城市核心区复杂环境下的超高层综合体智慧建造施工管理

赵鹤泉 简 立 钱炜骏

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

随着城市化的飞速发展，城市核心区的建造速度大大加快，中心城区大型综合体建设项目也越来越多。为满足商业需求，此类项目往往选择“超高层、大面积商业、轨道交通上盖”的建设模式，这种模式实现了商业效益最大化，但其建造过程的难度大大增加，加之周边环境复杂，这对项目建设管理提出了更高的要求[1-4]。本文以上海徐汇区核心区某超高层项目为背景，介绍了如何应用多种数字化管理系统，提升施工总承包管理的专业化和精细化，确保城市核心区超高层项目建设的有序进行。通过项目实施中的应用，逐步摸索智慧建造的进一步发展方向。

1 工程概况

1.1 工程简况

本项目的超高层综合体位于上海市徐汇区核心地带，作为大型城市高端综合体，建成后将成为新的城市地标。项目总用地面积6.6万 m2，由3座塔楼及商业裙房、地下车库组成，总建筑面积约78万 m2。其中T1塔楼建筑高度220 m，T2塔楼建筑高度370 m，地上70层，建成后将成为浦西第一高楼，总商业面积达22万 m2，车库为地下6层。项目周边环境极其复杂，地下管线密布，北侧地铁线穿越项目基坑，东侧地铁车站与项目共用地下室外墙。另外，裙房基本完全占据整个场地，导致施工空间局促（图1）。

图1 周边环境示意

1.2 超高层建造的关键难点

1）设计修改繁杂，设计施工一体化集成管理难度大。由于港资项目的特点，施工总承包将面临如何协调和管理数十家设计单位以及近百家专业施工单位的问题，这对项目一体化集成管理提出了很高的要求。

2）城市核心区复杂周边环境与超高空立体作业造成隐患风险叠加。城市核心区的项目有着复杂的周边环境，50 m范围内遍布了地铁、学校、办公楼、酒店、商场、居民楼等各种公共设施建筑。东侧地下室与地铁共用外墙，满布的裙楼又同时对现场材料运输、堆放造成非常大的影响。超高层施工与裙房、基坑同时施工也造成了更多的立体作业。

3）新冠肺炎疫情常态化下的用工以及现场管理压力大。本项目在整个建设过程中有近5年的用工高峰期。在此期间，有近3 000名工人和管理人员在现场施工作业。随着新冠肺炎疫情管控的常态化，如何更好地管理工人以及人员流动信息，给现场人员管理乃至项目的正常运行带来了巨大的挑战。

4）对进度、质量、安全整体总承包管理要求高。如何在保证进度、质量和安全的基础上，协调和掌握各分包商的劳动力和材料信息，对总承包管理提出了巨大的挑战。

2 超大型项目施工现场智能化管理关键技术

为了安全、优质、高效地完成工程量巨大、大型设备众多、施工人员复杂的超大型工程，本项目应用了无人机技术、监控视频融合、材料运输物联网、二维码信息等手段，进行了一系列智慧建造的施工管理探索。

2.1 基于无人机拍摄的施工现场信息采集技术

由于现场施工作业面非常多，特别是室外作业内容，为了实现对现场实际情况的清晰简洁表达，项目上采用无人机局部拍摄再结合特殊软件处理进行制作整合。这种可视化的方案，让现场进度呈现得更加直观，也让管理人员更全面地了解现场的整体道路、场地布置等信息，为项目分阶段的策划与实施工作提供了有力的支撑。同时，也通过时间轴的方式记录了整个项目的形象进展（图2）。

图2 现场航拍

2.2 针对安全隐患风险区域的实时监控视频融合技术

通过采用高清摄像机和机房视频AI识别的方式，对安全隐患风险区域进行实时监控及视频融合技术管理。例如在T2塔楼钢平台这个重点区域，在钢平台2台塔吊驾驶舱下四侧安装全景摄像机，辐射钢平台施工区域，在外框四周各安装3台摄像机对外框区域进行监控。实施摄像监控能够让管理人员随时直观地了解现场的质量、安全、进度情况，进一步提升项目精细化的管理水平。同时，视频AI融合技术的周界入侵检测功能可以即刻发现危险动作，给出危险预警信号（图3、图4）。

图3 钢平台上的全景监控摄像机

图4 塔楼外框的全景监控摄像机

2.3 现场施工设备运行状态实时监控技术

由于工期需求紧，本项目的塔楼、裙楼在同一阶段同时施工，且钢结构构件数量多，钢筋模板土建使用量非常大，在施工高峰期，现场有12台动臂式塔机同时作业，安全隐患较大。

针对这种情况，现场引入了塔机群智能防碰撞系统，利用传感器计算臂架伸出长度与角度，相邻塔机臂架参数可以在驾驶室的主机屏幕上显示。该系统可以让驾驶员更直观地了解周边塔吊的运行情况。

