戚欣，張小龍，王婉

Qi Xin，ZHANG Xiao-long，WANG Wan

(吉林建筑大學)

(Jilin Jianzhu University)

1 引言

城市地下綜合管廊又稱市政綜合溝，是指將城市電力、通訊、燃氣、供冷供熱、給排水等相關(guān)市政管線有機收納于地下的隧道內(nèi)。21世紀，綜合管廊的建設(shè)已經(jīng)同城市軌道交通的發(fā)展一樣，對城市的發(fā)展水平具有一定的代表性，同時也是智慧城市發(fā)展進程中不可或缺的一部分[1]。近幾年來，我國提出一系列的政策來鼓勵與支持城市地下綜合管廊的建設(shè),2015年8月,國務(wù)院出臺《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導意見》，工作目標是到2020年，建成一批具有國際先進水平的地下綜合管廊并投入運營。隨著建設(shè)的推進，在取得一定的成就的同時也暴露出一些在施工管理方面的問題。傳統(tǒng)模式的下的施工管理過于粗放，造成城市地下綜合管廊施工過程中存在進度緩慢、質(zhì)量低下、成本過高等問題，不能滿足現(xiàn)代化建設(shè)項目的需求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智慧化施工管理在工程項目建設(shè)方面已經(jīng)占據(jù)了一席地位，并逐漸取代傳統(tǒng)管理模式，將智慧化施工管理手段應(yīng)用在城市地下綜合管廊的建設(shè)中，必將會提高綜合管廊的綜合效益同時加速推進其進一步發(fā)展。

2 城市地下綜合管廊施工管理研究現(xiàn)狀

近幾年來，國內(nèi)外對綜合管廊的研究逐漸增多，但大多集中在綜合管廊的前期可研、設(shè)計、以及后期的運維管理。針對施工管理，范海林等提出以GIS為基礎(chǔ)建立融合新型基礎(chǔ)測繪、施工可視化管理、管道運維、安全應(yīng)急決策等方面的管理平臺，實現(xiàn)綜合管廊的全生命周期管理[2]；段中興等提出建立基于STM32嵌入式處理器的城市地下綜合管廊的安全預警系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合管廊施工以及運維階段的安全管理[3]；Kang Jin A 等提出通過對綜合管廊進行監(jiān)控設(shè)備的安裝，實現(xiàn)對綜合管廊內(nèi)部環(huán)境的實時把控，更好的應(yīng)對解決綜合管廊中的突發(fā)狀況[4]。相對而言，城市地下綜合管廊施工管理相關(guān)研究較少，而且只是針對某一技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用，并沒有對綜合管廊智慧化施工管理涉及到的相關(guān)技術(shù)進行整體研究。因此，亟需形成一套高效、智能的綜合管廊施工管理體系，為綜合管廊的施工管理提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

3 城市地下綜合管廊智慧化施工管理平臺的總體設(shè)計

隨著信息技術(shù)與創(chuàng)新2.0的交互演進發(fā)展，將IOT（物聯(lián)網(wǎng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、BIM（建筑信息模型）、RFID（無線射頻識別）等相關(guān)技術(shù)進行有機結(jié)合，通過構(gòu)建智慧化施工管理平臺，將其應(yīng)用到城市地下綜合管廊的施工管理中，在極大提高施工管理的效益的同時加快綜合管廊的實施進程。以數(shù)字化信息模型為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建一座連接各信息孤島的橋梁，進而打破傳統(tǒng)模式下建筑業(yè)存在的“信息孤島”的狀況，為業(yè)主、設(shè)計、施工三方提供一個數(shù)字化、智能化、集成化的施工管理平臺。集成的施工管理平臺主要由三個部分構(gòu)成，一是由設(shè)計方提供的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)信息以及通過IOT技術(shù)與RFID技術(shù)反饋收集的實時信息組成的數(shù)據(jù)層；二是由通過GIS技術(shù)和BIM技術(shù)構(gòu)建的進度控制、質(zhì)量控制、成本管理模型的模型層；三是由施工方將模型應(yīng)用到實際工程中，實現(xiàn)施工進度的模擬與優(yōu)化、施工質(zhì)量的跟蹤與監(jiān)控、施工成本的精細化管理的應(yīng)用層。

通過建立上述智慧化施工管理平臺，將地下綜合管廊建設(shè)中原本分裂的三方有機的結(jié)合成一個整體，使各方在項目推進過程中，責任更加清晰明確，信息溝通交流更加準確及時，大大減少了各方推諉扯皮的發(fā)生。

