基于BIM技术的高层建筑工程质量监督管理研究

■ 中铁十九局集团华东工程有限公司 孙鹤家

近年来，随着我国基础设施建设水平不断提高，超高层建筑与群体性的公共建筑数量飞速增长，传统的工程质量管理方法已难以适应新时代工程质量管理的要求。BIM技术的应用与普及，为加强工程质量管理提供了新的思路。日本对高层建筑工程质量管理采用建立质量检测小组的方法，在相同时间内实现大规模的质量监督管理[1]。Joo Y.Jung和Yong Jian Wang认为，高层建筑工程质量监督管理应当深入到工程细节中，将质量管理作为建设工程的重要生产力，通过建立完整的质量管理机制，实时控制建筑工程质量，做到每个施工环节都具有质量保障。国外有学者提出，将质量监督管理方法法律化，通过建立质量保证体系和建筑工程施工质量机制，从法律层面上保障工程质量。本文在分析传统高层建筑工程质量监督管理方法基础上，阐述BIM技术的实现原理和基础技术，并将此技术与高层建筑工程质量管理方法相结合，利用BIM技术获取并分析质量管理数据，充分发挥BIM的数据处理能力，构建基于BIM技术的质量管理体系，以期推动高层建筑工程质量监督管理的发展。

1. BIM技术理论概述

BIM，全称建筑信息模型，起源于上世纪70年代，随着近年来BIM技术在各行业的深度开发和应用，基于BIM技术的4D时空模型、数据还原等技术层出不穷，在工程质量监督管理方面取得了显著成效。BIM技术为建筑行业带来了翻天覆地的变化，其不仅应用在质量管理方面，还体现在工程设计、运营管理、建筑环境管理等方面，实现了整个建筑全生命周期的低风险化[2]。

在高层建筑工程质量监督管理方面，BIM技术主要体现在设计阶段、预施工阶段和质量审核阶段。在设计阶段，设计者可以应用BIM技术进行复杂建筑结构的可视化处理，将建筑数据体现在数据虚拟机中，减少二维图纸带来的施工偏差，为质量监督管理奠定基础；在预施工阶段，应用BIM技术可以保证施工信息化水平，围绕BIM数据库模型进行施工数据的传输，对建筑材料的型号、材质、规格进行数字化统计与储存，确保质量管理的精准度；在工程质量审核阶段，可以直接利用BIM数据建筑模型与实际工程进行质量比较，及时发现相关问题。

2. 高层建筑工程质量监督管理的BIM技术应用

2.1 BIM可应用技术

移动计算是BIM技术中的一项主要数据处理技术，该技术建立在无线网络中，可以实现各个客户端数据之间的任意传递，实时进行数据信息的统计与计算，具有精准度高、实时性强、不卡顿等优势。在建筑行业中，此技术能够极大地缩短质量检查人员的信息获取时间，实时查看每个工程建设阶段任务，并将质量数据进行记录，便于后期质量检查人员在服务器中获取相关数据。

图像采集是BIM技术的数据获取方式，通过摄像头拍摄高层建筑施工项目的图像信息，经储存后直接传递到计算机CPU，对图像信息进行识别与解析。同时，将采集的原始图像信息于项目工程中进行还原，检查所拍摄图像信息是否具有真实性。在高层建筑工程中，图像采集一般使用终端的压缩技术进行初步的数据识别，随后传送到服务器中等待质量管理人员的验证[3]。

二维码跟踪技术可以显著提升BIM数据获取精准度，其在高层建筑工程质量监督中的应用主要体现在材料的运送和安装过程中。大多数高层建筑施工所应用的建材均为外地运输，通过此项技术可以实时获取建材的所在位置，即便在建筑施工后，质量管理人员也可以通过扫描建材上的二维码，获取相关数据。二维码与BIM技术的结合，实现了施工现场建材管理与项目管理的同步进行，工作人员也可以使用相关设备对二维码中的数据进行获取，减少建材的安装误差。为提升施工速度，还可以将二维码内容在平台中进行分享，使参与高层建筑施工的各单位均可以获取相关信息。

