基础设施工程建设中3D数字化管理技术运用分析——以路桥项目为例

李俊松

(珠海交通集团路桥开发建设有限公司， 广东 珠海 519000)

市政基础设施项目是城市建设的基础，其施工质量将直接影响到整个城市的运营效果，因此，必须积极运用现代先进的管理技术，例如3D数字管理技术，建立可视化管理体系，使市政基础设施工程能够有序推进，对工期、成本、质量、安全、环保五个方面进行严格管控。三维数字管理技术的运用，使城市基础设施项目的规划更加直观、明了，技术的运用也取得了明显的成效。

1 3D数字化管理技术体系

1.1 工艺分解的最佳化

对市政基础设施项目的施工环境进行了界定，通过对工程数据和技术特点的梳理，根据项目的具体条件和技术特点，确定施工工艺，按照质量目标、工期目标进行分解优化，以此实现连续性施工，为成本控制、质量控制工作奠定基础[1]。

1.2 工艺时间的确定

为了保证在预定的时间内完成市政基建工程，需要对各个工序的工时进行划分，并对是否存在可套用定额、是否含有类似的工程资料等进行分析，采取不同的方法来确定工序工时。

1.2.1 定额的使用

根据目前的《全国统一市政工程预算定额》，查找工程项目有无可套用的定额，如果有，可以直接用，没有登记的，可以从其它的条文中查找[2]。在确定了可供使用的指标后，再根据工程图纸进行工程量计算，从而得到每一道工序所需要的工时。定额直接套用的方法有：①现行定额，可以直接套用；②参照同类项目，采用系数法进行间接应用。

1.2.2 BPNN技术估计

BP神经网络技术是近几年发展较快的一种方法，它可以应用 BPBP神经网络技术，通过 BPNN技术对城市基础设施项目的工作时间进行估计，并通过实例计算，找出可供参考的工时确定因子，从而得出城市基建项目在有序施工情况下的工作时间[3]。

1.2.3 基于灰色模型的预测

在只有少量数据可供参考的市政基建项目中，利用灰色理论模型对工时进行预测。通过不断的积累，建立新的数列模型，通过不断的积累和运算，最后得到最原始的数据模型，通过抽象化和采样采样，建立 GM (1,1)模型，通过对预测值的分析，对预测值进行验证，利用灰色理论模型对城市基础设施工程的工时进行分析[4]。

1.3 查找重要的线路

为了保证市政基建项目的顺利进行，并充分利用三维数字技术在城市基础设施项目中的应用价值，必须在工时确定后，找准施工中的关键环节[5]。一般情况下，可以在双码网络图中对关键线路进行加粗，以确定关键工序的长度，从而确定关键工序的工时，从而达到缩短关键工序时间的目的。

1.4 识别重要的项目

在确定了重点线路和关键工艺后，需要在城市基础设施建设中，将其与 CS原理相结合。这时，应该从经济的观点出发，综合考虑施工过程的造价，对造价进行预算分析，并从中找出费用最多的施工工艺，从而发现其显著的效果。主要项目的确定过程是：1)根据工程量清单对各个工序进行分析，并对其进行分类[6]；2)对各种工艺费用进行核算；3)计算城市基建项目的全部费用；4)根据以上的数据，计算过程的平均费用；5)确定费用高于可能是城市基建项目显著项目的平均费用的步骤；6)根据以上步骤，确定占全部工程比重20%以上的工艺，这一部分是显著的[7]。

1.5 建立数据库

从工期、成本、质量、安全、环保五个方面进行分析，建立“五控”的保证体系，如表1所示，并制订了相应的建设管理指标[8]。在“五控”目标确立后，对市政基建项目存在的各类问题、隐患进行分析，提出防范对策，建立相应的资料库。

