基于BIM技術(shù)的高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理研究

■ 中鐵十九局集團(tuán)華東工程有限公司 孫鶴家

近年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平不斷提高，超高層建筑與群體性的公共建筑數(shù)量飛速增長，傳統(tǒng)的工程質(zhì)量管理方法已難以適應(yīng)新時(shí)代工程質(zhì)量管理的要求。BIM技術(shù)的應(yīng)用與普及，為加強(qiáng)工程質(zhì)量管理提供了新的思路。日本對高層建筑工程質(zhì)量管理采用建立質(zhì)量檢測小組的方法，在相同時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的質(zhì)量監(jiān)督管理[1]。Joo Y.Jung和Yong Jian Wang認(rèn)為，高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理應(yīng)當(dāng)深入到工程細(xì)節(jié)中，將質(zhì)量管理作為建設(shè)工程的重要生產(chǎn)力，通過建立完整的質(zhì)量管理機(jī)制，實(shí)時(shí)控制建筑工程質(zhì)量，做到每個(gè)施工環(huán)節(jié)都具有質(zhì)量保障。國外有學(xué)者提出，將質(zhì)量監(jiān)督管理方法法律化，通過建立質(zhì)量保證體系和建筑工程施工質(zhì)量機(jī)制，從法律層面上保障工程質(zhì)量。本文在分析傳統(tǒng)高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理方法基礎(chǔ)上，闡述BIM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理和基礎(chǔ)技術(shù)，并將此技術(shù)與高層建筑工程質(zhì)量管理方法相結(jié)合，利用BIM技術(shù)獲取并分析質(zhì)量管理數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮BIM的數(shù)據(jù)處理能力，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的質(zhì)量管理體系，以期推動高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理的發(fā)展。

1. BIM技術(shù)理論概述

BIM，全稱建筑信息模型，起源于上世紀(jì)70年代，隨著近年來BIM技術(shù)在各行業(yè)的深度開發(fā)和應(yīng)用，基于BIM技術(shù)的4D時(shí)空模型、數(shù)據(jù)還原等技術(shù)層出不窮，在工程質(zhì)量監(jiān)督管理方面取得了顯著成效。BIM技術(shù)為建筑行業(yè)帶來了翻天覆地的變化，其不僅應(yīng)用在質(zhì)量管理方面，還體現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理、建筑環(huán)境管理等方面，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)建筑全生命周期的低風(fēng)險(xiǎn)化[2]。

在高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理方面，BIM技術(shù)主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段、預(yù)施工階段和質(zhì)量審核階段。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者可以應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的可視化處理，將建筑數(shù)據(jù)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)虛擬機(jī)中，減少二維圖紙帶來的施工偏差，為質(zhì)量監(jiān)督管理奠定基礎(chǔ)；在預(yù)施工階段，應(yīng)用BIM技術(shù)可以保證施工信息化水平，圍繞BIM數(shù)據(jù)庫模型進(jìn)行施工數(shù)據(jù)的傳輸，對建筑材料的型號、材質(zhì)、規(guī)格進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)計(jì)與儲存，確保質(zhì)量管理的精準(zhǔn)度；在工程質(zhì)量審核階段，可以直接利用BIM數(shù)據(jù)建筑模型與實(shí)際工程進(jìn)行質(zhì)量比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題。

2. 高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理的BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 BIM可應(yīng)用技術(shù)

移動計(jì)算是BIM技術(shù)中的一項(xiàng)主要數(shù)據(jù)處理技術(shù)，該技術(shù)建立在無線網(wǎng)絡(luò)中，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)客戶端數(shù)據(jù)之間的任意傳遞，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，具有精準(zhǔn)度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、不卡頓等優(yōu)勢。在建筑行業(yè)中，此技術(shù)能夠極大地縮短質(zhì)量檢查人員的信息獲取時(shí)間，實(shí)時(shí)查看每個(gè)工程建設(shè)階段任務(wù)，并將質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，便于后期質(zhì)量檢查人員在服務(wù)器中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖像采集是BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取方式，通過攝像頭拍攝高層建筑施工項(xiàng)目的圖像信息，經(jīng)儲存后直接傳遞到計(jì)算機(jī)CPU，對圖像信息進(jìn)行識別與解析。同時(shí)，將采集的原始圖像信息于項(xiàng)目工程中進(jìn)行還原，檢查所拍攝圖像信息是否具有真實(shí)性。在高層建筑工程中，圖像采集一般使用終端的壓縮技術(shù)進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)識別，隨后傳送到服務(wù)器中等待質(zhì)量管理人員的驗(yàn)證[3]。

