鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動房與智慧建造融合應(yīng)用
——以北京建工昌平區(qū)未來科學(xué)城第二中學(xué)建設(shè)工程為例

文｜鐘遠(yuǎn)享 許曉煌

北京市昌平區(qū)未來科學(xué)城第二中學(xué)建設(shè)工程由北京建工集團(tuán)承建，北京國際建設(shè)集團(tuán)有限公司（北京建工集團(tuán)優(yōu)先發(fā)展的子集團(tuán)公司，以下簡稱“國建公司”）承擔(dān)技術(shù)咨詢服務(wù)。工程位于北京市北七家鎮(zhèn)，總建筑面積23088.82m2，建筑結(jié)構(gòu)主要為鋼框架裝配式結(jié)構(gòu)，工程將BIM+智慧工地技術(shù)應(yīng)用到項(xiàng)目信息化管理實(shí)踐中，積累了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成套的施工技術(shù)成果，在被動式建筑的數(shù)字化施工方面具有代表意義。

該工程是由北京市昌平區(qū)教育委員會決策、北京未來科學(xué)城置地有限公司具體實(shí)施的政府投資項(xiàng)目，是北京市投資項(xiàng)目審批改革的試點(diǎn)項(xiàng)目，建成后對昌平區(qū)教育系統(tǒng)乃至對昌平區(qū)建設(shè)具有重要意義，為建筑行業(yè)綠色節(jié)能建筑，推動建筑行業(yè)數(shù)字化智慧化管理模式的發(fā)展。

項(xiàng)目管理難點(diǎn)

（1）高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求

由于本工程為超低能耗被動式建筑，在綠色節(jié)能和建筑特性上，有特殊質(zhì)量要求。同時(shí)，本工程制定了較高的施工目標(biāo)，希望在工程質(zhì)量方面爭創(chuàng)結(jié)構(gòu)、建筑長城杯金獎；在建筑特性方面，通過被動房氣密性驗(yàn)收及認(rèn)證；在綠色施工方面，力爭達(dá)到“北京市安全文明樣板工地”的標(biāo)準(zhǔn)，打造安全綠色施工樣板工地，爭創(chuàng)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部“綠色施工科技示范工程”。

在如此高的目標(biāo)要求下，北京建工集團(tuán)必須在施工過程中建立嚴(yán)格的質(zhì)量控制機(jī)制，應(yīng)用先進(jìn)的施工技術(shù)，做到精細(xì)化施工。只有每個分項(xiàng)達(dá)到過程精品，才能以過程精品確保精品工程。

（2）緊張的工期要求

本工程于2018年12月22日開工，計(jì)劃于2020年5月30日竣工。期間經(jīng)歷兩個春節(jié)假期、兩個冬季、2019年全國兩會及2019年國慶大慶?？紤]到北京市嚴(yán)格的環(huán)保要求，實(shí)際合同工期內(nèi)有效的施工時(shí)間已不能滿足高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求及精細(xì)化施工所需時(shí)間，如何科學(xué)合理地進(jìn)行施工部署是本工程總體工期控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

（3）參建各方高效組織協(xié)調(diào)要求

本工程在施工中有較多的專業(yè)分包項(xiàng)目，施工過程中，需要大量、高效的溝通協(xié)作工作，確保參建的各專業(yè)分工有效推進(jìn)。因此，如何正確行使總包權(quán)力、履行總包責(zé)任及義務(wù)是工程的管理重點(diǎn)，對總包方協(xié)調(diào)、配合、管理提出了較高的要求。

項(xiàng)目施工難點(diǎn)

（1）鋼框架裝配式結(jié)構(gòu)與被動式建筑的結(jié)合

本工程為鋼結(jié)構(gòu)裝配式、被動式超低能耗建筑，因此，外圍護(hù)嚴(yán)格的保溫和氣密性能如何在鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系上達(dá)到，如何消減鋼結(jié)構(gòu)溫度變形對被動式建筑相關(guān)參數(shù)要求的影響是本工程的結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)。需要在施工前編制科學(xué)合理的施工方案，在過程中嚴(yán)控各工序施工質(zhì)量，以確保施工質(zhì)量和安全。

（2）ALC外掛板的安裝

本工程±0.00m以上的外墻圍護(hù)均采用200厚ALC加氣混凝土條板，在鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)外掛安裝。如何規(guī)避外掛板在使用中不受鋼結(jié)構(gòu)溫度變形影響，造成接縫開裂、影響外保溫及氣密性要求是項(xiàng)目的重難點(diǎn)。此外，ALC條板的現(xiàn)場安裝精度、接縫處理的控制，與結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)做法設(shè)計(jì)同樣面臨巨大的挑戰(zhàn)。

