钻孔灌注桩施工过程信息化管理的探索

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施工是投入大量人力、物力、财力，把设计方案转化为实物产品的重要阶段。为了加强对施工活动的管理，近十几年来，我国完善了建筑法规体系、建立了监理制度、推行了“贯标”活动……，这些重大措施，营造了工程施工的良好环境。在这个氛围下，怎样在施工过程中进行信息化管理，使施工水平上一个台阶，具有重要的现实意义。
    在工程建设中，计算机技术正在广泛地使用。在设计、造价、项目管理等方面都有了许多软件可供运作。唯独在施工阶段内，目前计算机的应用尚局限在文字处理、表格填制等低层次上，还没有充分开发计算机的功能，在施工过程的管理、决策层次上发挥作用。
    施工过程的组织、管理、实施都是由人来进行的。人的素质、水平、甚至一时的情绪和注意力都会对施工状况产生影响。如果能将工程的设计要求、技术标准、工艺流程、相关计算、统计报表、管理经验等等都固化成一个标准化的程序，随着工程进程，这个程序能不断地提供相应信息来引导施工，那样就可以在一定程度上弥补管理者可能存在的弱点或不足，减少失误，把施工水平保持在一个较高的水准上。这样的软件，能够参与到施工的各个环节之中，是进一步把施工挪入标准化、规范化轨道的有力保证。
    由于工程施工的复杂性，要编制这样的软件有很大的难度。钻孔灌注桩有很强的隐蔽性，它的工程目标常需在施工过程中确定，对其实施工程控制的难度很大。但它有成熟的工艺流程、完备的规范、规程，因此，比较具备研制和应用这类软件的需求和条件。经过努力，我们研制出《钻孔灌注桩施工辅助管理系统》，希望对施工过程的信息化管理做出有益的探索。
    《钻孔灌注桩施工辅助管理系统》主要由六个部分组成。他们的内容、功能和研制重点分别介绍如下：
    一、工程目标的设定：
    这一部分包括了设计要求、施工技术要求和部分合同要求。这些要求构成工程所应达到的目标。它们需要在开工前记入系统，作为衡量施工过程各个方面是否合格的标准与依据。
    由于各地的岩土条件不同，各个设计单位的表达方式不同，桩基工程的设计方案是五花八门的。要使一个软件适应各种工程情况，在系统编制前就要做大量分析整理工作，将不同桩型设计参数及相互关系归纳、梳理清楚，编出有条理的输入方式和顺序。例如，系统中对确定桩深的原则，就归纳了给定桩长、给定桩底标高、按嵌岩深、嵌岩深与桩长双控、嵌岩深或桩长五种方式。届时，按设计的做法选定方式并输入数值后，桩长与桩底标高会立即配套显示。
    当一个工程有两个以上的建筑轴线系时，系统能把不同桩的坐标值换算在一个坐标系内。对桩位坐标的输入，系统提供了多种方法，可按设计的特点选用。对桩型、承台类型相同，且有规律分布的桩（包括直线分布和圆弧分布），可以成批输入，结果不但一次算出该批桩的坐标值，还同时编上了桩号，并与设计参数建立了联系。由于是成批输入，不但加快了输入速度，更重要的是减少了出错的可能性。输入的桩位还能在屏幕上显示，一旦有错，很容易观察出来，及时纠正。
    在开工后，如遇设计变更等变化，工程目标可随之相应调整
    二、现场施工管理：
    这是系统与现场管理人员联系的窗口，也是进行工序管理的平台。在整个施工过程中，系统根据现场管理人员采集的数据，对现场所有施工活动，包括设备、材料的验收与检测、成孔、成桩的各道工序、事故停工事件等进行记录，然后自动地对各工序、各项质量指标全面进行检验，自动形成报表，记入施工日志，并按事先控制原则，对后续工序做出提示。各种材料、各道工序都配有相关的规范条文备查。系统还备有工况分布图与实时状态表，可随时直观地查询各桩、各桩机当时的施工状况。
    所有输入项目的选定遵循了以下的原则：
    1、要全面反映设计方案及以规范、规程为主体的各项技术标准的落实情况。例如，许多报表对实际采用的钢筋直径没有反映。而现实施工中，可能因材料代换、可能无意、或有意改变了设计规格。要求输入这一数值，就会引起对这一项目的注意；
