基于BIM技術(shù)的智能化道路施工監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建研究

摘 要：BIM技術(shù)近年來(lái)從理論到落地應(yīng)用，對(duì)建設(shè)施工項(xiàng)目中各項(xiàng)智能化進(jìn)展提供助力，利用建筑信息模型（BIM）技術(shù)建設(shè)智能化道路施工監(jiān)控系統(tǒng)，以提高道路施工的效率和質(zhì)量。基于此，以BIM技術(shù)應(yīng)用背景下施工管控系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用進(jìn)行分析，依托濟(jì)南市工業(yè)北路快速路東延（郭店立交至大正路）道路建設(shè)工程項(xiàng)目提出建設(shè)方案，為今后同類型工程開(kāi)展提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；施工管控系統(tǒng)；道路施工；智能化

中圖分類號(hào)：TU71" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2024）04-0064-03

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加速和交通流量的增加，道路施工的復(fù)雜性和難度也在不斷加大。為了提高道路施工的效率和質(zhì)量，需要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)、智能的監(jiān)控和管理。而傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)往往只能提供簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄和事后分析，無(wú)法滿足現(xiàn)代道路施工的需求。因此，研究如何利用BIM技術(shù)構(gòu)建智能化道路施工監(jiān)控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)狀道路施工監(jiān)控系統(tǒng)分析

當(dāng)前施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在以下缺陷與不足：①監(jiān)控范圍有限，施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通常只能監(jiān)控一定范圍內(nèi)的場(chǎng)景，一旦超出這個(gè)范圍，監(jiān)控效果就會(huì)大打折扣，這主要是因?yàn)楸O(jiān)控設(shè)備的安裝位置和數(shù)量有限，無(wú)法覆蓋整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)。②圖像質(zhì)量不佳，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，存在大量的灰塵、煙霧和光線等因素，這些因素都可能影響監(jiān)控設(shè)備的圖像質(zhì)量。監(jiān)控設(shè)備的分辨率和清晰度也可能影響圖像質(zhì)量。③存儲(chǔ)能力不足，施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量的視頻和圖像數(shù)據(jù)，但很多系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力有限，無(wú)法滿足實(shí)際需求。一旦存儲(chǔ)空間不足，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)刪除舊數(shù)據(jù)，導(dǎo)致重要信息的丟失。④報(bào)警功能不完善，施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通常具有報(bào)警功能，但在實(shí)際應(yīng)用中，很多系統(tǒng)的報(bào)警閾值設(shè)置不合理、報(bào)警信息不準(zhǔn)確等問(wèn)題都可能導(dǎo)致誤報(bào)或漏報(bào)[1]。項(xiàng)目實(shí)景如圖1所示。

2 融合BIM技術(shù)的智能化道路施工監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)探索

以濟(jì)南市工業(yè)北路快速路東延（郭店立交至大正路）道路建設(shè)工程項(xiàng)目為例，本工程位于濟(jì)南市歷城區(qū)、高新區(qū)，工程西起工業(yè)北路高架終點(diǎn)（郭店立交以西），東至大正路以東，全長(zhǎng)約13 km。項(xiàng)目涉及高架橋梁施工、橋梁頂升施工、綜合管廊施工、雨污水施工、路基路面級(jí)附屬工程施工、地道施工、擋墻施工、綜合管線施工等，施工范圍大、作業(yè)內(nèi)容多、地下管線復(fù)雜、施工強(qiáng)度高、各種料物與機(jī)械需要量大，多個(gè)施工隊(duì)伍同時(shí)作業(yè)，專業(yè)多、綜合性強(qiáng)，對(duì)人員組織機(jī)構(gòu)管理、施工技術(shù)能力及專業(yè)管理水平有很高的要求[2]。

為確保工程的順利建設(shè)，項(xiàng)目自主搭建數(shù)字化智慧工地云平臺(tái)，以智慧化、工業(yè)化和綠色化為目的，將BIM技術(shù)作為應(yīng)用基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)為信息采集手段，以物理信息系統(tǒng)為核心平臺(tái)，將GIS+BIM、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與先進(jìn)的工程建造技術(shù)相融合，通過(guò)形象化展示、虛擬建造、輔助決策、協(xié)同互動(dòng)等信息化手段，對(duì)建設(shè)過(guò)程中全生命周期做精細(xì)化和智能化管理，提供橋梁道路管廊綜合工程信息化、智能化解決方案，推動(dòng)市政建設(shè)智能化進(jìn)步。

