BIM技術在公路工程試驗檢測中的應用

摘? 要：隨著我國公路工程建設規模的不斷壯大，工程質量的重要性逐漸引起人們的關注。工程質量關系著廣大人民群眾的生命及財產安全，而試驗檢測是保證公路工程質量控制的重要環節之一。通過各種技術手段來加強公路工程試驗檢測的質量控制對保證公路工程的質量和安全是十分必要的。近年來，BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技術在公路工程設計、建設、管理階段已經有了廣泛的應用，但BIM技術在試驗檢測中的應用還處于初步研究階段，更缺少項目實踐案例。本文通過對試驗檢測數據與BIM模型數據的結合進行研究，分析了BIM模型在試驗檢測業務中的價值以及基于BIM技術的試驗檢測系統架構的搭建思路，為試驗檢測數據融入BIM集成數據平臺提供了思路。

關鍵詞：BIM;試驗檢測;IoT;WBS

中圖分類號：U415.12? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

0引言

隨著現代信息技術和計算機技術的發展，建筑信息模型（Building Information Modeling）作為計算機輔助設計（CAD）領域的一項新理念和新技術，正受到國內外相關科研機構和企業的關注。BIM技術是一項應用于工程設計、建造、管理的數字化工具，通過模型實現對建設過程信息的整合，在項目策劃、設計、建造、運維的全生命周期過程中進行數據傳遞和共享，幫助建設各參與方對各類工程信息作出正確理解和高效應對，為設計、施工、運營單位提供高效協同工作的基礎，提高整個行業的集約性，進而提高整個行業的生產效率。[1]

當前BIM技術已經從概念普及進入到了應用普及階段。隨著中交一公院在“BIM正向設計”方面的嘗試和全國范圍內BIM團隊對“BIM+GIS可視化綜合管理平臺”的研發以及公路行業嘗試通過BIM技術來實現工程數據從設計到建造過程的信息貫通，解決了行業信息交換數據孤島問題。BIM技術作為一種數據集成技術手段，信息的集成和完善少不了試驗檢測業務數據的支撐，而試驗檢測也將會借助“BIM+IOT”等技術手段，為公路工程質量及保證人民生命和財產安全提供保障。

1 研究背景及意義

近年來，我國已將BIM技術提升為國家戰略性、前瞻性技術來研究。繼2015年國務院發布《中國制造2025》和住房城鄉建設部發布《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》后，交通運輸部印發《交通運輸重大技術方向和技術政策》的通知，把BIM技術列為十大重大技術方向和技術政策之首。2017年3月，交通運輸部發布《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》，明確提出推進建筑信息模型（BIM）技術在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理全生命周期的應用。隨著“新基建”的大力推進和5G時代的到來，信息化、智能化將是未來的趨勢。而對于公路建設行業來說，行業信息化轉型升級，實現節能減排，降本增效迫在眉睫。BIM技術在規劃、設計、施工、運維全產業鏈創新應用中起到了引領作用，進而推動了BIM技術、無人機、云GIS技術、物聯網（Internet of Things，IOT）、移動互聯網等數字技術與公路工程建設的融合與創新發展。

從整個行業角度來看，BIM技術的應用已經成為各大企業實現建造三維化、信息化、數字化的重要方式，BIM技術的推廣應用已經成為建筑業不可阻擋的趨勢。對于復雜而龐大的公路工程建設項目而言，傳統的工程項目管理手段和質量管理手段以無法滿足當前時代的要求，如何解決公路工程建設過程中信息堵塞、管理效率低等問題？如何在漫長的建設過程中保證試驗檢測數據真實有效？如何將試驗檢測數據與質量管理數據打通，及時發現公路工程建設中的質量隱患？如何實現工程項目可視化精細化管理？BIM技術作為一種數據集成應用手段，為上述問題提供了解決思路。在BIM數據集成的環境下，試驗檢測業務數據該如何融入到以BIM為數據主干的業務數據流中，基于BIM的數據集成又會為試驗檢測帶來什么效益，以及試驗檢測職業人員該如何融入、學習和應用BIM技術，本文以下內容將圍繞這三個問題展開[2]。

