基礎設施工程建設中3D數字化管理技術運用分析
——以路橋項目為例

李俊松

(珠海交通集團路橋開發建設有限公司， 廣東 珠海 519000)

市政基礎設施項目是城市建設的基礎，其施工質量將直接影響到整個城市的運營效果，因此，必須積極運用現代先進的管理技術，例如3D數字管理技術，建立可視化管理體系，使市政基礎設施工程能夠有序推進，對工期、成本、質量、安全、環保五個方面進行嚴格管控。三維數字管理技術的運用，使城市基礎設施項目的規劃更加直觀、明了，技術的運用也取得了明顯的成效。

1 3D數字化管理技術體系

1.1 工藝分解的最佳化

對市政基礎設施項目的施工環境進行了界定，通過對工程數據和技術特點的梳理，根據項目的具體條件和技術特點，確定施工工藝，按照質量目標、工期目標進行分解優化，以此實現連續性施工，為成本控制、質量控制工作奠定基礎[1]。

1.2 工藝時間的確定

為了保證在預定的時間內完成市政基建工程，需要對各個工序的工時進行劃分，并對是否存在可套用定額、是否含有類似的工程資料等進行分析，采取不同的方法來確定工序工時。

1.2.1 定額的使用

根據目前的《全國統一市政工程預算定額》，查找工程項目有無可套用的定額，如果有，可以直接用，沒有登記的，可以從其它的條文中查找[2]。在確定了可供使用的指標后，再根據工程圖紙進行工程量計算，從而得到每一道工序所需要的工時。定額直接套用的方法有：①現行定額，可以直接套用；②參照同類項目，采用系數法進行間接應用。

1.2.2 BPNN技術估計

BP神經網絡技術是近幾年發展較快的一種方法，它可以應用 BPBP神經網絡技術，通過 BPNN技術對城市基礎設施項目的工作時間進行估計，并通過實例計算，找出可供參考的工時確定因子，從而得出城市基建項目在有序施工情況下的工作時間[3]。

1.2.3 基于灰色模型的預測

在只有少量數據可供參考的市政基建項目中，利用灰色理論模型對工時進行預測。通過不斷的積累，建立新的數列模型，通過不斷的積累和運算，最后得到最原始的數據模型，通過抽象化和采樣采樣，建立 GM (1,1)模型，通過對預測值的分析，對預測值進行驗證，利用灰色理論模型對城市基礎設施工程的工時進行分析[4]。

1.3 查找重要的線路

為了保證市政基建項目的順利進行，并充分利用三維數字技術在城市基礎設施項目中的應用價值，必須在工時確定后，找準施工中的關鍵環節[5]。一般情況下，可以在雙碼網絡圖中對關鍵線路進行加粗，以確定關鍵工序的長度，從而確定關鍵工序的工時，從而達到縮短關鍵工序時間的目的。

1.4 識別重要的項目

在確定了重點線路和關鍵工藝后，需要在城市基礎設施建設中，將其與 CS原理相結合。這時，應該從經濟的觀點出發，綜合考慮施工過程的造價，對造價進行預算分析，并從中找出費用最多的施工工藝，從而發現其顯著的效果。主要項目的確定過程是：1)根據工程量清單對各個工序進行分析，并對其進行分類[6]；2)對各種工藝費用進行核算；3)計算城市基建項目的全部費用；4)根據以上的數據，計算過程的平均費用；5)確定費用高于可能是城市基建項目顯著項目的平均費用的步驟；6)根據以上步驟，確定占全部工程比重20%以上的工藝，這一部分是顯著的[7]。

1.5 建立數據庫

從工期、成本、質量、安全、環保五個方面進行分析，建立“五控”的保證體系，如表1所示，并制訂了相應的建設管理指標[8]。在“五控”目標確立后，對市政基建項目存在的各類問題、隱患進行分析，提出防范對策，建立相應的資料庫。

