水利樞紐工程質(zhì)量驗評平臺數(shù)字化技術(shù)研究

楊立剛 鄭會春 王楠

摘 要：質(zhì)量驗評是工程施工中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的施工質(zhì)量檢驗與評定主要用紙質(zhì)文檔進行驗評填報、簽字、流轉(zhuǎn)和歸檔等，數(shù)據(jù)難以實時統(tǒng)計，存在工作量大、效率低、查詢不便等問題。通過分析研究標(biāo)準(zhǔn)化工作流、表單電子化、BIM輕量化和數(shù)據(jù)融合等相關(guān)信息化技術(shù)手段，設(shè)計開發(fā)了工程質(zhì)量驗評數(shù)字化平臺，結(jié)合移動終端實現(xiàn)驗評數(shù)據(jù)、現(xiàn)場圖片、視頻等資料的實時上報、流轉(zhuǎn)、共享，使驗評更加便捷、高效，提高工作效率，進而實現(xiàn)質(zhì)量驗評的數(shù)字化、智能化，提高工程質(zhì)量驗評管理的水平和能力，提升工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量驗評;BIM;數(shù)字化;技術(shù)研究

中圖分類號：TV512;TP311.1;TP315

文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.030

引用格式：楊立剛，鄭會春，王楠.水利樞紐工程質(zhì)量驗評平臺數(shù)字化技術(shù)研究[J].人民黃河，2021，43（11）：154-158.

Research on Digital Technology of Water Conservancy Project Quality Inspection and Assessment Platform

YANG Ligang1， ZHENG Huichun2， WANG Nan2

（1.Tangshan Qianxi Channel Affairs Center， Tangshan 063000， China;

2.Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 45000 ?China）

Abstract： The quality inspection and assessment is an important part ofa project construction. Traditional construction quality inspection and assessment mainly use manual paper documents for inspection， filling， signing， circulation and archiving. The data is difficult to count in real time and there are problems such as large workload， low efficiency and inconvenient query. The digital technology of engineering quality inspection and assessment was studied by this paper. Through the analysis and research based on standardize workflow， form electronization， BIM lightweight and data fusion and other related information technology methods， it designed a digital evaluation and inspection platform for engineering quality inspection and evaluation. Combining with mobile terminals， it had achieved real-time reporting， circulation and sharing of review data， on-site pictures， videos and other materials， making the review more convenient and efficient， improving work efficiency， realizing the digital and intelligent quality review and improving the quality of engineering works.

Key words： quality inspection; BIM; digitalization; technical research

1 引 言

大型水利水電工程往往具備規(guī)模大、投資大以及施工和地質(zhì)條件復(fù)雜等特點，施工質(zhì)量管理具有相當(dāng)大的難度[1]。驗評直接關(guān)系工程質(zhì)量，是工程施工中的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)驗評方式以手動填寫紙質(zhì)驗評表為主，驗評耗費人工巨大，驗評后對相關(guān)驗評資料的存放、歸檔、查找工作量也很大，效率不高，而且難以同時保存視頻、圖片等現(xiàn)場資料[2]。隨著網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)速的提高及大數(shù)據(jù)、BIM、移動端技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，通過信息化技術(shù)手段實現(xiàn)項目驗評過程的數(shù)字化需求越來越迫切。王洪玉等[3]結(jié)合信息化手段開發(fā)了工程質(zhì)量驗收結(jié)構(gòu)化評定系統(tǒng)。田繼榮等[4]應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)研發(fā)了EPC模式下大型水電站質(zhì)量管理平臺，在電站項目上進行了初步應(yīng)用，一定程度上提高了工作效率，起到了提升工程質(zhì)量的作用，但是仍有些難點尚未解決。目前水利水電工程運維期投入并建設(shè)了較多信息化應(yīng)用系統(tǒng)，但在建設(shè)期，尤其是針對施工質(zhì)量管理的信息化應(yīng)用較少，且缺少對管理業(yè)務(wù)的有效融合，沒有充分發(fā)揮信息化技術(shù)的優(yōu)勢[5]。

