BIM技術(shù)在公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用

摘? 要：隨著我國(guó)公路工程建設(shè)規(guī)模的不斷壯大，工程質(zhì)量的重要性逐漸引起人們的關(guān)注。工程質(zhì)量關(guān)系著廣大人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全，而試驗(yàn)檢測(cè)是保證公路工程質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)之一。通過(guò)各種技術(shù)手段來(lái)加強(qiáng)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)的質(zhì)量控制對(duì)保證公路工程的質(zhì)量和安全是十分必要的。近年來(lái)，BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理階段已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，但BIM技術(shù)在試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用還處于初步研究階段，更缺少項(xiàng)目實(shí)踐案例。本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與BIM模型數(shù)據(jù)的結(jié)合進(jìn)行研究，分析了BIM模型在試驗(yàn)檢測(cè)業(yè)務(wù)中的價(jià)值以及基于BIM技術(shù)的試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)的搭建思路，為試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)融入BIM集成數(shù)據(jù)平臺(tái)提供了思路。

關(guān)鍵詞：BIM;試驗(yàn)檢測(cè);IoT;WBS

中圖分類號(hào)：U415.12? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）09-0000-00

0引言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，建筑信息模型（Building Information Modeling）作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）領(lǐng)域的一項(xiàng)新理念和新技術(shù)，正受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注。BIM技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化工具，通過(guò)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)過(guò)程信息的整合，在項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和共享，幫助建設(shè)各參與方對(duì)各類工程信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)單位提供高效協(xié)同工作的基礎(chǔ)，提高整個(gè)行業(yè)的集約性，進(jìn)而提高整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)效率。[1]

當(dāng)前BIM技術(shù)已經(jīng)從概念普及進(jìn)入到了應(yīng)用普及階段。隨著中交一公院在“BIM正向設(shè)計(jì)”方面的嘗試和全國(guó)范圍內(nèi)BIM團(tuán)隊(duì)對(duì)“BIM+GIS可視化綜合管理平臺(tái)”的研發(fā)以及公路行業(yè)嘗試通過(guò)BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)到建造過(guò)程的信息貫通，解決了行業(yè)信息交換數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題。BIM技術(shù)作為一種數(shù)據(jù)集成技術(shù)手段，信息的集成和完善少不了試驗(yàn)檢測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的支撐，而試驗(yàn)檢測(cè)也將會(huì)借助“BIM+IOT”等技術(shù)手段，為公路工程質(zhì)量及保證人民生命和財(cái)產(chǎn)安全提供保障。

1 研究背景及意義

近年來(lái)，我國(guó)已將BIM技術(shù)提升為國(guó)家戰(zhàn)略性、前瞻性技術(shù)來(lái)研究。繼2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》后，交通運(yùn)輸部印發(fā)《交通運(yùn)輸重大技術(shù)方向和技術(shù)政策》的通知，把BIM技術(shù)列為十大重大技術(shù)方向和技術(shù)政策之首。2017年3月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確提出推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、運(yùn)營(yíng)、檢測(cè)維護(hù)管理全生命周期的應(yīng)用。隨著“新基建”的大力推進(jìn)和5G時(shí)代的到來(lái)，信息化、智能化將是未來(lái)的趨勢(shì)。而對(duì)于公路建設(shè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，行業(yè)信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降本增效迫在眉睫。BIM技術(shù)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新應(yīng)用中起到了引領(lǐng)作用，進(jìn)而推動(dòng)了BIM技術(shù)、無(wú)人機(jī)、云GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)與公路工程建設(shè)的融合與創(chuàng)新發(fā)展。

從整個(gè)行業(yè)角度來(lái)看，BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為各大企業(yè)實(shí)現(xiàn)建造三維化、信息化、數(shù)字化的重要方式，BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用已經(jīng)成為建筑業(yè)不可阻擋的趨勢(shì)。對(duì)于復(fù)雜而龐大的公路工程建設(shè)項(xiàng)目而言，傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目管理手段和質(zhì)量管理手段以無(wú)法滿足當(dāng)前時(shí)代的要求，如何解決公路工程建設(shè)過(guò)程中信息堵塞、管理效率低等問(wèn)題？如何在漫長(zhǎng)的建設(shè)過(guò)程中保證試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效？如何將試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與質(zhì)量管理數(shù)據(jù)打通，及時(shí)發(fā)現(xiàn)公路工程建設(shè)中的質(zhì)量隱患？如何實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目可視化精細(xì)化管理？BIM技術(shù)作為一種數(shù)據(jù)集成應(yīng)用手段，為上述問(wèn)題提供了解決思路。在BIM數(shù)據(jù)集成的環(huán)境下，試驗(yàn)檢測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)該如何融入到以BIM為數(shù)據(jù)主干的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流中，基于BIM的數(shù)據(jù)集成又會(huì)為試驗(yàn)檢測(cè)帶來(lái)什么效益，以及試驗(yàn)檢測(cè)職業(yè)人員該如何融入、學(xué)習(xí)和應(yīng)用BIM技術(shù)，本文以下內(nèi)容將圍繞這三個(gè)問(wèn)題展開[2]。

