物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在混凝土工程管理中的應(yīng)用

郭青偉，李學(xué)華

（南陽師范學(xué)院，河南 南陽 473061）

0 引言

自2005 年5 月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出“積極引進和推廣國外日益普及的綠色建筑、 生態(tài)建筑和可持續(xù)建筑等新理念和新技術(shù)”以來，綠色建筑在國內(nèi)開始蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出杭州低碳科技館、貴陽市息烽縣人民醫(yī)院綜合住院大樓、天津大學(xué)第一教學(xué)樓、常州市武進綠色建筑研發(fā)中心維綠大廈等一大批優(yōu)秀綠色建筑案例［1］。 綠色建筑強調(diào)全壽命周期內(nèi)的安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居，不僅提高了人們的居住質(zhì)量， 還有利于自然環(huán)境保護。 經(jīng)過十余年的發(fā)展，我國綠色建筑在標準制定、材料研發(fā)、評定推廣等方面取得了豐碩的成果。綠色建筑將節(jié)能環(huán)保理念與建筑業(yè)完美結(jié)合起來， 實現(xiàn)了人與自然和諧相處，是建筑業(yè)未來的發(fā)展方向。

混凝土工程在綠色建筑中占據(jù)重要地位， 但傳統(tǒng)的粗放型管理模式不但不能實現(xiàn)混凝土施工過程的科學(xué)管理，造成資源浪費和環(huán)境污染，而且與可持續(xù)的綠色建筑理念相悖。如天津、貴州等地相繼出現(xiàn)了在建混凝土工程因質(zhì)量不合格而降低標準使用，甚至拆除重建等亂象。 這主要是因為混凝土工程質(zhì)量管理滯后于市場需求。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)旨在實現(xiàn)人與物、物與物之間的連接，為混凝土工程施工階段的科學(xué)管理提供了平臺。自2010 年3 月5 日溫家寶總理所作政府工作報告中將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興以來， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在煤礦開采、金屬鑄造、農(nóng)業(yè)、快遞行業(yè)、教學(xué)科研等領(lǐng)域得到了應(yīng)用［2］。 筆者試通過分析混凝土工程施工階段常見的質(zhì)量問題及其原因， 提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全過程管理方法，并從混凝土工程澆筑、養(yǎng)護、質(zhì)量檢測、構(gòu)件進場安裝等環(huán)節(jié)進行論證，以期為混凝土施工科學(xué)管理提供理論指導(dǎo)。

1 混凝土工程施工階段常見問題

綠色建筑的快速發(fā)展使得混凝土工程從傳統(tǒng)的水泥、石子、沙和水形成的組合體發(fā)展到功能全面的建筑主材，不僅可用于承重結(jié)構(gòu)，還可用作裝飾和防水等功能性材料。 混凝土工程施工階段責(zé)任主體多，施工工序繁瑣，如管理不善，將會造成不良的社會影響。 蘇楊月將濟南市某裝配整體式高層住宅項目30份現(xiàn)場會議文件反映的質(zhì)量問題按照設(shè)計、生產(chǎn)運輸和現(xiàn)場吊裝施工三個環(huán)節(jié)進行分類，結(jié)果表明，出現(xiàn)問題頻率最高的是施工環(huán)節(jié)，其次是生產(chǎn)及運輸環(huán)節(jié)，設(shè)計環(huán)節(jié)最少［3］。 齊寶庫等根據(jù)沈陽市近年來預(yù)制裝配式混凝土工程的現(xiàn)場調(diào)研情況，分析了施工過程常見問題，認為平板制作安裝、預(yù)制構(gòu)件連接、管線及預(yù)制構(gòu)件埋設(shè)、 預(yù)制構(gòu)件成品保護等方面均易出現(xiàn)質(zhì)量問題［4］。

