導語：沙頭角污水處理廠擴建工程是香港特別行政區(qū)政府渠務署首個推行“建造業(yè)2.0”的先導項目。這篇論文將重點探討渠務署如何以“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，推動智能工地，實現(xiàn)信息化建設及智慧工程管理。

“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”一文作者為何家儀（香港特別行政區(qū)政府渠務署）。

何家儀(1975-)，女，香港大學土木工程系碩士，在基礎建設項目管理有豐富經(jīng)驗，曾參與多項大型基礎建設項目，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。現(xiàn)為渠務署顧問工程管理部總工程師，負責管理多個污水建設項目，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)的領導地位，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“建造業(yè)2.0”的方針，渠務署在既有的基礎上歸納了“創(chuàng)新、智慧、互動”的發(fā)展方向，目標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。

02 渠務署的發(fā)展方向

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

“創(chuàng)新”包含創(chuàng)新采購、創(chuàng)新設計、創(chuàng)新技術應用以及創(chuàng)新設施管理。渠務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準則，以及采用不同模式的“新工程合約”等。多年來在工程設計、建造、營運維修等各領域均推動創(chuàng)新設計及應用新技術。在科研方面，渠務署更努力不懈，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，渠務署決心進行數(shù)碼化管理，善用建筑信息模擬（BIM）技術，內外兼顧，提升基建生命周期中每一個階段的質量。

“互動”也是內外兼顧，為員工、業(yè)界、學界、機構及市民提供平臺、空間，配以高效的管理、優(yōu)質的支持，以及智能化的渠務設施，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”的先導項目�，F(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，以應付區(qū)內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準籃球場的空間內興建臨時污水處理廠，并同時設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。

“智慧及綠色工程管理”是指通過工地管理數(shù)碼化，以應用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，倡議智慧工地關愛文化、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用程序實時收集工地數(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，不斷地提高質量、安全性和工作效率。

3.2 應用BIM

BIM技術是支撐智慧工程管理的骨干。BIM技術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(VR)、無線射頻識別技術(RFID)、傳感器技術，可以快速準確地為各種建筑設備組件定位及記錄不同數(shù)據(jù)，以協(xié)助項目團隊將其應用于建造過程，并進行設計協(xié)調、施工安排和安全培訓，實現(xiàn)信息化建設。

在沙頭角污水處理廠擴建工程中，項目團隊于工程開展18個月內完成設計及興建臨時污水處理廠，包括相關地基及土木結構、機電及污水處理設施的設計、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，項目團隊應用BIM至五維標準，在整個設計和施工過程中進行協(xié)調、預計所需的工程材料，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構、機電及污水處理設施的設計協(xié)調極具挑戰(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計和施工過程期間進行協(xié)調，施工順序及確認機電及污水處理設備的布置。應用BIM至五維標準更有效協(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的應用加強了土木結構、機電及污水處理設施的設計協(xié)調工作，減少了安裝機電設備時現(xiàn)場所需的結構修改，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計信息交流和改善施工編排外，更于設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的事物。BIM與VR技術結合將空間可視化，有助項目團隊在VR虛擬環(huán)境中確認設備的布置和施工順序。此外，VR技術結合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 應用創(chuàng)新建筑技術

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量監(jiān)察和安全質量等。

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制組件興建臨時污水處理廠的土木結構，并應用了可供制造及裝配的設計（Design for Manufacture and Assembly，DfMA）及興建臨時污水處理廠的主要污水處理設備。

場外鋼筋預制組件(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制工場內生產(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，項目團隊應用了DfMA設計及興建臨時污水處理廠的主要污水處理設備包括均衡池及移動床生物膜反應池。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，從而減輕下游設施的負荷。項目團隊將均衡池設計為150件預制鋼板組件，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池亦采用廠房預制的鋼板組件，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，將建筑工序轉移至較易控制質量的廠房進行，在廠房中制造獨立的預制建筑組件等。項目團隊亦會采用創(chuàng)新建筑組件–香港研發(fā)的專利設計的MatrixDeck預制樓板（亦稱為朱古力樓板）作為樓宇地臺預制組件。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，是高性能的結構性地板系統(tǒng)。MatrixDeck除比傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構系統(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所產(chǎn)生的碳排放。MatrixDeck作樓板結構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施的設計及安裝，也便利了將來的運作及維修�？偫ǘ�言，采用場外建造能減少總建造時間、提升施工質素、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 智慧工地關愛文化

多年來渠務署除積極推廣零意外，并鼓勵業(yè)務伙伴制訂安全標準，提升工地安全水平，盡力遏止意外發(fā)生。渠務署亦本著“以心為心，盡力盡心”，建立工地關愛文化，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)新技術如應用“物聯(lián)網(wǎng)智能安全帽”，通過安全帽內置的傳感器并配合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，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)亦能通過機械學習（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安全帶等，實現(xiàn)自動化監(jiān)測、動態(tài)辨識工地潛在風險，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。當監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設定的預警值后，系統(tǒng)會自動反饋到計算機終端及時預警，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

項目團隊應用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)，以及所有建設階段相關事務放在可結合文件管理系統(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，只需按下相關位置，就能展示所有信息。同時，項目團隊將通過應用先進的傳感器技術，收集不同數(shù)據(jù)，如懸浮顆粒（PM2.5、PM10）、噪聲、溫濕度、風速、風向等環(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，提供過程趨勢預測及專家預案，實現(xiàn)可視化智能管理，提高工程管理信息化水平，加強及提供更高質量的基礎設施信息系統(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，預測潛在操作維修問題并及早做出應變。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，確保污水處理設施的運行及排放水質。

長遠而言，創(chuàng)建數(shù)碼分身有助渠務署妥善規(guī)劃和管理污水處理和雨水排放設施，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，并能提供更多渠務系統(tǒng)的相關數(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

渠務署除積極采用創(chuàng)新科技外，亦配合合適的國際標準及管理系統(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)連結互動及自然環(huán)境雙生共融的目標。

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（利益相關者）的互動互信關系，因此由工程開展之初已定期跟相關持份者溝通，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回應。例如，當居民表示區(qū)內缺乏海濱休憩設施，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、園景設施等予公眾享用，讓渠務設施與社區(qū)連結，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 結語

渠務署將繼續(xù)推出更多的先導合約，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，建立內地及海外科研信息交流網(wǎng)絡，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。渠務署定當致力提供更高智能、更環(huán)保、更具營運效益的渠務基建系統(tǒng)和服務，推動香港邁向智能型環(huán)保城市的新里程。