2 試驗(yàn)檢測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)結(jié)合

在公路工程的建設(shè)過(guò)程中，工程質(zhì)量直接關(guān)系到交通行業(yè)的安全性，因此在建設(shè)過(guò)程中，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)加強(qiáng)工程建設(shè)質(zhì)量。而試驗(yàn)檢驗(yàn)工作的施行，可以有效提高公路工程的建設(shè)質(zhì)量，因此其屬于整個(gè)工程建設(shè)中必不可少的一環(huán)。

傳統(tǒng)的試驗(yàn)檢測(cè)管理，采用手工記錄方式從事具體試驗(yàn)操作及出具試驗(yàn)記錄和報(bào)告，工作量大、試驗(yàn)數(shù)據(jù)部分失真、試驗(yàn)記錄漏洞多、效率低。同時(shí)，最關(guān)鍵的問(wèn)題還體現(xiàn)在：建設(shè)單位（業(yè)主）、監(jiān)理單位和施工單位的管理不在一個(gè)頻道上，有時(shí)完全以個(gè)人意愿來(lái)管理工地試驗(yàn)檢測(cè)工作，各自為政，信息不共享！因此，工程質(zhì)量難以得到保障。

“BIM+IOT”技術(shù)的使用，為上述試驗(yàn)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)中遇到的問(wèn)題提供了全新的解決方案。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，建筑的靜態(tài)數(shù)據(jù)（BIM模型、圖紙、交付文檔、GIS數(shù)據(jù)等）云端化已經(jīng)得到了很好的解決。但對(duì)于建造過(guò)程質(zhì)量的管控和試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，單單靠BIM無(wú)法解決建造過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。當(dāng)前隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）、云平臺(tái)技術(shù)的出現(xiàn)，為上述問(wèn)題的解決提供了很好的技術(shù)方法。如圖1，試驗(yàn)檢測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，有些可以通過(guò)云技術(shù)開發(fā)軟件，試驗(yàn)人員手動(dòng)填報(bào)進(jìn)行收集，有些試驗(yàn)檢測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，則可以通過(guò)IoT硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳云平臺(tái)[3]。

研究發(fā)現(xiàn)：整個(gè)公路工程項(xiàng)目管理的核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域，都是通過(guò)WBS作為基準(zhǔn)來(lái)劃分的。因?yàn)橘|(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本、分包、計(jì)量，都是和WBS綁定的，包括BIM模型，最后要在業(yè)務(wù)場(chǎng)景中用起來(lái)，必須要賦予WBS的屬性，并去與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和交互。公路工程建設(shè)過(guò)程中，試驗(yàn)內(nèi)容包括：78個(gè)測(cè)定土基本性質(zhì)的土工試驗(yàn)項(xiàng)目，27個(gè)土工合成材料試驗(yàn)，50種集料試驗(yàn)，35種結(jié)合料試驗(yàn)，98種瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)，15種巖石試驗(yàn)，41種水泥及水泥混凝土試驗(yàn)。檢測(cè)內(nèi)容包括：橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，路基路面現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，隧道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，機(jī)電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。試驗(yàn)檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果絕大部分都會(huì)通過(guò)WBS工程分解與現(xiàn)場(chǎng)施工部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)，故試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和交互的關(guān)鍵在于WBS，WBS分解是業(yè)務(wù)核心也是數(shù)據(jù)核心。[4]

利用“BIM+IoT”技術(shù)，在BIM模型基礎(chǔ)上，研發(fā)試驗(yàn)檢測(cè)“信息化端應(yīng)用”，可將公路工程試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)表單信息通過(guò)軟件和IoT硬件設(shè)備自動(dòng)采集，經(jīng)過(guò)匯總、分析、出具相關(guān)試驗(yàn)表單，將試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表單數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)在可視化環(huán)境下對(duì)原材料和檢測(cè)結(jié)果的可視化追溯。以WBS為主線，串聯(lián)BIM模型數(shù)據(jù)與試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)模型可視化的方式可以在BIM數(shù)據(jù)平臺(tái)中對(duì)工程部位試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)的可視化監(jiān)控，并通過(guò)模型對(duì)試驗(yàn)不合格部位進(jìn)行報(bào)警處置，提高項(xiàng)目建設(shè)工程質(zhì)量。基于BIM的試驗(yàn)檢測(cè)可視化平臺(tái)，如圖2所示。

3 基于BIM的試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

BIM+IoT可視化管理系統(tǒng)可作為模型可視化和數(shù)據(jù)可視化的看板，其主要價(jià)值是為項(xiàng)目管理活動(dòng)提供核心管控指標(biāo)及可視化的管理支持，輔助管理層控制、追蹤、決策。BIM+IoT在試驗(yàn)檢測(cè)中的整個(gè)服務(wù)架構(gòu)自上而下可分為：服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層，如圖3所示。業(yè)務(wù)層通過(guò)IoT和云技術(shù)，實(shí)時(shí)高效收集實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳到云端，與BIM模型、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)等數(shù)據(jù)結(jié)合，在云端提供現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)。在這樣的數(shù)據(jù)集成服務(wù)框架下，原材料從進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)、留樣試驗(yàn)、最終到材料的現(xiàn)場(chǎng)使用，都在云端留有痕跡和通過(guò)BIM模型可追溯查看，提高了試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)收集與分析的效率[5]。