2.1 基于BIM技術(shù)對(duì)施工過(guò)程中人員動(dòng)態(tài)實(shí)施監(jiān)控

常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)出發(fā)點(diǎn)是基于對(duì)人行為的監(jiān)控，本項(xiàng)目在市區(qū)施工，周邊存在較為成熟的商業(yè)和住宅，人流量大，上跨高速，下穿鐵路，安全系數(shù)高，需常規(guī)布設(shè)的監(jiān)控點(diǎn)多，需要的管理人員多，且本身工程量大，施工人員多，各方交叉作業(yè)多。參建人員數(shù)量的龐大，對(duì)工程管理方的人員管理提出了新的問(wèn)題。

借助BIM技術(shù)搭設(shè)虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)，將人員定位實(shí)時(shí)展示在虛擬現(xiàn)場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)范圍內(nèi)人員行為的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，有以下3個(gè)優(yōu)勢(shì)：①加強(qiáng)對(duì)人員出勤考核。因本項(xiàng)目施工范圍較大，不能做全封閉處理，對(duì)于人員考勤不能做準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，BIM技術(shù)配合安裝于安全帽內(nèi)的GPS定位設(shè)備，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)全模擬展現(xiàn)，輔助電子圍欄實(shí)現(xiàn)虛擬全封閉效果，做到無(wú)死角、無(wú)遺漏監(jiān)控人員，智能化監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)角落，方便管理人員隨時(shí)查看施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的情況。②輔助問(wèn)題溯源。智能化監(jiān)控系統(tǒng)可以記錄施工現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，將該作業(yè)工序的作業(yè)人員、作業(yè)時(shí)間記錄于BIM模型中，克服常規(guī)監(jiān)控只能模糊判定作業(yè)人員信息的不足，為事后追溯提供證據(jù)，有利于責(zé)任追溯和事故處理。③促進(jìn)協(xié)作。常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)僅能做遠(yuǎn)程觀察人員作業(yè)狀態(tài)，而本項(xiàng)目結(jié)合BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)的智能化監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)在線遠(yuǎn)程指揮各部門(mén)協(xié)作，確保各環(huán)節(jié)高效配合，共同維護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全和秩序。虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)圍欄如圖2所示。

2.2 基于BIM技術(shù)對(duì)施工進(jìn)度實(shí)施監(jiān)控

項(xiàng)目建設(shè)中常因多種因素，客觀因素（拆遷、天氣、占道）或主觀因素（材料、人員調(diào)配），導(dǎo)致進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際工程實(shí)施進(jìn)度出現(xiàn)偏差，若這些偏差如果沒(méi)有及時(shí)糾偏，便會(huì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度造成些許工期延誤。在本項(xiàng)目建設(shè)中，為實(shí)現(xiàn)市政道路“高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量”的建設(shè)總要求，項(xiàng)目自主搭建的數(shù)字化智慧工地云平臺(tái)，在融合相關(guān)項(xiàng)目信息的基礎(chǔ)上，用BIM技術(shù)將施工實(shí)際進(jìn)度和建筑項(xiàng)目模型綁定，參建單位可通過(guò)對(duì)項(xiàng)目里程碑節(jié)點(diǎn)設(shè)置，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度，隨時(shí)掌控項(xiàng)目進(jìn)度[3]。

實(shí)施進(jìn)度管理時(shí)借助傳統(tǒng)3D模型獲得工作網(wǎng)絡(luò)圖，然后將施工過(guò)程用動(dòng)態(tài)模型的形式展現(xiàn)出來(lái)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均會(huì)在模型時(shí)間點(diǎn)體現(xiàn)。管理人員通過(guò)對(duì)實(shí)際施工進(jìn)度、計(jì)劃施工進(jìn)度實(shí)施對(duì)比分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度，配合模型按照施工工序?qū)嵤┻M(jìn)度考核。配合監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確分析出工序進(jìn)度以及拖延問(wèn)題產(chǎn)生的具體原因，幫助管理部門(mén)及時(shí)掌握問(wèn)題處理關(guān)鍵點(diǎn)，這對(duì)于進(jìn)度管理而言極為有利。此外，利用模型還可快速展開(kāi)工程量信息提取，能夠?yàn)楣こ塘拷y(tǒng)計(jì)提供可靠支持，便于實(shí)施管理考核，可為定期業(yè)務(wù)報(bào)量以及分包審核等工作的開(kāi)展提供更多有利依據(jù)。工序監(jiān)控如圖3所示。