2 試驗檢測業務數據與BIM數據結合

在公路工程的建設過程中，工程質量直接關系到交通行業的安全性，因此在建設過程中，需要采取適當的措施來加強工程建設質量。而試驗檢驗工作的施行，可以有效提高公路工程的建設質量，因此其屬于整個工程建設中必不可少的一環。

傳統的試驗檢測管理，采用手工記錄方式從事具體試驗操作及出具試驗記錄和報告，工作量大、試驗數據部分失真、試驗記錄漏洞多、效率低。同時，最關鍵的問題還體現在：建設單位（業主）、監理單位和施工單位的管理不在一個頻道上，有時完全以個人意愿來管理工地試驗檢測工作，各自為政，信息不共享！因此，工程質量難以得到保障。

“BIM+IOT”技術的使用，為上述試驗檢測現場中遇到的問題提供了全新的解決方案。隨著BIM技術的發展，建筑的靜態數據（BIM模型、圖紙、交付文檔、GIS數據等）云端化已經得到了很好的解決。但對于建造過程質量的管控和試驗檢測數據的分析，是一個動態的過程，單單靠BIM無法解決建造過程動態數據的存儲與管理。當前隨著物聯網技術（IoT）、云平臺技術的出現，為上述問題的解決提供了很好的技術方法。如圖1，試驗檢測基礎數據的收集，有些可以通過云技術開發軟件，試驗人員手動填報進行收集，有些試驗檢測基礎數據，則可以通過IoT硬件設備實現自動收集與數據實時上傳云平臺[3]。

研究發現：整個公路工程項目管理的核心業務領域，都是通過WBS作為基準來劃分的。因為質量、安全、進度、成本、分包、計量，都是和WBS綁定的，包括BIM模型，最后要在業務場景中用起來，必須要賦予WBS的屬性，并去與業務數據進行關聯和交互。公路工程建設過程中，試驗內容包括：78個測定土基本性質的土工試驗項目，27個土工合成材料試驗，50種集料試驗，35種結合料試驗，98種瀝青及瀝青混合料試驗，15種巖石試驗，41種水泥及水泥混凝土試驗。檢測內容包括：橋梁現場檢測，路基路面現場檢測，隧道現場檢測，機電系統現場檢測。試驗檢測的數據結果絕大部分都會通過WBS工程分解與現場施工部分進行關聯，故試驗檢測數據與BIM模型進行關聯和交互的關鍵在于WBS，WBS分解是業務核心也是數據核心。[4]

利用“BIM+IoT”技術，在BIM模型基礎上，研發試驗檢測“信息化端應用”，可將公路工程試驗檢測標準化業務表單信息通過軟件和IoT硬件設備自動采集，經過匯總、分析、出具相關試驗表單，將試驗檢測結果表單數據與BIM模型進行連接，實現在可視化環境下對原材料和檢測結果的可視化追溯。以WBS為主線，串聯BIM模型數據與試驗檢測數據。通過模型可視化的方式可以在BIM數據平臺中對工程部位試驗結果進行動態的可視化監控，并通過模型對試驗不合格部位進行報警處置，提高項目建設工程質量?；贐IM的試驗檢測可視化平臺，如圖2所示。

3 基于BIM的試驗檢測系統架構

BIM+IoT可視化管理系統可作為模型可視化和數據可視化的看板，其主要價值是為項目管理活動提供核心管控指標及可視化的管理支持，輔助管理層控制、追蹤、決策。BIM+IoT在試驗檢測中的整個服務架構自上而下可分為：服務層、數據層和業務層，如圖3所示。業務層通過IoT和云技術，實時高效收集實驗室和現場檢測的基礎試驗數據，將這些試驗數據上傳到云端，與BIM模型、現場生產等數據結合，在云端提供現場與實驗室的數據。在這樣的數據集成服務框架下，原材料從進場報驗、留樣試驗、最終到材料的現場使用，都在云端留有痕跡和通過BIM模型可追溯查看，提高了試驗檢測數據收集與分析的效率[5]。

