BIM和激光掃描的裝配式建造管理與質(zhì)量控制研究

汪國(guó)輝

摘 要：在開(kāi)展裝配式建造管理質(zhì)量控制工作的過(guò)程中，要想最大限度的保證質(zhì)量，BIM思想和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用必不可少。本文首先對(duì)裝配式建造管理與質(zhì)量控制工作的主要內(nèi)容進(jìn)行了研究，其次研究了在相關(guān)工作的開(kāi)展過(guò)程中BIM思想和激光掃描技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，最后從裝配式建造管理工作的開(kāi)展與質(zhì)量控制工作的開(kāi)展兩個(gè)角度出發(fā)分別研究了BIM思想和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用策略。在此基礎(chǔ)上，希望能夠最大限度地發(fā)揮BIM和激光掃描的積極價(jià)值。

關(guān)鍵詞：BIM;激光掃描;裝配式建造管理;質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TU756;TU712.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）07-0109-04

Abstract： In the process of quality control of assembly construction management， the application of BIM and laser scanning technology is necessary to ensure the quality to the maximum extent. In this paper， the main contents of assembly construction management and quality control were studied firstly， then the BIM idea and the practical value of laser scanning technology in the process of related work were studied. Finally， the BIM idea and the application strategy of laser scanning technology were studied from the two aspects of the development of assembly construction management and quality control. On this basis， we hope to maximize the positive value of BIM and laser scanning.

Keywords： BIM;laser scanning;assembly construction management;quality control

相對(duì)于傳統(tǒng)的建造方式，裝配式建造方式不僅對(duì)精度具有較高的要求，而且對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)架的要求同樣較高。在此情況下，如果不及時(shí)對(duì)建造管理方式及質(zhì)量控制模式進(jìn)行調(diào)整，裝配式建造管理工作的質(zhì)量就會(huì)受到嚴(yán)重影響。針對(duì)這一情況，浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院相關(guān)專業(yè)人員經(jīng)過(guò)研究，嘗試將BIM思想引入其中，對(duì)原有管理方式進(jìn)行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用激光掃描技術(shù)，提升裝配式建造工作的精度，從而真正實(shí)現(xiàn)建造效率與建造質(zhì)量的整體提升，為后續(xù)工作的開(kāi)展打下良好的基礎(chǔ)。

1 裝配式建造管理與質(zhì)量控制工作的主要內(nèi)容

工程建設(shè)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其中蘊(yùn)含著多個(gè)不同的階段，包括初期的規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作、中期的施工建造工作和后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和拆除工作。從現(xiàn)階段的情況來(lái)看，我國(guó)企業(yè)在開(kāi)展項(xiàng)目管理工作的過(guò)程中依然采用傳統(tǒng)模式，即先期設(shè)計(jì)、中期招標(biāo)、后期建造的模式，負(fù)責(zé)相關(guān)工作的各方都需要與業(yè)主簽訂職責(zé)履行合同，各個(gè)階段的工作處于相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，缺乏聯(lián)系是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題[1]。與此同時(shí)，近幾年，國(guó)家根據(jù)實(shí)際情況出臺(tái)了很多與裝配式建筑相關(guān)的指導(dǎo)意見(jiàn)。從生產(chǎn)方式來(lái)講，裝配式建筑因效率高、周期短等優(yōu)勢(shì)成為近幾年建筑行業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)問(wèn)題。從現(xiàn)階段的研究情況來(lái)看，模塊化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品體系、可持續(xù)設(shè)計(jì)方面的研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是，新型信息技術(shù)管理和管理精細(xì)化方面的研究還相對(duì)較為缺乏。從裝配式體系建造的過(guò)程來(lái)講，管理工作不僅要針對(duì)建造進(jìn)度和建造流程展開(kāi)，還要對(duì)相關(guān)工作流程進(jìn)行細(xì)分，具體需要覆蓋生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段、倉(cāng)儲(chǔ)階段、安裝階段。裝配式體系全生命周期管理流程如圖1所示。

與此同時(shí)，從質(zhì)量控制的角度來(lái)講，以往裝配構(gòu)建都采用手動(dòng)檢查的方式，最常用的方式包括卷尺測(cè)量和全站儀測(cè)量。但是，這兩種方法僅限于對(duì)線性材料進(jìn)行測(cè)量，而對(duì)于一些復(fù)雜的構(gòu)件，則很難達(dá)到理想的測(cè)量效果。

2 在裝配式建造管理與質(zhì)量控制工作中應(yīng)用BIM和激光掃描技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

