發布時間：2022-03-11所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 利用建筑信息模型 BIM 實現復雜機電工程安裝過程高效質量管理的潛力已經得到驗證，然而 BIM 質量管理模式下對數據采集不及時和不準確的缺陷卻極大阻礙了其在施工現場的應用。 因此，本文在既有 BIM 施工質量管理模型的基礎上引入了手持設備，利用手持設備實現機
摘 要: 利用建筑信息模型 BIM 實現復雜機電工程安裝過程高效質量管理的潛力已經得到驗證，然而 BIM 質量管理模式下對數據采集不及時和不準確的缺陷卻極大阻礙了其在施工現場的應用。 因此，本文在既有 BIM 施工質量管理模型的基礎上引入了手持設備，利用手持設備實現機電工程安裝過程中質量數據的動態采集以及與 BIM 的質量信息交互，最終結合手持設備在既有 BIM 施工質量管理模型基礎上開發了機電安裝工程的施工現場質量管理系統。 選擇某能源站項目進行應用，結果表明結合手持設備的施工現場質量管理系統能夠提高機電工程安裝過程的質量管理水平，實現了對機電工程施工現場質量信息的實時獲取和質量信息的高效管理。
關鍵詞: 建筑信息模型; 手持設備; 機電安裝工程; 質量管理
目前我國大型復雜工程建設規模不斷增加，隨之需要面臨越來越龐大和復雜的機電管線系統建設壓力。 與此同時，施工質量問題導致人身、財產受到威脅的情況屢見不鮮[1，2] ，因此針對復雜機電管線系統，其施工質量的控制與管理已經成為項目能否成功完成的關鍵部分。 由于建設工程項目自身所特有的一些屬性，往往工程項目施工周期長，而施工過程中的約束條件和不確定因素也較多[3] 。 機電安裝工程作為土木工程建設過程中的重要組成部分，這些特性也同樣存在。 正是由于機電安裝工程存在的這些特征，使得機電工程在安裝過程中往往出現所需遵守的規范繁雜，并且不易查詢[4] ;對機電安裝工程往往重視結果而不重視過程;出現質量問題，權責界定不清晰等現象[5] 。 這些問題的存在使得機電工程質量管理難度大，從而導致質量事故以及用戶不滿意的情況頻繁發生。
根據上述機電工程質量事故成因分析，不少學者開始探索引入新技術、新工具來提升質量管理流程，進而減少質量事故的發生[6~ 8] 。 然而，這些研究并沒有充分利用到設計和施工過程中的信息，陳麗娟[9] 提出了基于 BIM( Building Information Modeling ) 的 POP ( Product、 Organization、 Process)施工質量管理模型，通過 POP 數據結構的建立，將施工任務的施工產品( Product)、責任人(Organization)、施工產品過程(Process)界定清晰，從而最大限度確保施工質量的可控。 然而，由于 BIM 模型操作依賴于高性能計算機，因此大部分數據的產生和獲取被限制在室內條件下，計算機條件下的 BIM 在施工現場可操作性差，極大地阻礙了 BIM 在施工現場的應用[9] 。 因此亟需一個便攜設備用于現場信息采集、傳遞和后臺數據推送媒介。 隨著智能手機的普及和發展，目前智能手機大部分配備有觸摸屏、攝像頭、GPS 等各類傳感器裝置，通過這些裝置，可實現快速的信息收集并隨時進行可視化展示。 文中將手持設備和 BIM 模型相結合，以手持設備作為前臺數據采集端口，而 BIM 則作為后臺施工信息管理端口，并實現前臺數據采集和后臺數據管理的信息交互，實現對機電工程施工質量的全過程管控。
通過分析現有機電安裝工程質量管控流程，發現其中存在的缺陷，而為了彌補其中的缺陷必須要引入信息技術實現對施工質量信息的動態采集。 因此本文在既有 BIM 施工質量管理模型的基礎上引入了手持設備，創建了質量管理方法新模式，改變了質量管理的業務流和數據流，充分發揮了手持設備攜帶方便，操作簡單的特點。 與此同時，也能彌補基于 BIM 的施工質量管理模式對數據采集不及時和不準確的缺點。 最后，該系統在某國博分布式能源站項目中進行了實際應用。
1 機電安裝工程質量管控模式優化
1.1 機電安裝工程質量管控現狀
機電工程相較于土建工程存在一些區別和差異:(1)機電安裝涉及專業種類眾多，且各專業知識基礎差異很大;(2)機電工程的施工首先要配合土建工程進行預留、預埋施工，而后要配合裝飾施工，工程協調困難;(3)機電安裝的所需質量檢測方式多，對質量控制精度要求較高。 通過分析機電工程質量管控的特點，可以發現其質量管控難度較大。
