船閘工程智慧建造體系及綜合評價模型研究

文/嵇旭紅

1 前言

船閘工程建設周期長，設計單位、實施單位及管理部門眾多，是一個復雜的系統(tǒng)工程，且在具體的港航項目建設過程中，由于各參建方在項目管理的方法、技術、工具、資源等諸多方面的差異和對管理目標的不同認識，造成了一系列問題，項目最終目標有偏差等，因此需要新的技術手段來保障工程建設質(zhì)量和管理水平?！督煌◤妵ㄔO綱要》《關于印發(fā)推進智慧交通發(fā)展行動計劃的通知》等相關文件的發(fā)布，明確指出探索“互聯(lián)網(wǎng)+交通基礎設施”發(fā)展新思路。為了響應行業(yè)發(fā)展需求，實現(xiàn)公路水運工程建設的數(shù)字化、精細化、智慧化管理，江蘇省率先開展了船閘工程、航道工程、公路工程的智慧工地示范工程的建設工作，探索公路水運工程智慧工地建設體系，為交通強國建設奠定基礎。

2 船閘工程智慧建造品質(zhì)提升影響因素分析

2.1 船閘工程智慧建造概念和內(nèi)涵

船閘智慧建造應用“互聯(lián)網(wǎng)+交通基礎設施”發(fā)展新思路，綜合利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等信息技術，全面感知船閘工程建設期“人、機、料、法、環(huán)、安”各工程要素的關鍵因素，實現(xiàn)建設、施工、監(jiān)理各參建單位間的信息共享和協(xié)同運作，使工程現(xiàn)場的運行情況實時反饋、分析、預警，實現(xiàn)施工現(xiàn)場作業(yè)的輔助決策、智能生產(chǎn)、科學監(jiān)管等。通過船閘智慧建造的實施，將“人、機、料、法、環(huán)、安”等各要素進行統(tǒng)一調(diào)配和管理，實現(xiàn)在建工程人員、材料、安全、試驗檢測、工藝監(jiān)控、施工監(jiān)測、檢驗評定等環(huán)節(jié)管理控制信息化、快速化、一體化，解決船閘工程施工期質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)真實性、質(zhì)量安全問題難溯源、隱蔽工程難監(jiān)管等問題。

2.2 船閘質(zhì)量影響因素分析

人的因素對工程質(zhì)量的影響，人在“人、機、料、法、環(huán)”五大因素中起主導作用，在船閘工程中建設團隊主要包括建設方、施工方、監(jiān)理方和設計方等多方人員，團隊成員的工作能力、思想態(tài)度、品質(zhì)道德等都對船閘質(zhì)量起著至關重要的影響。

機械因素對工程質(zhì)量的影響，船閘工程施工涉及的施工機械設備種類繁多，即使是同種設備其型號也各不相同，管理工作較為復雜；如果工程管理過程缺乏機械保養(yǎng)制度，還會存在機械設備超負荷工作現(xiàn)象，造成安全隱患，增加維修成本。

材料因素對工程質(zhì)量的影響，船閘工程材料主要包括石料、水泥、黃沙、鋼筋、錨具等原材料，以及部分半成品、成品構件。由于材料費用一般占工程總造價的60%～80%左右，往往為了降低施工成本會存在人為因素的參加造假。

工法因素對工程質(zhì)量的影響，施工組織設計對船閘工程的建設質(zhì)量、進度、安全起著全局影響的作用，特別是復雜的工程部位需要進行專項方案設計，必要時采取保障措施。因此施工方案是否經(jīng)過專家論證、技術的科學性與可操作性，施工工藝是否滿足規(guī)范要求，都直接影響了船閘工程的質(zhì)量和安全。

環(huán)境因素對工程質(zhì)量的影響，影響船閘工程質(zhì)量的環(huán)境因素主要包括施工地點的氣候環(huán)境、地質(zhì)水文等自然環(huán)境，以及基坑、邊坡等施工作業(yè)環(huán)境。但環(huán)境因素對工程質(zhì)量的影響并不是固定的，隨著船閘建設的發(fā)展，影響船閘質(zhì)量的環(huán)境因素也在逐漸改變。

3 船閘工程智慧建造品質(zhì)提升關鍵參數(shù)研究

3.1 智慧建造關鍵參數(shù)識別

智慧建造關鍵參數(shù)的識別，以工程建設管理理論為基礎，緊扣“三控三管一協(xié)調(diào)”的要求，圍繞施工現(xiàn)場的“人、機、料、法、環(huán)”等主要因素，針對工程項目施工過程質(zhì)量、安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)保進行管理，對涉及質(zhì)量、安全生產(chǎn)、環(huán)境的數(shù)據(jù)進行自動采集、全程監(jiān)控、實時管理，實現(xiàn)工程智慧化建設，構建工程智慧建設與行業(yè)智慧監(jiān)管互聯(lián)互通的工程質(zhì)量安全智慧管理體系。通過調(diào)研全國范圍內(nèi)的智慧建造標準、指南、體系以及實際工程的功能建設指標，將全部功能指標根據(jù)船閘工程獨有特征進行刪減合并，形成船閘工程智慧建造體系[1]。