2.3 基于BIM技術(shù)對(duì)施工質(zhì)量實(shí)施監(jiān)控

施工質(zhì)量管理首要便是對(duì)材料質(zhì)量的把控，在材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)，通過(guò)智能識(shí)別技術(shù)對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果上傳BIM模型庫(kù)，做到入場(chǎng)有登記，使用位置可溯源。如鋼筋進(jìn)場(chǎng)時(shí)，以圖像處理技術(shù)為核心，自動(dòng)、快速獲取鋼筋質(zhì)量、平行度及間距，實(shí)現(xiàn)鋼筋工程的快速檢查。混凝土進(jìn)場(chǎng)時(shí)，通過(guò)攝像機(jī)對(duì)混凝土坍落度檢測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并自動(dòng)記錄到BIM模型中。

對(duì)施工過(guò)程中的質(zhì)量管控，除了對(duì)材料加強(qiáng)監(jiān)控，還包括以下方面：①加強(qiáng)過(guò)程控制。對(duì)施工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和隱蔽工程進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，確保施工符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理質(zhì)量問(wèn)題。②做好成品保護(hù)。對(duì)已完成的工程進(jìn)行保護(hù)，避免因后續(xù)施工或其他因素造成損壞，確保工程質(zhì)量和安全。③施工質(zhì)量監(jiān)控的要點(diǎn)在于全面、系統(tǒng)、科學(xué)地進(jìn)行質(zhì)量管理和控制，才能確保工程質(zhì)量。施工質(zhì)量監(jiān)控如圖4所示。

2.4 基于BIM技術(shù)對(duì)施工安全實(shí)施監(jiān)控

安全重于泰山，在本項(xiàng)目使用的數(shù)字化智慧工地云平臺(tái)中，采用BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的方式，對(duì)可能發(fā)生安全事故的進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。具體實(shí)施步驟為：根據(jù)施工圖紙和相關(guān)數(shù)據(jù)，建立項(xiàng)目BIM模型，模型包括建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)的信息，為后續(xù)的安全管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[4]。并在BIM模型中標(biāo)記施工過(guò)程中的各種安全隱患，如高處作業(yè)、交叉作業(yè)、機(jī)械設(shè)備操作等，通過(guò)BIM模型可以提前識(shí)別這些風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

根據(jù)BIM模型識(shí)別的安全隱患，制定對(duì)應(yīng)的安全管理方案，方案包括安全培訓(xùn)、安全檢查、安全防護(hù)等方面的內(nèi)容，按照制定的安全管理方案，在施工過(guò)程中實(shí)施安全管理。如定期進(jìn)行安全檢查，確保施工設(shè)備、安全設(shè)施等符合規(guī)范要求，對(duì)施工人員開(kāi)展安全培訓(xùn)，提高安全意識(shí)和操作技能。

在施工過(guò)程中，通過(guò)BIM模型實(shí)時(shí)監(jiān)控施工安全情況。一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，可以及時(shí)調(diào)整安全管理方案，確保施工安全，在發(fā)生事故時(shí)利用BIM模型快速定位事故地點(diǎn)，制定應(yīng)急處理方案。利用BIM模型的信息共享功能，協(xié)調(diào)各方資源，盡快處理事故。

通過(guò)以上方法，借助BIM技術(shù)對(duì)施工安全進(jìn)行的科學(xué)管理，在提高施工效率的同時(shí)，降低事故發(fā)生率。項(xiàng)目結(jié)束后復(fù)盤(pán)整體安全管理工作，對(duì)安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充完善，可為其他項(xiàng)目同類系統(tǒng)建設(shè)提供參考學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)與數(shù)字化智慧工地云平臺(tái)的深度融合，為本項(xiàng)目施工監(jiān)控體系的建設(shè)與發(fā)展提供了契機(jī)，全面實(shí)現(xiàn)施工全程可視化管理，通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型，將施工過(guò)程中存在的施工難點(diǎn)以及施工安全隱患在數(shù)據(jù)平臺(tái)中展示出來(lái)，施工管控系統(tǒng)就可以根據(jù)施工難點(diǎn)以及施工安全隱患存在的地方，進(jìn)行針對(duì)性的施工管控工作開(kāi)展，建立施工應(yīng)急方案，降低施工安全事故發(fā)生的概率，推動(dòng)施工行業(yè)科學(xué)化不斷進(jìn)步。

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收稿日期：2024-01-19

作者簡(jiǎn)介：張楠（1981—），男，山東泰安人，工程師，研究方向：工程施工技術(shù)管理。