基于BIM- XR 的地下综合管廊工程施工质量精益化控制研究

刘 靖

（武汉城市职业学院，湖北 武汉）

引言

综合管廊建设的目的在于：第一，解决施工质量差、地表塌陷、地表挤压等可能会引起的一系列安全问题；第二，解决由于没有统一的计划与管理，造成了多次铺装施工中不能协调一致的问题[1]；第三，解决由于对地下资源的无序利用和无偿利用，造成了地下空间的供需矛盾。作为维护城市正常运转的重要基础设施，综合管廊承担着对地下空间进行统筹规划和管理的功能[2]。我国政府从政策上积极推进了城市地下综合管廊建设与管理。地下综合管廊由于其具有线性、多学科、高综合性等特点，基于其应用优势，当前，这一课题已经逐步成为一个热门课题。但是，目前在具体的建设施工中还存在一些问题，如“信息孤岛”、“施工边界”模糊、各工序之间的衔接不畅、信息存档方式落后等[3]。对此，下述进行基于BIM-XR 的地下综合管廊工程施工质量精益化控制的研究。

1 工程概况

以某地下综合管廊建设项目为例，针对其进行施工过程中的质量精益化控制[4]。进入廊道的管道为10 kV 电力管道，除此之外，还包含通信管道、给水管道等。图1 为地下综合管廊工程施工标准段剖面图。

图1 地下综合管廊工程施工标准段剖面图

2 基于BIM-XR 的地下综合管廊工程施工质量精益化控制

2.1 基于BIM-XR 的精益化控制总流程

基于BIM-XR 的精益化控制总流程见图2，在施工过程中，采用BIM-XR 技术对施工图纸进行会审，对管道进行防撞试验，防止出现质量问题。在事中控制阶段，通过对比方案，完成对现场布局的仿真，达到最优分配资源的目的，防止出现后续返工的情况[5]。在事后控制阶段，主要进行对各类资源的管理以及对失效模式的管理，将事故信息汇总，形成数据库，并以此为后续相类似工程项目提供借鉴。

图2 基于BIM-XR 的精益化控制总流程

2.2 事前控制

在事前进行图纸管理：在对甲方的图纸进行BIM建模之后，图纸中存在的标号错误，部件缺失、错、漏、碰、缺等问题比较多。用BIM-XR 来检查平面，发现问题所在。从而有效地规避了大量的安全隐患，为科学、合理地设计施工方案提供了有力的依据[6]。

在建筑工程中，利用BIM 技术对建筑工程进行质量控制是一个非常有意义的环节。在Navisworks中，将Revit 模型导入到Navisworks 中，当所有的类别元素都归入类别树之后，再依次对它们执行冲突检测。编写测试结果的报告，并做相应的改进。在纠正之后，再重新检查一遍，反复几次，直到所有的矛盾问题都得到解决[7]。

该项目共探测到了1 650 次的碰撞。以冲突发生的原因和重要程度为依据，将BIM 中出现的问题分类，并针对BIM 中出现的冲突提出有针对性的改进意见。从而提高了管道优化的效率，使得管道的质量问题能够提前避免，减少了返工，达到了检验的目的。

运用BIM 技术，分别按照建筑、结构、机电三个方面对真实的工程项目进行建模，然后进行整合。组织每一个参与各方，对每一个重点难点展开讨论，最后，在BIM-XR 的基础上，设计出一套质量精益化控制方案，并对施工组织进行一次全面的模拟，对方案进行优化、修正，最后选择出最优方案，从而避免发生质量风险[8]。图3 和图4 分别表示两种不同的吊车方案在BIM-XR 中的模拟场景。

图3 吊车方案一在BIM-XR 中的模拟场景

图4 吊车方案二在BIM-XR 中的模拟场景

通过对比两种吊车方案，确定施工现场的间隔位置，合理规划人-车进出流线，减少人机质量安全事故发生概率。上述内容均可以通过XR 设备进行虚拟操作。

2.3 事中控制

针对施工物资的事中控制的主要目的是要保证物料供应商所提供物料的品质符合规范及设计要求，并保证物料的及时供应。例如，在这个平台上，我们可以直接生成一个表格，将各种材料分类汇总后，在特定的查询条件下，每个规格型号的库存量增加、减少等数据显示出来。也可使用BIM-XR 平台对物料需求计划和实际消耗进行比较分析。在施工过程中，对施工质量的控制可以结合BIM-XR 平台，在平台上实现对开挖深度、占地面积指标系数、管线弯曲程度、工程经济性等多方面指标实现对施工效果的量化评价。结合评价结果，采取更加合理的措施进行控制。其中开挖深度指标根据经验得出：

