基于檢驗(yàn)批和BIM的高鐵建設(shè)信息化管理平臺(tái)構(gòu)建

唐 林，劉 恒，楊 柳

(1.西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 信息編碼與傳輸省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 611756; 2.軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，陜西西安 710043; 3.西南交通大學(xué)綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，四川成都 611756)

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的持續(xù)發(fā)展、施工技術(shù)的不斷革新以及工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提升，傳統(tǒng)鐵路施工管理方式越來越難以滿足當(dāng)前鐵路工程施工建設(shè)的要求，研究新穎的管理技術(shù)成為迫切需求。

李鈺[1]等基于BIM數(shù)據(jù)平臺(tái)，綜合運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality)等新型智能化技術(shù)，以施工階段施工人員的安全行為為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建了信息化安全管理體系；王同軍[2]基于BIM技術(shù)闡述了鐵路工程管理平臺(tái)建設(shè)思路，論述了平臺(tái)發(fā)展模式；薛吉崗[3]提出驗(yàn)評(píng)分離、強(qiáng)化檢測(cè)，突出過程控制，強(qiáng)調(diào)合格標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)引入了檢驗(yàn)批概念，較好地解決了一次驗(yàn)收的規(guī)模和范圍大小問題；歐陽新[4]基于鐵路建設(shè)工程檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)的特征，構(gòu)建了一個(gè)檢驗(yàn)批基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，并在該平臺(tái)基礎(chǔ)上將檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)應(yīng)用于施工質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理、投資管理以及物資設(shè)備管理，有效解決了檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及應(yīng)用問題；賈宏[5]分析了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)BIM技術(shù)發(fā)展受阻的主要因素并給出相應(yīng)解決措施。文本基于檢驗(yàn)批和BIM提出構(gòu)建高鐵建設(shè)信息化管理平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和智能化提供設(shè)計(jì)思路。

1 BIM技術(shù)

BIM是建筑設(shè)施項(xiàng)目物理和功能特征的數(shù)字表達(dá)形式，為項(xiàng)目提供完整的、與實(shí)際一致的三維建筑模型。該模型不僅包含幾何信息，同時(shí)也包含了如專業(yè)屬性等非幾何信息。在建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期中，BIM數(shù)據(jù)共享的實(shí)現(xiàn)使得工程技術(shù)人員能夠正確理解各種信息并作出高效應(yīng)對(duì)。不同利益相關(guān)方可在BIM中對(duì)建筑信息進(jìn)行增、刪、改、查來支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與各方建筑主體協(xié)同作業(yè)成為可能，在提高生產(chǎn)效率，節(jié)約設(shè)計(jì)成本和縮短施工工期方面發(fā)揮巨大的作用。

BIM使得建筑項(xiàng)目在整個(gè)生命周期內(nèi)的所有決策都在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，不僅能夠模擬地質(zhì)災(zāi)害避難實(shí)驗(yàn)，還能夠在建筑建造前期對(duì)各個(gè)專業(yè)施工的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，并對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。除此之外，BIM還能夠出具各專業(yè)圖紙及深化圖紙，使工程設(shè)計(jì)表達(dá)更加詳細(xì)。

2 工程質(zhì)量驗(yàn)收中的檢驗(yàn)批

檢驗(yàn)批是新標(biāo)引入的概念，指按同一生產(chǎn)條件或按規(guī)定的方式匯總起來供檢驗(yàn)用的、由一定數(shù)量樣本組成的檢驗(yàn)體。檢驗(yàn)批既是工程質(zhì)量驗(yàn)收的基本單元，同時(shí)也是分項(xiàng)工程的組成部分。在新標(biāo)以前，分項(xiàng)工程一直是工程質(zhì)量驗(yàn)收的基本單元。但是在實(shí)際施工過程中，一個(gè)分項(xiàng)工程往往由于規(guī)模過大、施工周期長(zhǎng)、分布零散，導(dǎo)致不可能一次性完成驗(yàn)收工作。此外，對(duì)多大規(guī)模和范圍內(nèi)的分項(xiàng)工程進(jìn)行一次驗(yàn)收，業(yè)界也沒有具體的規(guī)定，造成了分項(xiàng)工程的驗(yàn)收各行其是，規(guī)模大小相差甚遠(yuǎn)，驗(yàn)收質(zhì)量也參差不齊。檢驗(yàn)批的規(guī)定，很好地解決了驗(yàn)收規(guī)模與范圍大小的問題，為強(qiáng)化驗(yàn)收、過程控制提供方法和手段，保證工程施工質(zhì)量。