4 城市地下綜合管廊智慧化施工管理平臺的應(yīng)用

當前在實際建設(shè)的城市地下綜合管廊項目中，有以下四種常見的施工方法：明挖現(xiàn)澆混凝土法、明挖預制拼裝法、盾構(gòu)施工法、頂管施工法。本文主要以具有質(zhì)量高、工期短、成本低、節(jié)能環(huán)保等特點的明挖預制拼裝法為基礎(chǔ)，針對其施工過程中易出現(xiàn)的問題進行智慧化施工管理平臺的應(yīng)用研究論述。以期到達對綜合管廊施工過程中進度、質(zhì)量、成本的高效管理，將明挖預制拼裝的施工方法的優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

4.1 進度控制

在綜合管廊實際施工過程中，明挖預制拼裝法不同于現(xiàn)澆混凝土法，會出現(xiàn)由于預制構(gòu)件生產(chǎn)效率未能達到要求或運輸方式選擇不當導致構(gòu)件不能及時運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的情況以及由于生產(chǎn)構(gòu)件廠商與施工單位溝通不及時，導致現(xiàn)場積存過量的構(gòu)件的情況，給施工帶來不便的同時，也使施工現(xiàn)場存在一定的安全隱患；還會存在預制構(gòu)件現(xiàn)場吊裝過程中，由于施工人員水平參差不齊，避免不了出現(xiàn)錯裝、漏裝等情況，進而影響施工進度。

通過建立GIS數(shù)字信息模型以及基于IFC標準下的BIM施工進度控制模型，同時搭配RFID技術(shù)，實現(xiàn)預制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、進場、存儲、吊裝過程的虛擬仿真、實時跟蹤的交互處理模式下的進度控制。在預制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，植入RFID芯片卡，對構(gòu)件信息的實時追蹤并上傳到BIM模型中，通過基于BIM技術(shù)的4D虛擬施工過程的進度控制模型，將施工過程中每一個環(huán)節(jié)的工作虛擬化的構(gòu)建出來，不斷的在虛擬的環(huán)境下進行工序的演示并發(fā)現(xiàn)其中可能出現(xiàn)的問題及風險，并將這些優(yōu)化過的方案應(yīng)用在實際施工中，使構(gòu)件從生產(chǎn)到運輸再到現(xiàn)場的吊裝環(huán)節(jié)更加精確通暢，優(yōu)化施工進度?，F(xiàn)場施工過程中每一個時間節(jié)點的計劃完成工作與現(xiàn)實完成工作，利用IOT技術(shù)實時上傳信息，參與施工各方可以隨時了解當前項目的進展，以此來對下一步工作的部署做進一步更加深入、詳細的安排，及時對項目進度進行調(diào)整，可大大減小因一項工序未能按計劃進行進而導致后續(xù)大量工作被耽誤擱置的影響。這樣，即使施工過程中出現(xiàn)進度失控的情況，由于信息的迅速流通，各方可立即做出相應(yīng)調(diào)整。這樣從整個工程項目的角度來看，對整體進度的影響將被大大的降低甚至可以忽略。

4.2 質(zhì)量控制

由于綜合管廊明挖預制拼接施工法的大部分構(gòu)件都是預先在工廠統(tǒng)一預制完成的，完全實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，從很大程度上來說，要比施工現(xiàn)場現(xiàn)澆構(gòu)件的施工工藝質(zhì)量更有保證，但是也不排除會有個別構(gòu)件生產(chǎn)過程中質(zhì)量出現(xiàn)瑕疵以及運輸、存儲、施工現(xiàn)場二次搬運對構(gòu)件造成破壞的情況。同時由于施工人員的技術(shù)水平參差不齊，一些技術(shù)工作，會因為操作不規(guī)范等原因，造成實際工程達不到設(shè)計要求，從而影響綜合管廊的質(zhì)量。

