基于BIM的钢结构施工质量验收系统的研究_顾鹏燕.pdf

建筑施工第44卷第12期3043基于BIM的钢结构施工质量验收系统的研究顾鹏燕 劳灵奇 叶建长 沈君冰 王祺麟中建八局科技建设有限公司 上海 200120摘要：为规范施工现场钢结构施工质量验收流程，基于BIM技术的特点和应用，研发了一套基于BIM的钢结构施工质量验收系统。以我国现行的GB 502052020钢结构工程施工质量验收标准为基础，利用BIM技术实现质量验收过程的智能化、标准化和规范化，规避了传统验收中存在的抽样部位主观性大、数据填写工作量大、纸质资料难存储、易丢失破损等问题。通过在某项目中的应用，系统得以改善并明确了后续研究及应用的方向，可为其他类似工程提供借鉴。关键词：BIM；钢结构；施工质量验收；智能化中图分类号：TU99 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-3043-05 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.064Research on Acceptance System of Steel Structure Construction Quality Based on BIMGU Pengyan LAO Lingqi YE Jianchang SHEN Junbing WANG QilinChina Construction Eighth Bureau Technology Construction Co.,Ltd.,Shanghai 200120,ChinaAbstract:To standardize the process of steel structure construction quality acceptance on the construction site,based on the characteristics and application of BIM technology,a set of steel structure construction quality acceptance system based on BIM is developed.Based on the current GB 502052020 Standard for Acceptance of Construction Quality of Steel Structures in China,the BIM technology is used to realize the intellectualization,standardization and normalization of the quality acceptance process,which avoids the problems existing in the traditional acceptance,such as subjectivity of sampling positions,heavy workload of data filling,difficult storage,easy loss and damage of paper materials,.The application in a project shows that the system is improved and the direction of subsequent research and application is clarified,which can provide reference for other similar projects.Keywords:BIM;steel structure;construction quality acceptance;intelligence问题还是无法解决。基于BIM的钢结构施工质量验收系统以我国现行的GB 502052020钢结构工程施工质量验收标准为基础，利用BIM技术和自动随机抽样功能、模型三维显示、信息自动处理等方法，解决了上述问题并实现了质量验收过程的可视化、智能化、信息化和标准化。通过在某项目钢结构验收过程中的实际应用，该系统取得了很好的效果，节省了大量人力成本，也为绿色施工无纸化办公提供了充分保障。1 研究现状本研究所依托的项目位于上海市杨浦区，总用地面积约44 380 m2，工程总建筑面积约280 001 m2。由3栋高层办公楼、1栋多层商场以及2层裙房和2层地下室（局部夹层1层）组成，最大建筑高度133 m，地上部分为钢框架-中心支撑体系。当前的钢结构质量验收工作主要是依据GB 502052020钢结构工程施工质量验收标准，对照设计和施工要求，对检验批进行划分和抽样工作，并将各方在现场验收的检查数据填写到验收记录表中。但在现场真实的验收BIM（建筑信息模型）是以三维数字技术为基础，集成建筑工程各相关信息的工程数据模型，是一种近年来广泛应用于设计、建造、管理等全生命周期的数字化方法，已经得到业界的普遍认可，业主单位、设计单位、监理单位以及施工单位等各方人员可以基于BIM技术进行协同工作，达到工作效率提高、资源大幅节约、成本极大降低，实现可持续发展。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性以及可出图性等5个特点。本研究基于BIM技术的特点和应用，并结合施工现场质量验收的实际情况，探索并研发了一套基于BIM的钢结构施工质量验收系统。尽管现在验收规范不断更新，检测技术也持续不断地升级，但针对质量验收过程中存在的抽样部位主观性大、数据填写工作量大、纸质资料难存储、易丢失破损等实际作者简介：顾鹏燕（1993），女，本科，工程师。通信地址：上海市杨浦区闸殷路171号（200438）。电子邮箱：收稿日期：2022-07-15建 筑 经 济 与 管 理BUILDING ECONOMY&MANAGEMENT202212Building Construction3044过程中，经常存在以下问题：验收部位的指定带有主观意识，缺乏随机性，说服力不足；现场实际验收与表格填写脱节，出现现场已验收，对应的验收记录表却未及时填写等现象；资料工程师后期补验收记录表现象普遍存在；验收记录表易丢失、破损且查阅手续烦琐等现实困难也对施工资料归档工作造成严重的制约。