在實(shí)際施工項(xiàng)目質(zhì)量驗(yàn)收過程中，相關(guān)技術(shù)人員在檢驗(yàn)批驗(yàn)收記錄表中按規(guī)定填寫具體檢驗(yàn)的驗(yàn)收數(shù)據(jù)并交由經(jīng)理確認(rèn)簽字，這些數(shù)據(jù)不僅可以作為檢驗(yàn)批生效的憑證，同時(shí)還可以為質(zhì)量管理、安全管理以及投資管理提供可靠數(shù)據(jù)支撐。因此，檢驗(yàn)批驗(yàn)收是鐵路建設(shè)工程質(zhì)量驗(yàn)收過程中極其重要的一環(huán)，為鐵路建設(shè)實(shí)現(xiàn)信息化、標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。

3 基于檢驗(yàn)批和BIM的高鐵建設(shè)信息化管理平臺(tái)

本節(jié)主要闡述基于檢驗(yàn)批和BIM的高鐵建設(shè)信息化管理平臺(tái)的建設(shè)方案(圖1)。該管理平臺(tái)主要由基礎(chǔ)管理模塊、BIM管理模塊與檢驗(yàn)批管理模塊構(gòu)成。該平臺(tái)采用B/S(Browser/Server)架構(gòu)，且配套相應(yīng)的移動(dòng)端應(yīng)用程序。移動(dòng)端應(yīng)用程序主要用于在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)完成施工現(xiàn)場(chǎng)記錄表以及檢驗(yàn)批驗(yàn)收記錄表的填寫，督促相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場(chǎng)，確保相關(guān)驗(yàn)收數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠；PC端則涵蓋了三個(gè)模塊，其中基礎(chǔ)管理模塊主要用于網(wǎng)站運(yùn)維人員或系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)站，保證網(wǎng)站的正常運(yùn)作；BIM管理模塊主要用于BIM模型管理操作，通過數(shù)字化技術(shù)對(duì)施工建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)字建模以便其在設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行到拆除整個(gè)全生命周期內(nèi)都能夠充分發(fā)揮作用；檢驗(yàn)批管理模塊主要用于技術(shù)人員在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)后在客戶端規(guī)范錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，以便后續(xù)能夠進(jìn)行相關(guān)分析與應(yīng)用。

客戶端采用前后端分離的方式進(jìn)行開發(fā)，前端開發(fā)采用以Vue為核心的輕量級(jí)框架，并將應(yīng)用部署于Nginx服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)并發(fā)要求；后端開發(fā)以Spring MVC為核心的輕量級(jí)框架Spring Boot作為基礎(chǔ)核心框架，結(jié)合MyBatis及JPA作為MySQL數(shù)據(jù)庫持久層框架，并使用Redis作為緩存容器來設(shè)計(jì)后端應(yīng)用程序并部署在Tomcat服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)與前端頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。移動(dòng)端采用Android開發(fā)，并結(jié)合生物識(shí)別、現(xiàn)場(chǎng)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)快速規(guī)范填寫現(xiàn)場(chǎng)記錄表與檢驗(yàn)批驗(yàn)收記錄表。

圖1 高鐵建設(shè)BIM信息化管理平臺(tái)

