水利枢纽工程质量验评平台数字化技术研究

2021-12-08杨立刚郑会春王楠

人民黄河 2021年11期

杨立刚郑会春王楠

摘要：质量验评是工程施工中的重要环节，传统的施工质量检验与评定主要用纸质文档进行验评填报、签字、流转和归档等，数据难以实时统计，存在工作量大、效率低、查询不便等问题。通过分析研究标准化工作流、表单电子化、BIM轻量化和数据融合等相关信息化技术手段，设计开发了工程质量验评数字化平台，结合移动终端实现验评数据、现场图片、视频等资料的实时上报、流转、共享，使验评更加便捷、高效，提高工作效率，进而实现质量验评的数字化、智能化，提高工程质量验评管理的水平和能力，提升工程质量。

关键词：质量验评;BIM;数字化;技术研究

中图分类号：TV512;TP311.1;TP315

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.030

引用格式：杨立刚，郑会春，王楠.水利枢纽工程质量验评平台数字化技术研究[J].人民黄河，2021，43（11）：154-158.

Research on Digital Technology of Water Conservancy Project Quality Inspection and Assessment Platform

YANG Ligang1， ZHENG Huichun2， WANG Nan2

（1.Tangshan Qianxi Channel Affairs Center， Tangshan 063000， China;

2.Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 45000 China）

Abstract： The quality inspection and assessment is an important part ofa project construction. Traditional construction quality inspection and assessment mainly use manual paper documents for inspection， filling， signing， circulation and archiving. The data is difficult to count in real time and there are problems such as large workload， low efficiency and inconvenient query. The digital technology of engineering quality inspection and assessment was studied by this paper. Through the analysis and research based on standardize workflow， form electronization， BIM lightweight and data fusion and other related information technology methods， it designed a digital evaluation and inspection platform for engineering quality inspection and evaluation. Combining with mobile terminals， it had achieved real-time reporting， circulation and sharing of review data， on-site pictures， videos and other materials， making the review more convenient and efficient， improving work efficiency， realizing the digital and intelligent quality review and improving the quality of engineering works.

Key words： quality inspection; BIM; digitalization; technical research

1 引言

大型水利水電工程往往具备规模大、投资大以及施工和地质条件复杂等特点，施工质量管理具有相当大的难度[1]。验评直接关系工程质量，是工程施工中的重要环节，而传统验评方式以手动填写纸质验评表为主，验评耗费人工巨大，验评后对相关验评资料的存放、归档、查找工作量也很大，效率不高，而且难以同时保存视频、图片等现场资料[2]。随着网络网速的提高及大数据、BIM、移动端技术等相关技术的发展，通过信息化技术手段实现项目验评过程的数字化需求越来越迫切。王洪玉等[3]结合信息化手段开发了工程质量验收结构化评定系统。田继荣等[4]应用数字化技术研发了EPC模式下大型水电站质量管理平台，在电站项目上进行了初步应用，一定程度上提高了工作效率，起到了提升工程质量的作用，但是仍有些难点尚未解决。目前水利水电工程运维期投入并建设了较多信息化应用系统，但在建设期，尤其是针对施工质量管理的信息化应用较少，且缺少对管理业务的有效融合，没有充分发挥信息化技术的优势[5]。

随着数字化技术的发展，一些新技术手段运用到验评管理过程中能更好地解决现有验评模式中的难点，提升系统的易用性。笔者结合质量验评标准化工作流引擎、验评表单数字化自动生成、BIM轻量化引擎和BIM模型、表单与分部工程/单位工程/单元工程自动匹配等相关数字化技术手段研发验评管理平台，并应用到黄藏寺水利枢纽工程项目验评管理中，提升了质量验评管理的水平和能力，起到了提高工作效率、提升工程质量的作用[6]。

