数字化施工技术在机场基础设施项目管理中的应用

马前亮、石蓉、刘英勃、黄璞、苏杰

（四川省机场集团有限公司成都天府国际机场建设指挥部，四川成都 610202）

0 引言

为推动建筑业信息化转型发展，加快信息技术与建筑业发展深度融合，住房和城乡建设部印发了建筑业信息化发展纲要。2011年5月，住房和城乡建设部印发《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》，要求高度重视信息化对建筑业发展的推动作用，进一步加强建筑企业信息化建设，不断提高信息技术应用水平，促进建筑业技术进步和管理水平提升[1]。2016年9月，住房和城乡建设部印发《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》，要求增强建筑业信息化发展能力，优化建筑业信息化发展环境，加快推动信息技术与建筑业发展深度融合[2]。

数字化施工技术既是国家建筑业高质量转型发展的外在要求，也是机场基础设施建设项目管理水平提高的内在需求。数字化施工技术有助于项目管理水平的提升，会对项目的组织结构、业务流程、质量管理、进度管理、沟通管理、风险管理和相关方管理等带来改变，对项目管理者提出了新的要求，需重新认识管控要点，构建基于数字化技术的项目管理模型，确保项目目标的成功实现。

然而，数字化施工技术在行业中的应用效果并不理想，缺乏前瞻性、全面性和系统性，急需全面、系统认识数字化施工管理新模式。本文拟采用案例分析方法，对数字化施工管理新模式进行分析评价，希望为民航行业机场基础设施建设数字化转型升级、打造品质工程提供实践参考。

1 数字化施工

1.1 数字化施工定义

目前，数字化施工还处于产品生命周期的导入阶段，关于数字化施工还没有统一的定义。房霆宸和龚剑[3]认为，数字化施工主要是通过人与信息终端交互进行，数字化表达、分析、计算、模拟、监测、控制工程建设过程，同时构建全过程的连续信息流，辅助工程建造。结合工程实践和理论研究，本文认为数字化施工是集项目管理、信息技术、组织理论等为一体的新管理模式，数字化施工的核心在于明确管理领域范围，重点在于建立适用所需管理领域的信息系统，关键在于开发数字化施工技术，本质在于对物理实体进行数字化。

1.2 数字化施工原理

数字化施工是一种人机辅助管理决策系统，涉及信息的输入、处理和输出三个环节，主要包括工程数据采集与传输、数字化施工监控平台和数字化施工管理决策三个模块。

1.2.1 工程数据采集与传输

工程数据的采集通过在施工机具设备上安装监控参数采集传感器，通过有线线缆接入数据传输控制模块，并通过数据传输模块GPRS 芯片，将采集的数据传输到远程服务器及数据库中，监控中心大屏及各监控客户端通过有线网络访问服务器，在屏幕上显示监控结果。同时，采用北斗定位技术采集空间数据，将北斗定位基站安装在已知精密坐标上，计算出基站到卫星的距离改正数，并由基站将数据发送出去，安装北斗定位天线的施工机具接收卫星信号的同时也接收到基站发出的改正数，并对其定位结果进行改正。数据采集网络传输架构如图1所示[4-6]。

1.2.2 数字化施工监控平台

数字化施工监控平台由硬件和软件两部分构成，硬件设备主要包括服务器、数据存储设备、监控中心计算机、大屏显示器、UPS 电源及网络交换机等。监控中心利用服务器对各个监控模块等进行数据管理，并利用磁盘阵列设备等进行数据存储，最终在分屏或大屏显示器上将施工监控数据和图像信息直观显示。建设单位可通过预置权限远程访问服务器端查看全部施工过程信息[7-9]。

数字化施工监管平台的总体框架如图2所示。总体框架分为设备层、数据层、业务层和表现层。设备层通过安装于机械上的数据采集设备收集基础数据，然后通过网络传输到数据库中，使用者根据自己的业务需要提取并分析数据，形成关于质量、进度和工程量等的图表，最后通过不同的终端设备表现出来。

1.2.3 数字化施工管理决策

各参建单位通过数字化施工监控管理平台或监控客户端，获取项目管理目标所需信息、指标和参数，基于数据驱动做出项目管理决策，提高项目管理水平。例如，通过数字化施工监控管理平台，获取土石方填筑工程量数据和进度款支付数据，实现挣值管理；通过数字化施工监管平台，结合BIM 模型和北斗定位精确找到现场质量问题位置点，有针对性地解决问题，提升质量管理水平[10]。