3.1 基礎(chǔ)管理模塊

基礎(chǔ)管理模塊是整個(gè)高鐵建設(shè)BIM信息化管理平臺(tái)的基本功能，也是BIM管理模塊與檢驗(yàn)批管理模塊的基石。該模塊主要用于平臺(tái)管理員日常維護(hù)平臺(tái)的正常使用，管理員可在該平臺(tái)上完成用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、工作流程管理、后臺(tái)監(jiān)控等一系列基本功能。

用戶管理主要由用戶管理員新增、修改、刪除各個(gè)用戶的相關(guān)信息；角色管理與權(quán)限管理主要用于約束各個(gè)用戶在使用系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)的身份與權(quán)限，不同的角色擁有不同的權(quán)限設(shè)置，同一用戶可以擁有一個(gè)或多個(gè)角色以便能夠在系統(tǒng)平臺(tái)上執(zhí)行多種操作，比如BIM管理、檢驗(yàn)批管理等；工作流程管理主要用于在日常使用中，系統(tǒng)管理員能夠及時(shí)有效審批各流程，如用戶請(qǐng)假流程審批、驗(yàn)收審批流程審批等，流程得到及時(shí)審批以便后續(xù)相關(guān)工作的進(jìn)行；后臺(tái)監(jiān)控則可以根據(jù)系統(tǒng)的日常使用情況作出相應(yīng)對(duì)策，如定時(shí)任務(wù)可以在特定時(shí)間點(diǎn)完成預(yù)定義任務(wù)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫備份使得系統(tǒng)運(yùn)行有備無患。

3.2 BIM管理模塊

BIM管理模塊利用數(shù)字化技術(shù)，建立虛擬的、與實(shí)際情況一致的建筑工程三維模型供技術(shù)人員使用(圖2)。BIM模型中存儲(chǔ)著各個(gè)構(gòu)件的基本屬性、工程屬性等基本信息，用戶在BIM模型中點(diǎn)擊不同的建筑物即可查看其相應(yīng)的信息。

圖2 BIM模型

BIM管理模塊除了可以實(shí)現(xiàn)基本的模型操作外，還可以在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初模擬災(zāi)后建筑破壞仿真以便設(shè)計(jì)師能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)；災(zāi)害發(fā)生后，可以對(duì)應(yīng)急救災(zāi)物資力量進(jìn)行標(biāo)注，有利于災(zāi)后救援物資的合理分配調(diào)度；也可以對(duì)災(zāi)情進(jìn)行實(shí)時(shí)上報(bào)，做好次級(jí)災(zāi)害發(fā)生防范工作；在建筑設(shè)施正常運(yùn)行使用時(shí)，可以通過在BIM模型各個(gè)構(gòu)件添加相應(yīng)的監(jiān)測(cè)器以實(shí)時(shí)檢測(cè)建筑設(shè)施的運(yùn)行情況，做好各項(xiàng)預(yù)防工作。在建筑設(shè)施施工階段，在BIM模型中可以根據(jù)已修建的建筑模擬建筑施工進(jìn)度，以便施工方能合理作出施工進(jìn)度安排；同時(shí)也可以在BIM模型中實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)物資設(shè)備的定位追蹤，避免物資設(shè)備調(diào)用混亂；此外，在BIM模型中還可以將檢驗(yàn)批驗(yàn)收項(xiàng)目掛屬在各個(gè)構(gòu)件之下，在BIM模型中即可方便地查看各建筑物構(gòu)件檢驗(yàn)批的驗(yàn)收情況，對(duì)初次驗(yàn)收不合格的、需要多次驗(yàn)收的建筑進(jìn)行重點(diǎn)追蹤，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量把關(guān)。