（3）各專業(yè)工序配合緊密

本項(xiàng)目除常規(guī)建筑需要的水電安裝、電梯安裝等專業(yè)隊(duì)伍外，還需要很多符合被動式建筑需要的、專業(yè)性更強(qiáng)的專業(yè)隊(duì)伍，比如：被動式門窗專業(yè)隊(duì)伍，被動式外墻保溫專業(yè)隊(duì)伍，高效新風(fēng)、光伏發(fā)電、氣密性施工專業(yè)隊(duì)伍等。如何合理安排和解決各專業(yè)的施工組織和施工協(xié)調(diào)，以及與鋼結(jié)構(gòu)、土建的密切配合，是保證施工質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵。

（4）克服現(xiàn)場場地狹窄的不利影響

受工程位置影響，北側(cè)為未來科學(xué)城大道（未來科學(xué)城主要參觀通道），東側(cè)與達(dá)華莊園別墅區(qū)一墻之隔，南側(cè)與京能集團(tuán)一墻之隔，以上三面均不能進(jìn)行項(xiàng)目施工開口，只有西側(cè)嶺上路可以作為施工進(jìn)出主要市政道路。但項(xiàng)目總體規(guī)劃北側(cè)為教學(xué)樓，西側(cè)由北向南分別為行政樓、體院館、宿舍樓，南北貫通，僅宿舍樓與體育館之間有狹窄通道，東側(cè)為室外操場，下設(shè)計(jì)為地下車庫人防。地下工程開挖后，東南西面均緊貼建筑紅線和現(xiàn)有圍墻，施工場地僅有地下車庫北側(cè)與教學(xué)樓之間綠化空地可用。在工期緊迫的情況下，如何科學(xué)進(jìn)行現(xiàn)場施工平面布置、統(tǒng)籌各單體建筑的施工順序、將場地影響降為最低是該項(xiàng)目的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

（5）克服季節(jié)性施工的不利影響

本工程大部分結(jié)構(gòu)施工處于雨季和酷暑天氣，土方開挖及后期裝飾、室外工程大多工作處于冬季施工，施工面臨大量季節(jié)性天氣因素，且諸多因素具有隨機(jī)性，難以及時(shí)預(yù)測和反應(yīng)。為保證本工程施工的安全、質(zhì)量及工期，如何做好季節(jié)性施工保證措施將是本工程的施工重點(diǎn)控制之一。

軟件配置 表1

BIM+智慧工地應(yīng)用方案

（1）智慧勞務(wù)應(yīng)用

解決項(xiàng)目勞務(wù)管理的問題。目前，施工勞務(wù)隊(duì)伍存在結(jié)構(gòu)松散、零散用工以及勞務(wù)工資發(fā)放不及時(shí)等問題，嚴(yán)重影響工程施工質(zhì)量和施工組織效率。本項(xiàng)目欲通過應(yīng)用智慧勞務(wù)應(yīng)用技術(shù)，在勞務(wù)管理上實(shí)現(xiàn)突破，通過智慧勞務(wù)技術(shù)與勞務(wù)實(shí)名制緊密結(jié)合，來切實(shí)提高勞務(wù)人員的組織協(xié)調(diào)效率，保障工程建設(shè)秩序、穩(wěn)定勞務(wù)人員的切身利益。

組織架構(gòu)圖

項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)用整體步驟流程圖

（2）智慧安全應(yīng)用

解決項(xiàng)目安全管理的問題。建筑施工行業(yè)是高危行業(yè)，一線作業(yè)人員安全意識薄弱，基本操作技能較差，加之建筑行業(yè)本身?xiàng)l件復(fù)雜，易受周圍環(huán)境影響，行業(yè)競爭激烈。本項(xiàng)目欲通過應(yīng)用智慧安全應(yīng)用技術(shù)，在安全管理上發(fā)揮實(shí)質(zhì)性的作用，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可視化技術(shù)、智能安全帽技術(shù)等，精準(zhǔn)預(yù)測安全隱患并消除隱患，最大程度降低安全風(fēng)險(xiǎn)，從管理源頭處實(shí)現(xiàn)安全可控。