1.1 混凝土材料問題

綠色建筑強調(diào)節(jié)能環(huán)保，對材料要求高。 《綠色建筑評價標準》（GB／T 50378-2019） 明確規(guī)定：500 km 以內(nèi)生產(chǎn)的建筑材料重量占建筑材料總重量的比例應(yīng)大于60%； 現(xiàn)澆混凝土應(yīng)采用預(yù)拌混凝土，建筑沙漿應(yīng)采用預(yù)拌沙漿。 天津市河西區(qū)的粵翠名邸項目個別棟號混凝土強度不符合設(shè)計要求、 西安市的“瘦身鋼筋”、河南鹿邑縣志成實驗學(xué)校的問題水泥等亂象，都暴露出材料強度不足，以次充好，甚至將不合格產(chǎn)品當合格產(chǎn)品出售等問題， 導(dǎo)致工程降低標準使用乃至拆除重建。

1.2 預(yù)制構(gòu)件加工問題

構(gòu)件預(yù)制具有降低施工現(xiàn)場勞動強度、 工廠化制作減少產(chǎn)品質(zhì)量離散性、可縮短工期等優(yōu)點。我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部陸續(xù)發(fā)布《裝配式混凝土建筑技術(shù)標準》（GB／T 51231-2016）、《工廠預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量管理標準》（JG／T565-2018）等標準，對預(yù)制構(gòu)件進行管理。 但由于各參與方溝通不充分或施工人員操作失誤等原因，導(dǎo)致出現(xiàn)構(gòu)件尺寸不規(guī)整、外觀質(zhì)量不符合要求、預(yù)埋件位置不準確、圖紙交底困難等問題，造成構(gòu)件返工或降低標準使用，不僅浪費了建設(shè)資源，而且影響后續(xù)工序施工。大跨度構(gòu)件和清水混凝土構(gòu)件的使用要求高， 其加工過程更容易出現(xiàn)問題。

1.3 混凝土運輸問題

商品混凝土有利于產(chǎn)品工業(yè)化、標準化，但出現(xiàn)了運輸問題?；炷敛粌H要滿足強度和耐久性要求，還必須保證其可泵性。在混凝土拌制過程中，應(yīng)嚴格按照設(shè)計配合比進行， 以保證其和易性等指標滿足要求。在混凝土運輸過程中，易出現(xiàn)因攪拌不均勻而造成的產(chǎn)品板結(jié)、 因運輸時間過長造成的產(chǎn)品坍落度損失、因水分流失造成的實際配合比改變等問題。這需要生產(chǎn)單位和運輸單位及時溝通， 提前制訂運輸方案，選定運輸路線及應(yīng)對措施，并與施工現(xiàn)場無縫對接。

1.4 預(yù)制構(gòu)件運輸問題

預(yù)制構(gòu)件往往尺寸較大， 需要通過運輸車輛或吊車完成運輸。如果構(gòu)件尺寸過大，則需對運輸車輛進行改裝。這不僅增加了運輸成本，而且在遇到轉(zhuǎn)彎半徑過小的路段時，車輛也無法正常通過。若分段加工、現(xiàn)場拼接會產(chǎn)生施工縫，且增加拼接處混凝土的養(yǎng)護時間。 運輸環(huán)節(jié)易出現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)部損傷和固定處損壞等問題， 需要提前做好各項準備工作， 對預(yù)埋件、吊裝點、受力極值點和構(gòu)件薄弱點等關(guān)鍵部位進行有效保護。 在運輸過程中，需控制車速，及時觀察路況，遇到突發(fā)情況時，應(yīng)及時上報并妥善處理。 運至施工現(xiàn)場后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場人員要求，完成構(gòu)件質(zhì)量檢驗和進場。

1.5 預(yù)制構(gòu)件安裝問題

預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場安裝過程復(fù)雜且繁瑣， 易出現(xiàn)連接處空間小、鋼筋綁扎和混凝土振搗困難、連接件位置不當、施工難度大、安全事故多發(fā)等問題。 施工單位應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，提前編制專項施工方案，必要時，進行專家論證。 在安裝施工前，應(yīng)進行技術(shù)交底，做到“定責(zé)任人、定機械設(shè)備、定措施”。在安裝施工過程中，做到“定時觀測、及時糾偏”。 在安裝施工結(jié)束后，應(yīng)及時進行總結(jié)，形成施工資料。 預(yù)制構(gòu)件連接處的施工和預(yù)制構(gòu)件安裝應(yīng)同步進行， 并進行有效保護。疊合構(gòu)件施工應(yīng)嚴格遵守施工方案，確保各組成部分共同受力，共同變形。在濟南萬科金域國際工程中，經(jīng)過多次研究論證，采用“汽車吊+抱柱式旋臂起重機+塔吊+屋面吊” 結(jié)合的吊裝方式，解決了高層建筑的裝配式大型清水混凝土預(yù)制構(gòu)件的安裝難題［5］。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在混凝土工程施工過程中的應(yīng)用

