基于Revit的裝修質量信息模型研究

王 茹 張志勇 張宏運

(西安建筑科技大學 土木工程學院，西安 710055)

引言

隨著我國經濟的持續(xù)增長和居民消費水平的不斷提高，人們對于建筑產品的品質追求也已經由之前的僅僅滿足基本使用的需求轉變?yōu)楦又匾暰幼〉陌踩孢m性，能夠美化建筑外觀、保護內部結構的建筑裝飾裝修逐漸獲得人們的喜愛。市場規(guī)模的持續(xù)擴大使建筑裝飾裝修市場進入全新的消費升級和服務升級的時代，但其“大行業(yè)、小企業(yè)”的行業(yè)格局仍然無法改變，不成熟的行業(yè)現(xiàn)狀致使各企業(yè)采取不正當?shù)牡蛢r競爭手段，裝修質量無法得到有效保證。

BIM(Building Information Modeling)技術作為一種信息化技術被廣泛應用于建筑設計、性能優(yōu)化、協(xié)同作業(yè)、可視化管理等多個方面[1]。陳遠[2]等基于專家系統(tǒng)和BIM技術構建了建筑設計規(guī)范規(guī)則庫，分析了BIM模型信息提取與映射的基本方法，并開發(fā)設計了基于BIM模型的建筑設計合規(guī)性檢查原型系統(tǒng)，對于正向設計過程中BIM模型的應用以及設計成果的遞交具有重要意義。馮曉科[3]以實際工程為例，從施工前期策劃、場地布置、構件管控、進度管理以及成本管理等方面分析了BIM技術的優(yōu)勢，得出BIM技術在工程實踐中的應用能夠顯著提高施工管理水平的結論。Park[4]等提出了一種基于內容的圖像檢索方法，通過這種方法將施工現(xiàn)場照片和4D BIM模型進行關聯(lián)，項目參與者可以快速從中檢索出所需要的重要數(shù)據和信息。DENG[5]等基于BIM技術和GIS技術搭建了建筑供應鏈管理平臺，解決了建筑供應鏈中供應商選擇、交付數(shù)量確定和物料分配三大常見問題，平臺的建立為將來更加高效的建筑供應鏈管理提供了支持。葉俊偉[6]等結合BIM技術建立了具有物料追蹤、視頻監(jiān)控、質量檢測等功能的建設項目檢驗批質量判定系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立大大地提升了建設工程質量驗收的準確性。

從現(xiàn)有文獻中不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段BIM技術的應用研究多集中于建筑設計的合規(guī)性自動檢查以及施工過程中的現(xiàn)場管理等方面。而針對施工過程的質量符合性檢查以及施工質量數(shù)據的集成方面研究不足。因此，本文以建筑裝飾裝修質量檢查驗收為背景，提出了將BIM技術應用于施工過程中的質量控制。

1 建筑裝修質量控制分析

質量控制是質量管理的重要組成部分，根據全過程質量管理的思想可將其分為事前控制、事中控制和事后控制三個基本環(huán)節(jié)。對于裝飾裝修工程來說，質量控制目標并不僅僅只是不倒、不塌、不漏，還應包括美觀、經濟、環(huán)保等要求。因此，事前控制階段除了完成相關質量計劃、質量管理體系等工作外，還應改變設計模式，通過客戶參與設計的方式來滿足不同客戶的個性化需求。

在工程實踐中，質量控制主要反映在兩個方面：一方面是對建造過程的約束，該約束主要發(fā)生在事中控制階段，即在施工過程中，保證按照質量要求規(guī)定的必要施工流程進行施工； 另一方面是對建造結果的質量約束，該約束主要發(fā)生在事后控制階段，即在施工質量形成后對建造結果的評價認定。

2 裝修質量信息模型構建

BIM技術強大的數(shù)據整合能力為建筑裝飾裝修質量控制提供了天然條件。在利用BIM技術構建建筑虛擬三維模型的過程中會賦予構件必要的信息數(shù)據，包括尺寸、規(guī)格等幾何信息以及材質、功能等非幾何信息，但對于建造過程中的質量數(shù)據并沒有太多涉及。因此，本文提出了裝修質量信息模型(Decoration Quality Information Model，D-QIM)的概念。