二維碼跟蹤技術(shù)可以顯著提升BIM數(shù)據(jù)獲取精準(zhǔn)度，其在高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在材料的運(yùn)送和安裝過程中。大多數(shù)高層建筑施工所應(yīng)用的建材均為外地運(yùn)輸，通過此項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取建材的所在位置，即便在建筑施工后，質(zhì)量管理人員也可以通過掃描建材上的二維碼，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。二維碼與BIM技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場建材管理與項(xiàng)目管理的同步進(jìn)行，工作人員也可以使用相關(guān)設(shè)備對二維碼中的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，減少建材的安裝誤差。為提升施工速度，還可以將二維碼內(nèi)容在平臺中進(jìn)行分享，使參與高層建筑施工的各單位均可以獲取相關(guān)信息。

數(shù)字化測繪復(fù)核與放樣技術(shù)在BIM建模技術(shù)的引導(dǎo)下，可以為現(xiàn)場的管路施工提供更深層次的數(shù)據(jù)保障。施工測繪現(xiàn)場將三維模型中的施工精度傳遞給施工現(xiàn)場，可以基本實(shí)現(xiàn)每一層建筑具有300個(gè)以上的施工精準(zhǔn)點(diǎn)。

云技術(shù)是近些年出現(xiàn)的新興技術(shù)，將其應(yīng)用在高層建筑工程質(zhì)量管理中，可以為BIM模型提供更多的解決方案。由于整個(gè)高層建筑項(xiàng)目的數(shù)據(jù)量非常龐大，免不了數(shù)據(jù)在模型中的傳輸與共享，常常需要進(jìn)行儲存資源的計(jì)算處理與刪除，而應(yīng)用云技術(shù)可以改善數(shù)據(jù)的整合問題，增加BIM模型在工程質(zhì)量監(jiān)督工作中的數(shù)據(jù)清晰度。

2.2 建立高層建筑工程質(zhì)量數(shù)據(jù)平臺

高層建筑工程質(zhì)量的BIM技術(shù)應(yīng)用是建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，需要有完善的數(shù)據(jù)平臺作為支撐，這樣才能夠保障BIM相關(guān)技術(shù)的順暢應(yīng)用。在數(shù)據(jù)平臺中的大量數(shù)據(jù)與高層建筑工程質(zhì)量不相干時(shí)，需要首先對模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)之間的交互提取。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的快速提取，還可以滿足質(zhì)量數(shù)據(jù)的純度，圖1為數(shù)據(jù)平臺的主要建設(shè)功能。

圖1 BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)平臺

數(shù)據(jù)平臺中的數(shù)據(jù)儲存功能為BIM技術(shù)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)保障，可以對任何格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，但是由于建筑工程質(zhì)量數(shù)據(jù)種類繁多，需要儲存功能模塊對建材的種類、規(guī)格、出廠信息、審批信息等內(nèi)容進(jìn)行識別。數(shù)據(jù)管理功能具有獨(dú)立的信息查詢權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)的檢索功能，方便質(zhì)量監(jiān)督管理人員獲取質(zhì)量信息。模型編輯功能主要以客戶端的形式向質(zhì)量審核員呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，在顯示平臺中展示全方位的模型建設(shè)內(nèi)容，在管理員獲取權(quán)限的范圍內(nèi)可以對其內(nèi)容進(jìn)行更改。對于數(shù)據(jù)共享功能，質(zhì)量監(jiān)督管理人員在收到質(zhì)量信息時(shí)，可以將相關(guān)信息進(jìn)行公示，及時(shí)將質(zhì)量問題分享到各個(gè)部門，提高辦事效率。