2 数字化质量验评平台功能设计

2.1 总体架构

平台通过信息化技术手段实现工程质量验评数字化，对验评环节进行基于智能终端的移动信息化管理，通过将工程验评表、现场图像、视频与工程BIM模型进行关联，便于工程人员通过手机/平板电脑等移动终端进行验评操作，基于BIM模型实时直观查看工程验评情况和验评统计数据，掌握验评过程、进度和验评统计分析结果，实现质量验评的规范化、数字化、智能化管理，提升工程质量。平台总体架构如图1所示。

采用四层架构，包括：①业务展现层。直接面向用户，提供权限管理、系统设置、文件管理、表格编辑、电子签名、拍照与视频、文档上传、文档下载和检索查询等功能。②应用服务层。以驱动引擎（数据引擎和流程引擎）为核心中间件，为上层业务展示层提供应用支撑与快速开发环境。③接入服务层。实现应用服务层与数据配置层的数据链接，提供数据接入服务。④数据配置层。包含核心数据库与数据存储，核心数据库实现结构化与半结构化数据的存储与管理，数据存储实现非结构化数据（文档、照片和视频等）的存储与管理。

2.2 核心功能

平台包含Web端及移动端两部分，Web端主要进行机构人员权限管理、文档的整理归类、验评流程配置、统计等;移动端主要进行验评操作，同时可查询统计数据[7]。验评整体技术流程如图2所示。

Web端：用户登录Web端，对word文档进行归类上传，系统自动转换为相对应html格式文件;用户在流程引擎模块下，配置验评流程，根据文档归类和对应流程挂载，当手机端选择了不同表格时就会按照配置的流程进行流转[7]。验评完成后，验评相关数据资料关联BIM模型直观展示，用户可查看验评及统计分析数据。

移动端：选择不同表格自动进入挂载的验评流程，根据验评要求，填写验评内容，拍摄现场照片视频，进行手写签名、电子签名等操作，验评结束后，系统会针对此次验评记录自动生成唯一二维码，方便以后统计查询，并将提交的验评表格自动转换为pdf格式文件，方便下载、打印、存档。用户通过本系统移动端app（应用程序）扫描pdf文件上二维码即可查询出本次验评相关的各种记录资料[8]。

验评完成后进行相关统计分析能使用户实时了解验评情况，包括未验评、已验评、优良、合格、有问题需要处理等工程的状态，用户可分类查看各类型下模型情况，可对部分工程进行重点关注。同时平台随着使用时间的推移会积累大量的数据，通过大数据及AI技术可实现更智能的统计分析及预警、预测，起到辅助管理、决策的作用，为后期相关决策提供参考依据。

3 数字化质量验评平台关键技术

3.1 技术框架

通过对项目进行需求调研分析及技术研究选型，确定了质量验评平台采用“服务器+Web端+移动端”的研发路线。服务器提供相关接口及一些后台服务，同时提供数据储存服务，是多端数据共用的联絡站;Web端和移动端各自包含不同的功能，相互补充。

实现技术：后端主要基于java语言采用Spring等技术，其中核心框架为Spring Framework，缓存框架为Redis，日志框架为Slf4j、Logback，工作流引擎基于JBPM。数据库为MySQL。Web端主要基于jQuery、Vue.js结合Element UI组件、EChart图表组件进行开发。移动端主要基于MUI框架、使用H5+、VUE.js等技术，实现一套代码，支持Android、IOS等多端发布。

3.2 质量验评标准化工作流引擎

因为水利工程中需要使用的验评表数据量巨大，流程多样，流程根据项目进展可能会为更好适应现场情况而进行变动，所以如果使用常规手段进行系统开发，则开发量巨大，不能很好地适应现场需求，实用性不强。为解决此问题，本平台特研发基于BPM标准的工作流引擎，以适应现场情况。通过此工作流引擎，可快速定制不同流程及流程的修改更新，实现选择不同验评表自动流转该验评表适合的流程。这样能极大地降低开发维护成本，同时更好适应现场需求。

本工作流引擎基于JBPM开发，为用户提供便捷的Web端可视化的编辑界面。工作引擎支持审阅、退回、取回、驳回、会签、会审、改签、分支、聚合、转办、子流程、消息提醒等多种流程规则，功能十分强大，能很好地适应各种验评的流转，包括验评不合格的流程流转等各种情况，能极大满足验评工作需求。工作流编辑界面如图3所示。

