導(dǎo)語：沙頭角污水處理廠擴建工程是香港特別行政區(qū)政府渠務(wù)署首個推行“建造業(yè)2.0”的先導(dǎo)項目。這篇論文將重點探討渠務(wù)署如何以“智慧及綠色工程管理”理念，通過工地管理數(shù)碼化，應(yīng)用建筑信息模擬、各種傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等創(chuàng)新科技，再配合創(chuàng)新建筑技術(shù)，推動智能工地，實現(xiàn)信息化建設(shè)及智慧工程管理。

“香港沙頭角污水處理廠擴建工程的智慧管理及信息化建設(shè)”一文作者為何家儀（香港特別行政區(qū)政府渠務(wù)署）。

何家儀(1975-)，女，香港大學(xué)土木工程系碩士，在基礎(chǔ)建設(shè)項目管理有豐富經(jīng)驗，曾參與多項大型基礎(chǔ)建設(shè)項目，如港珠澳大橋香港口岸人工島及安達臣路石礦場發(fā)展項目�，F(xiàn)為渠務(wù)署顧問工程管理部總工程師，負責(zé)管理多個污水建設(shè)項目，包括沙頭角污水處理廠第一期擴建工程及塘肚鄉(xiāng)村污水收集系統(tǒng)等。

01 簡介

香港特別行政區(qū)政府于2018年制定“建造業(yè)2.0”，通過創(chuàng)新、專業(yè)化及年青化三大支柱，以維持和強化香港建造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位，同時推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和長遠增長的愿景，將香港的建造業(yè)帶進新里程。

回應(yīng)“建造業(yè)2.0”的方針，渠務(wù)署在既有的基礎(chǔ)上歸納了“創(chuàng)新、智慧、互動”的發(fā)展方向，目標(biāo)是為公眾提供強韌而可持續(xù)的、世界級的智能型污水處理和雨水排放服務(wù)。

02 渠務(wù)署的發(fā)展方向

渠務(wù)署目標(biāo)以“創(chuàng)新、智慧、互動”的發(fā)展方向，規(guī)劃、建設(shè)和管理世界級智慧污水處理和雨水排放設(shè)施，制定智能渠務(wù)管理系統(tǒng)。

“創(chuàng)新”包含創(chuàng)新采購、創(chuàng)新設(shè)計、創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用以及創(chuàng)新設(shè)施管理。渠務(wù)署一直致力突破框框，探討使用非傳統(tǒng)的采購模式，例如采用生命周期成本作為評標(biāo)準則，以及采用不同模式的“新工程合約”等。多年來在工程設(shè)計、建造、營運維修等各領(lǐng)域均推動創(chuàng)新設(shè)計及應(yīng)用新技術(shù)。在科研方面，渠務(wù)署更努力不懈，不斷進行多元化、跨專業(yè)的創(chuàng)新研究項目。

“智能”是世界大趨勢，渠務(wù)署決心進行數(shù)碼化管理，善用建筑信息模擬（BIM）技術(shù)，內(nèi)外兼顧，提升基建生命周期中每一個階段的質(zhì)量。

“互動”也是內(nèi)外兼顧，為員工、業(yè)界、學(xué)界、機構(gòu)及市民提供平臺、空間，配以高效的管理、優(yōu)質(zhì)的支持，以及智能化的渠務(wù)設(shè)施，促進彼此的溝通和合作。

03 智慧及綠色工程管理

工程造價約10億元的沙頭角污水處理廠擴建工程是部門首個推行“建造業(yè)2.0”的先導(dǎo)項目。現(xiàn)有沙頭角污水處理廠已運行了30多年，處理量為每日1660m3。工程旨在原址重建該廠，提升污水處理量至3倍，以應(yīng)付區(qū)內(nèi)人口增長及未來房屋發(fā)展等需要。該工程已于2018年11月展開，預(yù)計于2024年中完工。