3. 基于BIM技術(shù)的高層建筑工程質(zhì)量大數(shù)據(jù)管理

3.1 數(shù)據(jù)分析

基于BIM技術(shù)的高層建筑工程質(zhì)量的數(shù)據(jù)獲取周期主要包括集成、采集、儲存、提取、共享以及分析。對于高層建筑工程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，需要以BIM技術(shù)的三維空間模型技術(shù)作為支撐。首先，利用圖像采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)中的數(shù)據(jù)模型創(chuàng)建。其次，對整個(gè)數(shù)據(jù)獲取周期的各階段進(jìn)行信息維護(hù)。最后，不斷利用建筑數(shù)據(jù)完善三維空間模型，并將此模型儲存在數(shù)據(jù)管理平臺中。在數(shù)據(jù)管理平臺中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析則具有更高的實(shí)時(shí)價(jià)值，分析步驟包括以下三部分：

一是明晰BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性和共享性，分析過程中不能忽視后臺儲存空間中的數(shù)據(jù)。目前，BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還沒有具體化，只是將大數(shù)據(jù)的儲存類型進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，方便了數(shù)據(jù)管理平臺的分類。

二是分享質(zhì)量管理平臺內(nèi)容。高層建筑工程質(zhì)量信息均以數(shù)據(jù)形式記錄，對此數(shù)據(jù)進(jìn)行分享前，需要進(jìn)行質(zhì)量的總結(jié)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃和提煉整理，滿足施工方各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的無間斷銜接，提高質(zhì)量數(shù)據(jù)的可預(yù)測性和可控制性[4]。

三是推動數(shù)據(jù)內(nèi)容的應(yīng)用。BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)是建筑質(zhì)量管理業(yè)務(wù)中最全面的數(shù)據(jù)之一，可以滿足建筑質(zhì)量管理人員的多方面運(yùn)用。為此，可以利用BIM的質(zhì)量管理數(shù)據(jù)推動質(zhì)量管理部門數(shù)據(jù)的應(yīng)用。圖2為BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)的分析流程[5]。

圖2 BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)的分析流程

3.2 數(shù)據(jù)挖掘

BIM質(zhì)量管理數(shù)據(jù)的挖掘，融合了人工智能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和關(guān)系運(yùn)算等技術(shù)，所挖掘的數(shù)據(jù)具有一定的潛在性和不可控性。數(shù)據(jù)挖掘要選擇適用于高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督情況下的方法，以便實(shí)現(xiàn)挖掘數(shù)據(jù)在整個(gè)工程周期中的循環(huán)應(yīng)用。在數(shù)據(jù)挖掘過程中，首先要大量分析高層建筑工程中的不確定結(jié)構(gòu)文本數(shù)據(jù)，制定此類數(shù)據(jù)的儲存格式，并且對此類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行規(guī)范處理。其次，采集質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞，降低BIM質(zhì)量數(shù)據(jù)的維度和表示方法，促使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)平臺中。最后，對顯示的數(shù)據(jù)提取文本內(nèi)容，與高層建筑的施工方、建設(shè)方和監(jiān)理方共同確認(rèn)質(zhì)量管理數(shù)據(jù)的真實(shí)性[6]-[7]。

3.3 全面大數(shù)據(jù)質(zhì)量管理流程

基于BIM技術(shù)的全面大數(shù)據(jù)質(zhì)量管理是較為多樣化的，其中的管理數(shù)據(jù)涉及建筑工程的規(guī)模、施工階段內(nèi)容以及施工專業(yè)性等大量數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)將對這些大數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、共享和應(yīng)用等操作，確保高層建筑工程的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共同進(jìn)入大數(shù)據(jù)的全面質(zhì)量管理工作流程。在設(shè)計(jì)階段，需要在BIM三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工場地和建筑性能等內(nèi)容的分析，并不斷優(yōu)化BIM三維模型質(zhì)量。在施工準(zhǔn)備階段，將會對BIM三維模型內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，參考建議，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，優(yōu)化施工方案對施工技術(shù)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)交底。在施工階段，需要實(shí)時(shí)反饋大數(shù)據(jù)內(nèi)容，其中包括建材質(zhì)量檢查記錄、施工項(xiàng)目副產(chǎn)品等?？⒐るA段是大數(shù)據(jù)質(zhì)量管理流程中最為復(fù)雜的過程，需要在竣工驗(yàn)收報(bào)告中體現(xiàn)所有質(zhì)量管理數(shù)據(jù)，還要建立完整的大數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查內(nèi)容，最后建立BIM的竣工三維模型，方便后期建筑的空間管理與設(shè)備維護(hù)[8]。

