基于BIM- XR 的地下綜合管廊工程施工質(zhì)量精益化控制研究

劉 靖

（武漢城市職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢）

引言

綜合管廊建設(shè)的目的在于：第一，解決施工質(zhì)量差、地表塌陷、地表擠壓等可能會(huì)引起的一系列安全問(wèn)題；第二，解決由于沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)劃與管理，造成了多次鋪裝施工中不能協(xié)調(diào)一致的問(wèn)題[1]；第三，解決由于對(duì)地下資源的無(wú)序利用和無(wú)償利用，造成了地下空間的供需矛盾。作為維護(hù)城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，綜合管廊承擔(dān)著對(duì)地下空間進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和管理的功能[2]。我國(guó)政府從政策上積極推進(jìn)了城市地下綜合管廊建設(shè)與管理。地下綜合管廊由于其具有線(xiàn)性、多學(xué)科、高綜合性等特點(diǎn)，基于其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前，這一課題已經(jīng)逐步成為一個(gè)熱門(mén)課題。但是，目前在具體的建設(shè)施工中還存在一些問(wèn)題，如“信息孤島”、“施工邊界”模糊、各工序之間的銜接不暢、信息存檔方式落后等[3]。對(duì)此，下述進(jìn)行基于BIM-XR 的地下綜合管廊工程施工質(zhì)量精益化控制的研究。

1 工程概況

以某地下綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目為例，針對(duì)其進(jìn)行施工過(guò)程中的質(zhì)量精益化控制[4]。進(jìn)入廊道的管道為10 kV 電力管道，除此之外，還包含通信管道、給水管道等。圖1 為地下綜合管廊工程施工標(biāo)準(zhǔn)段剖面圖。

圖1 地下綜合管廊工程施工標(biāo)準(zhǔn)段剖面圖

2 基于BIM-XR 的地下綜合管廊工程施工質(zhì)量精益化控制

2.1 基于BIM-XR 的精益化控制總流程

基于BIM-XR 的精益化控制總流程見(jiàn)圖2，在施工過(guò)程中，采用BIM-XR 技術(shù)對(duì)施工圖紙進(jìn)行會(huì)審，對(duì)管道進(jìn)行防撞試驗(yàn)，防止出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。在事中控制階段，通過(guò)對(duì)比方案，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布局的仿真，達(dá)到最優(yōu)分配資源的目的，防止出現(xiàn)后續(xù)返工的情況[5]。在事后控制階段，主要進(jìn)行對(duì)各類(lèi)資源的管理以及對(duì)失效模式的管理，將事故信息匯總，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為后續(xù)相類(lèi)似工程項(xiàng)目提供借鑒。

圖2 基于BIM-XR 的精益化控制總流程

2.2 事前控制

在事前進(jìn)行圖紙管理：在對(duì)甲方的圖紙進(jìn)行BIM建模之后，圖紙中存在的標(biāo)號(hào)錯(cuò)誤，部件缺失、錯(cuò)、漏、碰、缺等問(wèn)題比較多。用BIM-XR 來(lái)檢查平面，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。從而有效地規(guī)避了大量的安全隱患，為科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)施工方案提供了有力的依據(jù)[6]。

在建筑工程中，利用BIM 技術(shù)對(duì)建筑工程進(jìn)行質(zhì)量控制是一個(gè)非常有意義的環(huán)節(jié)。在Navisworks中，將Revit 模型導(dǎo)入到Navisworks 中，當(dāng)所有的類(lèi)別元素都?xì)w入類(lèi)別樹(shù)之后，再依次對(duì)它們執(zhí)行沖突檢測(cè)。編寫(xiě)測(cè)試結(jié)果的報(bào)告，并做相應(yīng)的改進(jìn)。在糾正之后，再重新檢查一遍，反復(fù)幾次，直到所有的矛盾問(wèn)題都得到解決[7]。

該項(xiàng)目共探測(cè)到了1 650 次的碰撞。以沖突發(fā)生的原因和重要程度為依據(jù)，將BIM 中出現(xiàn)的問(wèn)題分類(lèi)，并針對(duì)BIM 中出現(xiàn)的沖突提出有針對(duì)性的改進(jìn)意見(jiàn)。從而提高了管道優(yōu)化的效率，使得管道的質(zhì)量問(wèn)題能夠提前避免，減少了返工，達(dá)到了檢驗(yàn)的目的。

運(yùn)用BIM 技術(shù)，分別按照建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電三個(gè)方面對(duì)真實(shí)的工程項(xiàng)目進(jìn)行建模，然后進(jìn)行整合。組織每一個(gè)參與各方，對(duì)每一個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)展開(kāi)討論，最后，在BIM-XR 的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一套質(zhì)量精益化控制方案，并對(duì)施工組織進(jìn)行一次全面的模擬，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化、修正，最后選擇出最優(yōu)方案，從而避免發(fā)生質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)[8]。圖3 和圖4 分別表示兩種不同的吊車(chē)方案在BIM-XR 中的模擬場(chǎng)景。

