BIM技術(shù)在移動式防洪墻施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

陳 釗 趙夢玲

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

移動式防洪墻是一種適用于城市防洪堤加高擴(kuò)建和提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的新型建筑物，通過安裝可拆卸的鋁合金墻體達(dá)到抵御洪水的目的。為防止移動式防洪墻使用過程中發(fā)生故障，質(zhì)量控制變得越來越重要。目前，常應(yīng)用的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法主要有基于PDCA循環(huán)和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種方法?；赑DCA循環(huán)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法主要包含以下四個方面：?P體系——施工前準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制；?D體系——園林施工過程中質(zhì)量控制；?C體系——驗(yàn)收階段的質(zhì)量控制；?A體系——質(zhì)量總結(jié)、修正體系?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的自學(xué)能力收集施工資料，并對這些資料進(jìn)行訓(xùn)練，根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果得出質(zhì)量控制點(diǎn)的權(quán)重排序，進(jìn)而對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行控制。這兩種方法都有明確的控制內(nèi)容，但均存在控制效果差的問題，為此設(shè)計(jì)一種基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法。BIM為一種建筑信息模型，是由充足信息構(gòu)成以支持新產(chǎn)品開發(fā)管理，并可由計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序直接解釋的建筑或建筑工程信息模型。該模型的核心是通過建立虛擬建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，提供與實(shí)際工況一致的工程信息庫。該信息庫中不僅包含建筑物的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含非構(gòu)建對象的狀態(tài)信息。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用到移動式防洪墻施工質(zhì)量控制中，可提高工作效率、節(jié)省資源，實(shí)時(shí)控制移動式防洪墻的施工質(zhì)量。

1 基于BIM技術(shù)的施工質(zhì)量控制模型構(gòu)建

基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制模型的建立主要包含分析移動式防洪墻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與構(gòu)建ID識別碼三部分。

其中，分析移動式防洪墻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制模型構(gòu)建，實(shí)質(zhì)上是數(shù)據(jù)的集合，其中涵蓋移動式防洪墻中所有基本元素的物理特性數(shù)據(jù)和功能特性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 移動式防洪墻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

錄入上述相關(guān)數(shù)據(jù)信息，由于不同軟件中的數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)互相操作，為此轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)[3]，以實(shí)現(xiàn)信息的共享與互用，其表達(dá)式為

A=R(m-n)

(1)

式中：A為移動式防洪墻中所有基本元素；R為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式；m為轉(zhuǎn)換前數(shù)據(jù)；n為數(shù)據(jù)數(shù)量。

通過式(1)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于移動式防洪墻內(nèi)基礎(chǔ)構(gòu)件的編號，形成構(gòu)建ID識別碼，以便隨時(shí)抽取移動式防洪墻施工控制的基本信息。在構(gòu)建ID識別編碼時(shí)需要按照一定規(guī)則進(jìn)行編號，此次遵循的規(guī)則是按照構(gòu)件使用的順序編號，其表達(dá)式為

W=KT(z)

(2)

式中：W為質(zhì)量控制對象；K為移動式防洪墻中所有構(gòu)件；T為時(shí)間規(guī)則；z為建筑構(gòu)件的相關(guān)信息。

依據(jù)式(2)計(jì)算，按照移動式防洪墻基礎(chǔ)構(gòu)件的使用順序進(jìn)行編碼，最后采用BIM技術(shù)軟件，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，計(jì)算公式為

(3)

式中：K為編碼后的基礎(chǔ)構(gòu)件信息；F為工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)；Q為編碼后建筑構(gòu)件屬性信息；A為編碼前建筑構(gòu)件屬性信息；F為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。

依據(jù)式(3)，能夠獲得識別碼與建筑構(gòu)件屬性之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對建筑構(gòu)件的快速定位，查看相關(guān)控制信息，完成基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制模型的構(gòu)建。基本模型框架見圖2。

圖2 基于BIM技術(shù)的施工質(zhì)量控制模型

2 基于BIM技術(shù)的施工質(zhì)量控制流程

2.1 基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)階段控制

施工前控制重點(diǎn)是保證施工圖紙的質(zhì)量，因?yàn)槭┕D是防洪墻施工的基礎(chǔ)，減少圖紙問題能夠有效提升建筑工程施工質(zhì)量。運(yùn)用BIM建模軟件將CAD圖紙轉(zhuǎn)化為三維參數(shù)化模型，在整個建模過程中能夠全面找出圖紙中存在的錯、漏、碰、缺等問題。依據(jù)存在的問題，提出合理優(yōu)化建議，利用經(jīng)過優(yōu)化后的施工圖紙直接指導(dǎo)施工，減少返工現(xiàn)象。施工設(shè)計(jì)圖紙問題核查的具體流程見圖3。

圖3 圖紙問題核查流程

2.2 基于BIM技術(shù)的施工階段控制

施工階段控制主要包括關(guān)鍵工藝施工技術(shù)交底和現(xiàn)場施工工序質(zhì)量控制，主要通過BIM技術(shù)虛擬模型界面進(jìn)行施工工序模擬和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工方案模擬，施工階段的質(zhì)量控制流程見圖4。

