BIM和激光掃描的裝配式建造管理與質(zhì)量控制研究

汪國輝

摘 要：在開展裝配式建造管理質(zhì)量控制工作的過程中，要想最大限度的保證質(zhì)量，BIM思想和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用必不可少。本文首先對裝配式建造管理與質(zhì)量控制工作的主要內(nèi)容進行了研究，其次研究了在相關(guān)工作的開展過程中BIM思想和激光掃描技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實價值，最后從裝配式建造管理工作的開展與質(zhì)量控制工作的開展兩個角度出發(fā)分別研究了BIM思想和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用策略。在此基礎(chǔ)上，希望能夠最大限度地發(fā)揮BIM和激光掃描的積極價值。

關(guān)鍵詞：BIM;激光掃描;裝配式建造管理;質(zhì)量控制

中圖分類號：TU756;TU712.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）07-0109-04

Abstract： In the process of quality control of assembly construction management， the application of BIM and laser scanning technology is necessary to ensure the quality to the maximum extent. In this paper， the main contents of assembly construction management and quality control were studied firstly， then the BIM idea and the practical value of laser scanning technology in the process of related work were studied. Finally， the BIM idea and the application strategy of laser scanning technology were studied from the two aspects of the development of assembly construction management and quality control. On this basis， we hope to maximize the positive value of BIM and laser scanning.

Keywords： BIM;laser scanning;assembly construction management;quality control

相對于傳統(tǒng)的建造方式，裝配式建造方式不僅對精度具有較高的要求，而且對結(jié)構(gòu)構(gòu)架的要求同樣較高。在此情況下，如果不及時對建造管理方式及質(zhì)量控制模式進行調(diào)整，裝配式建造管理工作的質(zhì)量就會受到嚴重影響。針對這一情況，浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院相關(guān)專業(yè)人員經(jīng)過研究，嘗試將BIM思想引入其中，對原有管理方式進行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用激光掃描技術(shù)，提升裝配式建造工作的精度，從而真正實現(xiàn)建造效率與建造質(zhì)量的整體提升，為后續(xù)工作的開展打下良好的基礎(chǔ)。

1 裝配式建造管理與質(zhì)量控制工作的主要內(nèi)容

工程建設(shè)是一個十分復雜的系統(tǒng)，其中蘊含著多個不同的階段，包括初期的規(guī)劃和設(shè)計工作、中期的施工建造工作和后期的運營維護和拆除工作。從現(xiàn)階段的情況來看，我國企業(yè)在開展項目管理工作的過程中依然采用傳統(tǒng)模式，即先期設(shè)計、中期招標、后期建造的模式，負責相關(guān)工作的各方都需要與業(yè)主簽訂職責履行合同，各個階段的工作處于相對獨立的狀態(tài)，缺乏聯(lián)系是一個普遍存在的問題[1]。與此同時，近幾年，國家根據(jù)實際情況出臺了很多與裝配式建筑相關(guān)的指導意見。從生產(chǎn)方式來講，裝配式建筑因效率高、周期短等優(yōu)勢成為近幾年建筑行業(yè)的一個研究熱點問題。從現(xiàn)階段的研究情況來看，模塊化設(shè)計、產(chǎn)品體系、可持續(xù)設(shè)計方面的研究有了長足的進步，但是，新型信息技術(shù)管理和管理精細化方面的研究還相對較為缺乏。從裝配式體系建造的過程來講，管理工作不僅要針對建造進度和建造流程展開，還要對相關(guān)工作流程進行細分，具體需要覆蓋生產(chǎn)階段、運輸階段、倉儲階段、安裝階段。裝配式體系全生命周期管理流程如圖1所示。

與此同時，從質(zhì)量控制的角度來講，以往裝配構(gòu)建都采用手動檢查的方式，最常用的方式包括卷尺測量和全站儀測量。但是，這兩種方法僅限于對線性材料進行測量，而對于一些復雜的構(gòu)件，則很難達到理想的測量效果。