    2、要满足有关部门规定的资料要求，例如竣工表格规定填写的内容，施工过程中就应采集生成并存入数据库；
    3、要能提供施工管理工作中需要统计、分析的各方面资料数据。例如，为了加强施工进度管理，在现场就应采集各种事件的发生时间；
    4、输入的应是管理人员现场第一手采集到的原始数据。后处理由系统自动来做，保证资料的客观、真实、准确、可靠。像护筒偏心距、孔深、笼顶到位差、沉渣厚度等都是需要通过计算求得的，不应直接填写，以减少中间环节的差错；
    5、要有利于现场人员的使用。程序设计上每一步都提供了提示信息和相关项目的默认值，帮助工作人员避免现场工作的疏忽，并使得系统操作简便。像上面提到的实用钢筋直径，就以设计规格作默认值，如果没有改变，就不需另外输入了。
    以终孔工序为例，来说明一次工序输入所引发的系统一系列响应：
    ① 当对话框出现时，有当时时间的默认值。若它与终孔检查时间相近，就不必改动。
    ②在对话框中输入桩号。如果桩号有误或者上道工序未完成，系统会弹出提示。
    ③桩号确定后，各输入项会出现默认值。如果这些默认值都不必修改，一般只要填写钻杆总长与余尺两项就能完成此次输入。
    ④确认输入内容后，系统会显示桩深、桩径等质量指标的检查结果。
    ⑤认可后，系统会显示后续施工提示，包括应制的钢筋笼规格、长度、需准备混凝土数量以及要求的首灌时间等。
    ⑥自动形成全面、详尽的工序报验表，相对人工填制的报表，提供了更多的信息，可以打印出来报监理检查。
    ⑦退出对话框时，在施工日志上会添上一行记录，标明了检查时间、结果、结论和指令。
    从上面的过程中可以看到，系统在工序管理方面是比较严密的。作为对质量的事后控制，系统自己会按设计、规范等要求来判定质量合格与否，避免了出错的可能。作为对质量的事前控制，每道工序对紧后工作都做了提示。计算机给了我们一个工具，它使一直强调的事前控制措施，有可能得到真正的落实。
    三、施工安排：
    在这一部分，系统为施工中各项工作任务的安排准备了一套工具，包括桩位测放数据计算、开钻通知单、制笼通知单、自拌混凝土配料计算、桩孔施工顺序优化计算等。
    在制笼通知单中，只要输入桩号和给定钢筋的定尺长度，就会自动出现笼子的配筋方案。特别对变截面笼，会列出两个不同的方案，可根据现场材料等情况选用。
    钻孔灌注桩桩孔施工顺序的优化计算，是在遵循跳打原则条件下，以移机路径最短为目标进行的。按计算结果可绘制出移机路线图，以备打印使用。
    四、周/月进度计划与统计：
    系统的这一部分主要是为工程例会及工程月报提供资料，也是管理者获得各类统计信息的一个平台。它包括了上一施工期的成桩情况、各桩、各机完成工程量统计、各桩各工序段耗时统计、各桩各项质量偏差统计等。在制定新施工期的施工计划时，能自动计算出本期的各项工程量细目和所需的各种规格材料数量。这些资料数据是掌握工程施工状况、进行科学管理和科学决策的基础。
    在质量偏差统计表中，列出了各桩、各项质量参数偏离标准值的数值，从中可以对施工的质量情况做出判断和处理。
    桩各工序段耗时统计则主要用于进度控制。该表中列有各桩钻土、钻岩速度、各工序耗费工时、事故停工时间、移机耗时等。各桩、各机的施工效率的差异提供了进度挖潜的可能。此外，工程调度是否合理也能得到反映。对这些数据分析比其他方法更具有说服力，因而成为优化施工进度的有力手段。
    在完成工程目标输入之后、实际开工之前，计划表中的待完成工程量及尚需材料总量，可作为工程量清单用于工程预算。
    五、图表查阅：
    整个系统运行过程中输入的数据资料，均可分门别类地在此查得，供施工管理、决策作为依据和参考，以及用于费用结算等。它包括：
    1、施工日志。可以按桩、按桩机、按责任人、按指定时段查得并打印。这对于一些专门问题的调查、研究提供了方便。对单位考察人员的表现，也提供了资料。