（3）智慧質(zhì)量應(yīng)用

解決項(xiàng)目質(zhì)量管理的問題。本工程作為北京市的試點(diǎn)項(xiàng)目工程，性質(zhì)特殊，質(zhì)量攻堅(jiān)更是志在必得，質(zhì)量目標(biāo)更是以行業(yè)的最高的“長城杯金獎”“國家優(yōu)質(zhì)工程獎”等作為努力的目標(biāo)，因而應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的智慧質(zhì)量應(yīng)用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量目標(biāo)的保障，有先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，讓項(xiàng)目更加有信心有決心實(shí)現(xiàn)既定的高質(zhì)量目標(biāo)。

（4）智慧進(jìn)度應(yīng)用

解決項(xiàng)目進(jìn)度管理的問題。本工程的超低能耗建筑類型在建筑技術(shù)上存在諸多技術(shù)難點(diǎn)，施工工藝操作細(xì)致繁瑣，國內(nèi)被動式建筑建造規(guī)范不完善，本項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重（465日歷天，預(yù)計(jì)有效工期僅200天左右），意味著在短時(shí)間能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化建造，對項(xiàng)目的進(jìn)度管理是極大的挑戰(zhàn)。項(xiàng)目通過采用智慧進(jìn)度技術(shù)，直面挑戰(zhàn)，廣聯(lián)達(dá)的斑馬進(jìn)度從項(xiàng)目開端即對全施工周期進(jìn)行進(jìn)度精細(xì)化排布，過程中實(shí)時(shí)調(diào)整，使進(jìn)度皆在把握之中。

（5）智慧黨建應(yīng)用

滿足項(xiàng)目黨建管理的需要。黨建引領(lǐng)業(yè)務(wù)，黨建促進(jìn)業(yè)務(wù)，新時(shí)期，黨建工作圍繞中心，服務(wù)大局，與業(yè)務(wù)工作相輔相成。本工程重要的參建各方皆是政府部門或國企性質(zhì)，項(xiàng)目部遵守企業(yè)的黨建要求，為促使項(xiàng)目的實(shí)力推進(jìn)，未來科學(xué)城成立了黨員攻堅(jiān)隊(duì)，發(fā)揮“黨建促業(yè)務(wù)的作用”，項(xiàng)目部則與其他項(xiàng)目部成立了聯(lián)合黨支部，通過智慧黨建應(yīng)用，依托互聯(lián)網(wǎng)等多方式的交流技術(shù)建設(shè)的“智慧黨建平臺”，實(shí)現(xiàn)黨建信息匯集與共享，進(jìn)一步規(guī)范基層黨組織的凝聚力和戰(zhàn)斗力，為黨建事業(yè)提供堅(jiān)強(qiáng)的組織保證。

（6）智慧協(xié)同（資料）應(yīng)用

解決工程資料收集整理共享的問題。工程資料是建設(shè)施工中的重要組成部分，是工程建設(shè)及竣工驗(yàn)收的必備條件。該項(xiàng)目非常重視工程資料的管理工作，通過智慧協(xié)同（資料）應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程資料實(shí)時(shí)跟進(jìn)，切實(shí)反映實(shí)體工程的進(jìn)展情況。通過平臺的共享，信息及時(shí)進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)資料最優(yōu)化管理。

（7）智慧環(huán)保（綠色施工）應(yīng)用

解決環(huán)保問題，滿足北京市對綠色施工的高標(biāo)準(zhǔn)要求。本工程開工伊始，即確立了要創(chuàng)立北京市綠色文明安全樣板工地，爭創(chuàng)全國綠色施工科技示范工程。項(xiàng)目部在滿足常規(guī)環(huán)保要求的同時(shí)，自我提高了綠色施工的高要求高標(biāo)準(zhǔn)，通過應(yīng)用智慧環(huán)保（綠色施工）技術(shù)，來大大助力項(xiàng)目部實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)，助力項(xiàng)目管理整體目標(biāo)的順利推進(jìn)。

（8）可視化智慧應(yīng)用

BIM+智慧技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化應(yīng)用，解決項(xiàng)目實(shí)際難題。本項(xiàng)目通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工場地可視化布設(shè)、BIM建模、BIMVR安全體驗(yàn)、可視化施工交底，欲使繁瑣的工程施工更加具體明確，避免傳統(tǒng)圖紙、文字描述等產(chǎn)生思維誤差，進(jìn)而提升工程項(xiàng)目管理工作。

BIM+智慧工地實(shí)施過程

（1）實(shí)施準(zhǔn)備

使用“BIM+智慧工地”技術(shù)助力“鋼結(jié)構(gòu)+超低能耗被動式建筑”的建造發(fā)展。項(xiàng)目部結(jié)合自身實(shí)際，確定了實(shí)踐步驟。

