【摘要】在工程建设的现场管理中，随着管理理论的日益多样化和各种新的管理理念植入，工程管理的方式多样化和科技含量也在增强，例如控制论、博弈论和BM技术理论等陆续进入工程管理中，新技术新工艺也日益增多，但是所有这些的发展都需要有力学理论的支撑，如果在工程的项目施工管理中忽略力学的准确和灵活应用和验证，会给工程质量及工程安全带来事故和隐患，本文就这方面探讨一下工程施工管理中力学体系的建立和应用的精准性问题。
【关键词】施工力学；体系模型；规范；灵活；正确应用
一、工程现场缺乏力学管理的规范精确应用
随着工程管理向着精细化，精准化得全面推进，已经由以前的的粗放型的管理，向着集约精细化深入，根据管理的相关理论，工程管理的事中、事前和事后都把程序化化和规范化慢慢推广开来，好多企业有自己的企业标准和操作规程，工程的管理事前做法普遍推行的是施工组织设计和施工方案的审核审批制度，另外对于一些危险性较大的分部分项工程推行专家评审制，这些做法一方面体现了工程管理的细化和规范性，另一方面强调了工程施工必须要经过缜密的计算和规划，其中渗透了工程力学的强有力的支撑；
恰恰由于推行的标准化和格式化，让我们的管理陷入僵化和公式化，缺少很大的灵活型和适应性，首先我们看一下施工方案的编制，大多数工程上的方案千篇一律，“八股文”式的格式，让人感觉工程技术管理是每个人都能做，所作方案和施工组织设计千篇一律，这种现象让人很是担忧。其实每个项目每个管理班组，每个项目的人、机、料、法、环都会不同，必须有严格的精准的计算作支撑才让工程的管理有效，在可控范围内；
举个简单的例子来说明问题：以扣件式钢管脚手架施工方案为例，每个项目的脚手架方案其实是各有不同的，编制方案时计算参数的选择应该针对具体项目来计算，首先脚手架用材的计算参数选择，按照我们的通用计算式，脚手架用钢管一般采用外径48，、壁厚3.5MM的Q235，钢的焊接钢管；我可以负责的说，现在80%的工地或者更多（我实地抽样做过调查）都不能完全达到这个要求，而求好坏参差不齐，而且状况有修饰严重、弯曲、压扁、损伤和裂纹等情况不同比例存在，这时候我们套公式计算抗弯强度时钢管弹性模量的选取和钢管抗弯强度设计值的选取就不能选用《钢结构设计规范》上的数据，必须根据工地现场的实际情况，选定参数，可以通过现场实验来确定或相当资格的建材实验室来确定，不能采用大一统的方法，另外还有扣件的质量问题，更是质量悬殊很大，；第二个因素就是我们的工程项目所处的环境，恒载和动载充分考虑的情况下，如果是在风力较大，或脚手架支撑的地点土质软弱等情况，这时候我们需要严格的做两方面的力学验算和实验，地基承载力的验算必不可少，确保脚手架不产生不均匀沉降；另外风载的计算必须根据当地的气候条件等选定合适的风压标准值、挡风系数和风压体形系数，所以每个项目所处环境不同我们力学性能参数都大相径庭，我们的力学计算就完全不应该一样，实际情况是现场的各项基本资料不具备，我们对工程所处环境不加考虑就做个模糊的计算和方案，怎没能有安全保证的；第三个因素就是我的搭设方法的设计和计算，每个建筑物的形状尺寸高度和我们的施工工艺不同均应采用相应不同的搭设方法，其钢管件，有落地式和悬挑式还有别的各种方式，立杆间距和横杆间距及连墙件的数量布置及工作状态，每个项目也各有差距，所以必须在保证强制性规范基础上，根据不同的工程设定不同的搭设方法，不同的搭设方法我们的计算模式也会相应不同，通过计算我们就知道底层钢管是否需双钢管等；还有一点也是最重要的一点就是人的因素，一个好的施工方案必须注意到人的因素，首先是具体操作者，他们能否精确的拧好每一个扣件螺栓，能否正确的处理好每一根杆件的搭接关系，这对脚手架的受力和传力很关键，例如垂直杆件搭接必须采用对接扣件，不能产生偏心受压杆件否则我们的计算数据就不对了，因为我们选定立杆的轴力设计值、立杆的截面面积、轴心受压构件的稳定系数等都是按照垂直杆件设定的，所以在方案计算式要充分注意到这一点，另外在双杆变单干的地方应考虑计算稳定性。