城市核心區復雜環境下的超高層綜合體智慧建造施工管理

趙鶴泉 簡 立 錢煒駿

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

隨著城市化的飛速發展，城市核心區的建造速度大大加快，中心城區大型綜合體建設項目也越來越多。為滿足商業需求，此類項目往往選擇“超高層、大面積商業、軌道交通上蓋”的建設模式，這種模式實現了商業效益最大化，但其建造過程的難度大大增加，加之周邊環境復雜，這對項目建設管理提出了更高的要求[1-4]。本文以上海徐匯區核心區某超高層項目為背景，介紹了如何應用多種數字化管理系統，提升施工總承包管理的專業化和精細化，確保城市核心區超高層項目建設的有序進行。通過項目實施中的應用，逐步摸索智慧建造的進一步發展方向。

1 工程概況

1.1 工程簡況

本項目的超高層綜合體位于上海市徐匯區核心地帶，作為大型城市高端綜合體，建成后將成為新的城市地標。項目總用地面積6.6萬 m2，由3座塔樓及商業裙房、地下車庫組成，總建筑面積約78萬 m2。其中T1塔樓建筑高度220 m，T2塔樓建筑高度370 m，地上70層，建成后將成為浦西第一高樓，總商業面積達22萬 m2，車庫為地下6層。項目周邊環境極其復雜，地下管線密布，北側地鐵線穿越項目基坑，東側地鐵車站與項目共用地下室外墻。另外，裙房基本完全占據整個場地，導致施工空間局促（圖1）。

圖1 周邊環境示意

1.2 超高層建造的關鍵難點

1）設計修改繁雜，設計施工一體化集成管理難度大。由于港資項目的特點，施工總承包將面臨如何協調和管理數十家設計單位以及近百家專業施工單位的問題，這對項目一體化集成管理提出了很高的要求。

2）城市核心區復雜周邊環境與超高空立體作業造成隱患風險疊加。城市核心區的項目有著復雜的周邊環境，50 m范圍內遍布了地鐵、學校、辦公樓、酒店、商場、居民樓等各種公共設施建筑。東側地下室與地鐵共用外墻，滿布的裙樓又同時對現場材料運輸、堆放造成非常大的影響。超高層施工與裙房、基坑同時施工也造成了更多的立體作業。

3）新冠肺炎疫情常態化下的用工以及現場管理壓力大。本項目在整個建設過程中有近5年的用工高峰期。在此期間，有近3 000名工人和管理人員在現場施工作業。隨著新冠肺炎疫情管控的常態化，如何更好地管理工人以及人員流動信息，給現場人員管理乃至項目的正常運行帶來了巨大的挑戰。

4）對進度、質量、安全整體總承包管理要求高。如何在保證進度、質量和安全的基礎上，協調和掌握各分包商的勞動力和材料信息，對總承包管理提出了巨大的挑戰。

2 超大型項目施工現場智能化管理關鍵技術

為了安全、優質、高效地完成工程量巨大、大型設備眾多、施工人員復雜的超大型工程，本項目應用了無人機技術、監控視頻融合、材料運輸物聯網、二維碼信息等手段，進行了一系列智慧建造的施工管理探索。

2.1 基于無人機拍攝的施工現場信息采集技術

由于現場施工作業面非常多，特別是室外作業內容，為了實現對現場實際情況的清晰簡潔表達，項目上采用無人機局部拍攝再結合特殊軟件處理進行制作整合。這種可視化的方案，讓現場進度呈現得更加直觀，也讓管理人員更全面地了解現場的整體道路、場地布置等信息，為項目分階段的策劃與實施工作提供了有力的支撐。同時，也通過時間軸的方式記錄了整個項目的形象進展（圖2）。

圖2 現場航拍

2.2 針對安全隱患風險區域的實時監控視頻融合技術

通過采用高清攝像機和機房視頻AI識別的方式，對安全隱患風險區域進行實時監控及視頻融合技術管理。例如在T2塔樓鋼平臺這個重點區域，在鋼平臺2臺塔吊駕駛艙下四側安裝全景攝像機，輻射鋼平臺施工區域，在外框四周各安裝3臺攝像機對外框區域進行監控。實施攝像監控能夠讓管理人員隨時直觀地了解現場的質量、安全、進度情況，進一步提升項目精細化的管理水平。同時，視頻AI融合技術的周界入侵檢測功能可以即刻發現危險動作，給出危險預警信號（圖3、圖4）。

圖3 鋼平臺上的全景監控攝像機

圖4 塔樓外框的全景監控攝像機

2.3 現場施工設備運行狀態實時監控技術

由于工期需求緊，本項目的塔樓、裙樓在同一階段同時施工，且鋼結構構件數量多，鋼筋模板土建使用量非常大，在施工高峰期，現場有12臺動臂式塔機同時作業，安全隱患較大。

針對這種情況，現場引入了塔機群智能防碰撞系統，利用傳感器計算臂架伸出長度與角度，相鄰塔機臂架參數可以在駕駛室的主機屏幕上顯示。該系統可以讓駕駛員更直觀地了解周邊塔吊的運行情況。