数字化测绘复核与放样技术在BIM建模技术的引导下，可以为现场的管路施工提供更深层次的数据保障。施工测绘现场将三维模型中的施工精度传递给施工现场，可以基本实现每一层建筑具有300个以上的施工精准点。

云技术是近些年出现的新兴技术，将其应用在高层建筑工程质量管理中，可以为BIM模型提供更多的解决方案。由于整个高层建筑项目的数据量非常庞大，免不了数据在模型中的传输与共享，常常需要进行储存资源的计算处理与删除，而应用云技术可以改善数据的整合问题，增加BIM模型在工程质量监督工作中的数据清晰度。

2.2 建立高层建筑工程质量数据平台

高层建筑工程质量的BIM技术应用是建立在大数据基础上，需要有完善的数据平台作为支撑，这样才能够保障BIM相关技术的顺畅应用。在数据平台中的大量数据与高层建筑工程质量不相干时，需要首先对模型中的数据进行整合处理，实现质量数据与其他数据之间的交互提取。这样不仅可以实现质量数据的快速提取，还可以满足质量数据的纯度，图1为数据平台的主要建设功能。

图1 BIM质量管理数据平台

数据平台中的数据储存功能为BIM技术提供稳定的数据保障，可以对任何格式的数据进行储存，但是由于建筑工程质量数据种类繁多，需要储存功能模块对建材的种类、规格、出厂信息、审批信息等内容进行识别。数据管理功能具有独立的信息查询权限，实现了BIM数据的检索功能，方便质量监督管理人员获取质量信息。模型编辑功能主要以客户端的形式向质量审核员呈现相关数据，在显示平台中展示全方位的模型建设内容，在管理员获取权限的范围内可以对其内容进行更改。对于数据共享功能，质量监督管理人员在收到质量信息时，可以将相关信息进行公示，及时将质量问题分享到各个部门，提高办事效率。

3. 基于BIM技术的高层建筑工程质量大数据管理

3.1 数据分析

基于BIM技术的高层建筑工程质量的数据获取周期主要包括集成、采集、储存、提取、共享以及分析。对于高层建筑工程中的质量数据分析，需要以BIM技术的三维空间模型技术作为支撑。首先，利用图像采集技术实现BIM技术中的数据模型创建。其次，对整个数据获取周期的各阶段进行信息维护。最后，不断利用建筑数据完善三维空间模型，并将此模型储存在数据管理平台中。在数据管理平台中进行数据分析则具有更高的实时价值，分析步骤包括以下三部分：

一是明晰BIM质量管理数据结构。BIM质量管理数据具有实时性和共享性，分析过程中不能忽视后台储存空间中的数据。目前，BIM质量管理数据结构还没有具体化，只是将大数据的储存类型进行结构划分，方便了数据管理平台的分类。

二是分享质量管理平台内容。高层建筑工程质量信息均以数据形式记录，对此数据进行分享前，需要进行质量的总结、质量标准的规划和提炼整理，满足施工方各个环节数据的无间断衔接，提高质量数据的可预测性和可控制性[4]。

三是推动数据内容的应用。BIM质量管理数据是建筑质量管理业务中最全面的数据之一，可以满足建筑质量管理人员的多方面运用。为此，可以利用BIM的质量管理数据推动质量管理部门数据的应用。图2为BIM质量管理数据的分析流程[5]。

图2 BIM质量管理数据的分析流程

3.2 数据挖掘

BIM质量管理数据的挖掘，融合了人工智能、数据统计和关系运算等技术，所挖掘的数据具有一定的潜在性和不可控性。数据挖掘要选择适用于高层建筑工程质量监督情况下的方法，以便实现挖掘数据在整个工程周期中的循环应用。在数据挖掘过程中，首先要大量分析高层建筑工程中的不确定结构文本数据，制定此类数据的储存格式，并且对此类数据的数据源进行规范处理。其次，采集质量数据的关键词，降低BIM质量数据的维度和表示方法，促使数据呈现在数据平台中。最后，对显示的数据提取文本内容，与高层建筑的施工方、建设方和监理方共同确认质量管理数据的真实性[6]-[7]。

