BIM技术在公路工程试验检测中的应用

摘  要：随着我国公路工程建设规模的不断壮大，工程质量的重要性逐渐引起人们的关注。工程质量关系着广大人民群众的生命及财产安全，而试验检测是保证公路工程质量控制的重要环节之一。通过各种技术手段来加强公路工程试验检测的质量控制对保证公路工程的质量和安全是十分必要的。近年来，BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling）技术在公路工程设计、建设、管理阶段已经有了广泛的应用，但BIM技术在试验检测中的应用还处于初步研究阶段，更缺少项目实践案例。本文通过对试验检测数据与BIM模型数据的结合进行研究，分析了BIM模型在试验检测业务中的价值以及基于BIM技术的试验检测系统架构的搭建思路，为试验检测数据融入BIM集成数据平台提供了思路。

关键词：BIM;试验检测;IoT;WBS

中图分类号：U415.12   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）09-0000-00

0引言

随着现代信息技术和计算机技术的发展，建筑信息模型（Building Information Modeling）作为计算机辅助设计（CAD）领域的一项新理念和新技术，正受到国内外相关科研机构和企业的关注。BIM技术是一项应用于工程设计、建造、管理的数字化工具，通过模型实现对建设过程信息的整合，在项目策划、设计、建造、运维的全生命周期过程中进行数据传递和共享，帮助建设各参与方对各类工程信息作出正确理解和高效应对，为设计、施工、运营单位提供高效协同工作的基础，提高整个行业的集约性，进而提高整个行业的生产效率。[1]

当前BIM技术已经从概念普及进入到了应用普及阶段。随着中交一公院在“BIM正向设计”方面的尝试和全国范围内BIM团队对“BIM+GIS可视化综合管理平台”的研发以及公路行业尝试通过BIM技术来实现工程数据从设计到建造过程的信息贯通，解决了行业信息交换数据孤岛问题。BIM技术作为一种数据集成技术手段，信息的集成和完善少不了试验检测业务数据的支撑，而试验检测也将会借助“BIM+IOT”等技术手段，为公路工程质量及保证人民生命和财产安全提供保障。

1 研究背景及意义

近年来，我国已将BIM技术提升为国家战略性、前瞻性技术来研究。继2015年国务院发布《中国制造2025》和住房城乡建设部发布《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》后，交通运输部印发《交通运输重大技术方向和技术政策》的通知，把BIM技术列为十大重大技术方向和技术政策之首。2017年3月，交通运输部发布《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》，明确提出推进建筑信息模型（BIM）技术在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理全生命周期的应用。随着“新基建”的大力推进和5G时代的到来，信息化、智能化将是未来的趋势。而对于公路建设行业来说，行业信息化转型升级，实现节能减排，降本增效迫在眉睫。BIM技术在规划、设计、施工、运维全产业链创新应用中起到了引领作用，进而推动了BIM技术、无人机、云GIS技术、物联网（Internet of Things，IOT）、移动互联网等数字技术与公路工程建设的融合与创新发展。

从整个行业角度来看，BIM技术的应用已经成为各大企业实现建造三维化、信息化、数字化的重要方式，BIM技术的推广应用已经成为建筑业不可阻挡的趋势。对于复杂而庞大的公路工程建设项目而言，传统的工程项目管理手段和质量管理手段以无法满足当前时代的要求，如何解决公路工程建设过程中信息堵塞、管理效率低等问题？如何在漫长的建设过程中保证试验检测数据真实有效？如何将试验检测数据与质量管理数据打通，及时发现公路工程建设中的质量隐患？如何实现工程项目可视化精细化管理？BIM技术作为一种数据集成应用手段，为上述问题提供了解决思路。在BIM数据集成的环境下，试验检测业务数据该如何融入到以BIM为数据主干的业务数据流中，基于BIM的数据集成又会为试验检测带来什么效益，以及试验检测职业人员该如何融入、学习和应用BIM技术，本文以下内容将围绕这三个问题展开[2]。

2 试验检测业务数据与BIM数据结合

在公路工程的建设过程中，工程质量直接关系到交通行业的安全性，因此在建设过程中，需要采取适当的措施来加强工程建设质量。而试验检验工作的施行，可以有效提高公路工程的建设质量，因此其属于整个工程建设中必不可少的一环。

传统的试验检测管理，采用手工记录方式从事具体试验操作及出具试验记录和报告，工作量大、试验数据部分失真、试验记录漏洞多、效率低。同时，最关键的问题还体现在：建设单位（业主）、監理单位和施工单位的管理不在一个频道上，有时完全以个人意愿来管理工地试验检测工作，各自为政，信息不共享！因此，工程质量难以得到保障。

“BIM+IOT”技术的使用，为上述试验检测现场中遇到的问题提供了全新的解决方案。随着BIM技术的发展，建筑的静态数据（BIM模型、图纸、交付文档、GIS数据等）云端化已经得到了很好的解决。但对于建造过程质量的管控和试验检测数据的分析，是一个动态的过程，单单靠BIM无法解决建造过程动态数据的存储与管理。当前随着物联网技术（IoT）、云平台技术的出现，为上述问题的解决提供了很好的技术方法。如图1，试验检测基础数据的收集，有些可以通过云技术开发软件，试验人员手动填报进行收集，有些试验检测基础数据，则可以通过IoT硬件设备实现自动收集与数据实时上传云平台[3]。