要求方案的计算是在合格的施工操作人员基础上建立的，如果所设计方案的项目操作人员不是很合格或者有一定程度的风险因素存在，这是我们方案计算时就要考虑风险因素，有些操作者把脚手架和现浇混凝土构件的模板支撑混搅一起，搭设相连接，同混凝土泵管相连接等都会给我们的脚手架施工带来很大的风险；再说一下我们的管理人员带来的风险，每个项目所配备的管理人员学历、经验、执行力等各有差异，对于质量把关的松紧程度也各有不同，例如对螺栓的检查是否采用扭矩扳手进行全面检查达到40～55N.M之间，立杆的垂直偏差和水平杆的水平偏差能否控制在容许偏差之内等，否则我们的计算方案就会失灵，我们确定脚手架计算的安全系数K时就必须综合考虑这个因素；另外还得考虑承受脚手架的土质类型及是否有冬季和雨季施工存在，排水措施和防冻措施是否到位等风险；综上所述，我们仅仅从一个简单的钢管扣件脚手架计算方案做一些简述，能够很清楚的看出来，在一个项目的施工中力学的准确应用是很重要和频率很高的；在设计阶段的力学计算只是给我们一个建筑物自身的受力体系，而我们在施工中的力学计算确是建造过程中安全实现设计的重要保证和支撑。
二、力学体系建立和应用需要“量身定做’
随着时代的突飞猛进的发展，中国的建筑业及相应的施工技术手段和新的工法在各个建设领域也渐露端倪，所以施工带来了革新和便利，但是同时在施工中我们现在最追逐的是工期、利润及一些面上的质量，其实真正潜在的建筑施工的力学管理还是很薄弱的，大多是零星的和随意的照抄照搬，给工程的施工管理带来潜在的结构风险和隐患。
施工和设计是两套力学体系，我们知道设计必须进行结构计算，设计方面的计算着眼点是使用功能，主要针对建筑物的使用过程可能存在的最大设计力学呈现采取的结构布置，而本文所倡导的施工力学体系的建立，主要在满足设计要求的基本结构施工基础上，针对一个具体的工程所建立的施工力学体系，我们知道在施工时的建筑物受力是很不稳定的，有时可能会超出结构设计受力的储备，所以建立施工力学体系是结构设计的一个延续和补充，同时又为工程的结构做一个保护，对施工安全提供强有力的支撑。
首先我们先说一下工程施工力学模型建立的大概思路，以房屋建筑工程为例，通过历年全国的建筑工程安全事故统计资料，我们发现60%-80%的事故多发生在基础和结构主题阶段，而且事故的十大原因中坍塌事故占到20%到30%（参照住建部统计资料），这说明一个问题，我们着眼点就是施工在各阶段所发生的荷载和承受这些荷载所设计出的施工方案，这是一个重点。
在每个项目施工前我们需要做工程现场施工荷载清单，可以参照有关规范及施工手册，也可以参照历史资料，但是清单的编制必须和本工程相契合，必要时要现场做实验确定，这个工作很关键，决定我们施工受力体系建立成败的关键；第二步根据工程的工期安排确定出施工可能发生的施工静载和人力施工动载定出荷载分布按时间轴做出分布图，找出受力最大的施工平面节点和时间节点；第三步在总体规划基础上针对每一个关键点建立力学结构体系。做出可靠地计算书；第四步也是最重要的一步，在施工过程中根据水文、气象和地质等的变化最随时调整，并且必须和工程的实际相结合；再以房屋建设为例具体到各个分部分项工程中，基础工程的土方施工开挖和支护是我们是工程事故高发阶段，所以我们建立力学计算控制点，首先我们从我们的荷载清单中选取相关的荷载，根据基坑的周边情况是否有建筑物和管线分布，地质资料的土质和水文资料（这些资料在建立体系的第一步都要具备），定出基坑开挖方案及相应的计算体系，问题来了好多基坑坍塌事故就出在这里，基础资料不完善，盲目做出方案，例如我们的计算方案是否考虑坑顶临时的土方堆载（实际会不会发生），会不会在汛期下雨浸泡基坑，总平面图布置会不会坑顶有运输施工材料的道路存在等因素，每一项因素的存在都会影响到我们计算系数的计取。
在基坑开挖中最主要的是降水和支护方案，这两方面是个重点；一个项目的基坑开挖能否安全进行支护是关键，这是一个系统工程，会涉及土力学、结构力学、基础工程相应会涉及地质勘查、场地水文、支护结构与施工、降水设计和开挖方案、监测方案和周围环境的保护方案等，是一个很复杂的同时实践性理论性都很强的过程，所以不是每个项目都一样有很强的地域性；同时我们知道基坑开挖过程中，由于开挖面上的卸荷效应，引起维护结构土壁产生侧土压力差，土壁向坑内产生水平位移，使墙后土体作用于支护产生主动土压力、同时引起支护后地面下沉。而开挖面一侧由于土的作用会产生被动土压力，同时由于挖土卸荷，基坑底隆胀。