1.3 数字化施工应用场景

在民航机场基础设施建设中，数字化施工技术在施工准备过程中的施工总平面布局、物料竖向和水平运输规划、大型机械进出场规划、混凝土泵规划、施工图深化设计，在实施过程中的地基处理及土石方工程、基坑工程、主体结构工程、装饰装修工程、场道工程中，在竣工验收过程中的质量检验、抽样统计、数据分析中皆有不同程度的应用。

1.4 数字化施工应用阶段

数字化施工是一种新的管理模式，它的应用仍然遵循PDCA 管理循环原理。虽然数字化施工是在工程建设实施阶段被大量应用的，但数字化施工在前期立项阶段时就应开始谋划，确定数字化施工的管理目标、实施范围和组织结构，在准备阶段将数字化施工技术深入融合于设计中，开发适用于特定管理目标和组织结构的信息系统，这样在施工阶段才能做到有的放矢和有效管控，并在实施过程中及时反馈，升级迭代，逐步完善管理信息系统[11]。

2 机场项目管理应用案例

2.1 项目背景

成都天府国际机场设计该期目标年为2025年，预测旅客吞吐量4000 万人次、货邮吞吐量70 万吨、飞机起降量32 万架次。远期目标年为2045年，满足年旅客吞吐量9000 万人次、货邮吞吐量200 万吨、飞机起降量71 万架次。

此期工程的主要建设内容包括跑道[西一跑道（F类）、东一跑道（E 类）、北一跑道（E 类）]、滑行道系统、两座单元式航站楼（T1、T2）、地面交通中心、主进场路等，并建设相应的工作区、货运区、维修区、机位机坪，本期规划总平面图如图3所示。

飞行区工程是机场建设项目的重要工程，是后续其他工程顺利开展的基础。飞行区工程总费用约120亿元，其中地基处理和土石方工程费用高达55 亿元。鉴于飞行区地基处理和土石方工程投资额大，施工面积宽（约21km2），施工工艺多样，施工质量关乎后续工程质量和进度，成都天府国际机场建设指挥部采用数字化施工技术，对全场地基处理和土石方工程施工质量和进度进行管控。

2.2 管理目标

成都天府国际机场在地基处理与土石方工程中采用数字化施工技术来实现如下管理目标[12]：

第一，通过工程数字沙盘，实现工程进度管理可视化；

第二，通过视频监控系统，全天候实时监控工程重点部位、危险部位的施工情况；

第三，通过机载监测设备，采集施工过程信息，实现过程质量控制；

第四，通过信息集成系统平台分析采集的数据，形成工程质量报告，实现工程质量有效监管。

2.3 业务流程

技术进步会引起管理变革，为加强全场地基处理和土石方工程数字化施工管理水平，提高施工效率，打造品质工程，机场建设方在征求各相关方意见后，重新梳理业务流程，明确管控点和决策点，制定了《成都天府国际机场数字化施工质量监控管理办法》（简称《管理办法》）。《管理办法》明确了业务流程、责任分配、沟通机制等，规定数字化监控组统一负责机场数字化施工质量监控平台的建设、运营与维护，监控内容包括振动碾压、冲击碾压、强夯、碎石桩及CFG桩施工监控。施工单位、监理单位、监控组配备专职人员负责数字化施工质量监控平台事务，并由监控组负责建立和管理通信录。专职人员发生调整时，施工单位、监理单位应及时报告监控组。同时，也编制了监控平台的使用手册，方便各参建单位使用。

2.4 组织结构

该项目数字化施工的参与方包括建设方工程部、建设方计划财务部、数字化监控组、监理单位、施工单位和第三方检测单位，采用项目型组织结构，组织结构如图4所示。

2.5 具体应用

该项目在振动碾压、冲击碾压、强夯、碎石桩及复合地基施工等活动中均应用了数字化施工技术，本文将阐述数字化施工技术在以上活动中的具体应用，以供行业实践参考。

2.5.1 振动碾压

振动碾压需要控制的施工参数包括碾压速度、碾压厚度、碾压遍数和压实度。数字化施工过程中，通过对碾压设备安装密实度传感器和北斗定位天线采集密实度和空间坐标信息，经过数据传输模块进行数据处理，通过传输模块的GPRS 芯片将采集的数据传输到远程服务器中，监控中心及各监控客户端通过有线网络访问服务器，在屏幕上显示监控结果。通过不同颜色云图来表示碾压遍数、碾压厚度、碾压速度、碾压密实度分布等，以判断该区域振动碾压施工是否存在过碾、漏碾、错碾，碾压层是否过厚，碾压速度是否过快，施工参数是否达到设计要求[13-14]。

承包商按照设计要求的指标进行土石方回填碾压，对自己填筑的区域通过数字化系统查看云图，在数字化系统显示各个参数都达到要求并且自检合格的情况下，报监理抽检。监理通过数字化系统查看填筑参数，对薄弱部位进行抽检，若填筑参数满足要求，则报三检检测。三检检测合格后再对数字化系统进行关仓处理。