D-QIM具有信息集成共享、動態(tài)可視化的特點，其構建核心在于通過BIM技術將施工過程中的質量信息與模型中的構件單元建立聯(lián)系，實現(xiàn)建筑裝飾裝修質量的可視化控制。它主要由質量需求信息模型、質量監(jiān)控信息模型和質量驗收信息模型三大基礎信息模塊組成，這三大信息模塊與質量控制事前、事中、事后三大基本環(huán)節(jié)一一對應，構建框架如圖1所示。

圖1 質量信息模型構建框架

2.1 質量要求信息模型

建筑施工不僅對建筑本體有質量要求，對構件、施工過程以及檢驗批等質量單元都有明確的質量要求[7]。對于裝飾裝修的質量要求主要源于兩方面，一方面是來自質量要求相關的法律法規(guī)，另一方面是來自客戶的個性化需求。因此，本文提出質量需求信息模型來集成裝修工程的質量需求信息，質量要求信息關聯(lián)模型如圖2所示。通過BIM技術將客戶要求、標準規(guī)范文件與具體構件單元建立關聯(lián)是實現(xiàn)質量可視化管理的基礎，后續(xù)施工過程中進行質量控制時可以通過信息模型直接調取需要的相關規(guī)范文件進行符合性檢查。

圖2 質量要求信息關聯(lián)模型

(1)標準質量要求

對于建筑裝飾裝修行業(yè)，國家、行業(yè)標準的要求是最基本的要求。近年來，新的標準不斷出現(xiàn)在建筑領域，命名方式除了以標準命名外，還常以規(guī)范、規(guī)程、建議等名稱出現(xiàn)，國外標準文獻常以 Standard(標準)、Specification(規(guī)格、規(guī)范)、Rules、Instruction(規(guī)則)、Practice(工藝)、Bulletin(公報)等命名[8]。這些規(guī)范之間還存在著復雜的依賴關系。然而，目前處理這一復雜和不斷增長的知識體系的方法仍然是人類認知和組織審查，隨著標準規(guī)范數(shù)量的上漲，質量檢查出錯的可能性也大大增加[9]。

因此，質量需求信息模型的構建要求在施工規(guī)劃階段將相關的質量標準進行錄入，以關系型數(shù)據庫構建質量標準規(guī)則庫，實現(xiàn)對建筑裝修質量要求的調取應用，為后續(xù)施工質量控制直接調取需要的相關信息文件奠定基礎。

(2)客戶個性化需求

建筑裝飾裝修是為保護建筑物的主體結構，完善建筑物的使用功能和美化建筑物，采用裝飾裝修材料或飾物，對建筑物內外表面及空間進行的各種處理[9]。因此，在設計過程中除了需要考慮裝修工程的安全可靠，還需要考慮滿足客戶的個性化需求。我國傳統(tǒng)住宅設計采用先進行建筑設計后進行室內設計的模式，這種流水線似的線性設計方式看起來高效快捷，實則工業(yè)化設計邏輯的缺乏使得各個產業(yè)環(huán)節(jié)彼此割裂，無法適應用戶的需求。

為了滿足客戶個性化的需求，客戶的不同需求信息在住宅設計過程就需要獲得，通過室內設計前置和“客戶參與”的方式來滿足不同居住者的裝飾裝修需求，實現(xiàn)客戶質量需求信息的可視化管理。

2.2 質量監(jiān)控信息模型

建造過程是質量形成的過程，在質量形成過程中相關的質量要求必須得到滿足，體現(xiàn)在工程實踐中主要是施工工藝滿足質量要求。施工工藝質量要求對施工活動具有指導作用，對施工過程中哪些活動應該進行、哪些程序應該遵守進行了約束。

傳統(tǒng)施工質量檢查通常采用人工質量符合性檢查的方式，這種方式極大地依賴檢查人員的專業(yè)能力，耗時且容易出錯，尤其是隱蔽工程容易出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象。因此，本文提出質量監(jiān)控信息模型用于施工過程中的信息收集和質量控制。