目前，機電工程質量管控普遍由施工方和監理方工程師負責，工作方法粗糙[10] 。 由于缺乏信息化技術的介入，傳統的監理模式對監理工程師本身的主觀判斷過分依賴。 而另一方面，由于機電工程的特點使得其對質量控制要求比較高。 因此，這樣的形勢直接導致了機電工程安裝質量往往達不到設計要求，而機電工程施工質量控制各階段信息也處于碎片狀態，使得機電工程施工質量處于失控狀態。
檢驗批是工程驗收的最小單位，也是分項、分部及單位工程驗收的根據。 因此，在機電工程施工過程質量控制中，往往通過對各檢驗批的有效控制，從而達到全面控制施工質量的目標。 施工現場檢驗批質量驗收流程如圖 1 所示。 可見，在檢驗批質量驗收過程中監理單位占據了很重要的地位。 然而，由于缺乏信息化技術的介入，傳統的監理模式對監理工程師本身的主觀判斷過分依賴。 因此在質量管理過程中要求監理工程師專業水平高、綜合素養好、責任心強，才能夠對施工現場實施有效管控和監督，反之，則很容易在質量監管過程中出現管理漏洞。 因此，對于重大工程、復雜工程、高風險工程，傳統的監理模式就顯得捉襟見肘。
1.2 基于手持設備的機電安裝工程質量管理
如上文所述，為了更好更全面的描述工程質量參與主體、產品質量要求及施工過程等三個因素，陳麗娟[9]引入了三維 POP 質量數據結構，如圖 2 所示。 POP 模型將 3D 建筑產品模型與過程和組織三個因素結合起來，為可視化設計、施工建立了信息更加聯動的質量模型。 相對于傳統方法來說，這種建模方法能更好的支持機電安裝工程質量控制與管理。
而利用 BIM 則能夠將 POP 質量控制信息集成到實體對象中，真正實現了虛擬世界和真實世界 1 ∶ 1 對應的關系，如圖 3 所示。 因此，最終構建了基于 BIM 的 POP 施工質量管理模型，從而最大限度確保施工質量的可控。 對項目各參與方，依托 BIM 質量管理模型，可以準確的記錄質量信息，結合相應的文字信息、圖片、視頻等信息，有效提升現場施工質量記錄準確度。 在 BIM 的輔助下，在三維模型中準確直觀地指出質量管理的對象，大大提升了信息傳遞互動的準確性和效率，并且能夠全面有效地獲取相關質量信息，清楚地掌握到工程整體情況。
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而在建筑工程施工階段，由于施工現場的環境比較復雜、影響因素多，而且施工環境是動態變化的，手持設備這樣便攜式移動終端越來越多地被應用于施工現場管理中。 而針對 BIM 條件下質量管理過程中存在質量信息收集不及時和不準確的問題，在現有 BIM 質量管理模式的基礎上，結合手持設備的應用則能夠很好地予以彌補。 如圖 4 所示，基于手持設備和 BIM 提出了施工現場質量管理的新模式。 其中手持設備的應用可以實現施工現場質量信息的現場取證，提升質量信息采集的準確性和效率，極大程度地避免了現場工程師質量管理的隨意性和自由裁量權。 在質量管理新模式的基礎上，開發了基于手持設備和 BIM 施工現場質量管理系統。
2 機電安裝工程質量管理系統
2.1 系統結構模型
施工現場質量管理系統結構模型如圖 5 所示，由移動端、服務器端和以及 BIM 數據庫 3 部分構成。 用戶利用移動端設備在施工現場電子取證，采集施工質量信息，服務器端作為移動端與 BIM 數據庫的數據接口傳遞質量取證信息，數據庫為 BIM 模型數據庫。 用戶在下圖所示結構模型中能夠利用移動設備對施工現場施工質量信息進行電子取證，并且可以通過服務器端與后臺 BIM 模型進行數據傳遞和更新，據此可以對整個工程質量驗收相關信息進行電子化管理，提高施工質量驗收及質量驗收數據管理的效率。
2.2 系統功能模型
施工現場質量管理系統功能根據應用場景的不同主要分為前臺現場取證與后臺數據管理。 前臺數據采集是指用戶利用手持設備在質量驗收過程中對現場質量相關信息進行采集的過程，而后臺數據管理主要是指用戶利用后臺 BIM 模型對質量驗收信息進行高效管理的過程，如圖 6 所示為系統功能模型。
2.2.1 前臺現場取證
借助現場工程師熟悉施工現場各個環節的優勢，通過施工現場取證的工作手段，把施工過程中重要的隱蔽工程和工藝過程進行“證據保全”，利用現代信息網絡平臺，通過移動終端，第一時間上傳“取證結果”，將施工工藝、過程圖片等信息知會相關方，實現工程建設相關部門、人員對工程項目管理的聯防聯控，確保設計標準、工程質量和施工安全。 以管道標高檢測為例，在取證過程中通過手持設備可以記錄取證過程，并記錄取證時間和取證人員，確保施工現場獲取質量信息的真實準確，如圖 7 所示為利用手持設備現場取證示例。