BIM+IoT在試驗(yàn)檢測(cè)中，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、端到端的通訊、綜合數(shù)據(jù)智能分析，優(yōu)化運(yùn)行控制與預(yù)警報(bào)警。利用BIM+IoT技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)材料質(zhì)量及工程質(zhì)量的可追溯性，打通施工現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室的信息壁壘，保證合格的原材料用到指定的工程部位，從源頭上保證工程質(zhì)量和材料質(zhì)量，更好的保障公路工程質(zhì)量，解決工程建設(shè)中有些單位在材料上動(dòng)手腳，或以次充好等行業(yè)亂象。

4 BIM技術(shù)融入試驗(yàn)檢測(cè)職業(yè)人員繼續(xù)教育

BIM技術(shù)和IoT技術(shù)會(huì)對(duì)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)帶來(lái)一定變革，但現(xiàn)階段此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用尚處在初級(jí)階段，怎么通過(guò)BIM+IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)原材料和現(xiàn)場(chǎng)工程質(zhì)量的可追溯和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享還有很長(zhǎng)的路要走，而當(dāng)務(wù)之急是解決人才問(wèn)題。公路工程試驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)所需的BIM人才可分三類：即BIM在試驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定人才、應(yīng)用工具開發(fā)人才以及技術(shù)應(yīng)用人才（如圖4所示）。量變會(huì)引起質(zhì)變，要解決上述人才問(wèn)題，一定要加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè)從業(yè)人員對(duì)BIM技術(shù)的通識(shí)學(xué)習(xí)和對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，在整個(gè)行業(yè)人才基數(shù)上孵化上述三類人才的培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)BIM+IoT技術(shù)在試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用。[6]

BIM技術(shù)融入試驗(yàn)檢測(cè)職業(yè)人員繼續(xù)教育，可從以下兩方面入手：（1）開設(shè)《BIM技術(shù)在試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用》大講壇課程，從零基礎(chǔ)了解BIM技術(shù)和學(xué)習(xí)BIM技術(shù)在解決試驗(yàn)檢測(cè)中的前沿應(yīng)用，通過(guò)此課程給試驗(yàn)檢測(cè)從業(yè)人員開啟一扇窗，引導(dǎo)其發(fā)揮自主能動(dòng)性不斷探索學(xué)習(xí)，填充上述三種人才的不足。（2）研發(fā)基于BIM模型的各類試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)范規(guī)程的可視化交互技術(shù)管理類課程。目前，“全國(guó)公路水運(yùn)工程試驗(yàn)檢測(cè)人員網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)”的學(xué)習(xí)課程多為傳授說(shuō)教式，試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)范規(guī)程內(nèi)容眾多，單靠文字很難對(duì)規(guī)程內(nèi)容加深影響，不利于試驗(yàn)檢測(cè)人員的繼續(xù)教育?；贐IM三維技術(shù)還原試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)真實(shí)場(chǎng)景，通過(guò)可視化體驗(yàn)的交互課程讓試驗(yàn)檢測(cè)人員在電腦上對(duì)規(guī)范規(guī)程內(nèi)容進(jìn)行模型操作，附加以文字提示和語(yǔ)音提示的方式，讓從業(yè)人員自主學(xué)習(xí)規(guī)范規(guī)程等內(nèi)容，夯實(shí)試驗(yàn)檢測(cè)人員的技術(shù)水平（如圖5）。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，公路工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，且正在經(jīng)歷由人工檢測(cè)向自動(dòng)化檢測(cè)轉(zhuǎn)移的歷程。開展實(shí)驗(yàn)檢測(cè)活動(dòng)的目的在于對(duì)施工過(guò)程質(zhì)量進(jìn)行控制，驗(yàn)證原材料、構(gòu)件、半成品、結(jié)構(gòu)及成品試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果與工程實(shí)體的符合性?；诖?，試驗(yàn)檢測(cè)的成果數(shù)據(jù)與工程建設(shè)過(guò)程中的質(zhì)量、安全等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)貫通才能真正實(shí)現(xiàn)通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)把控施工過(guò)程質(zhì)量。本文著眼于當(dāng)前BIM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，面向試驗(yàn)檢測(cè)中遇到的一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，為基于BIM技術(shù)的試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用指明了方向，分析了BIM技術(shù)與試驗(yàn)檢測(cè)融合應(yīng)用的潛在價(jià)值，為今后基于BIM+IoT技術(shù)的系統(tǒng)搭建提供了思路。

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收稿日期：2020-08-05

作者簡(jiǎn)介：李善英（1979—），女，青海樂(lè)都人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：公路隧道施工、橋梁施工、項(xiàng)目管理。