該工程面對不少挑戰(zhàn)及危機，包括在原址少于兩個標(biāo)準籃球場的空間內(nèi)興建臨時污水處理廠，并同時設(shè)置海底排放管工作井及興建永久性污水處理廠。項目團隊借著先行“建造業(yè)2.0”，按“創(chuàng)新、智慧、互動”的方向，訂立“智慧及綠色工程管理”理念，以實踐信息化建設(shè)。

“智慧及綠色工程管理”是指通過工地管理數(shù)碼化，以應(yīng)用BIM、各種傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等創(chuàng)新科技，再配合創(chuàng)新建筑技術(shù)，倡議智慧工地關(guān)愛文化、推動智能基建，實現(xiàn)建筑過程數(shù)據(jù)自動收集、智能分析、智能預(yù)警和智能化控制的管理模式，旨在解決建筑行業(yè)中普遍存在的施工管控問題，以降低成本，提高效率，提升質(zhì)量，加強安全管理。

3.1 工地管理數(shù)碼化

項目團隊通過使用自行研發(fā)的智能手機應(yīng)用程序，將工地日常監(jiān)督、地盤安全管理及檢驗流程記錄數(shù)碼化，提升工地管理水平及便捷工地監(jiān)督人員進行工程監(jiān)察。

工程人員通過使用手機應(yīng)用程序?qū)崟r收集工地數(shù)據(jù)，包括照片和施工情況，方便統(tǒng)一整合和分享。此外，項目團隊能隨時隨地、同步接收到所有實時信息，即使不在現(xiàn)場，亦可隨時掌握工程最新情況，從而能夠做出及時準確的決策。

除此之外，通過收集和分析收集到的大數(shù)據(jù)，項目團隊能夠更準確地掌握工程項目在不同范疇的表現(xiàn)，加以改善，不斷地提高質(zhì)量、安全性和工作效率。

3.2 應(yīng)用BIM

BIM技術(shù)是支撐智慧工程管理的骨干。BIM技術(shù)具有空間定位和記錄數(shù)據(jù)的能力，配合不同智慧科技，例如虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)、無線射頻識別技術(shù)(RFID)、傳感器技術(shù)，可以快速準確地為各種建筑設(shè)備組件定位及記錄不同數(shù)據(jù)，以協(xié)助項目團隊將其應(yīng)用于建造過程，并進行設(shè)計協(xié)調(diào)、施工安排和安全培訓(xùn)，實現(xiàn)信息化建設(shè)。

在沙頭角污水處理廠擴建工程中，項目團隊于工程開展18個月內(nèi)完成設(shè)計及興建臨時污水處理廠，包括相關(guān)地基及土木結(jié)構(gòu)、機電及污水處理設(shè)施的設(shè)計、施工、測試及運作。面對擁擠的工作環(huán)境和緊逼的施工工期，項目團隊?wèi)?yīng)用BIM至五維標(biāo)準，在整個設(shè)計和施工過程中進行協(xié)調(diào)、預(yù)計所需的工程材料，制定合適的施工方法及監(jiān)視工程進度。

擁擠的工作環(huán)境和緊逼的施工計劃使土木結(jié)構(gòu)、機電及污水處理設(shè)施的設(shè)計協(xié)調(diào)極具挑戰(zhàn)。項目團隊充分利用了BIM的通用數(shù)據(jù)環(huán)境(CDE)，在臨時污水處理廠設(shè)計和施工過程期間進行協(xié)調(diào)，施工順序及確認機電及污水處理設(shè)備的布置。應(yīng)用BIM至五維標(biāo)準更有效協(xié)助團隊監(jiān)控施工計劃和交付進度，以及準確計算所需材料量，減少浪費。BIM的應(yīng)用加強了土木結(jié)構(gòu)、機電及污水處理設(shè)施的設(shè)計協(xié)調(diào)工作，減少了安裝機電設(shè)備時現(xiàn)場所需的結(jié)構(gòu)修改，提高施工效率及生產(chǎn)力。