學(xué)習(xí)階段。項(xiàng)目前期，派任技術(shù)員報(bào)名參加BIM+智慧工地技術(shù)的課程培訓(xùn)班，學(xué)習(xí)BIM、智慧工地技術(shù)實(shí)踐知識，并且多次到轉(zhuǎn)型領(lǐng)先的施工單位進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。

策劃階段。結(jié)合項(xiàng)目部的實(shí)際情況、履約及創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)，策劃技術(shù)應(yīng)用框架和具體實(shí)施方案，匹配項(xiàng)目部的管理人員，推進(jìn)技術(shù)與管理復(fù)合型的人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)。

平臺搭建及技術(shù)措施布設(shè)階段。在軟件公司的支持下，線上搭建數(shù)字項(xiàng)目管理平臺，線下采購智慧硬件，如智能攝像頭、智能安全帽、智能閘機(jī)等，讓硬件設(shè)備與管理平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)。

項(xiàng)目部技術(shù)交底/培訓(xùn)階段。組織項(xiàng)目各部門進(jìn)行工程項(xiàng)目智慧工地實(shí)施方案交底，明確主要負(fù)責(zé)人、各參與人員的職責(zé)分工。開展項(xiàng)目部BIM+智慧工地技術(shù)培訓(xùn)，針對各部門的具體應(yīng)用，開展深化應(yīng)用培訓(xùn)。

實(shí)施應(yīng)用階段。根據(jù)技術(shù)實(shí)施應(yīng)用方案、前期交底內(nèi)容、培訓(xùn)內(nèi)容，各負(fù)責(zé)人對應(yīng)實(shí)施BIM+智慧工地管理，將技術(shù)常態(tài)化應(yīng)用，將現(xiàn)場實(shí)際情況真實(shí)反映在數(shù)字項(xiàng)目管理平臺上。

優(yōu)化/完善應(yīng)用階段。根據(jù)技術(shù)實(shí)施的情況，工程的實(shí)際需要，深入開發(fā)數(shù)字項(xiàng)目管理平臺，調(diào)整現(xiàn)場智慧措施，完善技術(shù)應(yīng)用，以服務(wù)施工生產(chǎn)，提高施工效率。

應(yīng)用總結(jié)階段。結(jié)合被動式建筑的建造，總結(jié)BIM+智慧工地技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用和創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究開發(fā)成果，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)。

（2）實(shí)施過程

結(jié)合前期調(diào)研溝通結(jié)果，為滿足項(xiàng)目部業(yè)務(wù)管理需要、提高工作效率、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目業(yè)務(wù)替代、降低現(xiàn)場人員工作量，同時(shí)，快速高效采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，項(xiàng)目部的應(yīng)用，主要采用六大成熟產(chǎn)品以及部分定制開發(fā)工具，主要應(yīng)用點(diǎn)概述如下：

勞務(wù)實(shí)名制。硬件和軟件結(jié)合，應(yīng)用閘機(jī)、人臉識別、安全帽無感通行等多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)勞務(wù)人員考勤、勞務(wù)用工統(tǒng)計(jì)、黑名單管理、安全教育及考核、工人住宿、勞務(wù)民工工資支付等，作為勞動人員管理的數(shù)據(jù)來源。

智能安全帽通過關(guān)聯(lián)施工人員ID和安全帽芯片，結(jié)合關(guān)鍵位置的“工地寶”設(shè)備，對項(xiàng)目管理而言，能夠?qū)崟r(shí)獲得勞務(wù)人員的位置、區(qū)域等活動信息。在此基礎(chǔ)上，繪制全天移動軌跡，進(jìn)而掌握場布模型，實(shí)現(xiàn)人、證、圖像、安全帽科學(xué)統(tǒng)一，提升勞務(wù)管理效率。對施工人員而言，減輕個人的手動登記工作量，系統(tǒng)自動生成考勤表，作為薪資發(fā)放的依據(jù)之一，相比傳統(tǒng)模式而言，勞務(wù)記錄和薪資發(fā)放更有數(shù)據(jù)可依，減少扯皮和拖薪欠薪情況。在應(yīng)用智能安全帽和勞務(wù)系統(tǒng)后，可以預(yù)警信息播報(bào)、花名冊、考勤表等一鍵導(dǎo)出、人員異動信息自動推送、人員滯留提醒、聯(lián)動閘機(jī)和其他外圍設(shè)備等等。不僅可以知道“量”，還可以動態(tài)去“管”，將很多出勤異常的問題扼殺在搖籃中，根據(jù)施工進(jìn)度、施工內(nèi)容按需配置專業(yè)人員，分區(qū)分類，高效施工。

