［摘要］为解决特长隧道工程在多变的地下环境中，质量问题隐蔽性强、数据信息零碎分散的管理难点，提出基于BIM技术的特长隧道工程质量管理方法，重点讨论质量安全问题评估标识、进度控制及相关信息的协同管理和跨平台等基于BIM技术的隧道质量管理架构。以黑山南北高速公路项目为例，其施工难度、施工安全和后期运营风险均较大，通过基于BIM技术的质量安全管理方法，进行实际工程的应用分析，讨论该方法的可行性及可改进的方向。
［关键词］隧道;高速公路;建筑信息模型;信息化;管理;施工技术
0引言
建筑施工存在体量大、周期长、人员复杂及材料繁多的特点，使质量安全管理存在诸多挑战。尤其是基于纸质图表人工审查的传统管理模式下，管理效率难以保障。此外，特长隧道工程具有隐蔽性、竣工后易发生质量缺陷，修复难度大、成本高等特点［1］。因此，特长隧道工程的施工质量管理不容忽视，需特别重视信息的时效性和准确性。BIM技术经过多年发展，已被视为建筑工程全生命周期可视化和协同管理的重要信息工具，可有效提高生产效率，支持建筑工程的进度、安全、成本和质量管理。建筑信息模型包含所有的建筑构件信息，如几何数据、空间关系、属性和逻辑关系等［2］。BIM技术还可用于集成和管理建筑项目，包括从设计到运维的整个生命周期中产生的信息，并可应用于各阶段［3］。因此，本文将研究基于BIM特长隧道工程的跨平台质量安全信息整合和动态施工质量安全管理。建立基于质量安全模型的信息管理架构，重点解决隧道工程质量安全问题的评估标识、进度控制、协同管理和信息。
1国内外研究现状
施工管理存在不确定性、复杂性及项目环境的多变性，因而，整个施工阶段中应严格检查和控制工程质量［4］。相关文献研究中提到，当前主要有3个因素造成建筑施工质量管理的难度较大。首先，各施工工艺的质量控制标准分散在不同国家、工业和地方的施工质量规范中。这些规范间的交叉引用较常见，使规范间形成错综复杂的依赖关系［5］。如喷射灌浆中，有超过3个规范提及对尺寸、形状和机械性能的要求。其次很难确定质量安全问题的责任归属，因为项目参与者众多，关系复杂。最后，质量控制的焦点往往在最终呈现上，对施工过程中的质量控制关注较少。这些问题极大增加了施工管理难度，使潜在的质量隐患被深埋在质量管理体系中，可能为运维阶段的建筑使用带来问题。还有一些研究者探索使用信息技术辅助质量安全管理，以构建基于网络的质量管理系统，从而实现有效的信息共享［6］，并在施工阶段采取纠正措施，以控制发生质量安全问题。然而，这些研究未能充分考虑质量管理中的3个主要因素:产品、组织和过程。由于设计变更和进度调整在整个施工过程中时有出现，因而本研究将根据空间数据和时间数据动态调整质量控制计划，同时协调管理项目参与人员，明确质量安全责任。相关研究表明，BIM4D技术的应用不仅有助于制定时间表，估计、跟踪和管理现场物流，还能在施工过程中完善质量评估，通过改变项目参与者相互作用的方式优化质量控制过程［7］。研究人员认为BIM有助于提高项目质量安全管理效率，未来更多的项目会将BIM信息从设计阶段传递到建筑行业。然而，如何使用BIM技术提高质量安全管理尚缺乏权威指导。鉴于此，本文提出一种基于BIM4D的特长隧道施工质量管理应用方案，具体包含以下特点:①质量问题的评估标识BIM是一种参数化建模手段，可以提供构件三维视图和属性信息的特征交互［8］，使每个建筑产品的相关数据用于质量安全问题的评估管理，而不是人工检查个别图纸和施工流程;②质量问题的进度控制在BIM应用程序中可连续查看施工进度中每个活动的完成百分比，完成一个任务后，在下个任务开始前进行动态质量检查规划，使质量检查过程符合施工过程，用信息化的方法实现质量安全问题的进度管控;③质量安全问题的协同管理利用BIM技术整合建设项目中使用的各类人、材、机信息［9］，统筹管理，更高效地协作改进，避免跨部门跨组织的影响;④质量安全问题的信息结合移动网络通信技术，实现质量安全问题在计算机端、移动端、Web端等多终端的跨平台信息，保证信息的准确性和一致性，进而实现质量安全问题的动态决策，使相关问题在第一时间得到有效解决。
2基于BIM的隧道质量管理架构