自1999 年提出物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）概念以來， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的持續(xù)關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過綜合運用計算機技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)等，有效監(jiān)控并整合人力、物力、資金等資源，將物與物、人與物進行有序組合，最終實現(xiàn)既定目標。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)極大地豐富了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息獲取途徑，當前可被使用的數(shù)據(jù)類型從靜態(tài)的網(wǎng)頁、文檔、音頻、視頻擴展到人和物的動態(tài)多維數(shù)據(jù)［6］。 混凝土工程施工管理難度大，原因是施工工序繁瑣且環(huán)環(huán)相扣，責(zé)任主體多且溝通有限，技術(shù)要求高且缺乏有效理論指導(dǎo)。 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對混凝土全壽命周期進行監(jiān)控及預(yù)測， 將各個階段的監(jiān)測結(jié)果以數(shù)據(jù)的形式保存， 形成由建設(shè)單位牽頭， 施工單位、 監(jiān)理單位等單位參與的公共管理平臺，通過局域網(wǎng)進行資源共享，及時發(fā)現(xiàn)問題，為科學(xué)決策提供依據(jù)。 無線傳感器節(jié)點監(jiān)測和人工監(jiān)測相結(jié)合形成數(shù)據(jù)源，以材料供應(yīng)單位、監(jiān)理單位、施工單位等參與方共同作為數(shù)據(jù)節(jié)點， 以質(zhì)量監(jiān)管部門和建設(shè)單位為數(shù)據(jù)終端，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對混凝土工程進行全過程、全方位管理。

2.1 混凝土拌制階段

現(xiàn)代混凝土工程原材料包括水泥、水、石子、沙、各種功能性添加劑等，拌制過程往往在工廠完成，但由于各種原材料到場時間不一致， 既增加了原材料保管費用，又容易造成二次搬運。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立信息共享平臺，以混凝土需求單位（施工單位或建設(shè)單位）為管理者進行平臺管理和信息傳遞，原材料供應(yīng)商和混凝土生產(chǎn)單位為參與單位， 要提供原始數(shù)據(jù)并對原始數(shù)據(jù)負責(zé)。 通過該平臺能實時了解原材料動態(tài)，指導(dǎo)各方合理調(diào)配資源，實現(xiàn)及時采購（Just in Time）。 原材料進場后，仍繼續(xù)追蹤材料使用情況，為原材料臺賬式管理提供依據(jù)。 在拌制過程中，詳細記錄施工環(huán)境、配合比、取樣情況等，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，進行預(yù)警，為決策者提供基礎(chǔ)信息。 該階段結(jié)束后，將平臺數(shù)據(jù)進行整理，可作為施工資料進行保存。

2.2 混凝土澆筑階段

混凝土澆筑過程是混凝土工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵步驟。目前，混凝土澆筑過程的監(jiān)測方式主要有人防和機防兩種。 三階段管理（事前管理、事中管理和事后管理）和PDCA（計劃、實施、檢查和糾偏）管理是當前監(jiān)理單位應(yīng)用比較廣泛的兩種管理方式， 但這兩種方式都存在工作量大、 信息來源容易受到施工現(xiàn)場條件制約的問題。引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，在商品混凝土澆筑過程中， 通過在現(xiàn)場安裝多角度高清監(jiān)測設(shè)備及程序化設(shè)計， 記錄并指導(dǎo)商品混凝土到場后的配合比監(jiān)測、補救措施制訂；混凝土澆筑時，通過在構(gòu)件中預(yù)埋無線傳感器節(jié)點，實時記錄密實度、振搗效果等指標，可以降低勞動強度，提高檢測精度且做到連續(xù)監(jiān)測， 極大地提高了混凝土澆筑階段管理的綠色化程度。