2.1 使行業(yè)的數(shù)字化程度、信息化程度、協(xié)同化程度都有較大幅度的提升

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種全新的建筑信息化思想，無(wú)論是在行業(yè)的發(fā)展中，還是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，都已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)話題。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，其對(duì)精細(xì)度的要求也在逐漸提升，對(duì)此，BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值也得到了更多人的認(rèn)可[2]。通過(guò)BIM的實(shí)際應(yīng)用，建筑行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)字化程度、信息化程度、協(xié)同化程度都有了較大幅度的提升?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)在應(yīng)用BIM思想的過(guò)程中，三維信息模型的碰撞檢查、生成、展示是最主要的領(lǐng)域，但是，相關(guān)思路的建立依然處在起步階段。我國(guó)之所以在BIM應(yīng)用方面落后于其他國(guó)家，主要是因?yàn)椋旱谝唬捎脗鹘y(tǒng)方式對(duì)現(xiàn)澆工作進(jìn)行管理難度較高，環(huán)節(jié)較多，建造范式無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面統(tǒng)一;第二，在開(kāi)展BIM管理過(guò)程中，軟件和方法都存在不成熟的問(wèn)題，致使設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的三維信息模型無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需要。

2.2 使信息化建造模式的實(shí)用性得到大幅度提升

在采用裝配式體系進(jìn)行建造的過(guò)程中，統(tǒng)一裝配是最常用的方式。這種方式最早用于工業(yè)領(lǐng)域，是信息化管理的雛形，其在一定程度上為BIM管理模式的推廣提供了可能。但是，在此過(guò)程中，統(tǒng)一裝配的方式也對(duì)裝配過(guò)程的精確性和結(jié)構(gòu)構(gòu)建的質(zhì)量提出了更高的要求，相比于以往，信息化建造模式不僅能很好地滿足裝配過(guò)程的精確性高要求，同時(shí)也能夠減少大量的人力勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較高的實(shí)用性。從現(xiàn)階段的情況來(lái)看，在檢測(cè)安裝效果以及評(píng)價(jià)裝配構(gòu)件質(zhì)量的過(guò)程中，人工處理測(cè)量是最常用的方式。采用這種方式不僅要耗費(fèi)大量時(shí)間，而且會(huì)影響測(cè)量精度。要解決上述問(wèn)題，激光掃描技術(shù)是一個(gè)十分重要的手段。其不僅具有高效的特點(diǎn)，而且在質(zhì)量控制方面也有著十分積極的現(xiàn)實(shí)意義，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)建造活動(dòng)的實(shí)時(shí)跟蹤。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，激光掃描系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的3D點(diǎn)云模型進(jìn)行掃描，在此基礎(chǔ)上，達(dá)到獲取設(shè)計(jì)模型的目的，通過(guò)精細(xì)匹配的方式明確建造誤差。從裝配式建筑自身來(lái)講，估算鋼筋位置、評(píng)估缺陷、控制混凝土板件的加工尺寸、保證位置構(gòu)建的平整度是最主要的研究方面。但是，從實(shí)際的角度上分析，研究結(jié)果并未與信息化建造管理過(guò)程的結(jié)果融合到一起，致使數(shù)字化質(zhì)量檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮十分有限。在裝配式建造過(guò)程中應(yīng)用激光掃描技術(shù)，將BIM思想和檢測(cè)結(jié)果有機(jī)融合到一起，能使信息化建造模式的實(shí)用性得到大幅度提升。

3 裝配式建造過(guò)程中BIM和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

3.1 裝配式建造過(guò)程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，相比于傳統(tǒng)的基于二維紙質(zhì)媒介傳遞建筑信息的方式，BIM技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。其通過(guò)將裝配構(gòu)件、技術(shù)設(shè)備、管理人員和管理軟件有機(jī)聯(lián)系到一起，能夠充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升建造效率[3]。學(xué)者張建平對(duì)我國(guó)施工實(shí)際需要進(jìn)行研究，針對(duì)BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的系統(tǒng)流程、技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)對(duì)措施等方面提出了自己的見(jiàn)解;同時(shí)，與BIM系統(tǒng)為基礎(chǔ)研究了輔助軟件4D系統(tǒng)。其他學(xué)者也從各個(gè)方面進(jìn)行了研究，有學(xué)者對(duì)裝配式建筑建造的特點(diǎn)進(jìn)行研究，從射頻識(shí)別技術(shù)出發(fā)，采取BIM思想展開(kāi)建造工作;還有研究人員分析了傳統(tǒng)建造過(guò)程中存在的問(wèn)題，借助BIM思想對(duì)施工建造總體的平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，明確了施工工作具體的流程;還有學(xué)者研究了裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)具體的生產(chǎn)流程和控制要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，建立了完善的流程模型。

從整體來(lái)看，在裝配式建造工作的開(kāi)展過(guò)程中引入BIM模型，能夠有效提升各方的協(xié)同性。現(xiàn)階段，在開(kāi)展裝配式建造工作的過(guò)程中，BIM模型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩方面：第一，對(duì)裝配式構(gòu)建的要點(diǎn)進(jìn)行描述和梳理，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)流程的信息化;第二，借助RFID技術(shù)追蹤裝配構(gòu)件，在此基礎(chǔ)上，將BIM模型應(yīng)用到實(shí)際施工流程中。

3.2 裝配式建造過(guò)程中激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

通過(guò)BIM的方式進(jìn)行裝配式建造，在一定程度上解決了二維圖紙效率慢的問(wèn)題，但是對(duì)于建造過(guò)程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況依然缺乏足夠的關(guān)注。在這樣的情況下，就需要利用到三維激光掃描技術(shù)，對(duì)物體外表面掃描進(jìn)行數(shù)字化記錄，在此過(guò)程中，全面整合BIM流程。