质量安全管理模型应全面反映质量安全管理中的所有质量控制标准、过程和组织间的关系及相互作用，并兼容多媒体数据(工程图纸、照片和视频)，以实现跨平台呈现质量安全相关信息。基于BIM的施工质量安全管理流程如下:首先根据BIM4D结构的施工进度，选择合适的质量检验批进行质量安全评估，然后综合BIM模型设计信息和实际施工信息的分析评估结果，标识质量安全问题，并根据分析结果反作用于BIM模型，调整进度计划，同时完成跨平台的信息，待质量安全问题处理完成后，进入下个施工段重复上述管理流程。
2.1质量安全问题的评估标识
在模型中集成进度信息，建筑产品的状态被定义为:在施工前或施工后进行检查，在BIM模型中使用图钉对存在质量安全问题的构件进行定位标识。与该检验批次相关的管理人员，可在三维可视化模型中审阅相关质量信息。此外质量图钉中包含相关多媒体数据，如图纸、照片、文字及音视频等，可描述质量安全问题，实现质量信息的准确表达和精细管理。在实际隧道工程中，可按工区工点或资料分类建立不同层级的质量资料管理目录，上传和共享质量资料，质量资料具体至某个图钉，通过质量资料目录管理或点击图钉查询该构件关联的质量问题。相关评估按严重程度分为一般、严重、重大、特大;按专业分为测量、开挖、钢筋、混凝土等。其中严重程度使用颜色区分，重大及特大问题的标识更突出。
2.2质量安全问题的进度控制
为实现基于BIM的质量安全管理过程，使检查计划能随实际施工过程动态安排和调整，质量安全检验信息应集成3D模型。此外，将开始和结束时间附加到每个施工活动，可按时间顺序呈现模拟的施工过程。建筑活动被定义为顺序的开始和结束时间。掘进作为隧道施工的关键技术，其施工组织的好坏直接影响施工进度和质量安全。通过统计分析各子工序的数据，判断某段时间节点内的施工组织情况，甚至整个隧道项目的施工实施情况，为质量待检验批的选取确定提供依据，因为未经检查的产品可以被系统识别，以免施工现场出现疏忽。施工过程控制中，按顺序确定检验标准。然后，根据施工期各控制项目的进度，预测分析质量验收时间。对需要整改的质量安全问题，如涉及进度计划变更，将利用质量安全检验信息集成BIM4D，实现进度计划的动态调整。此外，将开始和结束时间附加到每个施工活动中，可实现施工过程模拟，进而部署质量安全问题的预防工作。
2.3质量安全问题的协同管理
BIM平台客户端中，可结合各施工进度节点，对施工单位的各参建人员进行任务分配，明确各施工组织质量安全职责，实现信息的协同管理。主要通过在项目的每个施工进度节点中添加人、材、机的数量、配置等相关信息，并使用移动网络发送给进度填报人员，进度填报人员根据接收到的任务工单检验质量安全问题。相关管理要点如下。1)派工单流程派工单可根据动态进度与计划自动生成，也可通过平台手动生成，然后由操作人员指派流程负责人，勾选材料、机械和班组，流程自动推送到负责人的移动端。负责人在施工前，应进行人、材、机的质量安全检验，填报质量安全情况，协助管理。2)派工单与人员管理只有派工单勾选的负责人和班组有权限进入施工场地范围，后期可配合闸机、定位芯片技术实现现场控制。权限管理和现场控制可为质量问题责任追查和现场安全动态保障提供技术支持。3)派工单与材料管理派工单根据模型工程量自动生成材料用量清单，派工单中材料与数据库的材料相挂接，通过对比实际材料使用量与材料出入库单据中的量，可有效控制材料的不必要损耗，确保材料安全可靠。4)施工备注推送派工单时，可以图片、文字、语音、视频等形式将质量交底、安全交底等文件推送给负责人和班组;同时，负责人填报完成情况时，也可及时反映实际工程遇到的质量安全问题等。利用BIM信息集成特点，实现质量安全信息的协同管理，可提高施工质量安全管理效率，使人员责任明晰、材料利用高效、技术交底便捷、施工安全可靠。
2.4质量安全问题的信息