圖3 吊車(chē)方案一在BIM-XR 中的模擬場(chǎng)景

圖4 吊車(chē)方案二在BIM-XR 中的模擬場(chǎng)景

通過(guò)對(duì)比兩種吊車(chē)方案，確定施工現(xiàn)場(chǎng)的間隔位置，合理規(guī)劃人-車(chē)進(jìn)出流線(xiàn)，減少人機(jī)質(zhì)量安全事故發(fā)生概率。上述內(nèi)容均可以通過(guò)XR 設(shè)備進(jìn)行虛擬操作。

2.3 事中控制

針對(duì)施工物資的事中控制的主要目的是要保證物料供應(yīng)商所提供物料的品質(zhì)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，并保證物料的及時(shí)供應(yīng)。例如，在這個(gè)平臺(tái)上，我們可以直接生成一個(gè)表格，將各種材料分類(lèi)匯總后，在特定的查詢(xún)條件下，每個(gè)規(guī)格型號(hào)的庫(kù)存量增加、減少等數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。也可使用BIM-XR 平臺(tái)對(duì)物料需求計(jì)劃和實(shí)際消耗進(jìn)行比較分析。在施工過(guò)程中，對(duì)施工質(zhì)量的控制可以結(jié)合BIM-XR 平臺(tái)，在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)挖深度、占地面積指標(biāo)系數(shù)、管線(xiàn)彎曲程度、工程經(jīng)濟(jì)性等多方面指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工效果的量化評(píng)價(jià)。結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果，采取更加合理的措施進(jìn)行控制。其中開(kāi)挖深度指標(biāo)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出：

式中：K 代表開(kāi)挖深度；H1代表相交管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面外徑；H2代表相交管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面高度；h 代表系數(shù)。占地面積指標(biāo)系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出：

式中：S 代表占地面積指標(biāo)系數(shù)；D1、D2代表兩個(gè)相交管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度；A 代表占地面積。管線(xiàn)彎曲程度可根據(jù)管道轉(zhuǎn)彎需求層數(shù)、管道數(shù)量等參數(shù)之間的關(guān)系得出：

式中：C 代表管線(xiàn)彎曲程度；n 代表管道轉(zhuǎn)彎需求層數(shù)；Ei代表管道數(shù)量；nj代表規(guī)定規(guī)格的管道數(shù)量；W代表管道彎曲度總和/90°的比值。工程經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為：

式中：G 代表工程經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；L0代表交叉范圍內(nèi)管廊不加寬中心線(xiàn)的長(zhǎng)度；L 代表管廊中心線(xiàn)長(zhǎng)度之和。

在該工程中，有多個(gè)塔吊交叉作業(yè)。為了保證工程進(jìn)度，達(dá)到對(duì)工程質(zhì)量的精細(xì)控制，在此基礎(chǔ)上，利用BIM-XR 模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)條件的模擬。通過(guò)對(duì)吊車(chē)與吊車(chē)之間的相互影響，和對(duì)物料的處理，在時(shí)間和空間上發(fā)現(xiàn)與施工人員、施工部件和設(shè)備的矛盾，以避免質(zhì)量和安全的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在該地點(diǎn)也安裝了攝像機(jī)。在需要進(jìn)行監(jiān)控的位置上布置攝像頭，能夠在平臺(tái)上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況進(jìn)行遠(yuǎn)程的觀察。

BIM-XR 協(xié)同控制平臺(tái)一般包括了兩個(gè)部分：一個(gè)是移動(dòng)端，另一個(gè)是網(wǎng)頁(yè)端。它的管理流程是：一旦現(xiàn)場(chǎng)的工作人員找到了質(zhì)量問(wèn)題，就會(huì)把這些問(wèn)題以圖片、文字、聲音的形式呈現(xiàn)出來(lái)。利用移動(dòng)設(shè)備將其輸入到BIM-XR 平臺(tái)，利用XR 設(shè)備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)感，有助于對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證和分析，從而確保質(zhì)量控制的順利進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目經(jīng)理可以及時(shí)掌握施工進(jìn)度，指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)的改進(jìn)工作，從而提高施工質(zhì)量。在BIM-XR 平臺(tái)上輸入有關(guān)人員、設(shè)備、物料的相關(guān)資料。在施工過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)，資源和數(shù)據(jù)信息也在不斷地流動(dòng)。在流動(dòng)的過(guò)程中，隨著數(shù)據(jù)資源的不斷增加，會(huì)形成一個(gè)閉合的流程，以推動(dòng)建筑增值活動(dòng)的展開(kāi)。在BIM-XR 平臺(tái)上，模擬和分析了建筑的施工環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)質(zhì)量信息的動(dòng)態(tài)分析，為項(xiàng)目管理者進(jìn)行科學(xué)的決策、實(shí)施精細(xì)化的質(zhì)量管理，達(dá)到精細(xì)化管理的目的。