2.3 預(yù)制混凝土構(gòu)件的現(xiàn)場施工

綠色建筑建設(shè)工期長，預(yù)制構(gòu)件需求量大，運輸和現(xiàn)場施工都對管理者提出了很高的要求。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可以實現(xiàn)物與物的聯(lián)系，還可以實現(xiàn)人與物的聯(lián)系，建立以預(yù)制構(gòu)件為管理對象，以施工單位為主導(dǎo)的管理平臺，將構(gòu)件運輸人員、監(jiān)理人員、施工人員、安全人員和機械操作人員等納入管理系統(tǒng)。 在構(gòu)件運輸前，制訂運輸方案，布設(shè)關(guān)鍵控制點，通過感應(yīng)器進行管理，追蹤運輸路線。在運輸過程中，重點觀測應(yīng)力集中情況。在現(xiàn)場施工時，對人員與人員、人員與構(gòu)件、構(gòu)件與構(gòu)件的交底情況進行記錄。 在安裝過程中，對關(guān)鍵崗位定人定責(zé)，通過技術(shù)手段實現(xiàn)非現(xiàn)場監(jiān)管，保證預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場施工的有序進行。

2.4 混凝土工程質(zhì)量檢測階段

混凝土工程質(zhì)量檢測方法很多， 工程資料報備和現(xiàn)場取樣抽檢是常用的手段， 但不少問題工程項目暴露出工程資料不規(guī)范、弄虛作假，取樣員和施工單位沆瀣一氣導(dǎo)致檢測結(jié)果失真、 工程出現(xiàn)質(zhì)量問題等亂象。 梁貴榮利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了混凝土質(zhì)量追蹤及動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)，將建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、混凝土生產(chǎn)單位、建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督單位等聯(lián)系起來，通過在混凝土中預(yù)埋電子芯片（即RFID射頻識別技術(shù)）全程追蹤混凝土試件的流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了視頻監(jiān)督和現(xiàn)場監(jiān)督相結(jié)合， 有效規(guī)避了傳統(tǒng)手段人為因素影響過大的弊端， 保證了混凝土工程質(zhì)量檢測的科學(xué)性和嚴謹性［7］。

2.5 混凝土工程運行維護階段

混凝土工程交付使用后， 就進入運行維護階段，責(zé)任主體發(fā)生了變化，建筑工程項目升級改造、撞擊等突發(fā)事件等都會影響混凝土工程的使用狀態(tài)。目前，這一階段的混凝土工程管理研究基本處于空白狀態(tài)，綠色建筑雖然強化了這一階段的管理， 但并沒有明確給出管理方法。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以單體建筑物或建筑群為研究對象，通過設(shè)置信號收集源、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心等形成完整的數(shù)據(jù)鏈，改變了建筑使用人申報、管理部門備案的傳統(tǒng)管理模式。采用數(shù)據(jù)節(jié)點采集數(shù)據(jù)、局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)、 管理部門分析處理數(shù)據(jù)的立體化管理模式，變被動為主動，實現(xiàn)了混凝土工程運行維護階段的全天候、全過程管理，既能提高混凝土工程運行狀態(tài)，又為混凝土工程二次開發(fā)提供了參考。

3 結(jié)語

綜上所述， 混凝土工程在綠色建筑中長期占據(jù)較大比重，但資源消耗量大，勞動強度高，工程質(zhì)量難以保證，重大安全事故時有發(fā)生，施工管理方法急需創(chuàng)新。針對混凝土工程材料、預(yù)制構(gòu)件加工、運輸及安裝等方面存在的常見問題，筆者提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代管理方法，并運用到混凝土工程全壽命周期內(nèi)的各個階段。 實踐證明，該方法能夠有效提高管理效率，減少人為因素影響，杜絕施工資料弄虛作假，在混凝土工程管理中具有較好的實踐應(yīng)用前景。