智慧建造技術(shù)在北京城市副中心某工程中的持續(xù)應(yīng)用

(中建一局集團第二建筑有限公司，北京 102600)

引言

北京城市副中心是智慧建造試點區(qū)域，各項目模型為通州智慧城市數(shù)字化管理提供基建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]。指揮部建設(shè)的三維數(shù)字化管理平臺，要求各項目提供數(shù)據(jù)，從而有效總體控制設(shè)計及施工過程的進度和質(zhì)量，實現(xiàn)項目精細(xì)化管理[2-3]。

1 工程概況

1.1 項目簡介

北京城市副中心某項目位于北京市通州區(qū)，地下基礎(chǔ)形式為樁基加抗水板基礎(chǔ)，地上含有大量鋼結(jié)構(gòu)及幕墻體系。

1.2 工程使用智慧建造技術(shù)的特點和難點

(1)規(guī)格高：要求在原有智慧工地平臺上全面實現(xiàn)協(xié)同工作；

(2)工期緊：在專家論證基礎(chǔ)上，工期壓縮超過30%，進度壓力非常大；

(3)協(xié)調(diào)大：本工程有5個業(yè)主方，技術(shù)、生產(chǎn)、商務(wù)工作協(xié)調(diào)難度大；

(4)圖紙散：由于項目的特性，圖紙是由2個設(shè)計院分別對著兩個不同的政府部門，溝通效率的提升是關(guān)鍵；

(5)平臺多：在應(yīng)用背景的要求下，管理各方都在探索平臺應(yīng)用，所以施工數(shù)據(jù)的傳輸由原來1個平臺增加平臺到5個平臺，平臺數(shù)據(jù)采集和交互難；

(6)效率低：原平臺自動化收集信息的能力低，需要深入研究提高效率的方法。

2 原智慧建造平臺特點及持續(xù)應(yīng)用改進點

中建一局集團第二建筑有限公司，在首批北京城市副中心項目中，應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)了從BIM到BIM+的升級，擴展了BIM+的定義，使之不僅僅是BIM+VR、BIM+物聯(lián)網(wǎng)這種簡單的BIM與信息技術(shù)融合，而是強調(diào)以BIM為核心的智慧建造理念，基于智慧建造管理平臺，將工期監(jiān)控、物資管理、質(zhì)量安全管理、遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等納入綜合管理范圍。

在首批試用后發(fā)現(xiàn)，此智慧建造平臺仍有可調(diào)整改進的地方，故以一單項工程為示范工程又增加了施工模擬[4]、環(huán)境監(jiān)測[5]、文檔資料管理[6]等模塊，并在此基礎(chǔ)上對模型創(chuàng)建、進度管理等進行創(chuàng)新型應(yīng)用，包括：

(1)采用施工組織設(shè)計族提高建模效率；

(2)利用軟件統(tǒng)計施工記錄，生成周報，提高編制效率；

(3)自動計算并生成進度計劃橫道圖；

(4)自動收集質(zhì)量安全數(shù)據(jù)；

(5)模型與施工資料自動掛接。

如圖1-2所示。

圖1 原智慧建造管理平臺界面

圖2 改進后智慧建造管理平臺界面

3 改進后的智慧平臺應(yīng)用

3.1 進度管理

利用平臺高度的信息協(xié)調(diào)性進行進度管理，提高進度管理的效率。使用已有的BIM5D平臺掛接模型，通過強大的圖形界面，提高溝通效率。例如：鋼結(jié)構(gòu)的施工，從基本的多專業(yè)協(xié)調(diào)開始就應(yīng)用BIM技術(shù)處理碰撞、預(yù)埋預(yù)留和跟蹤物料[7]。用這些手段使工程的鋼結(jié)構(gòu)施工在北側(cè)和西側(cè)沒有場地的情況下，通過進度管理功能合理規(guī)劃場地和安裝順序，實現(xiàn)大部分構(gòu)件按計劃加工，隨到隨吊，并最終確保鋼結(jié)構(gòu)提前16天封頂。如圖3所示。

圖3 進度管理

3.2 勞務(wù)管理和現(xiàn)場監(jiān)控的應(yīng)用

在勞務(wù)管理方面，用閘機收集勞務(wù)信息，利用視頻監(jiān)控提高安全和質(zhì)量管理效率，用黑匣子監(jiān)控塔吊和外用電梯的運行，并搜集數(shù)據(jù)，在平臺檢查[8]。如圖4所示。

圖4 勞務(wù)管理和現(xiàn)場監(jiān)控

3.3 安全質(zhì)量及物資管理

安全質(zhì)量管理方面，將每天項目中發(fā)生的質(zhì)量安全問題上傳至云建造平臺，平臺數(shù)據(jù)自動和智慧工地管理平臺掛接，在平臺進行統(tǒng)計分析，落實整改信息[9]。

物資方面采用地磅、攝像頭等設(shè)備自動收集物資信息。每周根據(jù)平臺匯總的數(shù)據(jù)，調(diào)整安全質(zhì)量重點工作方向，目前累計收集物資數(shù)據(jù)251次，發(fā)現(xiàn)安全問題282個，質(zhì)量問題416個，均在整改期限內(nèi)完成，未出現(xiàn)重大質(zhì)量安全問題[10]。如圖5所示。

3.4 數(shù)據(jù)自動提取

原平臺的質(zhì)量安全的數(shù)據(jù)不能互通，需要手動提取和上傳，平臺在升級后可自動提取中建一局的安全質(zhì)量平臺信息和BIM5D平臺信息，減少了手動的信息互傳工作[11]。如圖6-7所示。