表1 市政基礎設施工程“五控”目標

2 3D數字化管理技術在市政基礎設施工程中的應用實例分析

2.1 工程概況

本文選擇一項市政基礎設施項目進行了具體的研究，以提高其三維數在市政基礎建設項目中的應用。本工程屬公路橋梁工程，位于山區，雙向六車道，寬度40m，全部采用瀝青砼材料，設計時速50km。在本工程中，橋段長度1100km，左幅橋和右幅橋分別設為30～40 m、30～37 m的 T梁橋[9]。該橋的 T梁梁肋全部為直線預制， T梁的最大寬度為1.8m，橋墩為樁柱、墩柱、樁基、樁基、樁基直徑各為1.5m；第二類墩柱直徑為2.0m，樁基直徑為1.8m；第三類墩柱直徑為2.2m，樁基直徑為2.0m。在工程實例中，水下樁和深長樁的施工都是利用鉆孔鉆孔技術，通過管道進行管柱施工，軟巖部位用鑿巖機進行掘進，堅硬巖石用爆破。預制梁在組裝完畢后運送到工地后，利用龍門起重機進行搬運。在工程實例中，引入三維數字管理技術，確保了道路橋梁市政工程的順利完成。

2.2 三維數字管理系統的構建

2.2.1 工藝方案的最佳化

利用網絡規劃技術，對某公路橋梁工程項目的施工過程進行了分解和優化，明確了各個工序間的聯系，利用網絡規劃圖，確定了關鍵線路，從而合理資源，從而達到利用資源，提高了項目的經濟效益。采用網絡規劃圖對過程進行分解、優化，根據項目的要求，提高施工效率，保證工期，從而達到“五控”的目的[10]。在人力資源方面，要合理安排員工，做到合理的雇傭。通過調整資源利用狀況，避免某一工藝中的資源需求過剩，從而避免資源短缺。通過對以上內容的優化，可以從多個方面對市政基建工程的規劃方案進行優化，從而達到低成本、短周期、最大限度地使用資源，并根據最優方案對各個工序進行分解。實例：路橋市政工程的施工過程和工期安排見表2。

2.2.2 工作時間的測定

在實例路橋市政項目中，運用灰色理論模式進行工時預測，收集和整理有關的資料，利用相關數據建立灰色理論模型，并對其發展趨勢和運行過程進行分析，確保工時預測的效果。在預測和分析過程中，利用系統預測、災變預測、區間預測、波形預測、數列預測等方法對現有資料進行預測[11]。

在數據不多的情況下，灰色理論模型的預測方法是可行的，如果某個過程中使用了一些新的、先進的技術，可以利用灰色理論模型進行預測。在建立灰色理論模型的過程中，首先利用已有的路橋項目的資料建立動態微分方程，然后進行工藝發展的分析和預測，從而得到了該工藝的能耗[12]。利用灰色理論模型進行工時預測，克服了常規方法所不能實現的工藝工時，特別適合于不完全的數據，并能準確地利用灰色理論模型進行精確的分析，保證預報的準確性。在實例路橋工程中，對 T梁的安裝過程進行了灰色理論模型的預報，其結果如下：左幅橋梁 T梁和右幅橋 T梁的 T梁分別為287工日和330工日，因此，左、右幅橋 T梁的工時為126工日，145工日。

2.2.3 制作網絡圖表

基于工序預測，利用網絡規劃圖對關鍵線路進行了分析，確定了關鍵工藝，并利用3D數字管理軟件進行了路橋的模擬漫游。實例路橋市政工程的主要施工工藝是：左幅橋梁樁基礎，場地平整，右幅橋梁樁，臺柱梁施工，地系梁施工，左幅橋 T梁安裝，右幅橋梁 T梁安裝，現澆梁，附屬工程，鋪瀝青層，伸縮縫，試驗驗收。以上主要工藝的總工期為731個工作日[13]。

2.2.4 識別重要的項目

通過對工程實例路橋市政工程的工藝過程進行分析，編制施工方案，并依據已有的造價數據，對每一道工序進行成本估算。在“均值理論”的指導下，對每一道工序的平均費用進行了計算，將每道工序的平均費用除以工藝預算，將數值超過1的工序列為顯著性項目，其中， T預制 T梁，左幅橋梁臺柱梁，左幅橋梁地系梁，左幅橋梁樁基礎，右幅橋梁樁基礎，右幅橋梁地系梁施工，右幅橋梁臺柱梁施工。在工程建設過程中，要根據以上的重點工程，進行成本控制，盡量減少工程造價[14]。