項目團隊除利用BIM加強各專業(yè)，包括土木工程及機電工程的協(xié)作、促進不同工序的最新設(shè)計信息交流和改善施工編排外，更于設(shè)計及建造過程期間將擬建臨時污水處理廠的BIM與現(xiàn)有污水處理廠的VR結(jié)合，利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，讓使用者感覺置身于污水廠現(xiàn)場，可以實時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。BIM與VR技術(shù)結(jié)合將空間可視化，有助項目團隊在VR虛擬環(huán)境中確認設(shè)備的布置和施工順序。此外，VR技術(shù)結(jié)合BIM可以顯著提高工作人員對施工環(huán)境的理解、提升安全意識、盡早解決施工時的問題、制定最合適的施工方法，從而提高效率及保證施工安全。

3.3 應(yīng)用創(chuàng)新建筑技術(shù)

沙頭角污水處理廠擴建工程項目主要包括興建臨時污水處理廠、永久性污水處理廠及海底排放管，項目團隊將致力采用場外建造以提升建造質(zhì)量監(jiān)察和安全質(zhì)量等。

3.3.1 臨時污水處理廠

考慮到有限的工作區(qū)域，項目團隊采用場外鋼筋預(yù)制組件興建臨時污水處理廠的土木結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用了可供制造及裝配的設(shè)計（Design for Manufacture and Assembly，DfMA）及興建臨時污水處理廠的主要污水處理設(shè)備。

場外鋼筋預(yù)制組件(如已切割和屈制的鋼筋、鋼筋籠及螺紋/接合鋼筋等)于高度自動化的場外鋼筋預(yù)制工場內(nèi)生產(chǎn)，能減省現(xiàn)場施工工序，使制作組件與現(xiàn)場地基工程等施工工序可以同時進行，減少建筑過程受天氣、人手和施工場地限制的影響，同時有利于管理施工過程。配合使用BIM，每件組件的設(shè)計細節(jié)、施工流程、安裝程序可以清楚顯現(xiàn)，使項目團隊更容易與廠方協(xié)議加工鋼筋及制造組件的生產(chǎn)細節(jié)及安裝流程。同時，工地廢料和環(huán)境污染也減少了，提高了工地整潔度。

此外，項目團隊?wèi)?yīng)用了DfMA設(shè)計及興建臨時污水處理廠的主要污水處理設(shè)備包括均衡池及移動床生物膜反應(yīng)池。直徑7.7m、高14m的均衡池是臨時污水處理廠的污水存儲池，可緩沖雨天峰值污水流量，從而減輕下游設(shè)施的負荷。項目團隊將均衡池設(shè)計為150件預(yù)制鋼板組件，以方便工地以螺栓和螺母連接組裝�，F(xiàn)場組裝則采用自上而下的頂升方法，先組裝均衡池的底部，然后安裝最頂部，以后每一環(huán)以頂升方法接續(xù)于地面安裝。這種方法大大減少了高溫焊接、吊運及高空工作，減少了施工時間及提升工地安全。另外，3個長14m、寬4m、高7m的移動床生物膜反應(yīng)池亦采用廠房預(yù)制的鋼板組件，運送到現(xiàn)場以螺栓和螺母連接組裝，減少了高溫焊接工作，從而縮短少了施工時間，提升了工地安全。

3.3.2 永久性污水處理廠

項目團隊正詳細研究采用場外建造興建永久性污水處理廠的安排，將建筑工序轉(zhuǎn)移至較易控制質(zhì)量的廠房進行，在廠房中制造獨立的預(yù)制建筑組件等。項目團隊亦會采用創(chuàng)新建筑組件–香港研發(fā)的專利設(shè)計的MatrixDeck預(yù)制樓板（亦稱為朱古力樓板）作為樓宇地臺預(yù)制組件。這種由一個個黑色塑料盒子組成的樓板，外觀有如一排排巧克力，是高性能的結(jié)構(gòu)性地板系統(tǒng)。MatrixDeck除比傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能提高強度外，亦能有助減少混凝土及鋼筋的使用量，從而減輕整座樓宇的重量及建設(shè)所產(chǎn)生的碳排放。MatrixDeck作樓板結(jié)構(gòu)的好處是減少外露的橫梁及柱帽，使樓底的水平一致，并且增加了樓底的可用高度。對污水處理廠而言，樓底可用高度增加有利于機電及污水處理設(shè)施的設(shè)計及安裝，也便利了將來的運作及維修。總括而言，采用場外建造能減少總建造時間、提升施工質(zhì)素、建造業(yè)的生產(chǎn)力、安全性，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.4 智慧工地關(guān)愛文化