2.4 預制構件加工、運輸及施工信息化管理技術

由于2棟塔樓均為框筒結構，南裙房分布著大量的SRC柱、梁，北裙房為鋼結構裙房，鋼構件的吊裝作業區分布在整個現場所有施工區域。本項目鋼結構吊裝量為2.2萬 t/年。由于鋼結構的形式復雜，在深化設計、加工、運輸和吊裝管理等方面都有更高的要求。因此本項目引入物聯網平臺，實時監控工廠的物料準備、加工和運輸情況，供應商、施工單位和監理都可以在云平臺中對構件情況進行確認（圖5）。

圖5 鋼構件物聯網信息平臺

2.5 基于二維碼信息的現場檢查管理技術

1）安全巡檢。通過二維碼技術，本項目整合了各類施工設備的參數信息、檢查記錄、人員工種資質和安全教育等信息。現場管理人員可以通過掃描二維碼，實時核實驗證相關信息，其他檢查人員也能通過安全巡檢記錄碼確認現場安全的管理狀況。

2）技術交底。技術交底、施工方案等文件也通過二維碼的形式，展示現場施工作業面，工人可在操作前掃描二維碼，再次查看施工要點，減少現場安全問題。

3）動火證管理。通過二維碼的形式，將當天各個動火作業點的時間、人員和周邊環境情況進行匯總，再采用BIM模型進行匯總顯示。管理人員可以通過BIM模型來確認作業點，并進行有針對性的檢查。檢查時，可以通過掃描二維碼，檢查動火作業的手續是否齊全，周邊環境是否安全。

3 基于機械設備智能化集成化的施工關鍵技術

3.1 超高層建筑的施工垂直運輸集成化關鍵技術

T2塔樓工程體量巨大，施工過程中對建筑材料、機電設備、施工人員的垂直運輸作業需求量非常大。因此，垂直運輸施工技術的研究與創新將會顯著提高施工效率。本項目主要采用了以下幾個技術方案。

1）塔樓造樓裝備集成技術（圖6）。通過將大噸位吊機與鋼平臺、外圍護架、提升鋼模板、智能布料機等集成一體化安裝，從過去著力在結構上的獨立塔吊，轉變為安裝在整體鋼平臺筒架上的一體化塔吊，使得其安全性大大提升，也避免了之前塔吊與鋼平臺交叉爬升造成的安全風險與工期影響。

圖6 塔樓造樓裝備集成

2）躍層電梯技術（圖7）。躍層電梯技術是超高層施工中較為先進的垂直運輸技術。通過臨時電梯機房等一系列爬升機構，使得能在結構完成前就提前使用永久的消防電梯。躍層電梯技術的使用，使消防梯能夠提前使用約70周。消防電梯相較于施工人貨電梯，其穩定性、運輸速度、運輸噸位都具有巨大優勢，躍層電梯的使用為材料和人員的運輸帶來了極大的便利。

圖7 躍層電梯

3.2 高性能混凝土超高層施工關鍵技術

1）超高層混凝土智能布料技術（圖8）。使用最新型的智能化布料機，能夠實現無人操作，定位精度在0.2 m以內，實現澆點一鍵校準定位、自動規劃澆筑路徑、自動定點澆筑。一體化集成的布料機還解決了現有布料設備控制精度低、澆筑存在盲區的問題，大大提高了混凝土的澆筑效率和質量。另外，本項目引入的物料物聯網平臺和監控設備可以通過本地監控與遠程監控相結合的方式，對混凝土澆筑情況和數量進行綜合管理。

圖8 鋼平臺集成布料機

2）超高層混凝土泵送技術。在施工前期，通過多次的非原位模擬柱試驗，在不同溫度的天氣下，在不同施工高度的情況下，對混凝土泵送料進行了反復試驗，優化并確定了最終的配合比。同時，采用了吊具與泵管的數字化快速連接技術，對混凝土泵管采用液壓提升，保證混凝土泵管能快速提升，又采用激光自動測距和自補償柔性澆注管實現精確連接。

3.3 智能控制整體鋼平臺模架與大型施工機械集成造樓裝備

T2塔樓使用了智能控制的整體鋼平臺模架與大型施工機械集成造樓裝備（圖9）。

圖9 鋼平臺上施工機械位置示意

該集成造樓裝備由鋼平臺系統、吊腳手架系統、鋼梁爬升系統、筒架支撐系統、大承載筒架支撐系統和模板系統六部分組成。該平臺通過大承載力筒架的使用，使整體鋼模架、大型塔機、新型智能布料機、施工升降機的一體化成為了現實，實現了施工現場各類機械設備的協同工作，大幅提升超高層結構施工的效率。