(1)隱蔽工程質量檢查

隱蔽工程是指在施工完成后，建筑材料或構配件埋于物體之中很難或根本無法進行檢查的工程，由于其具有遮蓋性的特點，所以在隱蔽前必須嚴格遵守相關的標準規(guī)范進行檢查驗收。建筑裝飾裝修工程中包含有吊頂工程、地面工程等部分覆蓋工程，所以對于龍骨的質量數(shù)量以及墻中的水電管道等隱蔽工程的驗收需要在其覆蓋前完成。若覆蓋前未進行檢查驗收，則需要二次驗收，這必然會消耗大量的人力物力，而且檢驗結果存在較大的局限性。

為了避免出現(xiàn)漏檢誤檢的情況，減少建造過程中質量控制出錯的可能性，在此提出清單式質量符合性檢查方法，隱蔽工程質量檢查流程如圖3所示。在每進行一個建造過程前提取對應范圍內構件的質量控制要求，以清單方式交予管理人員形成質量要求清單，管理人員在施工過程中根據質量要求清單進行現(xiàn)場檢查，并及時反饋現(xiàn)場情況形成質量檢查資料。通過將建造對象的全部質量要求以清單的方式羅列出來，使得繁瑣的質量規(guī)范、檢查步驟化繁為簡，大大改善了質量控制的效果。

圖3 隱蔽工程質量檢查流程

(2)監(jiān)控資料可視化管理

施工過程的質量監(jiān)控資料不僅是施工過程監(jiān)管的依據，也是施工過程的證明文件，因此，重要控制點的建造施工過程需要以文檔、圖片、影像等多種方式保存下來并上傳到數(shù)據庫，施工工藝信息的采集方法如圖4所示。如果由于質量問題的后期追溯需要對質量信息進行查看，則通過質量監(jiān)控模型的資料查詢，根據所選質量單元的編碼信息在數(shù)據庫中進行相關信息搜索即可。

圖4 工藝信息采集方法

2.3 質量驗收信息模型

與事中質量控制不同的是，事后質量控制的主要檢查對象是建造成果，需要通過對檢驗批的檢查驗收來實現(xiàn)建造成果質量的驗收。合理的檢驗批劃分以及檢查點確定在質量驗收中是至關重要的，然而，在實際建設工程中，無論是前期的檢驗批劃分還是后期的質量驗收，由于相關人員的經驗與工作能力的不同使得檢測資料很難真實反映建筑產品的質量。因此，本文提出將建筑實體與虛擬三維模型進行關聯(lián)，以BIM模型為載體進行質量合規(guī)性檢查。

(1)檢查點質量驗收

在檢驗批驗收過程中關于檢查點抽取數(shù)量以及具體質量要求在相關標準或專業(yè)規(guī)范中都進行了明確規(guī)定。抽取方式主要分為全數(shù)檢查、固定值抽取、比例抽查三種方式，其中在固定值抽取和比例抽查過程中隨機抽取是至關重要的，如果抽取方式不具備隨機性，那么所抽取的樣本也就不具備代表性，從而對質量檢查結果的真實性造成影響。為了減少質量驗收過程中誤差的出現(xiàn)，在質量驗收過程中，程序將自動調取對應構件的相關規(guī)范要求并生成檢查清單，將檢查內容清晰、直觀地羅列出來。

檢查點質量驗收模型如圖5所示。用戶選中需要檢驗的某一構件或輸入構件編碼后運行程序，程序會自動提取該構件所在檢驗批的其他構件，并根據檢查點抽取方式生成檢查點。同時程序會自動將檢查點的相關質量規(guī)范要求以清單列表的方式呈現(xiàn)，檢查人員只需要按照清單內容進行現(xiàn)場檢查、量測并將相關數(shù)據進行輸入即可完成檢查工作。

圖5 檢查點質量驗收模型

(2)檢驗批質量驗收

檢驗批中全部檢查點的檢查工作完成后，下一步需要對檢驗批中主控項目和一般項目的合格率做出判斷。關于合格率相關規(guī)范做出如下要求：主控項目的質量均應合格，一般項目檢驗合格率應達到要求合格率，且不合格檢查點的誤差偏離程度不超過一定范圍，該檢驗批方為合格。

α=100%∩β≥ε∩|M-N|≤θ

式中，α表示主控項目合格率，β表示一般項目合格率，ε表示一般項目要求合格率，M表示實測數(shù)據，N表示要求標準值，θ表示允許誤差的界限值。若圖中三個判斷條件都是真時檢驗批方為合格，反之則不合格。