圖5 安全質(zhì)量及物資管理

圖6 中建 一局質(zhì)量安全管理平臺 圖7 智慧管理平臺

4 BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

4.1 計算臨建成本

副中心區(qū)域的臨建工程投入較大，單個項目超過千萬，而且由于施工過程中要二次搬遷，重新設(shè)計臨建，所以需要對臨建成本高度重視，而目前的計算手段效率不高，我們需要一種快速的計算方案。

因此，我們研發(fā)了一個利用軟件和模型自動計算成本的插件，可快速計算臨建成本。如圖8所示。

圖8 施工過程計算臨建造價的流程

基本原理就是：臨建設(shè)計一般較固定，通過設(shè)計好族的工程量和特征，可根據(jù)特征提取造價信息，與工程量一起計算成本，特征和工程量參數(shù)可根據(jù)需求而改動，不需編程即可解決廣泛適應(yīng)性問題[12]。

例如：鋼筋場地族：根據(jù)場地尺寸和鋼筋長度自動調(diào)整鋼筋捆數(shù)，提供場地存放能力數(shù)據(jù)，提供計算工程量所需屬性。如圖9-10所示。

圖9 鋼筋場地族

按標(biāo)準(zhǔn)建造模型，利用單位價格信息計算出模型對應(yīng)的臨建成本和補充的臨建成本，再將模型對應(yīng)成本和補充成本合成完整臨建成本。

圖10 臨建成本計算過程

后期經(jīng)過對比，設(shè)計時的計算數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)偏差在4.3%，偏差原因主要是單價估計偏高，這個問題可隨著數(shù)據(jù)收集的過程逐漸完善。

應(yīng)用效果：

(1)形成了臨建工程量清單；

(2)形成了臨建用單價信息表；

(3)提高了臨建成本計算的效率；

(4)形成了簡單的可廣泛應(yīng)用的臨建成本計算方法。

4.2 開發(fā)施工日志軟件

為了解決傳統(tǒng)記錄施工日記過程中的錯漏等問題，我們自主開發(fā)“施工日記錄”軟件系統(tǒng)，管理人員在現(xiàn)場檢查時可隨時將數(shù)據(jù)輸入施工日志APP，記錄每天的施工進度。如圖11-13所示。

導(dǎo)出的進度周報和質(zhì)量、安全等信息合并成生產(chǎn)周報上傳平臺，在提高編制效率的同時收集數(shù)字化的施工日記信息。如圖14所示。

應(yīng)用效果：

1)形成了數(shù)字化的施工日記信息；

2)記錄人員每人減少日志整理時間15min/d。

圖11 施工日志軟件

圖12 自動在PC端將日報或周報導(dǎo)出

圖13 平臺顯示生產(chǎn)周報

4.3 研發(fā)快速制定進度計劃軟件

為了提高調(diào)整進度計劃的效率，研發(fā)了可從施工日記錄軟件、模型、表格數(shù)據(jù)中提取信息，并快速制定進度計劃的軟件，幫助分析當(dāng)前勞動力能否滿足要求，在不滿足的情況下，如何調(diào)整勞動力配置。形成的進度計劃可由BIM5D系統(tǒng)與模型掛接，并上傳平臺。如圖15所示。

應(yīng)用效果：

(1)比較不同勞動力配置和施工流水組織下的進度計劃；

(2)驗證了施工日記軟件生成數(shù)據(jù)的可用性；

(3)形成了通用性較好的數(shù)據(jù)架構(gòu)，實現(xiàn)了多平臺間的數(shù)據(jù)交互。

圖14 快速制定進度計劃的流程示意圖

4.4 資料軟件和模型自動掛接

為了解決資料編制不及時、錯漏等問題，我們聯(lián)合軟件開發(fā)商一起研究了基于工序管控的資料軟件，并按照項目標(biāo)準(zhǔn)，進行分段建模，模型劃分方式與項目工程資料相對應(yīng)，通過軟件將模型上傳到服務(wù)器，并且將資料和模型自動掛接，同時能在平臺上檢查資料的編制情況。很好地解決了模型和資料關(guān)聯(lián)過程的效率問題，同時也規(guī)范了資料的編制。如圖16所示。

應(yīng)用效果：

(1)減少了資料編制的錯誤和缺漏；

(2)實現(xiàn)了資料編制的自動提醒，確保資料及時性；

(3)實現(xiàn)了基于BIM模型的資料自動掛接，提高資料檢查的效率。

5 效益和成果

除了社會效益，項目也進行了經(jīng)濟效益的對比分析。通過匯總分析可知：BIM技術(shù)和集成平臺的優(yōu)勢主要是通過提高效率節(jié)省工期進而降低成本，如表1所示：

表1 經(jīng)濟效益對比分析

項目采用BIM技術(shù)方案處理和原技術(shù)方案對比收益數(shù)額(萬元)土建、機電、電信院的多方圖紙協(xié)調(diào)提高溝通效率節(jié)省工期3天45隔震支座施工減少樣板放樣的溝通時間3天45鋼結(jié)構(gòu)A、B建筑鋼結(jié)構(gòu)施工,總計節(jié)省工期36天,平均項目日成本:10萬/天計算360材料節(jié)省70合計720成本軟件、電腦、監(jiān)控設(shè)備等、人員工資150效益270比率效益/成本180%

6 結(jié)論

智慧建造相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用很好的解決了我們對于信息管理的需求。在日常管理活動中應(yīng)用協(xié)同平臺、BIM技術(shù)和專項管理軟件，能很好的構(gòu)建起一套高效率的工作方法，實現(xiàn)過去很難實現(xiàn)的管理目標(biāo)。相信隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，我們應(yīng)用這些技術(shù)解決的問題會越來越廣泛，并最終實現(xiàn)智慧系統(tǒng)接管工程管理，實現(xiàn)智慧建造。