2.4 预制构件加工、运输及施工信息化管理技术

由于2栋塔楼均为框筒结构，南裙房分布着大量的SRC柱、梁，北裙房为钢结构裙房，钢构件的吊装作业区分布在整个现场所有施工区域。本项目钢结构吊装量为2.2万 t/年。由于钢结构的形式复杂，在深化设计、加工、运输和吊装管理等方面都有更高的要求。因此本项目引入物联网平台，实时监控工厂的物料准备、加工和运输情况，供应商、施工单位和监理都可以在云平台中对构件情况进行确认（图5）。

图5 钢构件物联网信息平台

2.5 基于二维码信息的现场检查管理技术

1）安全巡检。通过二维码技术，本项目整合了各类施工设备的参数信息、检查记录、人员工种资质和安全教育等信息。现场管理人员可以通过扫描二维码，实时核实验证相关信息，其他检查人员也能通过安全巡检记录码确认现场安全的管理状况。

2）技术交底。技术交底、施工方案等文件也通过二维码的形式，展示现场施工作业面，工人可在操作前扫描二维码，再次查看施工要点，减少现场安全问题。

3）动火证管理。通过二维码的形式，将当天各个动火作业点的时间、人员和周边环境情况进行汇总，再采用BIM模型进行汇总显示。管理人员可以通过BIM模型来确认作业点，并进行有针对性的检查。检查时，可以通过扫描二维码，检查动火作业的手续是否齐全，周边环境是否安全。

3 基于机械设备智能化集成化的施工关键技术

3.1 超高层建筑的施工垂直运输集成化关键技术

T2塔楼工程体量巨大，施工过程中对建筑材料、机电设备、施工人员的垂直运输作业需求量非常大。因此，垂直运输施工技术的研究与创新将会显著提高施工效率。本项目主要采用了以下几个技术方案。

1）塔楼造楼装备集成技术（图6）。通过将大吨位吊机与钢平台、外围护架、提升钢模板、智能布料机等集成一体化安装，从过去着力在结构上的独立塔吊，转变为安装在整体钢平台筒架上的一体化塔吊，使得其安全性大大提升，也避免了之前塔吊与钢平台交叉爬升造成的安全风险与工期影响。

图6 塔楼造楼装备集成

2）跃层电梯技术（图7）。跃层电梯技术是超高层施工中较为先进的垂直运输技术。通过临时电梯机房等一系列爬升机构，使得能在结构完成前就提前使用永久的消防电梯。跃层电梯技术的使用，使消防梯能够提前使用约70周。消防电梯相较于施工人货电梯，其稳定性、运输速度、运输吨位都具有巨大优势，跃层电梯的使用为材料和人员的运输带来了极大的便利。

图7 跃层电梯

3.2 高性能混凝土超高层施工关键技术

1）超高层混凝土智能布料技术（图8）。使用最新型的智能化布料机，能够实现无人操作，定位精度在0.2 m以内，实现浇点一键校准定位、自动规划浇筑路径、自动定点浇筑。一体化集成的布料机还解决了现有布料设备控制精度低、浇筑存在盲区的问题，大大提高了混凝土的浇筑效率和质量。另外，本项目引入的物料物联网平台和监控设备可以通过本地监控与远程监控相结合的方式，对混凝土浇筑情况和数量进行综合管理。

图8 钢平台集成布料机

2）超高层混凝土泵送技术。在施工前期，通过多次的非原位模拟柱试验，在不同温度的天气下，在不同施工高度的情况下，对混凝土泵送料进行了反复试验，优化并确定了最终的配合比。同时，采用了吊具与泵管的数字化快速连接技术，对混凝土泵管采用液压提升，保证混凝土泵管能快速提升，又采用激光自动测距和自补偿柔性浇注管实现精确连接。

3.3 智能控制整体钢平台模架与大型施工机械集成造楼装备

T2塔楼使用了智能控制的整体钢平台模架与大型施工机械集成造楼装备（图9）。

图9 钢平台上施工机械位置示意

该集成造楼装备由钢平台系统、吊脚手架系统、钢梁爬升系统、筒架支撑系统、大承载筒架支撑系统和模板系统六部分组成。该平台通过大承载力筒架的使用，使整体钢模架、大型塔机、新型智能布料机、施工升降机的一体化成为了现实，实现了施工现场各类机械设备的协同工作，大幅提升超高层结构施工的效率。