3.3 檢驗(yàn)批管理模塊

檢驗(yàn)批管理模塊按照建設(shè)工程、標(biāo)段、專業(yè)工程、單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程、檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程的順序依次創(chuàng)建檢驗(yàn)批驗(yàn)收項(xiàng)目，即檢驗(yàn)批驗(yàn)收項(xiàng)目掛屬于分項(xiàng)工程，一個(gè)分項(xiàng)工程下可掛屬多個(gè)檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程。為了能更加方便地完成檢驗(yàn)批驗(yàn)收數(shù)據(jù)的錄入工作，檢驗(yàn)批管理模塊不僅僅支持相關(guān)技術(shù)人員在客戶端進(jìn)行操作，同時(shí)也支持在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)使用智能移動(dòng)終端設(shè)備來完成錄入。而施工現(xiàn)場(chǎng)往往很復(fù)雜，同時(shí)也為了督促相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場(chǎng)完成數(shù)據(jù)錄入工作，可以將生物識(shí)別、坐標(biāo)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相結(jié)合達(dá)到高效錄入數(shù)據(jù)的目的。生物識(shí)別技術(shù)具有無法復(fù)制的特性，可以很好地監(jiān)督相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場(chǎng)，通過自身的固有特性，表明當(dāng)前完成數(shù)據(jù)錄入操作人員的身份合法，通常情況下選用指紋識(shí)別來驗(yàn)證操作人員的身份。而坐標(biāo)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換則可以幫助相關(guān)工作人員在施工現(xiàn)場(chǎng)待驗(yàn)收建筑設(shè)施附近快速自動(dòng)篩選出檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程，更加方便地完成驗(yàn)收數(shù)據(jù)的錄入。通常情況下，在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)中往往只有構(gòu)件才具有坐標(biāo)，而檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程僅僅只是邏輯上的抽象，不具有實(shí)際地理坐標(biāo)。所以自動(dòng)篩選檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程的前提條件是施工建設(shè)項(xiàng)目中的每一個(gè)構(gòu)件都有其唯一工程坐標(biāo)且待驗(yàn)收的檢驗(yàn)批項(xiàng)目掛屬在某一個(gè)構(gòu)件下。因此檢驗(yàn)批管理功能的實(shí)現(xiàn)還依賴于工程實(shí)體結(jié)構(gòu)樹。工程實(shí)體結(jié)構(gòu)樹的實(shí)現(xiàn)按照檢驗(yàn)工程、標(biāo)段、工區(qū)、工點(diǎn)、構(gòu)件的順序依次創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)構(gòu)件都包含其在施工建設(shè)項(xiàng)目中的坐標(biāo)。在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)中，當(dāng)相關(guān)技術(shù)人員通過指紋識(shí)別驗(yàn)證其身份后，移動(dòng)端后臺(tái)請(qǐng)求定位服務(wù)獲得其在施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際經(jīng)緯度，通過高斯-克呂格投影轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)，并與建設(shè)工程下所有構(gòu)件的坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)歐氏距離篩選出一定范圍內(nèi)的所有構(gòu)件，進(jìn)而篩選出對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程并返回至移動(dòng)端供相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行操作。自動(dòng)篩選檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程的流程如圖3所示。圖4所示是移動(dòng)端通過坐標(biāo)定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換自動(dòng)篩選出檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程結(jié)果。

圖3 自動(dòng)篩選檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程流程

4 結(jié)論

本文提出以檢驗(yàn)批的規(guī)定和BIM為核心技術(shù)的高速鐵路建設(shè)信息化管理平臺(tái)建設(shè)方案，該方案采用可視化方式為建設(shè)項(xiàng)目在整個(gè)生命周期內(nèi)的所有決策提供可靠依據(jù)；引入檢驗(yàn)批概念，對(duì)項(xiàng)目驗(yàn)收規(guī)模和大小作出限制，使驗(yàn)收過程更精確有效。同時(shí)，指紋識(shí)別和現(xiàn)場(chǎng)定位的結(jié)合能夠督促相關(guān)技術(shù)人員親臨施工現(xiàn)場(chǎng)快速完成驗(yàn)收數(shù)據(jù)錄入。

圖4 自動(dòng)篩選檢驗(yàn)批驗(yàn)收工程結(jié)果