多年來渠務(wù)署除積極推廣零意外，并鼓勵業(yè)務(wù)伙伴制訂安全標(biāo)準，提升工地安全水平，盡力遏止意外發(fā)生。渠務(wù)署亦本著“以心為心，盡力盡心”，建立工地關(guān)愛文化，確保員工及前線同事可以在安全和健康的環(huán)境下工作，減少意外事故。

為了提供一個更安全、更現(xiàn)代化的工地環(huán)境，項目團隊利用不同的創(chuàng)新技術(shù)如應(yīng)用“物聯(lián)網(wǎng)智能安全帽”，通過安全帽內(nèi)置的傳感器并配合BIM實時監(jiān)測工人的位置及確保工人在已授權(quán)的工地范圍工作。此外，傳感器亦能將工人的體溫、心跳頻率等身體狀況數(shù)據(jù)實時傳送到數(shù)據(jù)庫，當(dāng)發(fā)生異常狀況，數(shù)據(jù)庫會立即發(fā)出警告信號通知地盤安全主任，以監(jiān)測工人的健康狀況，保障工人安全。

此外，項目團隊亦將通過人工智能工地安全監(jiān)管系統(tǒng)，配合實時錄像監(jiān)視及計算機視覺技術(shù)，自動監(jiān)察工人有否佩戴安全帽和反光衣，實時發(fā)出警示及通知管理層處理，提升工地安全。系統(tǒng)亦能通過機械學(xué)習(xí)（Machine Learning）、語音和圖像辨識，發(fā)展不同安全監(jiān)察方案，如辨認及追蹤工人是否于進入危險區(qū)或高空工作區(qū)，以及工人有否在高空工作時佩戴相關(guān)安全帶等，實現(xiàn)自動化監(jiān)測、動態(tài)辨識工地潛在風(fēng)險，提升施工安全。

另一方面，項目團隊亦會于工程期間在工地范圍加裝各種實時傳感器，以協(xié)助監(jiān)測實時地下水位、地面沉降等指標(biāo)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設(shè)定的預(yù)警值后，系統(tǒng)會自動反饋到計算機終端及時預(yù)警，使項目團隊及進行分析，找出問題原因并采取措施，確保建筑施工的安全。

項目團隊現(xiàn)正建立工地智慧綜合管理平臺，目標(biāo)是將各種傳感器及智能系統(tǒng)所收集的大數(shù)據(jù)統(tǒng)一，以便工程人員管理總在場人數(shù)、危險警示、工地分布等信息。長遠而言，管理層更可通過工地之間不同數(shù)據(jù)比對、警報和時間比對、警告與地點比對，輔助決策分析。

3.5 推行智能基建

項目團隊?wèi)?yīng)用BIM，配合工地管理數(shù)碼化、RFID、各種傳感器等以推行智能基建，實現(xiàn)信息化建設(shè)及管理。通過工地管理數(shù)碼化收集到的工地數(shù)據(jù)，以及所有建設(shè)階段相關(guān)事務(wù)放在可結(jié)合文件管理系統(tǒng)的綜合地理信息系統(tǒng)（Geospatial Information System – GIS）及BIM平臺，包括施工詳情及驗收記錄等，只需按下相關(guān)位置，就能展示所有信息。同時，項目團隊將通過應(yīng)用先進的傳感器技術(shù)，收集不同數(shù)據(jù)，如懸浮顆粒（PM2.5、PM10）、噪聲、溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境監(jiān)測，以及實時水位傳感器、污水處理指針傳感器，并將數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下與物聯(lián)網(wǎng)收集到的工程信息進行數(shù)據(jù)挖掘及分析，提供過程趨勢預(yù)測及專家預(yù)案，實現(xiàn)可視化智能管理，提高工程管理信息化水平，加強及提供更高質(zhì)量的基礎(chǔ)設(shè)施信息系統(tǒng)，從而逐步創(chuàng)建數(shù)碼分身（Digital Twins）。配合數(shù)碼分身，工作人員可隨時隨地監(jiān)察污水處理過程，預(yù)測潛在操作維修問題并及早做出應(yīng)變。萬一真的發(fā)生故障，更可通過系統(tǒng)通知工程人員盡快維修，縮短故障時間，確保污水處理設(shè)施的運行及排放水質(zhì)。