2.2.5 數據庫的創建

動態跟蹤“五控”，掌握“五控”工作的實際狀況，實現“五控”指標的階段性實現，有利于整體控制。依據以前的施工經驗，構建了一個問題應對數據庫，在實際施工中進行了重點控制，并在竣工后進行了“五控”的評價，整個案例項目的總體目標狀況是令人滿意的。

3 三維動態管理軟件在城市建設中的應用

3.1 項目建設流程與項目三維動態管理的功能

3.1.1 巴中城市建設項目三維動態顯示功能

在運行該軟件之后，進入預設的首頁，可以實現對項目總體的概貌進行數字化的動態瀏覽。主要菜單選項有：工程概況，工程項目管理，系統管理，數據同步等。

3.1.2 使用可視化的數碼沙盤

軟件加載后，可以根據工程進度、進度、進度等，實現自動或人工瀏覽的功能。點擊后進入可視化的數碼沙盤，左邊的按鍵可以控制場景的顯示，右邊的按鍵是工程查詢和數據的維護，控制的是實時的和信息的展示。

3.2 建筑工程的動態優化管理函數

該系統采用了基于價值理論、橫道圖、虛擬動力學技術等技術，對本項目的工期、成本、質量、安全、環保等進行了系統的動態控制。

1)軟件的管理接口。通過與系統的三維動態建模相結合，在管理軟件界面上實現了整個三維模型的展示，實現了對工程項目的全面認識。

2)采用“五個監控一張表格”，實現了建筑動態控制的功能。根據項目的實際施工情況，在三維數字動態管理屏幕上，單擊正在進行的工藝環節，就會彈出“五個控制一張表格”，包括工期、成本、質量、安全、環保等目標的控制和分析，以顯示管理狀況和需要進行的管理行為，從而為管理者的決策提供參考。

3.3 基本資料庫的軟體

基本數據庫包括公共數據庫、工期與成本數據庫、質量數據庫、安全數據庫、環保文明建設數據庫、應急預案數據庫等。法律法規、五控制定的依據、管理體系等，都可以在基本的數據庫軟件中展示。在使用過程中，點擊建筑工程數據庫中的對應項目，即可獲得所需的資料。

4 前景

根據論文的研究結果，對今后的研究工作進行了展望和建議。

1)運用三維數字動力學技術和已有的價值原理，在城市橋梁工程的施工中，充分體現了三維數字動態管理系統在改善城市橋梁工程的施工管理中所起到的重要作用。

2)當前，在本論文的研究中，我們發現我國城市橋梁建設管理中缺少一套與之配套的、完備的工程管理信息資源，需要進一步收集、完善相關的建設管理數據庫，以便為今后的城市建設管理工作提供準確、可靠的數據資料或參考資料，為建設市政橋梁工程建設管理決策提供科學、準確的數據支撐和平臺。

5 結語

在實施三維數字管理時，要根據市政基礎設施工程的具體情況，建立與項目實際相適應的技術體系，從工序分解優化、確定工序工時、尋找關鍵線路、確定顯著性項目、建立問題原因數據庫，使市政基礎設施工程建設要點直觀清晰地呈現出來，以此確保市政基礎設施工程可有序建設。市政基建工程作為一座城市的基本建設，其施工質量將直接關系到整個城市的運行效率，所以要積極地利用現代先進的管理技術，比如3D數碼技術，建立一個可視化的管理系統，以保證市政基礎設施的順利進行，同時對工期、成本、質量、安全、環保等五個方面進行嚴格管控。三維數字化技術的應用，使得城市基建工程規劃更加直觀，技術應用效果顯著。在實施了三維數字技術后，工程的工期、成本、質量、安全和環保等5個方面都得到了有效的管理和控制。