3.2 智慧建造關鍵參數(shù)研究

隨著智慧建造技術的發(fā)展，湖北省、重慶市、江蘇省相繼發(fā)布了智慧工地建設標準。湖北省《智慧工地信息化管理平臺通用技術規(guī)范》（DB42/T 1280）：湖北省智慧工地信息化管理平臺平具備視頻監(jiān)控、GIS管理、設備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、基坑監(jiān)測、人員與安全管理、項目管理等功能。重慶市《智慧工地建設與評價標準》（DBJ50T 356）：重慶市智慧工地功能包括人員信息管理、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、設備監(jiān)管、質(zhì)量監(jiān)管、安全管理等功能。江蘇省《江蘇省航道建設工程智慧工地建設技術標準》（T/JSCTS 002）：圍繞航道工程施工現(xiàn)場的人、機、料、法、環(huán)、安全六要素，以“標準化、可視化、數(shù)字化、智能化”為核心，通過信息化方式，對項目建設進行監(jiān)管。

3.3 船閘工程智慧建造體系

船閘工程是通航航道的重要組成部分，由于航道存在調(diào)節(jié)水流量、渠化交通以及地形落差等情況，導致航道存在落差。船閘就是幫助航道過往船只順利通過落差節(jié)點的建筑物。江蘇省船閘工程一般包括船閘、節(jié)制閘、泵站、跨河橋梁等。因此根據(jù)船閘工程實際情況，船閘工程智慧建造體系包涵航道、船閘、橋梁等分部分項任務。因此可從人員管理、設備管理、物料管理、質(zhì)量管理、環(huán)境管理、安全管理、綜合管理等幾個方面開展船閘工程的智慧建設。

4 船閘工程智慧建造評價體系研究

4.1 多層次模糊評價法理論

由于船閘智慧建造設計的參數(shù)較多，這些參數(shù)在分類上具有一定的層次性，因此可利用層次分析法對船閘建設進行評價。船閘工程智慧建造評價采用層次分析法評價過程為：首先按照船閘工程智慧建造體系將評價指標分為7 類屬性因素，然后對每一種因素進行初級層次的單級模糊綜合評價，在此基礎上再進行高級層次的多級模糊綜合評判。

式（4）中：BWi為向量BW 的低i 個元素。

第三步：一致性檢驗，由于判斷矩陣是根據(jù)專家的主觀認知經(jīng)驗所得。因此，必須對判斷矩陣做出一致性檢驗。

一致性指標CI 的確定，一致性指標是對評價對象是否偏離正常范圍的界定。

式（5）中：CI=0 時，表示完全一致，CI 的值越偏離0，則表示一致性越差。

平均隨機一致性指標RI 的確定，一致性出現(xiàn)偏差并不是全因為主觀因素，有時候也會因為隨機過程造成結(jié)果的偏差。所以，同樣需要確定RI 的取值范圍。RI 的取值可以通過查表得到。RI 的取值范圍如表1所示。

表1 RI 對應值

一致性比例CR 的確定，一致性比例指的是一致性指標與平均隨機一致性指標的比值。求CR 的取值是為了衡量不同階數(shù)的判斷矩陣的一致性滿意度。

根據(jù)層次分析法的經(jīng)驗所得，當CR＜0.1 時，便認可判斷矩陣的一致性。

綜上船閘智慧建造綜合評價體系，如圖1 所示。

圖1 智慧工地綜合評價體系

4.2 綜合評價體系建立

第一步：確定比較判斷矩陣，根據(jù)層次分析法的原理，利用1-9 標度法，采用專家調(diào)研的方法確定各參數(shù)所屬層次的重要性值。第二步：確定評價因素的權重，在計算權重之前，首先構建各參數(shù)的判斷矩陣，并對矩陣進行歸一化處理。然后求解各參數(shù)權重，求解過程如下：

計算判斷矩陣每一行元素的乘積，即：

然后計算Mi的n 次方根，即：

對Wi進行規(guī)范化處理，即：

由此便可得到特征向量Wi=(W1，W2，...，Wm)T。

計算最大特征根

5 結(jié)語

本文針對船閘工程建設管理現(xiàn)狀中存在的問題以及工程建設數(shù)字化、信息化、智慧化的需求，解釋了船閘智慧建造的內(nèi)涵，形成了船閘智慧建造的概念，從人、機、料、法、環(huán)等工程管理要素出發(fā)，形成了船閘智慧建造與綜合評價體系。