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，一些新技術(shù)手段運用到驗評管理過程中能更好地解決現(xiàn)有驗評模式中的難點，提升系統(tǒng)的易用性。筆者結(jié)合質(zhì)量驗評標(biāo)準(zhǔn)化工作流引擎、驗評表單數(shù)字化自動生成、BIM輕量化引擎和BIM模型、表單與分部工程/單位工程/單元工程自動匹配等相關(guān)數(shù)字化技術(shù)手段研發(fā)驗評管理平臺，并應(yīng)用到黃藏寺水利樞紐工程項目驗評管理中，提升了質(zhì)量驗評管理的水平和能力，起到了提高工作效率、提升工程質(zhì)量的作用[6]。

2 數(shù)字化質(zhì)量驗評平臺功能設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

平臺通過信息化技術(shù)手段實現(xiàn)工程質(zhì)量驗評數(shù)字化，對驗評環(huán)節(jié)進行基于智能終端的移動信息化管理，通過將工程驗評表、現(xiàn)場圖像、視頻與工程BIM模型進行關(guān)聯(lián)，便于工程人員通過手機/平板電腦等移動終端進行驗評操作，基于BIM模型實時直觀查看工程驗評情況和驗評統(tǒng)計數(shù)據(jù)，掌握驗評過程、進度和驗評統(tǒng)計分析結(jié)果，實現(xiàn)質(zhì)量驗評的規(guī)范化、數(shù)字化、智能化管理，提升工程質(zhì)量。平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

采用四層架構(gòu)，包括：①業(yè)務(wù)展現(xiàn)層。直接面向用戶，提供權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置、文件管理、表格編輯、電子簽名、拍照與視頻、文檔上傳、文檔下載和檢索查詢等功能。②應(yīng)用服務(wù)層。以驅(qū)動引擎（數(shù)據(jù)引擎和流程引擎）為核心中間件，為上層業(yè)務(wù)展示層提供應(yīng)用支撐與快速開發(fā)環(huán)境。③接入服務(wù)層。實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)層與數(shù)據(jù)配置層的數(shù)據(jù)鏈接，提供數(shù)據(jù)接入服務(wù)。④數(shù)據(jù)配置層。包含核心數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)存儲，核心數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化與半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲與管理，數(shù)據(jù)存儲實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（文檔、照片和視頻等）的存儲與管理。

2.2 核心功能

平臺包含Web端及移動端兩部分，Web端主要進行機構(gòu)人員權(quán)限管理、文檔的整理歸類、驗評流程配置、統(tǒng)計等;移動端主要進行驗評操作，同時可查詢統(tǒng)計數(shù)據(jù)[7]。驗評整體技術(shù)流程如圖2所示。

Web端：用戶登錄Web端，對word文檔進行歸類上傳，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)html格式文件;用戶在流程引擎模塊下，配置驗評流程，根據(jù)文檔歸類和對應(yīng)流程掛載，當(dāng)手機端選擇了不同表格時就會按照配置的流程進行流轉(zhuǎn)[7]。驗評完成后，驗評相關(guān)數(shù)據(jù)資料關(guān)聯(lián)BIM模型直觀展示，用戶可查看驗評及統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

移動端：選擇不同表格自動進入掛載的驗評流程，根據(jù)驗評要求，填寫驗評內(nèi)容，拍攝現(xiàn)場照片視頻，進行手寫簽名、電子簽名等操作，驗評結(jié)束后，系統(tǒng)會針對此次驗評記錄自動生成唯一二維碼，方便以后統(tǒng)計查詢，并將提交的驗評表格自動轉(zhuǎn)換為pdf格式文件，方便下載、打印、存檔。用戶通過本系統(tǒng)移動端app（應(yīng)用程序）掃描pdf文件上二維碼即可查詢出本次驗評相關(guān)的各種記錄資料[8]。