为提高信息管理和效率，质量安全问题应实现移动端、PC端及网页端等在内的跨平台信息。使用统一的数据库和BIM模型，保证质量安全信息的准确性和一致性。1)移动端的信息上传和可保证现场质量检查人员或现场技术人员及时发现和确认质量问题，更新记录，推送给相关责任人及领导进行问题告知和处理。此外，可及时获取当前质量安全问题，便于质量检查人员或现场技术人员在整改后进行复查和审核。2)网页端可对移动端上传的质量问题进行查看、编辑、处理、删除等操作，对质量问题形成的列表进行备查。同时，网页端也可发起质量审批流程。3)桌面端可在手机填报质量问题时，定位注明问题发生的里程桩号，在CS端模型上对应桩号会自动添加图钉，集成相关的问题描述及音视频信息。基于BIM模型的跨平台、多媒体集成信息模式，有助于实现质量安全问题的高效传达、准确定位、实时处理、多方协调的管控体系，提高质量安全信息的传递效率。
3工程案例应用探究
3.1工程概述
黑山南北高速公路项目地处黑山共和国首都Podgoric以北的山区，起点为Smokovac(黑山首都北部)，终点为Matesevo，地形条件极复杂。路线经过地段总体为高中山，海拔高差巨大，项目起点处海拔几十米，中部海拔1200多m。地貌上主要跨越高中山峡谷区和中山区2个地貌单元。Smokovac-Matesevo段公路起于波德戈里察北部的Smokovac，止于Matesevo，路线全长40.871km。拟建公路采用高速公路标准，设计速度100km/h，大部分为双向4车道断面，局部路段采用双向6车道断面(设计速度80km/h)。双向4车道半幅标准断面总宽度9.62m(后9km路基及部分桥梁为12.32m)，双向6车道半幅标准断面总宽度13.12m。其中Kosman隧道左线长2671m，右线长2546m，位于复理石地区，围岩等级4～5级，施工难度、施工安全和后期运营风险都较大。
3.2基于BIM的质量安全管理方法应用
应用基于BIM的黑山南北高速公路项目施工质量安全管理时，首先录入项目的组织架构，每个项目人员配备独立的ID号，按照管理类型和工种划分，以施工班组为子单元进行归结，以便对应挂接派工单和质量安全管理功能。随后导入材料和设备清单及表单模板。其中材料设备的信息数据库包含所属仓库、材料名称、规格、累计收料量、累计发料量、累计报损量、累计报益量、累计移入量、累计移出量、理论库存量等，同时根据施工计划设置材料预警阈值，显示材料报警状态。表单模板包括收料单、发料单、盘点表、库存报损报溢单及移库单，实现统一表单格式管理。质量安全信息的评估实现跨平台的协同管理和，移动端主要用于上传和共享服务施工现场的质量安全数据，PC桌面端重点考察质量安全信息与BIM数据的协同分析，包括不同层级的质量资料管理目录、图钉生成和质量安全问题描述记录，及施工进度的动态调整和质量检验批的自动生成。网页端可对相关质量安全问题进行快速查看、编辑、处理、删除等操作，同时，也可发起质量检验流程。此外，将监控视频系统连接至施工协同平台，设置监控视频位置，实时传输该位置现场施工环境。数据融合过程中，以监测点结构为主体，分别关联BIM模型信息和监测数据。根据动态上传的监测信息，及时关注可能存在的质量安全问题隐患，并记录相关问题的整改情况。
4结语
本文所提出的特长隧道项目施工质量流程有助于挖掘BIM在建筑质量管理中的潜在应用;具体探讨基于BIM质量安全问题的评估标识、质量安全问题的进度控制、施工组织信息的协同管理及跨平台信息的相关技术;同时为项目参与者更好地理解质量安全管理模式，通过可视化模型更有效地协作提供相关案例应用分析，作为具体参考。本文提出的特长隧道施工质量安全管理架构主要创新点在于:利用BIM技术作为信息集成手段，保证项目信息的一致性，有助于质量安全问题的综合评估、实现施工进度与质量安全管理的动态关联，进一步实现动态质量检查和虚拟化分析的实施应用。此外，跨平台、跨组织的质量安全信息集成和，方便项目各参与方协同工作，有助于实现质量安全问题的高效传达、准确定位、实时处理、多方协调管控，提高质量安全信息的传递效率和准确率。从工程案例的应用中可以看出，基于BIM的施工质量管理可以部分符合实际需求。由于数据的一致性，将BIM技术应用于质量管理并通过构建过程的虚拟化充分利用施工信息是可行的，可实现过程信息人员组织信息和产品信息的动态交互，但相关问题的标识依然需要人工检查，未来可综合人工智能、模式识别等相关技术，实现相关质量安全问题的智能识别分析。
作者:汪淼 邓海峰 李丁 肖亚奇 单位:中国路桥工程有限责任公司 北京云建信科技有限公司 清华大学