在使用過程中，造樓設備采用智能檢測技術，對重點部位的應力、變形及環境參數進行監測，通過施工過程大量數據信息的實時采集分析，實現集成造樓裝備爬升狀態遠程監測。

4 數字化附能的總承包管理

通過將先進的信息化技術融入項目的日常管理工作中，進一步提高了成本、進度、質量與安全等方面的管理水平，提高現場項目管理的效率，從而實現項目更精細化的管控。

4.1 基于BIM的施工現場管理技術

作為數字化工具的代表，BIM技術在本項目的策劃、設計、施工和管理等各方面都發揮了重要的作用。

1）基于BIM的施工進度管理。超高層建筑標準層的施工工序周期化重復，模塊化程度高。本項目在施工過程中，采用BIM模型對施工工序進行可視化管理。通過管理平臺針對不同的專業和施工工序，設置標注各工序的流程及相應顏色。同時，可以通過手機掃碼更新流程，讓進度控制更直觀（圖10）。

圖10 BIM可視化管理模型

2）基于BIM技術的協同工作管理。在BIM可視化管理模型上傳過程中，如果施工進度出現延誤，需要所有相關專業人員提交進度延誤文件，并綁定到相應的施工工段。在總承包的統一協調管理下，施工延誤可追溯，索賠能力得到更好的保留（圖11）。

圖11 BIM工期追溯及進度管理平臺

4.2 基于互聯網的勞務狀態信息化管理

由于疫情期間的常態化管理，現場施工人員的勞務管理成為影響現場施工進度的關鍵因素之一。在勞務人員流動性控制無法通過單個項目去解決的情況下，本項目利用互聯網對勞務人員進行信息化管理，提升現場的管理水平，其要點如下：

1）勞動實名制管理信息化。總承包商和專業分包商勞務管理員負責對所有現場人員進行實名登記。

2）信息化管理APP。由第三方軟件供應商開發定制專用程序，每個人經過實名注冊后可以分配獲得一個獨立的賬戶。通過這專用程序，可以對每個人發布通知、進行教育交底、學習培訓等，也可以通過該程序生成的自己的專屬二維碼，便于后續實名管理。

3）實時人員統計管理。整個施工現場通過使用閘機進行封閉管理，所有人員通過專用程序生成的自己的專屬二維碼，并通過二維碼進入工地現場，這樣可以更好地統計現場各種人員的數量。

5 智慧建造管理成果及方向

5.1 智慧建造帶來的成果

城市核心區復雜的環境給超高層建筑的建設帶來了巨大的挑戰。在巨大的管理壓力下，現場管理團隊通過采用新技術、新工藝、新方法，摸索出一些智慧施工和施工管理的辦法。

本項目智慧建造管理的實施，為項目帶來了以下的幾點改進：

1）技術策劃及管理成果改進。在項目技術策劃方面，通過BIM、無人機等技術，更好地掌握現場情況，協調現場堆場、道路等設施，保障項目有序運行。通過大容量鋼平臺的設計和各種機械設備的集成，提高了超高層施工的技術管理水平和安全性。

2）安全管理數字化程度的提升。通過引入全景攝像、二維碼以及防碰撞系統等多種數字化管理手段，加強了管理人員對于施工現場的管控。通過實名制和互聯網，加強現場的用工管理，使得對現場人員流動情況有了更全面的掌握。

3）節約管理成本，提高管理效率。項目精細化管理需要增加管理人員的配置，由于數字化、智能化管理技術的介入，在精簡管理人員配置數量的同時，還能有效地降低現場管理成本和溝通成本，極大地提升了管理效率及管理能級。

5.2 未來的發展方向

數字化、智能化在工程建設領域中發展迅速，通過在這個項目的實施與探索，也發現一些需要進一步優化的內容，主要如下：

1）勞動力管理。實名制和人臉識別的普及將項目上勞務用工管理提升到一個新的水平，但由于在不同項目之間的相對獨立性，每個工人在每個工地都會遇到不同的實名制管理方式，會大大增加成本，同時可能導致準確性的降低。如何整合統一進行勞務用工實名制管理，是一個亟待解決的問題。

2）物料管理。從5G通信技術的商業開放，物聯網步入了新的時代。本項目應用的物聯網，還只是在組件信息傳輸方面。如何更好地提升物聯網的管理水平，比如對原材料網絡監控元器件的準入、加工、裝配、驗收全過程的管理，仍然需要一個不斷發展的過程。

3）數據管理。BIM模型、數字化技術和設備的大規模應用，有效地推動了現場管理。但由于BIM模型平臺眾多，相關數字化解決方案側重的專業也不同。如何整合各數字化模塊，形成一個完整的數字化管控方案，是智慧建造從錦上添花到不可或缺的關鍵一環。