驗評完成后進行相關(guān)統(tǒng)計分析能使用戶實時了解驗評情況，包括未驗評、已驗評、優(yōu)良、合格、有問題需要處理等工程的狀態(tài)，用戶可分類查看各類型下模型情況，可對部分工程進行重點關(guān)注。同時平臺隨著使用時間的推移會積累大量的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)及AI技術(shù)可實現(xiàn)更智能的統(tǒng)計分析及預(yù)警、預(yù)測，起到輔助管理、決策的作用，為后期相關(guān)決策提供參考依據(jù)。

3 數(shù)字化質(zhì)量驗評平臺關(guān)鍵技術(shù)

3.1 技術(shù)框架

通過對項目進行需求調(diào)研分析及技術(shù)研究選型，確定了質(zhì)量驗評平臺采用“服務(wù)器+Web端+移動端”的研發(fā)路線。服務(wù)器提供相關(guān)接口及一些后臺服務(wù)，同時提供數(shù)據(jù)儲存服務(wù)，是多端數(shù)據(jù)共用的聯(lián)絡(luò)站;Web端和移動端各自包含不同的功能，相互補充。

實現(xiàn)技術(shù)：后端主要基于java語言采用Spring等技術(shù)，其中核心框架為Spring Framework，緩存框架為Redis，日志框架為Slf4j、Logback，工作流引擎基于JBPM。數(shù)據(jù)庫為MySQL。Web端主要基于jQuery、Vue.js結(jié)合Element UI組件、EChart圖表組件進行開發(fā)。移動端主要基于MUI框架、使用H5+、VUE.js等技術(shù)，實現(xiàn)一套代碼，支持Android、IOS等多端發(fā)布。

3.2 質(zhì)量驗評標(biāo)準(zhǔn)化工作流引擎

因為水利工程中需要使用的驗評表數(shù)據(jù)量巨大，流程多樣，流程根據(jù)項目進展可能會為更好適應(yīng)現(xiàn)場情況而進行變動，所以如果使用常規(guī)手段進行系統(tǒng)開發(fā)，則開發(fā)量巨大，不能很好地適應(yīng)現(xiàn)場需求，實用性不強。為解決此問題，本平臺特研發(fā)基于BPM標(biāo)準(zhǔn)的工作流引擎，以適應(yīng)現(xiàn)場情況。通過此工作流引擎，可快速定制不同流程及流程的修改更新，實現(xiàn)選擇不同驗評表自動流轉(zhuǎn)該驗評表適合的流程。這樣能極大地降低開發(fā)維護成本，同時更好適應(yīng)現(xiàn)場需求。

本工作流引擎基于JBPM開發(fā)，為用戶提供便捷的Web端可視化的編輯界面。工作引擎支持審閱、退回、取回、駁回、會簽、會審、改簽、分支、聚合、轉(zhuǎn)辦、子流程、消息提醒等多種流程規(guī)則，功能十分強大，能很好地適應(yīng)各種驗評的流轉(zhuǎn)，包括驗評不合格的流程流轉(zhuǎn)等各種情況，能極大滿足驗評工作需求。工作流編輯界面如圖3所示。

3.3 驗評表單數(shù)字化自動生成

（1）文檔格式轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在項目中使用的驗評表一般為word文檔，word文檔后綴一般有doc、docx兩種，docx是office word 2007以及以后版本文檔的擴展名;doc是office word 2003文檔的擴展名。這兩種后綴的word文檔轉(zhuǎn)換成html需要使用不同的方法，docx后綴的文檔使用xdocreport插件進行轉(zhuǎn)換，doc后綴的文檔使用poi插件進行轉(zhuǎn)換。然后對每個表格分別進行處理操作，以實現(xiàn)部分單元格選項自動錄入、選擇項錄入、一些錄入數(shù)據(jù)的自動運算及支持手寫簽名等功能。轉(zhuǎn)換為html文件后，移動端通過系統(tǒng)設(shè)置模板加載相對應(yīng)的html文件，在手機上進行相關(guān)操作，同時可上傳視頻、圖片等現(xiàn)場影音資料。轉(zhuǎn)換后驗評表格如圖4所示。