4. 實(shí)例研究

某市綜合辦公樓建設(shè)項(xiàng)目共占地35000m2，地上18層，傳統(tǒng)的建設(shè)圖紙56張，包含了整體的項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容。此建設(shè)項(xiàng)目的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較多的施工節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，若采用傳統(tǒng)的質(zhì)量管理方法，將會產(chǎn)生大量繁瑣工序，形成不必要的質(zhì)量缺陷?；诖?，在該項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)，保障了此高層建筑施工的質(zhì)量和工期，圖3為綜合辦公樓的BIM三維模型圖。

圖3 綜合辦公樓的BIM 三維模型圖

施工前，應(yīng)用BIM三維模型，直接將傳統(tǒng)圖紙中的數(shù)據(jù)內(nèi)容輸入到BIM的數(shù)據(jù)管理平臺中，使傳統(tǒng)圖紙中的數(shù)據(jù)與模型中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。設(shè)定每層樓的數(shù)據(jù)碰撞點(diǎn)為100個(gè)，平臺利用計(jì)算技術(shù)快速生成檢測報(bào)告。利用BIM建模技術(shù)規(guī)劃出施工單位在建筑中的管道預(yù)留孔，利用三維空間模型可視化的特點(diǎn)，減少建筑多余的管道洞口，圖4為BIM建模出來的管道預(yù)留洞口定位示意圖。

圖4 管道預(yù)留洞口定位示意圖

施工過程中，利用BIM相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對質(zhì)量的控制。首先，對施工項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建構(gòu)模型技術(shù)交底，通過質(zhì)量管理人員在數(shù)據(jù)平臺的檢索，觀察每條鋼筋的交匯點(diǎn)。利用BIM技術(shù)中的圖像采集技術(shù)和二維碼追蹤技術(shù)，展示每層樓中的施工工序圖。其次，利用數(shù)字化測繪復(fù)核與放樣技術(shù)對建設(shè)工程中的管線和機(jī)電安裝位置進(jìn)行放樣，在三維軟件中預(yù)留出放樣位置，保障了施工精準(zhǔn)度。最后，利用云技術(shù)將施工質(zhì)量的參照系數(shù)與實(shí)際施工條件結(jié)合，生成更多施工方案，施工人員使用移動終端便提取各類施工方案的質(zhì)量信息，再對部分質(zhì)量管理人員提供數(shù)據(jù)更改權(quán)限，提高工程質(zhì)量的可靠程度。

施工完成后，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量審核。首先，對施工后的建筑現(xiàn)場提取可分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，審核施工技術(shù)中的質(zhì)量驗(yàn)收報(bào)告，對于存在質(zhì)量疑問的文件內(nèi)容需要及時(shí)提出改善策略。然后，對項(xiàng)目工程的質(zhì)量管理效果進(jìn)行評定，基于BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維空間模型與實(shí)際工程的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，再應(yīng)用BIM技術(shù)在專業(yè)度較高的施工設(shè)計(jì)中進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)的碰撞，以便產(chǎn)生更精細(xì)化的質(zhì)量管理方式。

5.結(jié)語

本文主要研究了BIM技術(shù)在高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理中的應(yīng)用，根據(jù)BIM技術(shù)特點(diǎn)引出高層建筑工程質(zhì)量所需要的技術(shù)方向，構(gòu)建了完整的BIM技術(shù)質(zhì)量管理構(gòu)架，為質(zhì)量控制提供了參考平臺。同時(shí)，將整套BIM技術(shù)的高層建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理方法應(yīng)用在案例中，分別從施工前、施工中、施工后三個(gè)階段獲取質(zhì)量管理方法的實(shí)現(xiàn)方式，結(jié)果顯示BIM技術(shù)提升了質(zhì)量監(jiān)督管理效率，為綜合性的高層建筑工程質(zhì)量管理奠定了一定的基礎(chǔ)。但是，本研究也存在一定的局限性，只從單一方面的BIM技術(shù)入手分析，缺少其他技術(shù)對質(zhì)量管理方法的影響，且我國的BIM技術(shù)普及率還不是特別高，整理出的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法和數(shù)據(jù)不全面。在未來的研究中，還需要從BIM技術(shù)的操作層次上、周邊技術(shù)層次上和數(shù)據(jù)支撐層次上進(jìn)行深入分析，并引用更多的高新技術(shù)，提升BIM技術(shù)的應(yīng)用效率。