2.4 事后控制

在施工質(zhì)量控制的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的文本、圖表、視頻等數(shù)據(jù)資料，在BIM-XR 平臺(tái)上，能夠?qū)⑸鲜鰯?shù)據(jù)文件進(jìn)行及時(shí)的整合，從而達(dá)到對(duì)施工過(guò)程中的質(zhì)量檢查和管理，例如對(duì)數(shù)據(jù)的記錄、設(shè)計(jì)更改、隱蔽檢查等。因?yàn)锽IM-XR 平臺(tái)聯(lián)系著現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，所以，該軟件可以按照施工數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行匯總和整理，從而構(gòu)建出一個(gè)完整的、可追溯的施工文檔信息體系，為竣工前的檢查數(shù)據(jù)提供依據(jù)。

在工程施工步驟結(jié)束之后，對(duì)其是否達(dá)到了質(zhì)量精益化控制的目的進(jìn)行判斷，如果達(dá)到了，那么就將其上傳到BIM-XR 管控平臺(tái)，并對(duì)其進(jìn)行更新，與此同時(shí)，還會(huì)對(duì)相關(guān)的部件展開(kāi)監(jiān)控。定期對(duì)相關(guān)工藝進(jìn)行巡視，如果質(zhì)量信息有了改變，可以通過(guò)BIM-XR平臺(tái)來(lái)提示，針對(duì)這一過(guò)程中可能出現(xiàn)的品質(zhì)問(wèn)題，通過(guò)平臺(tái)基于警示。當(dāng)判定為失效時(shí)，在需要從失效的嚴(yán)重程度、產(chǎn)生原因等多方面對(duì)其進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)與打分。結(jié)合得到的評(píng)價(jià)結(jié)果，判定輕重緩急，確定對(duì)問(wèn)題處理的優(yōu)先順序，并通過(guò)BIM-XR 平臺(tái)將最終制定的方案顯示。最后，對(duì)整改效果進(jìn)行分析和總結(jié)，并將其錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，供同類(lèi)問(wèn)題借鑒。

在此基礎(chǔ)上，利用BIM-XR 平臺(tái)，對(duì)該項(xiàng)目的裝備質(zhì)量信息進(jìn)行了實(shí)時(shí)的改進(jìn)與更新。有關(guān)設(shè)備的信息主要包括：生產(chǎn)廠(chǎng)家信息、設(shè)備規(guī)格信息、設(shè)備安裝流程信息等。在設(shè)備的管理過(guò)程中，一旦出現(xiàn)了問(wèn)題，則通過(guò)BIM-XR 平臺(tái)可以追溯到相應(yīng)的負(fù)責(zé)人。在設(shè)備施工時(shí)，要將施工時(shí)間，驗(yàn)收記錄，驗(yàn)收人員等信息輸入對(duì)應(yīng)的零件，該BIM-XR 平臺(tái)涵蓋了設(shè)備和零件施工全過(guò)程的施工質(zhì)量信息。使所有相關(guān)的人員都能了解到設(shè)備的具體情況，例如設(shè)備的型號(hào)和安裝情況，從而使設(shè)備的維護(hù)和管理更加方便。

結(jié)束語(yǔ)

此次研究受武漢城市職業(yè)學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃資助在BIM-XR 的應(yīng)用下，地下綜合管廊工程施工質(zhì)量精益化控制應(yīng)用優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：

（1）通過(guò)BIM-XR 對(duì)地下綜合管廊的實(shí)際施工過(guò)程進(jìn)行仿真，可以在施工之前，清楚地展現(xiàn)出工程的施工過(guò)程、關(guān)鍵工藝、組織規(guī)劃，讓各參與者對(duì)設(shè)計(jì)理念有一個(gè)全面的了解。通過(guò)對(duì)工程項(xiàng)目的質(zhì)量和安全教育，使建筑工人對(duì)施工過(guò)程有較好的認(rèn)識(shí)，對(duì)施工過(guò)程有較好的認(rèn)識(shí)，對(duì)施工過(guò)程有較好的規(guī)范，對(duì)質(zhì)量有較高的認(rèn)識(shí)。

（2）與地下綜合管廊施工的特點(diǎn)相結(jié)合，可以使用視頻動(dòng)畫(huà)、沉浸式體驗(yàn)等手段，對(duì)其展開(kāi)可視化、精細(xì)化的施工方案模擬和技術(shù)交底?？梢暬坏准夹g(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)仿真尤其是管道布置具有顯著的作用，可以有效地減少返工風(fēng)險(xiǎn)，減少資源浪費(fèi)，確保工程質(zhì)量。

（3）以BIM-XR 為基礎(chǔ)，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的資源和信息流進(jìn)行整合，加強(qiáng)了項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的信息管理，提升了項(xiàng)目的協(xié)作效率，減少了很多沒(méi)有價(jià)值的活動(dòng)。同時(shí)，數(shù)字化的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，也為后期的運(yùn)營(yíng)和管理提供了有利的條件，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。