為了實現(xiàn)文檔打印、存檔及不可隨意修改的功能，基于WKHtmlToPdf插件，當(dāng)一個驗評完成后，會把相關(guān)驗評表格轉(zhuǎn)為pdf文檔，方便下載、打印、存檔。

（2）手寫簽批。為了達到更好的安全性及使用效果，系統(tǒng)支持手寫簽名，用戶在移動端對驗評表單進行數(shù)據(jù)填寫時可進行手寫簽名，此功能實現(xiàn)相當(dāng)于畫板畫圖功能。實現(xiàn)方式為：程序通過js方法監(jiān)聽手指移動事件，在HTML5的Canvas畫布上繪制簽名，繪制完成后，以base64格式保存到對應(yīng)html文件中的位置。把圖片轉(zhuǎn)為base64的好處是圖片可以作為文本處理，把驗評表和簽名作為一個整體進行處理，可實現(xiàn)手寫簽名及同一個單元格多次簽名。

（3）電子簽章。為了確保系統(tǒng)的安全性，僅依靠手寫簽名不能完全保證簽名真實可靠，因此本系統(tǒng)按照《電子文件管理系統(tǒng)通用功能要求》《文書類電子文件形成辦理系統(tǒng)通用功能要求》規(guī)定的電子文件基本要求及《電子簽名法》的有關(guān)規(guī)定，引入電子簽名和電子簽章功能[9]。本系統(tǒng)與電子簽章接口集成，利用現(xiàn)有電子簽章系統(tǒng)接口開發(fā)專用插件，實現(xiàn)文檔內(nèi)基于文檔的簽批操作，結(jié)合CA認證技術(shù)，保證簽批信息的法律效力。

（4）二維碼識別。包括二維碼生成及二維碼掃描識別。填報完成后系統(tǒng)自動生成二維碼，電腦端打印時可選擇是否顯示二維碼打印存檔。系統(tǒng)確保生成的二維碼是唯一的，通過本系統(tǒng)移動端app掃描二維碼功能，可查看該驗評下相關(guān)的驗評、影音等資料。

二維碼生成：當(dāng)某一驗評項驗評完成后，系統(tǒng)調(diào)用qr-image插件，把該驗評項唯一標(biāo)識ID轉(zhuǎn)換為二維碼，并將此二維碼以base64格式保存到驗評表左上角。

二維碼掃描識別：二維碼識別過程為通過移動客戶端調(diào)用手機掃碼功能掃描驗評表上生成的二維碼，識別出的數(shù)據(jù)為該驗評項唯一標(biāo)識，程序通過此唯一標(biāo)識獲取該驗評項的相關(guān)信息，如填寫備注、拍攝圖片、視頻等。

3.4 BIM輕量化引擎

BIM輕量化引擎實現(xiàn)不同BIM軟件平臺模型的輕量化導(dǎo)入，包括Catia、Revit、MicroStation、Navisworks數(shù)據(jù)的原生轉(zhuǎn)換，模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出與交互是以插件形式運行于Revit、Navisworks、MicroStation等軟件內(nèi)。同時，根據(jù)需求設(shè)置模型結(jié)構(gòu)樹和視角等，導(dǎo)出輕量化的模型文件，保證得到的輕量化模型數(shù)據(jù)中幾何、屬性、材質(zhì)紋理數(shù)據(jù)不缺失。

BIM模型數(shù)據(jù)主要分為幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。幾何數(shù)據(jù)是用來描述幾何形態(tài)的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)包括三角面片和紋理數(shù)據(jù)。三角面片包含頂點描述和三角形索引數(shù)據(jù)、頂點法向量和頂點顏色數(shù)據(jù)。紋理數(shù)據(jù)包含紋理坐標(biāo)和紋理圖片，還有比較復(fù)雜的bump紋理。屬性數(shù)據(jù)是指BIM構(gòu)件的屬性信息。