通過建立基于IFC標準下的BIM施工質(zhì)量控制模型，同時搭配RFID技術(shù)，實現(xiàn)預制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、進場、存儲、吊裝過程的信息化、可視化模式下的質(zhì)量控制。在構(gòu)件生產(chǎn)運輸過程中，當預制構(gòu)件生產(chǎn)完成后，在每一個構(gòu)件上貼上根據(jù)對應(yīng)的BIM模型生成打印的二維碼，此二維碼中包含該構(gòu)件的所有相關(guān)信息，包括尺寸、結(jié)構(gòu)、安裝部位、連接點、生成廠家等一系列內(nèi)容。當構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，施工人員使用二維碼掃描器對二維碼信息進行讀取，直接可以把構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場指定位置進行存儲，降低了運輸過程及場內(nèi)的二次搬運對構(gòu)件可能產(chǎn)生破壞的概率，避免不必要的質(zhì)量問題。如若發(fā)生不可逆的質(zhì)量損害問題，生產(chǎn)廠商可根據(jù)二維碼相關(guān)信息重新生產(chǎn)構(gòu)件，將構(gòu)件產(chǎn)生質(zhì)量的問題對整體工程的影響降到最小。在現(xiàn)場吊裝過程中通過運用可視化對施工過程進行模擬，施工人員只需將自己的實際經(jīng)驗和規(guī)范的操作有機結(jié)合進行施工，這樣也可大大避免由于施工人員的技術(shù)水平不一致而可能造成的施工質(zhì)量的問題，使得安裝效率和質(zhì)量大大提升。

在施工過程中，通過RFID技術(shù)，對建筑物各個結(jié)點進行全天候360°的監(jiān)控，搭建互聯(lián)平臺，通過BIM參數(shù)化平臺，建立與IOT相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量信息控制模型，對實際工程項目的質(zhì)量進行實時監(jiān)控，通過與可視化模型的對比，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，在大量省去工程監(jiān)理的工作量的同時也有助于綜合管廊質(zhì)量的提升[5]。如若出現(xiàn)質(zhì)量問題，通過前期構(gòu)件出廠時的追蹤信息，可以快速找出問題所在原因以及責任人，以便可以迅速做出反應(yīng)，對問題點及時進行補救，將質(zhì)量問題對工程項目所帶來的影響降到最低。

4.3 成本管理

在綜合管廊施工過程中一旦產(chǎn)生設(shè)計變更，已經(jīng)預制完成的構(gòu)件將成為建筑垃圾同時需要生產(chǎn)新的構(gòu)件，這樣便會造成項目的成本上升；由于明挖預制拼接施工過程分為構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、進場、存儲、吊裝五個階段，每個階段的實施者均為不同的主體，因此成本管理需要比傳統(tǒng)模式更加精細化。

通過建立基于IFC標準下的BIM施工成本控制模型，實現(xiàn)預制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、進場、存儲、吊裝過程的智慧建造模式下的成本控制。通過將BIM與VR等技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，可以使項目中遇到的設(shè)計變更大大減少，在不消耗材料與能源的前提下，業(yè)主、設(shè)計、施工方可以看到并了解施工的詳細過程和細節(jié)，包括基本BIM的虛擬構(gòu)件安裝和施工方案模擬技術(shù)，有效避免返工和設(shè)計變更帶來的不必要的經(jīng)濟損失。一旦施工過程中的設(shè)計變更發(fā)生時，利用BIM將變更關(guān)聯(lián)到模型中，同時反映出工程量以及造價的變更，使業(yè)主方更直觀的掌握設(shè)計變更對工程造價的影響，及時調(diào)整資本籌集和投入使用計劃。通過BIM模型解決傳統(tǒng)模式施工下的信息溝通不順暢的問題，在裝配式建筑施工過程中，生產(chǎn)預制構(gòu)件的廠商與構(gòu)件吊裝的施工現(xiàn)場之間的信息溝通十分重要，通過搭建BIM信息平臺，施工方可以實時掌握施工進度、構(gòu)件生產(chǎn)進度以及各種動態(tài)資源的數(shù)量，以此來實現(xiàn)人、材、機的高效運轉(zhuǎn)以及精細化管理，這樣會大大減少由于材料機械供應(yīng)不及時或者窩工而造成的成本浪費。

5 結(jié)語

將地下綜合管廊引入城市基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域可以有效解決城市“馬路拉鏈”問題，同時對盤踞在空中的管線“蜘蛛網(wǎng)”進行合理的安置，創(chuàng)造美觀的城市環(huán)境的同時對城市的安全也有很大幫助。通過GIS、BIM、IOT、RFID等技術(shù)的有機結(jié)合，搭建智慧化施工管理平臺，并將其應(yīng)用到城市地下綜合管廊的建設(shè)中去，可以實現(xiàn)綜合管廊施工過程中進度、質(zhì)量、成本的高效控制與精細化管理，進而提升我國智慧城市的推廣速度以及建設(shè)質(zhì)量。