表1 市政基础设施工程“五控”目标

2 3D数字化管理技术在市政基础设施工程中的应用实例分析

2.1 工程概况

本文选择一项市政基础设施项目进行了具体的研究，以提高其三维数在市政基础建设项目中的应用。本工程属公路桥梁工程，位于山区，双向六车道，宽度40m，全部采用沥青砼材料，设计时速50km。在本工程中，桥段长度1100km，左幅桥和右幅桥分别设为30～40 m、30～37 m的 T梁桥[9]。该桥的 T梁梁肋全部为直线预制， T梁的最大宽度为1.8m，桥墩为桩柱、墩柱、桩基、桩基、桩基直径各为1.5m；第二类墩柱直径为2.0m，桩基直径为1.8m；第三类墩柱直径为2.2m，桩基直径为2.0m。在工程实例中，水下桩和深长桩的施工都是利用钻孔钻孔技术，通过管道进行管柱施工，软岩部位用凿岩机进行掘进，坚硬岩石用爆破。预制梁在组装完毕后运送到工地后，利用龙门起重机进行搬运。在工程实例中，引入三维数字管理技术，确保了道路桥梁市政工程的顺利完成。

2.2 三维数字管理系统的构建

2.2.1 工艺方案的最佳化

利用网络规划技术，对某公路桥梁工程项目的施工过程进行了分解和优化，明确了各个工序间的联系，利用网络规划图，确定了关键线路，从而合理资源，从而达到利用资源，提高了项目的经济效益。采用网络规划图对过程进行分解、优化，根据项目的要求，提高施工效率，保证工期，从而达到“五控”的目的[10]。在人力资源方面，要合理安排员工，做到合理的雇佣。通过调整资源利用状况，避免某一工艺中的资源需求过剩，从而避免资源短缺。通过对以上内容的优化，可以从多个方面对市政基建工程的规划方案进行优化，从而达到低成本、短周期、最大限度地使用资源，并根据最优方案对各个工序进行分解。实例：路桥市政工程的施工过程和工期安排见表2。

2.2.2 工作时间的测定

在实例路桥市政项目中，运用灰色理论模式进行工时预测，收集和整理有关的资料，利用相关数据建立灰色理论模型，并对其发展趋势和运行过程进行分析，确保工时预测的效果。在预测和分析过程中，利用系统预测、灾变预测、区间预测、波形预测、数列预测等方法对现有资料进行预测[11]。

在数据不多的情况下，灰色理论模型的预测方法是可行的，如果某个过程中使用了一些新的、先进的技术，可以利用灰色理论模型进行预测。在建立灰色理论模型的过程中，首先利用已有的路桥项目的资料建立动态微分方程，然后进行工艺发展的分析和预测，从而得到了该工艺的能耗[12]。利用灰色理论模型进行工时预测，克服了常规方法所不能实现的工艺工时，特别适合于不完全的数据，并能准确地利用灰色理论模型进行精确的分析，保证预报的准确性。在实例路桥工程中，对 T梁的安装过程进行了灰色理论模型的预报，其结果如下：左幅桥梁 T梁和右幅桥 T梁的 T梁分别为287工日和330工日，因此，左、右幅桥 T梁的工时为126工日，145工日。

2.2.3 制作网络图表

基于工序预测，利用网络规划图对关键线路进行了分析，确定了关键工艺，并利用3D数字管理软件进行了路桥的模拟漫游。实例路桥市政工程的主要施工工艺是：左幅桥梁桩基础，场地平整，右幅桥梁桩，台柱梁施工，地系梁施工，左幅桥 T梁安装，右幅桥梁 T梁安装，现浇梁，附属工程，铺沥青层，伸缩缝，试验验收。以上主要工艺的总工期为731个工作日[13]。

