船闸工程智慧建造体系及综合评价模型研究

文/嵇旭红

1 前言

船闸工程建设周期长，设计单位、实施单位及管理部门众多，是一个复杂的系统工程，且在具体的港航项目建设过程中，由于各参建方在项目管理的方法、技术、工具、资源等诸多方面的差异和对管理目标的不同认识，造成了一系列问题，项目最终目标有偏差等，因此需要新的技术手段来保障工程建设质量和管理水平。《交通强国建设纲要》《关于印发推进智慧交通发展行动计划的通知》等相关文件的发布，明确指出探索“互联网+交通基础设施”发展新思路。为了响应行业发展需求，实现公路水运工程建设的数字化、精细化、智慧化管理，江苏省率先开展了船闸工程、航道工程、公路工程的智慧工地示范工程的建设工作，探索公路水运工程智慧工地建设体系，为交通强国建设奠定基础。

2 船闸工程智慧建造品质提升影响因素分析

2.1 船闸工程智慧建造概念和内涵

船闸智慧建造应用“互联网+交通基础设施”发展新思路，综合利用云计算、物联网、移动互联、人工智能等信息技术，全面感知船闸工程建设期“人、机、料、法、环、安”各工程要素的关键因素，实现建设、施工、监理各参建单位间的信息共享和协同运作，使工程现场的运行情况实时反馈、分析、预警，实现施工现场作业的辅助决策、智能生产、科学监管等。通过船闸智慧建造的实施，将“人、机、料、法、环、安”等各要素进行统一调配和管理，实现在建工程人员、材料、安全、试验检测、工艺监控、施工监测、检验评定等环节管理控制信息化、快速化、一体化，解决船闸工程施工期质量检测数据真实性、质量安全问题难溯源、隐蔽工程难监管等问题。

2.2 船闸质量影响因素分析

人的因素对工程质量的影响，人在“人、机、料、法、环”五大因素中起主导作用，在船闸工程中建设团队主要包括建设方、施工方、监理方和设计方等多方人员，团队成员的工作能力、思想态度、品质道德等都对船闸质量起着至关重要的影响。

机械因素对工程质量的影响，船闸工程施工涉及的施工机械设备种类繁多，即使是同种设备其型号也各不相同，管理工作较为复杂；如果工程管理过程缺乏机械保养制度，还会存在机械设备超负荷工作现象，造成安全隐患，增加维修成本。

材料因素对工程质量的影响，船闸工程材料主要包括石料、水泥、黄沙、钢筋、锚具等原材料，以及部分半成品、成品构件。由于材料费用一般占工程总造价的60%～80%左右，往往为了降低施工成本会存在人为因素的参加造假。

工法因素对工程质量的影响，施工组织设计对船闸工程的建设质量、进度、安全起着全局影响的作用，特别是复杂的工程部位需要进行专项方案设计，必要时采取保障措施。因此施工方案是否经过专家论证、技术的科学性与可操作性，施工工艺是否满足规范要求，都直接影响了船闸工程的质量和安全。

环境因素对工程质量的影响，影响船闸工程质量的环境因素主要包括施工地点的气候环境、地质水文等自然环境，以及基坑、边坡等施工作业环境。但环境因素对工程质量的影响并不是固定的，随着船闸建设的发展，影响船闸质量的环境因素也在逐渐改变。

3 船闸工程智慧建造品质提升关键参数研究

3.1 智慧建造关键参数识别

智慧建造关键参数的识别，以工程建设管理理论为基础，紧扣“三控三管一协调”的要求，围绕施工现场的“人、机、料、法、环”等主要因素，针对工程项目施工过程质量、安全生产、生态环保进行管理，对涉及质量、安全生产、环境的数据进行自动采集、全程监控、实时管理，实现工程智慧化建设，构建工程智慧建设与行业智慧监管互联互通的工程质量安全智慧管理体系。通过调研全国范围内的智慧建造标准、指南、体系以及实际工程的功能建设指标，将全部功能指标根据船闸工程独有特征进行删减合并，形成船闸工程智慧建造体系[1]。