幾何數(shù)據(jù)的輕量化通過幾何數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)與共享場景節(jié)點技術(shù)對幾何形體相同和相似的對象進行壓縮。

BIM構(gòu)件的屬性數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的存儲方式，通過唯一的ID與幾何數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，只有當(dāng)目標(biāo)對象被查詢時才會將數(shù)據(jù)從服務(wù)器端加載，從而實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)本地輕量化的目的。

3.5 BIM模型、表單與分部工程、單位工程、單元工程自動匹配

BIM模型以單元工程為最小顆粒度，并建立唯一ID，并與其他業(yè)務(wù)表建立一對一、一對多或者多對多的關(guān)系，從而實現(xiàn)表單與分部工程、單位工程、單元工程在數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)鏈接。

工程驗評狀態(tài)在Web端結(jié)合BIM模型進行可視化展示，通過單元模型的不同顏色直觀展示當(dāng)前的驗評狀態(tài)。用戶在展示界面點擊不同模型部位顯示該模型的詳細驗評信息，達到對當(dāng)前驗評情況一目了然的目的?；赪EBGL技術(shù)，通過網(wǎng)頁動態(tài)加載模型信息及模型與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系可進行動態(tài)展示。

4 應(yīng)用案例

黃藏寺水利樞紐壩址位于黑河上游東、西兩岔交匯處以下11 km的黑河干流上。樞紐為Ⅱ等大（2）型工程，大壩最大壩高123 m，為碾壓混凝土重力壩，死水位2 580 m，正常蓄水位2 628 m，水庫總庫容4.03億m 調(diào)節(jié)庫容為2.95億m3。

為方便驗評工作的開展，根據(jù)項目實際情況，項目劃分共九大單位工程（碾壓混凝土重力壩工程、發(fā)電廠房工程、升壓變電工程、安全監(jiān)測工程、永久道路工程、供電設(shè)施工程、祁連基地房屋建筑工程、蘭州基地房屋建筑工程和臨建工程）、263個分部工程、上萬個單元（分項）工程。按傳統(tǒng)方法，每個單元工程驗評都需要施工單位通知監(jiān)理和設(shè)計單位到現(xiàn)場，現(xiàn)場質(zhì)量驗評紙張涂抹嚴(yán)重，歸檔煩瑣。采用數(shù)字化驗評平臺，根據(jù)驗收對象不同，單位工程、分部工程、單元（分項）工程有各自驗評流程，施工單位發(fā)起驗評申請時，平臺自動通知相關(guān)人員參與，現(xiàn)場采用無紙化電子驗評，驗評結(jié)束時根據(jù)項目劃分自動歸檔，驗評結(jié)束后驗評結(jié)果可自動關(guān)聯(lián)BIM模型，在平臺中可查看驗評結(jié)果及驗評統(tǒng)計。

截至目前，在黃藏寺水利樞紐項目上通過數(shù)字化驗評平臺共驗收112個分部工程、3 423個單元（分項）工程，該平臺簡化了驗評數(shù)據(jù)的錄入，實現(xiàn)了驗評數(shù)據(jù)填寫和統(tǒng)計的自動化，使驗評管理數(shù)字化、規(guī)范化、動態(tài)化、可視化和智能化，提高了工程人員的工作效率，提升了質(zhì)量驗評管理的水平和能力。

5 結(jié) 語

數(shù)字化質(zhì)量驗評平臺將工程質(zhì)量驗評業(yè)務(wù)、流程與信息化、BIM模型相結(jié)合，實現(xiàn)施工現(xiàn)場質(zhì)量驗評過程的數(shù)字化管理，實現(xiàn)質(zhì)量評定結(jié)果與評定依據(jù)在建設(shè)各方、政府監(jiān)管機構(gòu)間的有序共享。它的應(yīng)用將有效提高現(xiàn)場質(zhì)量管理工作的效率和規(guī)范性，確保質(zhì)量管理制度的嚴(yán)格落實和執(zhí)行，為工程建設(shè)質(zhì)量的提升、安全運行提供支持。

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【責(zé)任編輯 張華巖】