3.3 验评表单数字化自动生成

（1）文档格式转换。现在项目中使用的验评表一般为word文档，word文档后缀一般有doc、docx两种，docx是office word 2007以及以后版本文档的扩展名;doc是office word 2003文档的扩展名。这两种后缀的word文档转换成html需要使用不同的方法，docx后缀的文档使用xdocreport插件进行转换，doc后缀的文档使用poi插件进行转换。然后对每个表格分别进行处理操作，以实现部分单元格选项自动录入、选择项录入、一些录入数据的自动运算及支持手写签名等功能。转换为html文件后，移动端通过系统设置模板加载相对应的html文件，在手机上进行相关操作，同时可上传视频、图片等现场影音资料。转换后验评表格如图4所示。

为了实现文档打印、存档及不可随意修改的功能，基于WKHtmlToPdf插件，当一个验评完成后，会把相关验评表格转为pdf文档，方便下载、打印、存档。

（2）手写签批。为了达到更好的安全性及使用效果，系统支持手写签名，用户在移动端对验评表单进行数据填写时可进行手写签名，此功能实现相当于画板画图功能。实现方式为：程序通过js方法监听手指移动事件，在HTML5的Canvas画布上绘制签名，绘制完成后，以base64格式保存到对应html文件中的位置。把图片转为base64的好处是图片可以作为文本处理，把验评表和签名作为一个整体进行处理，可实现手写签名及同一个单元格多次签名。

（3）电子签章。为了确保系统的安全性，仅依靠手写签名不能完全保证签名真实可靠，因此本系统按照《电子文件管理系统通用功能要求》《文书类电子文件形成办理系统通用功能要求》规定的电子文件基本要求及《电子签名法》的有关规定，引入电子签名和电子签章功能[9]。本系统与电子签章接口集成，利用现有电子签章系统接口开发专用插件，实现文档内基于文档的签批操作，结合CA认证技术，保证签批信息的法律效力。

（4）二维码识别。包括二维码生成及二维码扫描识别。填报完成后系统自动生成二维码，电脑端打印时可选择是否显示二维码打印存档。系统确保生成的二维码是唯一的，通过本系统移动端app扫描二维码功能，可查看该验评下相关的验评、影音等资料。

二维码生成：当某一验评项验评完成后，系统调用qr-image插件，把该验评项唯一標识ID转换为二维码，并将此二维码以base64格式保存到验评表左上角。

二维码扫描识别：二维码识别过程为通过移动客户端调用手机扫码功能扫描验评表上生成的二维码，识别出的数据为该验评项唯一标识，程序通过此唯一标识获取该验评项的相关信息，如填写备注、拍摄图片、视频等。

3.4 BIM轻量化引擎

BIM轻量化引擎实现不同BIM软件平台模型的轻量化导入，包括Catia、Revit、MicroStation、Navisworks数据的原生转换，模型数据导出与交互是以插件形式运行于Revit、Navisworks、MicroStation等软件内。同时，根据需求设置模型结构树和视角等，导出轻量化的模型文件，保证得到的轻量化模型数据中几何、属性、材质纹理数据不缺失。

BIM模型数据主要分为几何数据和属性数据。几何数据是用来描述几何形态的数据，这类数据包括三角面片和纹理数据。三角面片包含顶点描述和三角形索引数据、顶点法向量和顶点颜色数据。纹理数据包含纹理坐标和纹理图片，还有比较复杂的bump纹理。属性数据是指BIM构件的属性信息。

几何数据的轻量化通过几何数据压缩技术与共享场景节点技术对几何形体相同和相似的对象进行压缩。

BIM构件的属性数据采用数据库服务器的存储方式，通过唯一的ID与几何数据关联起来，只有当目标对象被查询时才会将数据从服务器端加载，从而实现属性数据本地轻量化的目的。