    2、质量与安全。包括设计参数、成桩数据、工序报验单、质量偏差、事故异常等9类表格。各种质量、安全情况都能在不同侧面上得到反映。
    3、设备材料。包括各类设备、钻机钻具、各类材料及检测情况、材料供耗统计等7类表格。材料供耗统计表中有计算库存与实际库存的对照，可以评价材料管理上的问题，以及对工程质量的影响。
    4、工程量与进度。包括工程量、耗时统计、施工计划完成情况及工程进度图等6类图表。在工程量统计中，不但有实际发生的工程量，还列出工程量的调整值以及偏差值，供结算时选用。
    六、竣工用表：
    根据建设管理机关对竣工资料的要求，按格式规定，系统能自动生成各种相关表格，既免除了填制资料的工作量，又提高了竣工资料的准确度，保证了填报质量，客观地反映了施工情况。
    2004年，某监理公司在对一桩基工程实施监理时，对该软件进行了试用，对其实用性做了检验。该工程有工程桩239根，支护桩290根。桩径有Ф800、Ф900、Ф1000三种。桩深的确定方法有给定桩长和桩长、入岩深度二者取一两种。钢筋笼规格繁多，连接既有搭接焊又有冷挤压。这些多变的因素组合成的桩型多达15种。施工管理上难度较大。
    系统的试用与正常监理工作平行进行，相互对照。从中可以看到使用系统的长处：
    1、每道工序验收时，系统对各项质量指标的落实情况都有鉴别数据生成，质量问题能及时发现，敦促施工单位及时整改。而人工处理时，难免会有不少的疏忽产生，弄得不好，会发生质量问题。该工程的施工单位是一个实力雄厚的专业基础公司。虽然它有多年的施工经验，但当使用本系统对它的工作检查时，仍发现了不少质量或数据问题。例如，Zha33桩，按其填报的测深计算，沉渣为-98cm，显然填报的数据错了。Zha35桩笼顶安置深度差了1.57m，吊筋长度不足。ZHd29桩的机高，开孔与终孔时数值不一致。ZHc14终孔深度，系统计算比报表多了5cm，施工单位手算发生了错误。等等。发现后有的做了整改。也有的无法改了。像Zha87多打了0.46m，Zha24多打了0.48m等，显然事前控制没有做好。这不仅是个浪费，若有岩性变化，还可能对承载力产生影响。
    2、人工很难进行大量数据的统计工作。而本系统提供的各种统计报表，为全面深入地掌握施工状况、深化监理工作创造了条件。例如，对工序耗时统计的分析表明，各桩机的施工效率有很大的差别，但在施工调度方面却有“压快扶慢”的迹象。例如，在打ZHd1型桩时，某桩机三根桩平均每根用了70小时，另一桩机却用了152小时。但安排下笼与灌注，后者只用了16小时，而前者却要等21小时。这对工程的总体施工进度是不利的，施工方应该做出调整。
    3、各类工程量能自动统计，随时查阅。每一施工阶段的工程量、材料用量都能事先做出预算，为合理地进行进度安排、材料管理、资金运转提供了可能。事后也都做出详细的统计，为工程决算提供了方便。这些都为企业内部经济核算、挖掘节约潜力提供了依据。
    4、操作简单，便于使用，方便快捷。一般一道工序、或一个记录，从数据输入到报表打印，全过程仅在一分钟内就可完成，工作效率和质量都是很高的，对计算机多用途使用的影响也很小。对使用者的计算机知识没有专门的要求，只要会最基本的操作方法就行。
    通过试用，证明系统的功能是可靠的。它对数据的处理快捷、准确，能不受干扰地及时发现施工中的问题，减少了许多错误和疏忽。它提供的各种信息对深化管理、提高施工水平，保障施工顺利进行起了很好的作用。试用情况也表明，施工中即使较好的队伍，也会有人工不易察觉的各种问题产生。借助计算机，进行信息化管理，对避免质量、进度等问题的出现、提高人员素质、养成企业科学、严谨的工作作风，是很有必要的。
    钻孔灌注桩对整个建筑工程而言，是很微小的一部分。但本系统研制的初步成功说明，其他各项工程的施工管理，也是可以采用计算机技术进行控制的。实现信息化管理，是加强施工管理的一个重要手段和发展方向。相信研制这类软件和使用这类软件的事例会陆续出现。它们必将一步步地推动工程施工的标准化、科学化、信息化进程。