BIM+IoT在試驗檢測中，可實現實時采集數據、端到端的通訊、綜合數據智能分析，優化運行控制與預警報警。利用BIM+IoT技術，可實現材料質量及工程質量的可追溯性，打通施工現場與實驗室的信息壁壘，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量和材料質量，更好的保障公路工程質量，解決工程建設中有些單位在材料上動手腳，或以次充好等行業亂象。

4 BIM技術融入試驗檢測職業人員繼續教育

BIM技術和IoT技術會對公路工程試驗檢測帶來一定變革，但現階段此項技術的應用尚處在初級階段，怎么通過BIM+IoT技術實現原材料和現場工程質量的可追溯和試驗數據的共享還有很長的路要走，而當務之急是解決人才問題。公路工程試驗檢測行業所需的BIM人才可分三類：即BIM在試驗檢測行業標準制定人才、應用工具開發人才以及技術應用人才（如圖4所示）。量變會引起質變，要解決上述人才問題，一定要加強試驗檢測從業人員對BIM技術的通識學習和對專業知識的學習，在整個行業人才基數上孵化上述三類人才的培養，最終實現BIM+IoT技術在試驗檢測中的應用。[6]

BIM技術融入試驗檢測職業人員繼續教育，可從以下兩方面入手：（1）開設《BIM技術在試驗檢測中的應用》大講壇課程，從零基礎了解BIM技術和學習BIM技術在解決試驗檢測中的前沿應用，通過此課程給試驗檢測從業人員開啟一扇窗，引導其發揮自主能動性不斷探索學習，填充上述三種人才的不足。（2）研發基于BIM模型的各類試驗檢測規范規程的可視化交互技術管理類課程。目前，“全國公路水運工程試驗檢測人員網絡平臺”的學習課程多為傳授說教式，試驗檢測規范規程內容眾多，單靠文字很難對規程內容加深影響，不利于試驗檢測人員的繼續教育?；贐IM三維技術還原試驗室和現場檢測真實場景，通過可視化體驗的交互課程讓試驗檢測人員在電腦上對規范規程內容進行模型操作，附加以文字提示和語音提示的方式，讓從業人員自主學習規范規程等內容，夯實試驗檢測人員的技術水平（如圖5）。

5 結語

近年來，公路工程試驗檢測技術發展迅速，且正在經歷由人工檢測向自動化檢測轉移的歷程。開展實驗檢測活動的目的在于對施工過程質量進行控制，驗證原材料、構件、半成品、結構及成品試驗檢測結果與工程實體的符合性?；诖?，試驗檢測的成果數據與工程建設過程中的質量、安全等業務數據，利用BIM技術進行數據貫通才能真正實現通過試驗檢測把控施工過程質量。本文著眼于當前BIM技術的應用和發展趨勢，面向試驗檢測中遇到的一些問題和挑戰，為基于BIM技術的試驗檢測技術的應用指明了方向，分析了BIM技術與試驗檢測融合應用的潛在價值，為今后基于BIM+IoT技術的系統搭建提供了思路。

參考文獻

[1]裴非飛，胡鉑.基于BIM技術的建筑原材料追溯及試驗檢測數據共享[J].建筑施工，2019，41（2）：305-307.

[2]吳焜.基于BIM的橋梁檢測信息管理與智能評估系統[D].廈門：廈門大學，2018.

[3]趙月平.淺析公路工程試驗檢測工作[J].黑龍江交通科技，2005，28（3）：86-87.

[4]朱麗萍，金栩豪.公路工程試驗檢測常見問題及解決對策[J].建筑工程技術與設計，2017（8）：1504.

[5]孫睿.高速公路工程試驗檢測管理信息系統研究[D].廣州：廣東工業大學，2014.

[6]劉好德.公路工程試驗檢測與質量檢驗評定一體化系統研究與開發[D].長沙：長沙理工大學，2004.

收稿日期：2020-08-05

作者簡介：李善英（1979—），女，青海樂都人，本科，高級工程師，研究方向：公路隧道施工、橋梁施工、項目管理。