3.3 全面大数据质量管理流程

基于BIM技术的全面大数据质量管理是较为多样化的，其中的管理数据涉及建筑工程的规模、施工阶段内容以及施工专业性等大量数据。BIM技术将对这些大数据进行采集、储存、共享和应用等操作，确保高层建筑工程的历史数据和实时数据共同进入大数据的全面质量管理工作流程。在设计阶段，需要在BIM三维模型的基础上进行施工场地和建筑性能等内容的分析，并不断优化BIM三维模型质量。在施工准备阶段，将会对BIM三维模型内的所有数据进行共享，参考建议，完善设计内容，优化施工方案对施工技术的质量标准交底。在施工阶段，需要实时反馈大数据内容，其中包括建材质量检查记录、施工项目副产品等。竣工阶段是大数据质量管理流程中最为复杂的过程，需要在竣工验收报告中体现所有质量管理数据，还要建立完整的大数据质量检查内容，最后建立BIM的竣工三维模型，方便后期建筑的空间管理与设备维护[8]。

4. 实例研究

某市综合办公楼建设项目共占地35000m2，地上18层，传统的建设图纸56张，包含了整体的项目建设内容。此建设项目的内部结构具有较多的施工节点和复杂结构，若采用传统的质量管理方法，将会产生大量繁琐工序，形成不必要的质量缺陷。基于此，在该项目中应用BIM技术，保障了此高层建筑施工的质量和工期，图3为综合办公楼的BIM三维模型图。

图3 综合办公楼的BIM 三维模型图

施工前，应用BIM三维模型，直接将传统图纸中的数据内容输入到BIM的数据管理平台中，使传统图纸中的数据与模型中的数据产生碰撞。设定每层楼的数据碰撞点为100个，平台利用计算技术快速生成检测报告。利用BIM建模技术规划出施工单位在建筑中的管道预留孔，利用三维空间模型可视化的特点，减少建筑多余的管道洞口，图4为BIM建模出来的管道预留洞口定位示意图。

图4 管道预留洞口定位示意图

施工过程中，利用BIM相关技术实现对质量的控制。首先，对施工项目的整体结构进行三维建构模型技术交底，通过质量管理人员在数据平台的检索，观察每条钢筋的交汇点。利用BIM技术中的图像采集技术和二维码追踪技术，展示每层楼中的施工工序图。其次，利用数字化测绘复核与放样技术对建设工程中的管线和机电安装位置进行放样，在三维软件中预留出放样位置，保障了施工精准度。最后，利用云技术将施工质量的参照系数与实际施工条件结合，生成更多施工方案，施工人员使用移动终端便提取各类施工方案的质量信息，再对部分质量管理人员提供数据更改权限，提高工程质量的可靠程度。

施工完成后，应用BIM技术进行质量审核。首先，对施工后的建筑现场提取可分析质量数据，审核施工技术中的质量验收报告，对于存在质量疑问的文件内容需要及时提出改善策略。然后，对项目工程的质量管理效果进行评定，基于BIM技术实现三维空间模型与实际工程的数据关联，再应用BIM技术在专业度较高的施工设计中进行质量数据的碰撞，以便产生更精细化的质量管理方式。

5.结语

本文主要研究了BIM技术在高层建筑工程质量监督管理中的应用，根据BIM技术特点引出高层建筑工程质量所需要的技术方向，构建了完整的BIM技术质量管理构架，为质量控制提供了参考平台。同时，将整套BIM技术的高层建筑工程质量监督管理方法应用在案例中，分别从施工前、施工中、施工后三个阶段获取质量管理方法的实现方式，结果显示BIM技术提升了质量监督管理效率，为综合性的高层建筑工程质量管理奠定了一定的基础。但是，本研究也存在一定的局限性，只从单一方面的BIM技术入手分析，缺少其他技术对质量管理方法的影响，且我国的BIM技术普及率还不是特别高，整理出的技术实现方法和数据不全面。在未来的研究中，还需要从BIM技术的操作层次上、周边技术层次上和数据支撑层次上进行深入分析，并引用更多的高新技术，提升BIM技术的应用效率。