2.2.4 识别重要的项目

通过对工程实例路桥市政工程的工艺过程进行分析，编制施工方案，并依据已有的造价数据，对每一道工序进行成本估算。在“均值理论”的指导下，对每一道工序的平均费用进行了计算，将每道工序的平均费用除以工艺预算，将数值超过1的工序列为显著性项目，其中， T预制 T梁，左幅桥梁台柱梁，左幅桥梁地系梁，左幅桥梁桩基础，右幅桥梁桩基础，右幅桥梁地系梁施工，右幅桥梁台柱梁施工。在工程建设过程中，要根据以上的重点工程，进行成本控制，尽量减少工程造价[14]。

2.2.5 数据库的创建

动态跟踪“五控”，掌握“五控”工作的实际状况，实现“五控”指标的阶段性实现，有利于整体控制。依据以前的施工经验，构建了一个问题应对数据库，在实际施工中进行了重点控制，并在竣工后进行了“五控”的评价，整个案例项目的总体目标状况是令人满意的。

3 三维动态管理软件在城市建设中的应用

3.1 项目建设流程与项目三维动态管理的功能

3.1.1 巴中城市建设项目三维动态显示功能

在运行该软件之后，进入预设的首页，可以实现对项目总体的概貌进行数字化的动态浏览。主要菜单选项有：工程概况，工程项目管理，系统管理，数据同步等。

3.1.2 使用可视化的数码沙盘

软件加载后，可以根据工程进度、进度、进度等，实现自动或人工浏览的功能。点击后进入可视化的数码沙盘，左边的按键可以控制场景的显示，右边的按键是工程查询和数据的维护，控制的是实时的和信息的展示。

3.2 建筑工程的动态优化管理函数

该系统采用了基于价值理论、横道图、虚拟动力学技术等技术，对本项目的工期、成本、质量、安全、环保等进行了系统的动态控制。

1)软件的管理接口。通过与系统的三维动态建模相结合，在管理软件界面上实现了整个三维模型的展示，实现了对工程项目的全面认识。

2)采用“五个监控一张表格”，实现了建筑动态控制的功能。根据项目的实际施工情况，在三维数字动态管理屏幕上，单击正在进行的工艺环节，就会弹出“五个控制一张表格”，包括工期、成本、质量、安全、环保等目标的控制和分析，以显示管理状况和需要进行的管理行为，从而为管理者的决策提供参考。

3.3 基本资料库的软体

基本数据库包括公共数据库、工期与成本数据库、质量数据库、安全数据库、环保文明建设数据库、应急预案数据库等。法律法规、五控制定的依据、管理体系等，都可以在基本的数据库软件中展示。在使用过程中，点击建筑工程数据库中的对应项目，即可获得所需的资料。

4 前景

根据论文的研究结果，对今后的研究工作进行了展望和建议。

1)运用三维数字动力学技术和已有的价值原理，在城市桥梁工程的施工中，充分体现了三维数字动态管理系统在改善城市桥梁工程的施工管理中所起到的重要作用。

2)当前，在本论文的研究中，我们发现我国城市桥梁建设管理中缺少一套与之配套的、完备的工程管理信息资源，需要进一步收集、完善相关的建设管理数据库，以便为今后的城市建设管理工作提供准确、可靠的数据资料或参考资料，为建设市政桥梁工程建设管理决策提供科学、准确的数据支撑和平台。

5 结语

在实施三维数字管理时，要根据市政基础设施工程的具体情况，建立与项目实际相适应的技术体系，从工序分解优化、确定工序工时、寻找关键线路、确定显著性项目、建立问题原因数据库，使市政基础设施工程建设要点直观清晰地呈现出来，以此确保市政基础设施工程可有序建设。市政基建工程作为一座城市的基本建设，其施工质量将直接关系到整个城市的运行效率，所以要积极地利用现代先进的管理技术，比如3D数码技术，建立一个可视化的管理系统，以保证市政基础设施的顺利进行，同时对工期、成本、质量、安全、环保等五个方面进行严格管控。三维数字化技术的应用，使得城市基建工程规划更加直观，技术应用效果显著。在实施了三维数字技术后，工程的工期、成本、质量、安全和环保等5个方面都得到了有效的管理和控制。