研究发现：整个公路工程项目管理的核心业务领域，都是通过WBS作为基准来划分的。因为质量、安全、进度、成本、分包、计量，都是和WBS绑定的，包括BIM模型，最后要在业务场景中用起来，必须要赋予WBS的属性，并去与业务数据进行关联和交互。公路工程建设过程中，试验内容包括：78个测定土基本性质的土工试验项目，27个土工合成材料试验，50种集料试验，35种结合料试验，98种沥青及沥青混合料试验，15种岩石试验，41种水泥及水泥混凝土试验。检测内容包括：桥梁现场检测，路基路面现场检测，隧道现场检测，机电系统现场检测。试验检测的数据结果绝大部分都会通过WBS工程分解与现场施工部分进行关联，故试验检测数据与BIM模型进行关联和交互的关键在于WBS，WBS分解是业务核心也是数据核心。[4]

利用“BIM+IoT”技术，在BIM模型基础上，研发试验检测“信息化端应用”，可将公路工程试验检测标准化业务表单信息通过软件和IoT硬件设备自动采集，经过汇总、分析、出具相关试验表单，将试验检测结果表单数据与BIM模型进行连接，实现在可视化环境下对原材料和检测结果的可视化追溯。以WBS为主线，串联BIM模型数据与试验检测数据。通过模型可视化的方式可以在BIM数据平台中对工程部位试验结果进行动态的可视化监控，并通过模型对试验不合格部位進行报警处置，提高项目建设工程质量。基于BIM的试验检测可视化平台，如图2所示。

3 基于BIM的试验检测系统架构

BIM+IoT可视化管理系统可作为模型可视化和数据可视化的看板，其主要价值是为项目管理活动提供核心管控指标及可视化的管理支持，辅助管理层控制、追踪、决策。BIM+IoT在试验检测中的整个服务架构自上而下可分为：服务层、数据层和业务层，如图3所示。业务层通过IoT和云技术，实时高效收集实验室和现场检测的基础试验数据，将这些试验数据上传到云端，与BIM模型、现场生产等数据结合，在云端提供现场与实验室的数据。在这样的数据集成服务框架下，原材料从进场报验、留样试验、最终到材料的现场使用，都在云端留有痕迹和通过BIM模型可追溯查看，提高了试验检测数据收集与分析的效率[5]。

BIM+IoT在试验检测中，可实现实时采集数据、端到端的通讯、综合数据智能分析，优化运行控制与预警报警。利用BIM+IoT技术，可实现材料质量及工程质量的可追溯性，打通施工现场与实验室的信息壁垒，保证合格的原材料用到指定的工程部位，从源头上保证工程质量和材料质量，更好的保障公路工程质量，解决工程建设中有些单位在材料上动手脚，或以次充好等行业乱象。

4 BIM技术融入试验检测职业人员继续教育

BIM技术和IoT技术会对公路工程试验检测带来一定变革，但现阶段此项技术的应用尚处在初级阶段，怎么通过BIM+IoT技术实现原材料和现场工程质量的可追溯和试验数据的共享还有很长的路要走，而当务之急是解决人才问题。公路工程试验检测行业所需的BIM人才可分三类：即BIM在试验检测行业标准制定人才、应用工具开发人才以及技术应用人才（如图4所示）。量变会引起质变，要解决上述人才问题，一定要加强试验检测从业人员对BIM技术的通识学习和对专业知识的学习，在整个行业人才基数上孵化上述三类人才的培养，最终实现BIM+IoT技术在试验检测中的应用。[6]

BIM技术融入试验检测职业人员继续教育，可从以下两方面入手：（1）开设《BIM技术在试验检测中的应用》大讲坛课程，从零基础了解BIM技术和学习BIM技术在解决试验检测中的前沿应用，通过此课程给试验检测从业人员开启一扇窗，引导其发挥自主能动性不断探索学习，填充上述三种人才的不足。（2）研发基于BIM模型的各类试验检测规范规程的可视化交互技术管理类课程。目前，“全国公路水运工程试验检测人员网络平台”的学习课程多为传授说教式，试验检测规范规程内容众多，单靠文字很难对规程内容加深影响，不利于试验检测人员的继续教育。基于BIM三维技术还原试验室和现场检测真实场景，通过可视化体验的交互课程让试验检测人员在电脑上对规范规程内容进行模型操作，附加以文字提示和语音提示的方式，让从业人员自主学习规范规程等内容，夯实试验检测人员的技术水平（如图5）。

5 结语

近年来，公路工程试验检测技术发展迅速，且正在经历由人工检测向自动化检测转移的历程。开展实验检测活动的目的在于对施工过程质量进行控制，验证原材料、构件、半成品、结构及成品试验检测结果与工程实体的符合性。基于此，试验检测的成果数据与工程建设过程中的质量、安全等业务数据，利用BIM技术进行数据贯通才能真正实现通过试验检测把控施工过程质量。本文着眼于当前BIM技术的应用和发展趋势，面向试验检测中遇到的一些问题和挑战，为基于BIM技术的试验检测技术的应用指明了方向，分析了BIM技术与试验检测融合应用的潜在价值，为今后基于BIM+IoT技术的系统搭建提供了思路。

参考文献

[1]裴非飞，胡铂.基于BIM技术的建筑原材料追溯及试验检测数据共享[J].建筑施工，2019，41（2）：305-307.

[2]吴焜.基于BIM的桥梁检测信息管理与智能评估系统[D].厦门：厦门大学，2018.

[3]赵月平.浅析公路工程试验检测工作[J].黑龙江交通科技，2005，28（3）：86-87.

[4]朱丽萍，金栩豪.公路工程试验检测常见问题及解决对策[J].建筑工程技术与设计，2017（8）：1504.

[5]孙睿.高速公路工程试验检测管理信息系统研究[D].广州：广东工业大学，2014.

[6]刘好德.公路工程试验检测与质量检验评定一体化系统研究与开发[D].长沙：长沙理工大学，2004.

收稿日期：2020-08-05

作者简介：李善英（1979—），女，青海乐都人，本科，高级工程师，研究方向：公路隧道施工、桥梁施工、项目管理。