2.2.2 后臺數據管理
對于質量取證信息的管理，由于涉及到大量的圖片以及文本信息，必須借助于后臺主機進行管理。 依據質量控制點信息結構化列表，能夠實現前臺質量取證信息與后臺 BIM 模型構件之間的關聯。 因此，工程師通過手持設備獲取的質量取證文本和圖片信息能夠在上傳至后臺服務器時自動與相應 BIM 模型構件綁定，最終能夠有效實現項目質量驗收取證信息的數字化管理。
質量控制點是為保證工序質量而確定的重點控制對象、關鍵部位或薄弱環節，是進行質量管理的基本前提工作。 為了實現前臺質量取證信息與后臺 BIM 模型構件之間的關聯必須要對質量控制點進行結構化處理，如表 1 所示為機務工程管道質量控制點結構化列表示例。
3 系統應用實例
武漢國博分布式能源站項目為燃氣三聯供系統的能源站(含燃機間、鍋爐間、制冷機房、水泵房、冷卻塔等)，場地面積約 7100 m 2 ，位于停車場地下負一層。 整個項目由于涉及管線部分構成十分復雜，項目位于地下室，空間場地非常有限。 因此根據武漢國博分布式能源站項目實際情況，施工現場質量管理系統主要側重于施工現場電子取證，質量驗收數據管理。 下面以項目實例詳細介紹施工現場質量管理系統在該項目中的應用情況。
3.1 施工現場電子取證
手持端系統設計如圖 8 所示，該系統界面包括用戶登錄、項目選擇、取證指南、信息錄入、取證列表以及取證信息。 用戶在登錄手機端系統之后，選擇需要取證的項目并且根據取證指南進行現場信息的采集，在錄取取證信息之后可以查詢已完成取證項目，并且可以查詢每一個取證項目的具體信息。
現場工程師通過手持設備可以有效采集施工現場的信息或是對現場工程質量驗收等，并將信息進行上報。 同時，手持設備也可以作為一個信息獲取工具，后臺相關資料也可以上傳到施工現場人員的手持設備中。 從而實現了施工現場場內和場外信息的有效溝通。 通過手持設備對施工現場的電子取證能夠實現對質量控制點的一鍵驗收，提供及時的工程信息反饋。
3.2 質量驗收數據管理
對于分布式能源站質量取證數據的管理，由于涉及到大量的圖片和文本信息，必須借助于后臺主機進行管理。 依據質量控制點信息結構化列表，能夠實現前臺手持采集數據與后臺 BIM 模型構件之間的關聯。 因此，工程師通過手持系統獲取的質量取證文本和圖片信息能夠在上傳至后臺服務器時自動與相應 BIM 模型構件綁定，最終有效實現項目質量驗收取證信息的數字化管理。
如圖 9 所示為后臺質量取證信息 BIM 管理平臺。 圖 9a 所示為分布式能源站 BIM 模型，并且依據結構化之后的質量控制點對其進行了切分。 因此用戶在選中質量控制點關聯的 BIM 構件之后(如圖 9b 所示)，后臺用戶可以實時獲取該構件質量驗收數據，包括現場驗收圖片、驗收人員、驗收時間以及驗收結果等(如圖 9c 所示)。通過 BIM 模型對質量驗收數據的管理，能夠幫助用戶快速掌握工程項目質量管理狀況。
4 結 語
通過對機電安裝工程質量管理模式的充分調研，并針對施工現場質量管理的特點、管理人員的需求，應用移動計算技術和 BIM 技術，建立了基于手持設備和 BIM 的施工現場質量管理新模式。此外，在此基礎上開發了基于手持設備和 BIM 的施工現場質量管理應用系統，并在武漢國博分布式能源站項目中進行了應用，提高了項目管線施工現場質量管理水平，實現了對工程項目管線施工現場質量信息的實時獲取和高效管理。——論文作者：熊超華， 駱漢賓
參 考 文 獻
[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 2014 年房屋市政工程生產安全事故情況通報[EB/ OL]. (2015- 02-13) [ 2018-11-07 ]. http: / / http: / / www. mohurd. gov.cn / zxydt / 201503 / t20150304 220400.html.
[2] 陳 琪. 建筑工程質量控制的關鍵問題研究[ J]. 建材技術與應用， 2006， (6): 73-74.
[3] 仲景冰， 王紅兵. 工程項目管理(第 2 版). 北京: 北京大學出版社， 2012.
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