針順序依次是:揚塵監(jiān)測及自動噴淋,污水監(jiān)測、用水用電管理、噪音監(jiān)測
圖25 智能地磅稱重和材料出入庫管理
3.4.5 環(huán)境監(jiān)測及能耗管理應(yīng)用
設(shè)置自動監(jiān)測環(huán)境儀器,對施工現(xiàn)場的PM2.5、噪音及污水等信息進行實時監(jiān)測,通過數(shù)據(jù)分析并處理項目環(huán)境、能耗情況,滿足綠色施工的監(jiān)管要求,自動化進行綠色施工分析。如圖24所示。
3.4.6 材料管理應(yīng)用
材料管理方面,主要是智能地磅和倉庫材料的信息化管理的應(yīng)用。
智能地磅是指在地磅稱重系統(tǒng)上加裝傳感器及攝像機,在材料車輛進場和出場分別進行稱重,對下料凈重進行計算、拍照記錄,將數(shù)據(jù)進行上傳在平臺中自動形成材料進場報表。
倉庫材料的信息化管理:項目各類物資入場時生成并粘貼相應(yīng)二維碼,物資調(diào)配時需通過掃描二維碼進行材料提取,入庫及調(diào)配信息將實時傳輸至智能云平臺系統(tǒng)。如圖25所示。
通過將工地視作有機體進行智慧工地實踐和研究,提升了設(shè)計、施工管理效率,節(jié)約了溝通時間和施工工期,實現(xiàn)了施工現(xiàn)場精細(xì)化的管理,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。經(jīng)統(tǒng)計如下:
(1)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖紙問題167條,建筑圖紙問題36條;
(2)共發(fā)現(xiàn)并解決碰撞問題3萬余個,出深化圖共5類、 36張;
(3)節(jié)點深化設(shè)計50余個;
(4)輔助施工方案交底30個;
(5)召開了全國智慧工地現(xiàn)場觀摩會、珠海市安全觀摩會、橫琴區(qū)智慧工地觀摩會。
(6)提高頂模設(shè)計加工效率50%;
(7)智慧工地云平臺上線后,項目管理能力顯著提高。上線運行后累計測試、記錄現(xiàn)場人員546人,累計運行104天,記錄人員工時112 156h; 監(jiān)測區(qū)域報警數(shù)量16次,頂模及塔吊預(yù)警9次; 監(jiān)測揚塵、污水、噪音、用水用電103天,整改問題7個,有效節(jié)水563m3,節(jié)電1 200kW·h。
(8)智能地磅累計稱重2 653次,其中入庫數(shù)據(jù)(含冗余數(shù)據(jù))33 265條,取穩(wěn)定值2 653次。倉儲信息化管理試運行中,入庫32次,出庫27次,取得了良好的研究實驗效果。
本項目在多方協(xié)同工作、深化設(shè)計、實景建模、激光掃描及放樣、AR、物聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用等方面進行了深入的探索嘗試,取得了一定成效,但仍存在一些問題需要進一步改進。
(1)綜合運用的平臺太多,運用流程尚不完善
目前協(xié)同工作流程還處于探索階段,效率不高,需要不斷完善各單位的協(xié)同工作流程,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)項目管理思路,重復(fù)利用好智慧工地新工具。
(2)人才培養(yǎng)
通過完善相關(guān)激勵、考核制度,通過多層次系統(tǒng)培訓(xùn),重點加強智慧工地相關(guān)應(yīng)用實踐能力的培養(yǎng),提高人員專業(yè)素質(zhì)。
(3)探索研究
繼續(xù)深入探索研究,繼續(xù)創(chuàng)新,將更多的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化,集成在智慧工地物聯(lián)網(wǎng)云平臺中,向精益建造的目標(biāo)繼續(xù)邁進。