式中：K 代表开挖深度；H1代表相交管廊的标准断面外径；H2代表相交管廊的标准断面高度；h 代表系数。占地面积指标系数根据经验得出：

式中：S 代表占地面积指标系数；D1、D2代表两个相交管廊的标准断面宽度；A 代表占地面积。管线弯曲程度可根据管道转弯需求层数、管道数量等参数之间的关系得出：

式中：C 代表管线弯曲程度；n 代表管道转弯需求层数；Ei代表管道数量；nj代表规定规格的管道数量；W代表管道弯曲度总和/90°的比值。工程经济性指标为：

式中：G 代表工程经济性指标；L0代表交叉范围内管廊不加宽中心线的长度；L 代表管廊中心线长度之和。

在该工程中，有多个塔吊交叉作业。为了保证工程进度，达到对工程质量的精细控制，在此基础上，利用BIM-XR 模拟平台，实现了现场条件的模拟。通过对吊车与吊车之间的相互影响，和对物料的处理，在时间和空间上发现与施工人员、施工部件和设备的矛盾，以避免质量和安全的风险。另外，在该地点也安装了摄像机。在需要进行监控的位置上布置摄像头，能够在平台上对现场的施工情况进行远程的观察。

BIM-XR 协同控制平台一般包括了两个部分：一个是移动端，另一个是网页端。它的管理流程是：一旦现场的工作人员找到了质量问题，就会把这些问题以图片、文字、声音的形式呈现出来。利用移动设备将其输入到BIM-XR 平台，利用XR 设备增强现实感，有助于对工程问题进行验证和分析，从而确保质量控制的顺利进行。在此基础上，项目经理可以及时掌握施工进度，指导施工现场的改进工作，从而提高施工质量。在BIM-XR 平台上输入有关人员、设备、物料的相关资料。在施工过程进行的同时，资源和数据信息也在不断地流动。在流动的过程中，随着数据资源的不断增加，会形成一个闭合的流程，以推动建筑增值活动的展开。在BIM-XR 平台上，模拟和分析了建筑的施工环境。在此基础上，通过对质量信息的动态分析，为项目管理者进行科学的决策、实施精细化的质量管理，达到精细化管理的目的。

2.4 事后控制

在施工质量控制的过程中，会产生大量的文本、图表、视频等数据资料，在BIM-XR 平台上，能够将上述数据文件进行及时的整合，从而达到对施工过程中的质量检查和管理，例如对数据的记录、设计更改、隐蔽检查等。因为BIM-XR 平台联系着现场的实际情况，所以，该软件可以按照施工数据的标准来进行汇总和整理，从而构建出一个完整的、可追溯的施工文档信息体系，为竣工前的检查数据提供依据。

在工程施工步骤结束之后，对其是否达到了质量精益化控制的目的进行判断，如果达到了，那么就将其上传到BIM-XR 管控平台，并对其进行更新，与此同时，还会对相关的部件展开监控。定期对相关工艺进行巡视，如果质量信息有了改变，可以通过BIM-XR平台来提示，针对这一过程中可能出现的品质问题，通过平台基于警示。当判定为失效时，在需要从失效的严重程度、产生原因等多方面对其进行综合的评价与打分。结合得到的评价结果，判定轻重缓急，确定对问题处理的优先顺序，并通过BIM-XR 平台将最终制定的方案显示。最后，对整改效果进行分析和总结，并将其录入数据库，供同类问题借鉴。

在此基础上，利用BIM-XR 平台，对该项目的装备质量信息进行了实时的改进与更新。有关设备的信息主要包括：生产厂家信息、设备规格信息、设备安装流程信息等。在设备的管理过程中，一旦出现了问题，则通过BIM-XR 平台可以追溯到相应的负责人。在设备施工时，要将施工时间，验收记录，验收人员等信息输入对应的零件，该BIM-XR 平台涵盖了设备和零件施工全过程的施工质量信息。使所有相关的人员都能了解到设备的具体情况，例如设备的型号和安装情况，从而使设备的维护和管理更加方便。

结束语

此次研究受武汉城市职业学院科研创新团队建设计划资助在BIM-XR 的应用下，地下综合管廊工程施工质量精益化控制应用优势总结如下：

（1）通过BIM-XR 对地下综合管廊的实际施工过程进行仿真，可以在施工之前，清楚地展现出工程的施工过程、关键工艺、组织规划，让各参与者对设计理念有一个全面的了解。通过对工程项目的质量和安全教育，使建筑工人对施工过程有较好的认识，对施工过程有较好的认识，对施工过程有较好的规范，对质量有较高的认识。

（2）与地下综合管廊施工的特点相结合，可以使用视频动画、沉浸式体验等手段，对其展开可视化、精细化的施工方案模拟和技术交底。可视化交底技术对节点仿真尤其是管道布置具有显著的作用，可以有效地减少返工风险，减少资源浪费，确保工程质量。

（3）以BIM-XR 为基础，对项目建设过程中的资源和信息流进行整合，加强了项目建设过程中的信息管理，提升了项目的协作效率，减少了很多没有价值的活动。同时，数字化的数据和数据的存储方式，也为后期的运营和管理提供了有利的条件，提高了产品的质量。