圖4 施工階段控制流程

其中，明確控制點(diǎn)是指在工程施工前，施工方要消化施工圖紙，向?qū)嵤┓教岢鱿嚓P(guān)的質(zhì)量控制要點(diǎn)，主要為施工質(zhì)量影響較大的關(guān)鍵工序以及復(fù)雜度較高的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)。若交底工作不清楚，會延長施工工期。

進(jìn)度工期模擬，主要是利用BIM技術(shù)將施工模型構(gòu)建對象對應(yīng)結(jié)合，運(yùn)用BIM工具將細(xì)分活動在進(jìn)度模擬中展示出來，避免施工過程中出現(xiàn)理解分歧與信息不對稱的問題。其中，BIM技術(shù)原理的三個層次見圖5。

圖5 BIM技術(shù)原理的三個層次

除此之外，在施工過程控制中，利用BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控。主要將BIM信息化模型導(dǎo)入管理平臺中，共享移動式防洪墻施工資源，通過物聯(lián)網(wǎng)將每個構(gòu)件ID與現(xiàn)場構(gòu)件一一對接，提高控制效果?，F(xiàn)場質(zhì)量控制監(jiān)控實(shí)施方案框架流程見圖6。

圖6 現(xiàn)場質(zhì)量控制監(jiān)控實(shí)施方案框架流程

2.3 基于BIM技術(shù)的驗(yàn)收階段控制

驗(yàn)收階段控制主要包含竣工驗(yàn)收資料管理和成品質(zhì)量維護(hù)兩部分。

在竣工驗(yàn)收資料管理上，利用BIM與互聯(lián)網(wǎng)將虛擬模型與資料數(shù)據(jù)共享，對移動式防洪墻施工資料進(jìn)行收集與管理，及時(shí)向驗(yàn)收人員提供竣工驗(yàn)收資料，竣工驗(yàn)收資料管理實(shí)施方案見圖7。

圖7 竣工驗(yàn)收資料管理實(shí)施方案框架流程

在成品質(zhì)量維護(hù)方面，BIM中包含移動式防護(hù)墻施工過程中的各類信息，能夠及時(shí)、規(guī)范地提供相關(guān)資料。在成品質(zhì)量監(jiān)督過程中，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，只需要在模型中找到對應(yīng)的構(gòu)件信息，提取相關(guān)資料和構(gòu)件信息，就能夠找到質(zhì)量問題根源，為移動式防洪墻后續(xù)處理提供了憑證。

3 實(shí)驗(yàn)對比

該實(shí)驗(yàn)工程地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，受海洋季風(fēng)影響，降水量較多，為此需要安裝防洪墻。該防洪墻工程總長約1000m，其中50年一遇防洪墻為620m，200年一遇防洪墻為380m。閘墻17座，閘墻凈寬最小1.7m，最大12.7m。為減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，僅對該工程中的15個移動式防洪墻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將此次設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)和基于PDCA循環(huán)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法相比較，對比三種方法控制后的移動式防洪墻返工次數(shù)、出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間與施工成本。

3.1 返工次數(shù)對比

三種方法返工次數(shù)對比見表1。

表1 返工次數(shù)對比 單位：次數(shù)

續(xù)表

通過表1可知，此次設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法控制后的返工次數(shù)明顯少于傳統(tǒng)兩種控制方法。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)利用BIM技術(shù)，在施工前反復(fù)對移動式防洪墻施工圖紙進(jìn)行校正，從而減少了返工次數(shù)。

3.2 出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間對比

三種方法出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間對比見表2。

表2 出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間對比 單位：min

通過表2可知，此次設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法在出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間較少，原因是返工次數(shù)少，并且通過BIM模型模擬了防洪墻施工情況，減少了檢查時(shí)間。傳統(tǒng)的兩種控制方法檢查時(shí)間均多于此次設(shè)計(jì)的控制方法。

3.3 施工成本對比

三種方法控制后的施工成本對比結(jié)果見表3。

表3 施工成本對比 單位：元

通過表3可知，此次設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法施工成本最少，傳統(tǒng)兩種方法的施工成本較高。主要有以下兩方面原因：?此次設(shè)計(jì)的方法依據(jù)BIM技術(shù)能夠根據(jù)施工圖紙、工程量清單建立預(yù)算模型，實(shí)現(xiàn)成本數(shù)據(jù)資源的協(xié)同、共享和信息化管理，從而精確控制施工成本；?依據(jù)BIM技術(shù)能夠減少施工的返工情況，從而減少施工成本。

通過上述返工次數(shù)、出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間與施工成本的對比結(jié)果可知，經(jīng)BIM技術(shù)控制后，返工次數(shù)比傳統(tǒng)控制方法少，出現(xiàn)質(zhì)量問題后檢查時(shí)間比傳統(tǒng)控制方法短，并且減少了施工成本。因此能夠證明此次設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法控制效果較好。

4 結(jié) 語

此次設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的移動式防洪墻施工質(zhì)量控制方法便于后期竣工驗(yàn)收、質(zhì)量分析和成品質(zhì)量維護(hù)，可對移動式防洪墻施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制。但是由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)的欠缺，本文只是對BIM軟件進(jìn)行了應(yīng)用分析，在后續(xù)的研究中，將對BIM技術(shù)相關(guān)程序的開發(fā)進(jìn)行重點(diǎn)研究。