所以我们的一个基坑支护设计计算会牵涉到一种影响（维护结构前后水头压力差，加上如果土渗透性较好要考虑渗流力计算土压力和水压力）；两种压力（主动土压力和被动土压力）；三种变形（支护结构向坑内位移、结构后地面下沉和坑底隆起）；所以一个支护方案的实际牵涉的力学问题很多，传统的库伦、郎肯的土压力理论虽然在套用，但是不能完全解决基坑支护结构的计算和开挖问题，所以我们在做支护结构的设计及计算时必须加强工程的实际监测和土压力参数进行反复论证；同时还要注意到基坑开挖的时空效应，基坑开挖时结构变形会随着时间的推移而增长，时间证明同样的基坑如果同样的支撑情况下，72h的支护移动速率大于16h的移动速率、这一时间效应说明开挖对结构的支撑时间，越快越好。
对施工和结构计算有着密切关系；同时开挖土体的高度、宽度以及开挖土体所处深度，对基坑变形的影响也是相当显著在同一开外深度下，开挖土体的宽度越宽、高度越高则基坑的水平位移的变化速率越大，这就是基坑开挖还要考虑的时空问题。以上说这么多，就是以基坑的支护计算为例，告诉我们在我们工程施工受力模型体系链条上的每个节点都必须和具体项目密切契合，必须为每个项目“量身定做”一套受力体系图；当然一个工程项目的施工计算节点很多，贯穿到工程的每一个分部分项工程，例如脚手架项目和模板支撑项目，机械安装及吊装等所有这些都需具体的施工计算的支撑。同时在施工中要注意个受力体系的独立性和相互关联性，不能相互掣肘，否则我们的体系模型会失灵的，这就牵涉到下面的一个问题。
三、让建立好的工程施工力学体系作为实际施工的“必备神器
我们经过许多的计算论证和检验建立好了我们的施工力学体系，这是我们最重要的是怎么让它发挥作用，如何正确合理同时安全的应用，就是我们施工管理中最重要的一个环节。
还以房屋建筑举个例子来说明施工力学计算体系的合理应用，我们知道支撑体系是建筑物成型前得支撑和模板体系，由于目前市场上的脚手架所用材料基本上都是钢管和方木大板组成，所以在实际使用中往往会混为一个体系，这给工程的施工带来很大的隐患，我们知道在这里会出现四种有些可能会更多的受力系统，一是支撑现浇结构的模板支撑体系；一种是供施工操作人员施工的脚手架体系、三是支撑施工机械如混凝土泵管的支撑系统；还有一种是支撑吊物台和洞口安全维护等受力系统；这四个系统统一存在施工作业面但是系统各自独立，实际的受力大小和力学性质都不相同，所以不能相互拉扯，加入我们脚手架和模板支撑体系连接一起，或者用脚手架做模板支撑，发生安全事故的概率就会很大，因为我们在做受力计算时考虑的荷载和力学受力计算系数都不一样，所以不能项目替代，否则我们设计的力学系统就会失去应用价值。还有例如混凝土泵管的支撑体系加入和脚手架或混凝土结构的支撑模板连接一起，由于输送混凝土时产生的冲击力造成泵管的支撑体系会发生摇动，如果连接会给脚手架晃动，人员安全受到影响，混凝土的结构成型的质量会受到很大影响；所以既是受力体系的独立性的同时又是工程施工力学系统的有机组成。
已经建成的施工力学体系的应用既严肃又要有灵活性，作为我们的每一施工方案的最重要的组成部分，这样我们编制出的施工方案是一个有机的系统反应一个具体项目的施工方案和受力体系，避免了零星的片面的和照抄照搬式的施工方案设计，是工程建设在一个科学的模式轨道上运行，将施工过程中的风险能框定到可控范围。今后如果BM技术在工程技术上大量使用，也必须建立在可靠的施工力学计算之上，将我们组建的项目施工力学体系作为我们施工的有力的工具应用。
结论：
工程施工是将一个设计变转化成实体的过程，在转化过程中必须经历力学体系的构建和重组，施工过程中要把松散的不成系统的建筑材料构建成一个具有使用功能的建筑物，必须以一个强有力的建造体系来完成建设，所以为了安全的在平面和立体多个维度建立起牢固可靠有依据的施工所必须的支撑体系，我们就必须把施工过程中力学计算管理放到重要位置，也为今后BM技术的应用打下牢固的基础。
参考文献：
[1]《高层建筑施工手册》，作者：杨嗣信.出版单位：中国建筑工业出版社.出版时间：2001-6-1.
[2]建筑程施工质量验工收统一标准（GB50300-2001）.（中华人民共和国建设部 国家质量监督检验检疫总局.2001年7月20日联合发布）.
作者简介：
申达昂，河南省郑州市人，现工作单位：河南省龙华工程咨询有限公司，长期从事工程管理工作，有丰富的工程管理经验。