3.5 BIM模型、表单与分部工程、单位工程、单元工程自动匹配

BIM模型以单元工程为最小颗粒度，并建立唯一ID，并与其他业务表建立一对一、一对多或者多对多的关系，从而实现表单与分部工程、单位工程、单元工程在数据层的数据链接。

工程验评状态在Web端结合BIM模型进行可视化展示，通过单元模型的不同颜色直观展示当前的验评状态。用户在展示界面点击不同模型部位显示该模型的详细验评信息，达到对当前验评情况一目了然的目的。基于WEBGL技术，通过网页动态加载模型信息及模型与数据的关联关系可进行动态展示。

4 应用案例

黄藏寺水利枢纽坝址位于黑河上游东、西两岔交汇处以下11 km的黑河干流上。枢纽为Ⅱ等大（2）型工程，大坝最大坝高123 m，为碾压混凝土重力坝，死水位2 580 m，正常蓄水位2 628 m，水库总库容4.03亿m 调节库容为2.95亿m3。

为方便验评工作的开展，根据项目实际情况，项目划分共九大单位工程（碾压混凝土重力坝工程、发电厂房工程、升压变电工程、安全监测工程、永久道路工程、供电设施工程、祁连基地房屋建筑工程、兰州基地房屋建筑工程和临建工程）、263个分部工程、上万个单元（分项）工程。按传统方法，每个单元工程验评都需要施工单位通知监理和设计单位到现场，现场质量验评纸张涂抹严重，归档烦琐。采用数字化验评平台，根据验收对象不同，单位工程、分部工程、单元（分项）工程有各自验评流程，施工单位发起验评申请时，平台自动通知相关人员参与，现场采用无纸化电子验评，验评结束时根据项目划分自动归档，验评结束后验评结果可自动关联BIM模型，在平台中可查看验评结果及验评统计。

截至目前，在黄藏寺水利枢纽项目上通过数字化验评平台共验收112个分部工程、3 423个单元（分项）工程，该平台简化了验评数据的录入，实现了验评数据填写和统计的自动化，使验评管理数字化、规范化、动态化、可视化和智能化，提高了工程人员的工作效率，提升了质量验评管理的水平和能力。

5 结语

数字化质量验评平台将工程质量验评业务、流程与信息化、BIM模型相结合，实现施工现场质量验评过程的数字化管理，实现质量评定结果与评定依据在建设各方、政府监管机构间的有序共享。它的应用将有效提高现场质量管理工作的效率和规范性，确保质量管理制度的严格落实和执行，为工程建设质量的提升、安全运行提供支持。

参考文献：

[1] 李庆国，段高云，郭其峰，等.黑河黄藏寺水利枢纽工程泥沙研究[J].人民黄河，2019，41（12）：16-19.

[2] 朱安平，王凯，潘福营，等.工程质量验评数字化移动应用设计研究[C]//2018智能电网新技术发展与应用研讨会论文集.南京：出版者不详，2018：109-111.

[3] 王洪玉，王小军，魏春雷，等.论工程质量验收结构化评定系统在抽水蓄能电站的信息化应用[C]//2018智能电网新技术发展与应用研讨会论文集.南京：出版者不详，2018：105-108.

[4] 田继荣，张帅，熊保锋，等.基于数字化技术的工程质量管理模式在大型水电工程EPC项目中的应用研究[J].四川水利，2019，40（4）：36-41.

[5] 皇甫泽华，史亚军，张玉明，等.大型水库工程建设期管理系统设计与应用[J].人民黄河，2019，41（2）：111-114，118.

[6] 王诗玉，杨建州，王宁波.基于BIM技术的抽水蓄能电站智慧建设管理[J].人民黄河，2019，41（6）：152-155.

[7] 熊保锋，张帅，黄成家.EPC模式下大型水电站应用数字化技术进行质量管理[J].四川水利，2020，41（2）：107-111.

[8] 翟海峰，郑世伟，章环境，等.总承包模式下工程建设信息化创新探索与应用[J].人民长江，2018，49（24）：90-93.