3.2 智慧建造关键参数研究

随着智慧建造技术的发展，湖北省、重庆市、江苏省相继发布了智慧工地建设标准。湖北省《智慧工地信息化管理平台通用技术规范》（DB42/T 1280）：湖北省智慧工地信息化管理平台平具备视频监控、GIS管理、设备监控、环境监测、基坑监测、人员与安全管理、项目管理等功能。重庆市《智慧工地建设与评价标准》（DBJ50T 356）：重庆市智慧工地功能包括人员信息管理、环境监测、视频监控、设备监管、质量监管、安全管理等功能。江苏省《江苏省航道建设工程智慧工地建设技术标准》（T/JSCTS 002）：围绕航道工程施工现场的人、机、料、法、环、安全六要素，以“标准化、可视化、数字化、智能化”为核心，通过信息化方式，对项目建设进行监管。

3.3 船闸工程智慧建造体系

船闸工程是通航航道的重要组成部分，由于航道存在调节水流量、渠化交通以及地形落差等情况，导致航道存在落差。船闸就是帮助航道过往船只顺利通过落差节点的建筑物。江苏省船闸工程一般包括船闸、节制闸、泵站、跨河桥梁等。因此根据船闸工程实际情况，船闸工程智慧建造体系包涵航道、船闸、桥梁等分部分项任务。因此可从人员管理、设备管理、物料管理、质量管理、环境管理、安全管理、综合管理等几个方面开展船闸工程的智慧建设。

4 船闸工程智慧建造评价体系研究

4.1 多层次模糊评价法理论

由于船闸智慧建造设计的参数较多，这些参数在分类上具有一定的层次性，因此可利用层次分析法对船闸建设进行评价。船闸工程智慧建造评价采用层次分析法评价过程为：首先按照船闸工程智慧建造体系将评价指标分为7 类属性因素，然后对每一种因素进行初级层次的单级模糊综合评价，在此基础上再进行高级层次的多级模糊综合评判。

式（4）中：BWi为向量BW 的低i 个元素。

第三步：一致性检验，由于判断矩阵是根据专家的主观认知经验所得。因此，必须对判断矩阵做出一致性检验。

一致性指标CI 的确定，一致性指标是对评价对象是否偏离正常范围的界定。

式（5）中：CI=0 时，表示完全一致，CI 的值越偏离0，则表示一致性越差。

平均随机一致性指标RI 的确定，一致性出现偏差并不是全因为主观因素，有时候也会因为随机过程造成结果的偏差。所以，同样需要确定RI 的取值范围。RI 的取值可以通过查表得到。RI 的取值范围如表1所示。

表1 RI 对应值

一致性比例CR 的确定，一致性比例指的是一致性指标与平均随机一致性指标的比值。求CR 的取值是为了衡量不同阶数的判断矩阵的一致性满意度。

根据层次分析法的经验所得，当CR＜0.1 时，便认可判断矩阵的一致性。

综上船闸智慧建造综合评价体系，如图1 所示。

图1 智慧工地综合评价体系

4.2 综合评价体系建立

第一步：确定比较判断矩阵，根据层次分析法的原理，利用1-9 标度法，采用专家调研的方法确定各参数所属层次的重要性值。第二步：确定评价因素的权重，在计算权重之前，首先构建各参数的判断矩阵，并对矩阵进行归一化处理。然后求解各参数权重，求解过程如下：

计算判断矩阵每一行元素的乘积，即：

然后计算Mi的n 次方根，即：

对Wi进行规范化处理，即：

由此便可得到特征向量Wi=(W1，W2，...，Wm)T。

计算最大特征根

5 结语

本文针对船闸工程建设管理现状中存在的问题以及工程建设数字化、信息化、智慧化的需求，解释了船闸智慧建造的内涵，形成了船闸智慧建造的概念，从人、机、料、法、环等工程管理要素出发，形成了船闸智慧建造与综合评价体系。