長遠而言，創(chuàng)建數(shù)碼分身有助渠務(wù)署妥善規(guī)劃和管理污水處理和雨水排放設(shè)施，為公眾提供強韌而可持續(xù)的、世界級的智能型污水處理和雨水排放服務(wù)，并能提供更多渠務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)智能城市的實時數(shù)據(jù)傳輸和共享，并促進可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新。

3.6 實踐綠色及可持續(xù)建筑

渠務(wù)署除積極采用創(chuàng)新科技外，亦配合合適的國際標(biāo)準及管理系統(tǒng)和環(huán)境管理措施，以提升運營效益、推廣及實踐可持續(xù)發(fā)展理念，同時實現(xiàn)工程項目與社區(qū)連結(jié)互動及自然環(huán)境雙生共融的目標(biāo)。

項目團隊已參與了綠建環(huán)評新建建筑（BEAM Plus New Building）及CEEQUAL可持續(xù)評核認證計劃，分別為擬建污水處理廠及整個建筑項目的可持續(xù)發(fā)展表現(xiàn)作中立評估及認證。項目團隊將配合評核計劃，在規(guī)劃、設(shè)計、施工、測試、管理、運作及維修各范疇融合可持續(xù)性的理念，展示其致力推動可持續(xù)發(fā)展的決心，以實踐綠色及可持續(xù)建筑。除了一般在施工期間進行的環(huán)境保護及監(jiān)察措施，項目團隊以五維標(biāo)準建立BIM，準確計算如混凝土及鋼筋等主要建筑材料、泥土挖掘量及回填量等，減少浪費材料及增加項目成本效益。項目團隊亦將于擬建污水處理廠安裝太陽能電池板、重用經(jīng)處理后的污水作灌溉及制冷系統(tǒng)等非飲用用途、建設(shè)綠化天臺，增加綠化面積及提供可持續(xù)的綠色環(huán)境。

此外，項目團隊也非常重視與各持份者（利益相關(guān)者）的互動互信關(guān)系，因此由工程開展之初已定期跟相關(guān)持份者溝通，以積極開放態(tài)度，與社區(qū)保持緊密溝通，細心聆聽他們的意見及作適當(dāng)回應(yīng)。例如，當(dāng)居民表示區(qū)內(nèi)缺乏海濱休憩設(shè)施，故希望能開放部分污水處理廠海濱前的綠化區(qū)域予公眾共用。項目團隊現(xiàn)正詳細研究于擬建污水處理廠中加入社區(qū)共融元素，開放部分海濱綠化地，提供公共休憩空間、園景設(shè)施等予公眾享用，讓渠務(wù)設(shè)施與社區(qū)連結(jié)，致力進一步提升整個建筑項目的生命周期實踐綠色及可持續(xù)建筑。

04 結(jié)語

渠務(wù)署將繼續(xù)推出更多的先導(dǎo)合約，探討實踐新一代的建造及營運模式，并繼續(xù)積極與科研人才交流，建立內(nèi)地及海外科研信息交流網(wǎng)絡(luò)，鼓勵及支持持分者創(chuàng)新求變，推動創(chuàng)新科研發(fā)展，提高互動協(xié)作的成效。渠務(wù)署定當(dāng)致力提供更高智能、更環(huán)保、更具營運效益的渠務(wù)基建系統(tǒng)和服務(wù)，推動香港邁向智能型環(huán)保城市的新里程。