2 在裝配式建造管理與質(zhì)量控制工作中應(yīng)用BIM和激光掃描技術(shù)的現(xiàn)實意義

2.1 使行業(yè)的數(shù)字化程度、信息化程度、協(xié)同化程度都有較大幅度的提升

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種全新的建筑信息化思想，無論是在行業(yè)的發(fā)展中，還是在實際應(yīng)用過程中，都已經(jīng)成為一個熱點話題。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，其對精細度的要求也在逐漸提升，對此，BIM技術(shù)的應(yīng)用價值也得到了更多人的認可[2]。通過BIM的實際應(yīng)用，建筑行業(yè)在生產(chǎn)過程中的數(shù)字化程度、信息化程度、協(xié)同化程度都有了較大幅度的提升?，F(xiàn)階段，國內(nèi)建筑行業(yè)在應(yīng)用BIM思想的過程中，三維信息模型的碰撞檢查、生成、展示是最主要的領(lǐng)域，但是，相關(guān)思路的建立依然處在起步階段。我國之所以在BIM應(yīng)用方面落后于其他國家，主要是因為：第一，采用傳統(tǒng)方式對現(xiàn)澆工作進行管理難度較高，環(huán)節(jié)較多，建造范式無法實現(xiàn)全面統(tǒng)一;第二，在開展BIM管理過程中，軟件和方法都存在不成熟的問題，致使設(shè)計人員所設(shè)計的三維信息模型無法滿足現(xiàn)實需要。

2.2 使信息化建造模式的實用性得到大幅度提升

在采用裝配式體系進行建造的過程中，統(tǒng)一裝配是最常用的方式。這種方式最早用于工業(yè)領(lǐng)域，是信息化管理的雛形，其在一定程度上為BIM管理模式的推廣提供了可能。但是，在此過程中，統(tǒng)一裝配的方式也對裝配過程的精確性和結(jié)構(gòu)構(gòu)建的質(zhì)量提出了更高的要求，相比于以往，信息化建造模式不僅能很好地滿足裝配過程的精確性高要求，同時也能夠減少大量的人力勞動強度，具有較高的實用性。從現(xiàn)階段的情況來看，在檢測安裝效果以及評價裝配構(gòu)件質(zhì)量的過程中，人工處理測量是最常用的方式。采用這種方式不僅要耗費大量時間，而且會影響測量精度。要解決上述問題，激光掃描技術(shù)是一個十分重要的手段。其不僅具有高效的特點，而且在質(zhì)量控制方面也有著十分積極的現(xiàn)實意義，還能實現(xiàn)對建造活動的實時跟蹤。在實際應(yīng)用過程中，激光掃描系統(tǒng)主要通過對現(xiàn)場的3D點云模型進行掃描，在此基礎(chǔ)上，達到獲取設(shè)計模型的目的，通過精細匹配的方式明確建造誤差。從裝配式建筑自身來講，估算鋼筋位置、評估缺陷、控制混凝土板件的加工尺寸、保證位置構(gòu)建的平整度是最主要的研究方面。但是，從實際的角度上分析，研究結(jié)果并未與信息化建造管理過程的結(jié)果融合到一起，致使數(shù)字化質(zhì)量檢測的優(yōu)勢發(fā)揮十分有限。在裝配式建造過程中應(yīng)用激光掃描技術(shù)，將BIM思想和檢測結(jié)果有機融合到一起，能使信息化建造模式的實用性得到大幅度提升。

3 裝配式建造過程中BIM和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

3.1 裝配式建造過程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在實際應(yīng)用過程中，相比于傳統(tǒng)的基于二維紙質(zhì)媒介傳遞建筑信息的方式，BIM技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)勢。其通過將裝配構(gòu)件、技術(shù)設(shè)備、管理人員和管理軟件有機聯(lián)系到一起，能夠充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，提升建造效率[3]。學者張建平對我國施工實際需要進行研究，針對BIM技術(shù)實際應(yīng)用過程中的系統(tǒng)流程、技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)對措施等方面提出了自己的見解;同時，與BIM系統(tǒng)為基礎(chǔ)研究了輔助軟件4D系統(tǒng)。其他學者也從各個方面進行了研究，有學者對裝配式建筑建造的特點進行研究，從射頻識別技術(shù)出發(fā)，采取BIM思想展開建造工作;還有研究人員分析了傳統(tǒng)建造過程中存在的問題，借助BIM思想對施工建造總體的平臺架構(gòu)進行了調(diào)整，明確了施工工作具體的流程;還有學者研究了裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)過程，對具體的生產(chǎn)流程和控制要點進行說明，建立了完善的流程模型。

從整體來看，在裝配式建造工作的開展過程中引入BIM模型，能夠有效提升各方的協(xié)同性?，F(xiàn)階段，在開展裝配式建造工作的過程中，BIM模型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩方面：第一，對裝配式構(gòu)建的要點進行描述和梳理，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)流程的信息化;第二，借助RFID技術(shù)追蹤裝配構(gòu)件，在此基礎(chǔ)上，將BIM模型應(yīng)用到實際施工流程中。