项目管理人员通过数字化监控平台，调用土石方振动碾压监控模块，查看相关工艺参数，若在线查看后认为该参数不符合要求，可以定位该台设备和位置，并有针对性地去施工现场查看施工情况。

2.5.2 冲击碾压

冲击碾压需要控制的施工参数包括冲碾速度、冲碾厚度、冲碾遍数和压实度。通过对冲击碾压设备安装北斗定位天线采集空间坐标数据，经过数据传输模块进行数据处理，通过传输模块的GPRS 芯片，将采集的数据传输到远程服务器中，监控中心及各监控客户端通过有线网络访问服务器，在屏幕上显示监控结果。通过不同颜色云图来表示冲击碾压遍数、冲击碾压厚度、冲击碾压速度等，以判断该区域冲击碾压施工是否存在过碾、漏碾、错碾，碾压层是否过厚，碾压速度是否过快，施工参数是否达到设计要求。

承包商和项目管理人员针对冲击碾压模块业务流程参照振动碾压，在此不再赘述。

2.5.3 强夯作业

强夯需要控制的施工参数包括夯点位置、夯点间距、落距、锤重、夯击次数和最后两击夯沉量。在数字化施工中，通过在强夯机上安装北斗定位天线采集夯点三维坐标和平面间距数据，通过在强夯机上安装旁压传感器及变送器采集夯击次数、锤重等数据，通过在强夯机上安装测位移传感器采集落距和最后两击夯沉量数据。将上述采集的数据经过数据传输模块进行处理，通过数据传输模块的GPRS 芯片，将采集的数据传输到远程服务器中。监控中心及各监控客户端通过有线网络访问服务器，在屏幕上显示监控结果。同样采用不同颜色的云图来表示夯击次数和落距等，以判断该夯点是否满足设计指标。

承包商和项目管理人员针对强夯作业模块业务流程参照振动碾压，在此不再赘述。

2.5.4 复合地基

复合地基包括CFG 桩、碎石桩等，为保证复合地基施工质量，需要监控的工艺参数包括地基处理点坐标、处理深度、电机电流值、进料量等。通过在地基处理设备上安装北斗定位天线，结合差分信号，采集复合地基的空间坐标和时间数据；通过安装电流采集器采集设备电机电流值；通过安装编码器等设备采集地基处理深度、反插次数数据；通过安装称重计采集进料量。将上述采集的复合地基施工监控参数传输到远程服务器中，监控中心及各监控客户端通过有线网络访问服务器，在屏幕上显示监控结果。通过不同的显示方式提供地基处理点空间坐标、地基处理深度、电机电流值、进料量和拔桩反插次数信息，以判断施工参数是否达到设计要求。

承包商和项目管理人员针对复合地基模块业务流程参照振动碾压，在此不再赘述。

3 项目评价

数字化施工管理是一个系统工程，本文主要从战略、组织、流程、绩效、系统和文化六个方面进行评价[15]。

在战略方面，数字化施工技术没有在前期立项阶段提前谋划布局，而是在施工阶段才中途引进数字化施工技术，缺乏系统性布局和管理信息系统集成，这样既影响现场施工作业，也不利于发挥数字化施工技术在提高项目管理水平中的作用。

在组织结构方面，采用的是以部门为管理对象的组织结构，而没有采用以流程为管理对象的组织结构，有推诿扯皮、失管漏管现象。

在流程方面，管理层对流程和制度不加以区分，对流程未分级分类，操作层未形成流程清单、模板和表单，不便于落地具体执行。

在绩效考核方面，未设置有效的绩效考核指标体系，考核指标不能有助于实现项目管理目标，考核评价受主观因素影响较多。

在信息系统方面，建立了数字化施工监控管理平台，集成了施工过程中的进度、质量、成本、时间和空间等信息，但该监控管理平台与业务流程融合不密切，不能作为计量支付的依据，对项目管控帮助有限。

在文化方面，还存在传统的施工管理思想，不接受新的数字化管理模式和组织结构，数字化施工仅作为辅助工具，业务流程仍然按以前方式运作。

4 结语

在成都天府国际机场地基处理及土石方工程施工过程中，数字化施工技术有助于机场项目管理水平的提升，改变了组织结构和管理方式，积累了机场工程数字化施工项目管理经验，促进了行业项目管理水平的提升，但仍存在诸多不足之处。期望在后续机场工程实践中，需要注意项目管理的前瞻性、全面性和系统性，提前谋划布局，从战略、流程、组织、绩效、系统和文化入手，建立有明确管理目标的、与业务流程深度融合的管理信息系统。