安全/質(zhì)量巡檢。建立安全隱患/質(zhì)量問題庫以及規(guī)范庫，手機(jī)端實(shí)現(xiàn)“檢查-處罰-整改-回復(fù)-分析”的PDCA的管理流程，統(tǒng)一建立檢查隱患清單、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件，搭建知識平臺。在智能巡檢過程中，通過手機(jī)端移動設(shè)備，拍照留存現(xiàn)場實(shí)況，并通過云端生成整改通知單，施工人員能夠及時(shí)接收問題通知，對整改做出快速響應(yīng)。此外，通過集成實(shí)測實(shí)量設(shè)備，自動統(tǒng)計(jì)分析問題數(shù)據(jù)，經(jīng)過時(shí)間的積累，逐漸形成項(xiàng)目特有的大數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)后續(xù)工作的開展，讓質(zhì)量管理更簡單、便捷、直觀。

環(huán)境監(jiān)測。通過環(huán)境傳感器等硬件，實(shí)時(shí)監(jiān)控工程施工現(xiàn)場環(huán)境的噪聲、揚(yáng)塵等環(huán)境信息，并通過軟件系統(tǒng)及硬件顯示設(shè)備，分析及顯示施工現(xiàn)場環(huán)境信息。

VR安全教育。本項(xiàng)目基于施工現(xiàn)場BIM模型，構(gòu)建了BIM+VR虛擬安全體驗(yàn)館系統(tǒng)，通過現(xiàn)場BIM模型和虛擬危險(xiǎn)源的結(jié)合，讓體驗(yàn)者可以走進(jìn)真實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)場景中，通過沉浸式和互動式體驗(yàn)讓體驗(yàn)者得到更深刻的安全意識教育，以提升全員的生產(chǎn)安全意識水平。

進(jìn)度管理。項(xiàng)目采用斑馬進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行進(jìn)度管理，自動生成網(wǎng)絡(luò)圖、橫道圖，通過“前鋒線”檢查分析整體進(jìn)度。因?yàn)楸竟こ痰墓て诰o張，有效工期很少，存在很多不可控的隨機(jī)因素，在進(jìn)度管理上投入了極大力度。通過關(guān)鍵線路和影響天數(shù)的標(biāo)記和測算，能夠及時(shí)根據(jù)突發(fā)情況及時(shí)調(diào)整，保證工期和順利履約。

BIM+智慧工地應(yīng)用效果總結(jié)

前期項(xiàng)目策劃上即明確了項(xiàng)目推進(jìn)的管理難點(diǎn)和施工技術(shù)難點(diǎn)，以及項(xiàng)目的重要意義與目標(biāo)，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用在勞務(wù)管理、質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理等方面，使項(xiàng)目的整體推進(jìn)情況基本可控，質(zhì)量安全進(jìn)度得到實(shí)質(zhì)性保障。目前，應(yīng)用仍在持續(xù)中，且趨于常態(tài)化，下一步將結(jié)合北京建工集團(tuán)科研課題《鋼框架結(jié)構(gòu)超低能耗建筑綜合技術(shù)研究與應(yīng)用》，進(jìn)一步深化應(yīng)用智慧工地技術(shù)，助力科研課題成果的落地，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的終極目標(biāo)。

本工程采取的綠色施工技術(shù)，提高了工程的節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材等環(huán)保效益；預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到300萬元。“BIM+智慧工地”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場信息管理，減少人力物力的投入，加快了施工進(jìn)度，預(yù)計(jì)能夠縮短工期2個月；本工程進(jìn)行綜合改進(jìn)和集成優(yōu)化，為鋼結(jié)構(gòu)裝配式超低能耗建筑的建造提供高效的技術(shù)參照；提高了項(xiàng)目管理效率，其管理模式可為其他項(xiàng)目提供參考與借鑒。

超低能耗被動式綠色建筑是建筑行業(yè)發(fā)展的方向，與國家可持續(xù)發(fā)展的政策保持一致，也是建筑施工水平先進(jìn)性的體現(xiàn)，昌平區(qū)未來科學(xué)城第二中學(xué)建設(shè)工程項(xiàng)目在施工過程中通過開展綠色施工，科技創(chuàng)新、智慧工地等一系列新型建造方式，助推綠色節(jié)能建筑的發(fā)展，助推行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。