3.2 裝配式建造過程中激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

通過BIM的方式進行裝配式建造，在一定程度上解決了二維圖紙效率慢的問題，但是對于建造過程中各個節(jié)點的情況依然缺乏足夠的關(guān)注。在這樣的情況下，就需要利用到三維激光掃描技術(shù)，對物體外表面掃描進行數(shù)字化記錄，在此過程中，全面整合BIM流程。

BIM模型具有高效性的特點，激光掃描技術(shù)具有精確性的特點。將兩者結(jié)合引入裝配式體系建造中是一種新的裝配式建造途徑。國內(nèi)很多工程項目的施工過程中都引入了這一思想，工程效益大幅度提升。例如：在對大小井特大橋鋼管汞肋進行拼裝的過程中，技術(shù)人員通過三維激光掃描技術(shù)與BIM模型進行了虛擬預拼裝，大幅度提升了后期整體拼裝的效率。然而，現(xiàn)階段我國研究人員所做的探索更多的是進行綜合運用，具體包括在地形建模領(lǐng)域的應(yīng)用和在基坑掃描中的應(yīng)用等。

4 裝配式管理控制過程中BIM和激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

4.1 裝配式管理控制過程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在應(yīng)用BIM技術(shù)進行裝配式管理控制的過程中，能夠形成一個可視化信息管理平臺，這一信息管理平臺具有可落地的特點[4]。本次研究中，研究人員將自行開發(fā)實踐和企業(yè)調(diào)研有機融合到一起，在管理平臺框架的設(shè)計過程中包含項目管理、模型轉(zhuǎn)換、ID管理、質(zhì)量控制、進度追蹤、實時狀態(tài)6個模塊。要想提升建造過程管理的整體效益，質(zhì)量控制和ID管理工作的開展是重點。質(zhì)量控制工作的開展過程中，各個方面都有所涉及。具體框架構(gòu)成如圖2所示。

4.2 裝配式管理控制過程中激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

在裝配式管理控制工作的開展過程中，激光掃描技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，其一方面能夠?qū)芾砜刂企w系進行掃描，另一方面能夠?qū)ρb配式構(gòu)件進行有效掃描，在此基礎(chǔ)上，獲取被測對象的相關(guān)數(shù)據(jù)，從不同的建造階段出發(fā)，采取點云處理的方式進行計算，明確構(gòu)件之間的誤差，最后，將檢測所獲得的數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)中[5]。整體過程大致可以分為三個方面，即點云數(shù)據(jù)處理、確定掃描系統(tǒng)以及確定掃描策略。

實際掃描過程中，需要覆蓋全部點云數(shù)據(jù)。通常情況下，對形狀規(guī)則的梁柱進行掃描的過程中，只需要依據(jù)其伸展方向?qū)χ髅孢M行掃描即可。但是對于相對復雜的構(gòu)件來說，則需要從各個方向分別進行掃描，在此基礎(chǔ)上，保證數(shù)據(jù)的完整性，避免質(zhì)量問題，實現(xiàn)質(zhì)量管理控制。例如，如果板件的厚度較小，對其中一個面進行掃描就可以對整個構(gòu)件的情況進行判斷。通常，在安裝裝配式體系構(gòu)件和生產(chǎn)相關(guān)構(gòu)件的過程中，批量操作是最常用的方式，合理選擇掃描策略能夠大大節(jié)約掃描時間，提升掃描效率，在此基礎(chǔ)上，為后續(xù)點云處理工作的展開打下良好的基礎(chǔ)。如此，達到對裝配過程以及構(gòu)件質(zhì)量進行質(zhì)量控制的目標，保證問題發(fā)現(xiàn)的及時性，避免質(zhì)量問題的進一步擴大。

本次研究中，研究人員就從裝配式體系出發(fā)，從質(zhì)量控制和建造過程的流程管理兩個方面進行了研究，使激光掃描數(shù)字化質(zhì)量控制和BIM信息化思路有機地融合到了一起，對傳統(tǒng)的建造管理方法進行優(yōu)化。通過激光掃描技術(shù)和BIM信息化思路的合理應(yīng)用，實時對項目進展進行更新，在此基礎(chǔ)上，真正達到追蹤項目質(zhì)量的目標。管理方法的優(yōu)勢具體見表1。

5 結(jié)語

在對裝配式建造工作的開展進行管理以及質(zhì)量控制的過程中，BIM思想和激光掃描技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，通過兩者的充分融合，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)建造效率的提升，另一方面對于建造精確性的提升也有著十分積極的現(xiàn)實意義。

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