2.4 D-QIM應用內涵

D-QIM以滿足系統(tǒng)功能需求的標準BIM模型為基礎，隨著工程建設的進行將質量信息元素不斷添加關聯(lián)至模型中。其中，質量需求模型是D-QIM的基礎，該階段明確了質量需求和目標，完成了質量計劃的建立，提供了質量控制需要的基礎信息。質量監(jiān)控模型和質量驗收模型是D-QIM的核心，能夠完成施工過程中信息數(shù)據的集成，是全過程質量控制的關鍵。因此，完成這三大基礎模塊的構建也就實現(xiàn)了D-QIM的整體功能需求。

在全過程質量控制的三階段建立的三大基礎模型并不是彼此孤立的，而是相互作用共同構成有機的整體。三大基礎模型運行的本質其實就是PDCA的循環(huán)，以質量需求模型所提供的質量要求為基礎和目標，質量監(jiān)控模型和質量驗收模型在工程建設過程中對產生的質量數(shù)據進行收集分析處理，從而實現(xiàn)對工程質量的不斷修正，實現(xiàn)工程質量在每次動態(tài)循環(huán)中不斷提高。

3 裝修質量信息模型實現(xiàn)

裝修質量信息模型作為建筑裝修過程中質量信息集成的載體，其自身的模型精細度要求應更加嚴格，而標準BIM模型作為裝修質量信息模型構建的基礎，所建模型應精確、完整，嚴格按照統(tǒng)一建模要求來規(guī)范。

3.1 事前控制與質量需求信息模型

建筑裝修質量控制需要在質量要求的基礎上進行，為使建筑裝修質量控制擁有明確目標和具體要求，本文提出質量需求信息模型的構建。一方面，建立質量標準規(guī)則庫，形成規(guī)則庫中構建對象與質量信息模型中構件單元的映射關系； 另一方面，裝修設計前置，讓客戶參與設計，滿足個性化需求。

質量標準規(guī)則庫構建過程中的映射關系如圖6所示。在對規(guī)范條文進行轉譯分析后，運用C#編程的方法建立MySQL質量要求規(guī)則庫，結構化存儲裝修質量要求規(guī)范條文，采用SELECT語句實現(xiàn)對象信息規(guī)范的查詢。根據質量要求規(guī)則庫中的構件對象與裝修質量信息模型中的構件單元的直接對應關系，建立質量信息模型與規(guī)則庫質量標準的映射關系后，可直接在裝修質量信息模型中選取對應構件單元，然后遍歷質量要求規(guī)則庫中的約束對象，過濾相關數(shù)據實例，提取這些實例模型的質量要求信息，以表格的方式展示給管理人員。

圖6 質量信息模型與規(guī)則庫的映射關系

對于住戶裝修需求信息的錄入，由于其個性化的特點，所以無法直接構建要求庫，需要在設計過程中與客戶進行交互。如圖7所示，客戶選擇模型構件的同時程序識別并提取質量屬性，客戶進行需求信息的錄入后，需求信息與構件質量屬性信息完成綁定，需求信息保存于數(shù)據庫中。

圖7 客戶參與設計流程圖

3.2 事中控制與質量監(jiān)控信息模型

為減少質量控制過程中出錯的可能性，提出基于質量要求標準的清單式施工質量符合性檢查。如圖8所示的算法流程，以質量要求信息模型為基礎提取下一施工階段的質量要求，以此形成質量要求清單。管理人員根據清單進行施工現(xiàn)場質量檢查，并返回檢查數(shù)據，質量監(jiān)控信息模型根據檢查數(shù)據得到檢查結果。上述質量監(jiān)控信息模型應用過程中，信息輸入包括質量要求和檢查數(shù)據，信息輸出包括質量要求清單和檢查結果，二者的映射關系如下：

