基于BIM技术的人工挖孔桩质量控制方法

中国建筑第八工程局有限公司西南分公司 成都 610041

1 工程概况

重庆来福士广场项目施工总承包工程（B标段），项目位于长江与嘉陵江交汇处的朝天门，包括整体3层地下室、6层裙房、8个塔楼及连接其中4个塔楼的观景天桥。总建筑面积约1.13×106m2（包含市政配套设施），地上建筑总高度350 m。

工程共含有人工挖孔桩数为1 075根，桩型主要有抗压桩、抗拔桩、既抗拔又抗压桩、抗滑桩。形状分为圆形桩和椭圆形桩，直径从1 000～5 800 mm不等。

项目地质情况复杂，桩型多样，含有大直径的巨型人工挖孔桩，在施工过程质量控制方面提出了很高的要求，本项目利用BIM技术的双向利用实现了人工挖孔桩的实测实量，达到了施工过程质量控制的目的。

2 人工挖孔桩质量控制难点

人工挖孔桩传统工艺中质量检测主要为人工检测，本项目位于重庆市朝天门地区，地质情况比较复杂，同时受2条江（嘉陵江、长江）影响较大，所以针对本项目，人工挖孔桩质量控制具有以下5个重、难点[1,2]：

1）本工程地质情况复杂，桩底标高较多，不易控制。

2）工程地处两江交汇处，水文条件波动较大，需要进行实时监控，综合管理。

3）对于巨型桩尺寸检查、垂直度测定、裂隙监控等实时测量工作量大。

4）井下作业条件恶劣，人工检测危险性比较大。

5）传统交底方式不够彻底，工人施工易出现质量问题。

3 传统质量控制方法

传统的质量检测主要为人工实测，需要人工持续操作检测工具才能得到检测数据，在检测过程中人力花费大、作业环境差。同时检测工具的偶然误差和设备误差难以控制，导致检测数据波动较大。

4 基于BIM技术的检测方法

本文基于BIM技术提出双向利用的质量控制方法。具体控制思路如图1所示。

图1 控制思路示意

4.1 模型指导施工方向

相比传统的“二维图纸设计—现场施工”模式，BIM技术在建筑项目全生命周期管理即BLM中的应用，其包括设计阶段、施工阶段、验收阶段、运维阶段。就人工挖孔桩施工阶段而言，主要从技术交底的控制、质量控制点的设置、施工工序等方面进行质量控制。BIM技术利用建模软件针对项目人工挖孔桩构建实体模型（图2），便于现场作业人员理解，方便图纸会审及技术交底；4D虚拟施工使现场作业人员不用结合多张二维图纸进行构想三维实体，而是直接通过图片或模型虚拟施工就可直观地理解质量控制关键点。人人都能看懂模型，全员参与项目质量控制，大大提高了质量控制有效性。

4.2 点云模型与BIM设计模型对比检测

通过3D激光扫描仪对现场正在施工的人工挖孔桩进行扫描（图3），形成具有数据信息的点云模型，点云模型就是对现有的人工挖孔桩实体进行三维建模，为节省人力、物力和时间，所以就将实体放进一个激光三维扫描仪，在计算机中生成一个实体，这个实体就叫点云模型，用于进一步的建模和编辑。该提取实体模型的过程也称为逆向施工过程。

图2 桩基BIM模型

图3 3D激光扫描仪现场使用情况

将点云模型导入原BIM设计模型，与设计模型对比，查看误差。因为点云模型与现场实体完全一致，包含有人工挖孔桩的所有几何信息：桩长尺寸、桩径尺寸、垂直度、孔内是否存在裂隙等。

3D激光扫描仪具有以下特点：

1）高效性。3D激光扫描仪采用激光进行扫描，每站次用时3～6 min，即可扫描包含实体的所有几何信息。

2）精确性。激光扫描具有较高精度，本项目使用仪器精度为：距离精度（标准差）为 2 mm，角度分辨率0.009°，φ3 mm光斑，完全满足施工精度要求。

3）便携性。本项目采用的扫描仪尺寸为24 cm×20 cm×10 cm。仪器携带方便、架设容易，同时在低光、无光环境下不影响其使用效果，特别适合桩孔下的测量，对环境适应性强，节省了人力。

5 基于BIM技术的质量控制优势

众多的建筑项目质量控制方法只是项目质量控制的工具而已，生产工具代表生产力，而科学技术是第一生产力。随着信息技术和建筑复杂化的发展，项目质量控制方法与日俱增。在政府、房地产、设计院和软件开发商的极力推广下，BIM技术应用到越来越多的建筑项目管理当中，实践证明，BIM技术取得了良好的社会和经济效益。在人工挖孔方面，BIM技术相比传统技术拥有以下几点优势[3,4]：

1）BIM技术改变了信息获取和传递途径，避免了“质量信息孤岛”。相比于传统根据设计二维图纸—人工技术交底—现场工人施工的过程，BIM技术通过可视化的三维模型使技术交底清晰化，更加便利易懂。同时通过对现场实体的数据采集，让点云模型与BIM模型进行对比，使得现场质量信息与设计信息交互对比，形成动态的信息交流模式。

2）BIM技术忠实于质量基础信息、质量记录、处理信息。在现场提取模型的过程就是日常监测的过程，可以达到真正的数字化实测实量，同时数据信息以模型的数据信息得以保存，具有连续性和可追溯性，对于质量的过程控制和结果控制都具有重要意义。

3）BIM技术实现4D模拟施工，加强了事前质量控制。通过施工工序、施工要点模拟，让现场管理人员和劳务工人清晰地了解施工工艺和质量要求，大幅度避免了由于交底不仔细而导致的质量问题。

4）BIM技术加强协调质量管理体系。在施工过程中，涉及到的专业、岗位众多，BIM信息的易移植性和易修改性加强了各个专业的协同合作，不同岗位可及时反映信息、处理信息及同步信息[5]。

6 基于BIM技术的质量控制发展展望

本文中主要以人工挖孔桩的质量控制阐述了BIM技术在质量控制方面的应用。其应用过程已经使人工挖孔桩质量控制方法和效果有了明显提升。不过BIM技术在国内还在初期阶段，未被大面积使用，处于政府、软件开发商、大型设计院、房地产公司及施工单位推广阶段；在学术研究方面，BIM技术也成为研究的热点，但大多只进行定性研究，只有少数才进行定量研究。相信在未来BIM技术可以在建筑施工质量控制方面与传统技术相结合，从而提高信息的集成化。正因如此，BIM技术还具有很大的研究和应用价值。