BIM模型具有高效性的特點(diǎn)，激光掃描技術(shù)具有精確性的特點(diǎn)。將兩者結(jié)合引入裝配式體系建造中是一種新的裝配式建造途徑。國(guó)內(nèi)很多工程項(xiàng)目的施工過(guò)程中都引入了這一思想，工程效益大幅度提升。例如：在對(duì)大小井特大橋鋼管汞肋進(jìn)行拼裝的過(guò)程中，技術(shù)人員通過(guò)三維激光掃描技術(shù)與BIM模型進(jìn)行了虛擬預(yù)拼裝，大幅度提升了后期整體拼裝的效率。然而，現(xiàn)階段我國(guó)研究人員所做的探索更多的是進(jìn)行綜合運(yùn)用，具體包括在地形建模領(lǐng)域的應(yīng)用和在基坑掃描中的應(yīng)用等。

4 裝配式管理控制過(guò)程中BIM和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

4.1 裝配式管理控制過(guò)程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行裝配式管理控制的過(guò)程中，能夠形成一個(gè)可視化信息管理平臺(tái)，這一信息管理平臺(tái)具有可落地的特點(diǎn)[4]。本次研究中，研究人員將自行開(kāi)發(fā)實(shí)踐和企業(yè)調(diào)研有機(jī)融合到一起，在管理平臺(tái)框架的設(shè)計(jì)過(guò)程中包含項(xiàng)目管理、模型轉(zhuǎn)換、ID管理、質(zhì)量控制、進(jìn)度追蹤、實(shí)時(shí)狀態(tài)6個(gè)模塊。要想提升建造過(guò)程管理的整體效益，質(zhì)量控制和ID管理工作的開(kāi)展是重點(diǎn)。質(zhì)量控制工作的開(kāi)展過(guò)程中，各個(gè)方面都有所涉及。具體框架構(gòu)成如圖2所示。

4.2 裝配式管理控制過(guò)程中激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

在裝配式管理控制工作的開(kāi)展過(guò)程中，激光掃描技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，其一方面能夠?qū)芾砜刂企w系進(jìn)行掃描，另一方面能夠?qū)ρb配式構(gòu)件進(jìn)行有效掃描，在此基礎(chǔ)上，獲取被測(cè)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)，從不同的建造階段出發(fā)，采取點(diǎn)云處理的方式進(jìn)行計(jì)算，明確構(gòu)件之間的誤差，最后，將檢測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)中[5]。整體過(guò)程大致可以分為三個(gè)方面，即點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、確定掃描系統(tǒng)以及確定掃描策略。

實(shí)際掃描過(guò)程中，需要覆蓋全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通常情況下，對(duì)形狀規(guī)則的梁柱進(jìn)行掃描的過(guò)程中，只需要依據(jù)其伸展方向?qū)χ髅孢M(jìn)行掃描即可。但是對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的構(gòu)件來(lái)說(shuō)，則需要從各個(gè)方向分別進(jìn)行掃描，在此基礎(chǔ)上，保證數(shù)據(jù)的完整性，避免質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理控制。例如，如果板件的厚度較小，對(duì)其中一個(gè)面進(jìn)行掃描就可以對(duì)整個(gè)構(gòu)件的情況進(jìn)行判斷。通常，在安裝裝配式體系構(gòu)件和生產(chǎn)相關(guān)構(gòu)件的過(guò)程中，批量操作是最常用的方式，合理選擇掃描策略能夠大大節(jié)約掃描時(shí)間，提升掃描效率，在此基礎(chǔ)上，為后續(xù)點(diǎn)云處理工作的展開(kāi)打下良好的基礎(chǔ)。如此，達(dá)到對(duì)裝配過(guò)程以及構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)量控制的目標(biāo)，保證問(wèn)題發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性，避免質(zhì)量問(wèn)題的進(jìn)一步擴(kuò)大。

本次研究中，研究人員就從裝配式體系出發(fā)，從質(zhì)量控制和建造過(guò)程的流程管理兩個(gè)方面進(jìn)行了研究，使激光掃描數(shù)字化質(zhì)量控制和BIM信息化思路有機(jī)地融合到了一起，對(duì)傳統(tǒng)的建造管理方法進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)激光掃描技術(shù)和BIM信息化思路的合理應(yīng)用，實(shí)時(shí)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)展進(jìn)行更新，在此基礎(chǔ)上，真正達(dá)到追蹤項(xiàng)目質(zhì)量的目標(biāo)。管理方法的優(yōu)勢(shì)具體見(jiàn)表1。

5 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)裝配式建造工作的開(kāi)展進(jìn)行管理以及質(zhì)量控制的過(guò)程中，BIM思想和激光掃描技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，通過(guò)兩者的充分融合，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)建造效率的提升，另一方面對(duì)于建造精確性的提升也有著十分積極的現(xiàn)實(shí)意義。

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