式中，IQR為檢查質量要求，ID為檢查數(shù)據，IC為檢查清單，IR為檢查結果。

圖8 質量監(jiān)控信息模型運行流程圖

3.3 事后控制與質量驗收信息模型

為使建筑裝修質量驗收具有一定的科學性，避免過分依靠人員經驗造成質量風險。本文提出根據質量要求模型所關聯(lián)的質量要求生成檢查點以及對應檢查點的驗收質量要求清單，檢查點生成算法流程如圖9所示，管理人員根據質量要求清單進行質量驗收，并將驗收數(shù)據返回至信息模型，模型對驗收數(shù)據進行符合性對比確定驗收結果，驗收合格判斷算法流程如圖10所示。質量驗收信息模型應用過程中，信息輸入包括驗收質量要求和驗收數(shù)據，信息輸出包括驗收檢查點、驗收清單和驗收結果，信息輸入和信息輸出二者的映射關系如下：

式中，AQR為驗收質量要求，AD為驗收數(shù)據，AP生成檢查點，AC為驗收清單，AR為驗收結果。

圖9 檢查點生成算法流程圖

圖10 檢驗批驗收記錄檢查算法流程圖

4 實例應用

為了驗證D-QIM的質量控制效果，本文以陜西能源綠色建筑產業(yè)園-4#宿舍樓項目為例，該項目裝修采用全裝修方式，包括一般抹灰工程、門窗工程、吊頂工程、輕質隔墻工程等； 項目共有房間98間，包括套間宿舍、標準獨立宿舍、四人間宿舍等。在此選擇抹灰工程為例對其施工過程中的質量控制進行簡單說明。

Autodesk Revit作為目前國內應用范圍最廣的BIM軟件，具有非常強大和方便的建模功能，而且還提供了豐富的API(Application Programming Interface)接口，可以讓不同用戶根據自己的實際需求進行外部應用的開發(fā)[11]。因此，在此選擇將D-QIM內嵌于Revit平臺對該項目的建筑裝修質量進行控制，功能面板如圖11所示。

圖11 產業(yè)園項目PD-QIM功能面板

在建筑裝修施工開始前，一方面需要考慮客戶個性化需求，住戶可以選擇構件錄入個人需求；另一方面，需要完成建筑裝修質量要求規(guī)則庫的構建，管理人員可以選擇構件來導出該構件的質量要求信息，也可以直接打開質量規(guī)則庫進行查詢，在此選擇《建筑裝飾裝修工程質量驗收標準》(GB50200-2018)為例，如圖12所示。

圖12 建筑裝修工程質量驗收標準

在施工過程中，運用質量監(jiān)控模型的監(jiān)控清單功能，根據下一階段要進行的工作提取對應過程的相關監(jiān)控信息生成監(jiān)控清單。選擇相應構件后導出質量監(jiān)控清單，尤其需要注意龍骨、填充物等隱蔽工程的檢查驗收。這些信息將以清單的方式遞交給管理人員用于施工過程的監(jiān)控。檢查人員需要按照清單內容進行現(xiàn)場檢查、量測并將相關數(shù)據進行及時反饋，如圖13所示。

圖13 D-QIM質量監(jiān)控清單生成

接著，在安裝施工完成后運用質量驗收模型隨機生成檢查點，自動生成檢檢查點并高亮顯示如圖14所示。再根據具體檢驗項目調取質量要求生成檢查點質量清單。管理人員只需以該清單為依據進行檢查驗收，并對相關驗收內容進行及時反饋即可,如圖15所示。

圖14 自動生成檢查點高亮顯示

圖15 一般抹灰驗收清單

D-QIM在建筑裝修過程中所集成的質量信息關聯(lián)存儲于數(shù)據庫內，為質量信息的管理提取創(chuàng)造了條件。質量信息查詢如圖16所示，能夠快速實現(xiàn)質量信息數(shù)據的查詢提取。

圖16 質量信息查詢

5 結語

本文在建筑裝飾裝修質量控制現(xiàn)狀分析的基礎上提出D-QIM的概念，設計了需求信息模型、監(jiān)控信息模型和驗收信息模型三大基礎信息模型，分析了各基礎信息模型的功能需求及實現(xiàn)算法，并利用案例驗證了其可行性。通過研究發(fā)現(xiàn)，D-QIM的構建加強了建筑裝飾裝修質量控制，完善了BIM模型中的所集成信息，對于提升質量控制的準確性和效率具有重要意義，并為施工過程中的精細化管理奠定了基礎。但由于施工過程中的數(shù)據是動態(tài)的，而模型中所集成的是靜態(tài)數(shù)據，那么如何提高數(shù)據的錄入修改效率是接下來需要思考的問題。