在使用过程中，造楼设备采用智能检测技术，对重点部位的应力、变形及环境参数进行监测，通过施工过程大量数据信息的实时采集分析，实现集成造楼装备爬升状态远程监测。

4 数字化附能的总承包管理

通过将先进的信息化技术融入项目的日常管理工作中，进一步提高了成本、进度、质量与安全等方面的管理水平，提高现场项目管理的效率，从而实现项目更精细化的管控。

4.1 基于BIM的施工现场管理技术

作为数字化工具的代表，BIM技术在本项目的策划、设计、施工和管理等各方面都发挥了重要的作用。

1）基于BIM的施工进度管理。超高层建筑标准层的施工工序周期化重复，模块化程度高。本项目在施工过程中，采用BIM模型对施工工序进行可视化管理。通过管理平台针对不同的专业和施工工序，设置标注各工序的流程及相应颜色。同时，可以通过手机扫码更新流程，让进度控制更直观（图10）。

图10 BIM可视化管理模型

2）基于BIM技术的协同工作管理。在BIM可视化管理模型上传过程中，如果施工进度出现延误，需要所有相关专业人员提交进度延误文件，并绑定到相应的施工工段。在总承包的统一协调管理下，施工延误可追溯，索赔能力得到更好的保留（图11）。

图11 BIM工期追溯及进度管理平台

4.2 基于互联网的劳务状态信息化管理

由于疫情期间的常态化管理，现场施工人员的劳务管理成为影响现场施工进度的关键因素之一。在劳务人员流动性控制无法通过单个项目去解决的情况下，本项目利用互联网对劳务人员进行信息化管理，提升现场的管理水平，其要点如下：

1）劳动实名制管理信息化。总承包商和专业分包商劳务管理员负责对所有现场人员进行实名登记。

2）信息化管理APP。由第三方软件供应商开发定制专用程序，每个人经过实名注册后可以分配获得一个独立的账户。通过这专用程序，可以对每个人发布通知、进行教育交底、学习培训等，也可以通过该程序生成的自己的专属二维码，便于后续实名管理。

3）实时人员统计管理。整个施工现场通过使用闸机进行封闭管理，所有人员通过专用程序生成的自己的专属二维码，并通过二维码进入工地现场，这样可以更好地统计现场各种人员的数量。

5 智慧建造管理成果及方向

5.1 智慧建造带来的成果

城市核心区复杂的环境给超高层建筑的建设带来了巨大的挑战。在巨大的管理压力下，现场管理团队通过采用新技术、新工艺、新方法，摸索出一些智慧施工和施工管理的办法。

本项目智慧建造管理的实施，为项目带来了以下的几点改进：

1）技术策划及管理成果改进。在项目技术策划方面，通过BIM、无人机等技术，更好地掌握现场情况，协调现场堆场、道路等设施，保障项目有序运行。通过大容量钢平台的设计和各种机械设备的集成，提高了超高层施工的技术管理水平和安全性。

2）安全管理数字化程度的提升。通过引入全景摄像、二维码以及防碰撞系统等多种数字化管理手段，加强了管理人员对于施工现场的管控。通过实名制和互联网，加强现场的用工管理，使得对现场人员流动情况有了更全面的掌握。

3）节约管理成本，提高管理效率。项目精细化管理需要增加管理人员的配置，由于数字化、智能化管理技术的介入，在精简管理人员配置数量的同时，还能有效地降低现场管理成本和沟通成本，极大地提升了管理效率及管理能级。

5.2 未来的发展方向

数字化、智能化在工程建设领域中发展迅速，通过在这个项目的实施与探索，也发现一些需要进一步优化的内容，主要如下：

1）劳动力管理。实名制和人脸识别的普及将项目上劳务用工管理提升到一个新的水平，但由于在不同项目之间的相对独立性，每个工人在每个工地都会遇到不同的实名制管理方式，会大大增加成本，同时可能导致准确性的降低。如何整合统一进行劳务用工实名制管理，是一个亟待解决的问题。

2）物料管理。从5G通信技术的商业开放，物联网步入了新的时代。本项目应用的物联网，还只是在组件信息传输方面。如何更好地提升物联网的管理水平，比如对原材料网络监控元器件的准入、加工、装配、验收全过程的管理，仍然需要一个不断发展的过程。

3）数据管理。BIM模型、数字化技术和设备的大规模应用，有效地推动了现场管理。但由于BIM模型平台众多，相关数字化解决方案侧重的专业也不同。如何整合各数字化模块，形成一个完整的数字化管控方案，是智慧建造从锦上添花到不可或缺的关键一环。