越来越多的专家学者关注到上述现象并展开了相关的研究。清华大学的马智亮等1对“施工质量监管系统框架”进行了研究，中国建筑研究院的张昆等2对“基于BIM的施工资料软件集成”进行了研究，上海建科工程咨询公司的李亚东等3对“BIM与验收数据IPAD采集”进行了研究，四川大学的肖梦琪等4对“基于BIM的清单式质量控制”进行了研究。上述的一系列研究，推动了施工质量验收方法及系统研究的创新。本系统是基于现场钢结构施工质量验收传统方式的不足之处，利用BIM技术，通过解决模型构件编号、划分检验批、检验批数量统计及验收部位随机抽样等问题，结合现场真实测量的数据、照片、证明文件等上传资料，由系统自动识别是否合格，并自动生成验收表格、完成签章。实现了验收数据的实时录入、存储、评判、传输、查询、汇总等功能5。2 对系统实现方法的研究2.1 施工质量验收现状目前钢结构施工质量验收的主要依据是GB 502052020钢结构工程施工质量验收标准，按照GB 503002013建筑工程施工质量验收统一标准6，建筑工程的质量验收可以划分为单位工程、分部工程、分项工程和检验批，检验批是施工验收的最小单元，是分项工程、分部工程和单位工程验收的基础。而钢结构则属于主体结构中的（子）分部工程，它的验收结果直接影响整个建筑工程的质量验收。由于在钢结构工程的验收中，检验批抽检部位是人为指定的，带有主观意识，缺乏随机性，不具备说服力；同时钢结构验收表格数量多，采用纯人工填写，耗时耗力，无法与现场实际施工进度相匹配，现场已验收但验收记录表并未填写的现象普遍存在；而且在人工操作的情况下，易遗失破损，且查阅困难。2.2 系统功能需求本系统是新型的基于BIM的标准化、智能化质量验收模式，规避现行验收模式的人为因素，利用PC端和移动终端实现对钢结构的采购、进场、复试、安装、验收、检验批报验表格自动生成等关键环节质量施工资料、现场实时照片的收集，动态掌握关键施工环节影像资料和真实采集数据，利用国家和行业规范对验收全过程进行验证和分析，实现动态预警。经过探索和研究，确定了基于BIM的钢结构施工质量验收系统的主要功能需求如下：1）利用钢结构深化模型，转化为一般的BIM模型，基于BIM模型的信息导入、读写及编码，提前在BIM模型中按照规范、设计和施工要求识别属于同一检验批的构件，划分成一个检验批，统一管理，避免缺项。2）结合规范、BIM模型和构件属性，按照验收规范中的抽样规则对检验批中的验收部位随机抽样。3）对检验批中随机抽取的样本精确定位，并在模型中高亮显示。4）基于移动终端的现场验收数据、影像实时录入、证明资料上传。5）上传数据自动评判、快速传输及查询、长期存储，提高验收及资料查阅的工作效率。6）验收部位现场实测数据、照片等外业信息及材料复试等内业信息融合，并与BIM模型有机联动、相互佐证。7）收集和跟踪不合格项整改情况。8）钢结构施工质量验收表格自动生成，签章功能 齐全。2.3 系统框架基于上述的系统功能需求，结合我国钢结构施工质量验收的现场经验，研究建立了基于BIM的钢结构施工质量验收系统，整个系统分为采购、复试、构件进场、构件安装、构件验收和整改共6个阶段，并将业主单位、监理单位、总包单位、专业分包单位以及第三方检测单位各机构人员纳入其中，设置专业监理工程师、项目经理、商务经理、总工程师、综合工程师、质量工程师、试验工程师、物资工程师以及专业单位等用户类型，并分别设置权限，以达到协同管理的目的（图1）。系统设置用户（组织）管理项目管理BIM模型检验批管理数据记录整改跟踪表格生成签章管理审批类用户操作类用户系统管理员采购阶段复试阶段进场阶段安装阶段验收阶段整改阶段钢结构施工质量验收系统全流程基于 的钢结构施工质量验收系统BIM图1 基于BIM的钢结构施工质量验收系统框架本系统用户类型主要分为审批类用户和操作类用户 2种。顾鹏燕、劳灵奇、叶建长、沈君冰、王祺麟:基于BIM的钢结构施工质量验收系统的研究建筑施工第44卷第12期30451）审批类用户：项目经理、商务经理、总工程师、专业监理工程师、综合工程师。2）操作类用户：综合工程师、质量工程师、试验工程师、物资工程师、专业单位。各类型用户的权限如下：1）专业监理工程师：跟踪流程进度，查阅整个流程上传的图片、资料，确认和驳回钢结构进场、复试结果、构件验收以及整改流程，查验报验单。2）项目经理、商务经理：跟踪流程进度，查阅整个流程上传的图片、资料，确认和驳回钢结构采购流程，查验报验单。3）总工程师：跟踪流程进度，查阅整个流程上传的图片、资料，确认和驳回钢结构采购、构件验收和整改流程，查验报验单。4）综合工程师：跟踪流程进度，上传、查阅整个流程上传的资料、图片以及验收数据，确认和驳回钢结构采购、复试、进场、安装流程，填写验收数据，整改不合格项，生成、查验报验单。5）质量工程师：跟踪流程进度，查阅整个流程上传的资料、图片以及验收数据，处理钢结构进场流程，填写验收数据，整改不合格项，生成、查验报验单。6）试验工程师：跟踪流程进度，查阅整个流程上传的图片、资料，处理钢结构复试流程，查验报验单。7）物资工程师：跟踪流程进度，查阅整个流程上传的图片、资料，处理钢结构采购、进场流程，查验报验单。8）专业单位：跟踪流程进度，上传、查阅整个流程上传的资料、图片以及验收数据，处理钢结构采购、进场、安装流程，填写验收数据，整改不合格项，生成、查验报验单。PC端检验批划分、构件流程详情、原材料流程详情的具体界面，如图2图4所示。图2 PC端检验批划分图3 PC端构件流程详情图4 PC端原材料流程详情2.4 系统关键技术2.4.1 BIM模型轻量化、可视化随着建筑信息集成化程度逐渐提高，BIM模型中携带的信息越来越复杂。为了更好地运用BIM模型，实现快速在线查阅、传输，降低计算机、移动设备的资源消耗，本系统在满足信息无损、模型精度、使用功能等要求的前提下，将一般钢结构深化模型转化成BIM轻量可视化模型，能满足PC端和移动端的模型查看功能。2.4.2 检验批划分智能化本系统通过处理转化钢结构深化模型为一般BIM模型，深化过程中因设计或施工需要被拆分的构件转化成BIM模型后会出现被拆散的现象，此时系统会重新识别整理，再次组合成一个完整的构件。钢结构检验批划分繁杂，若单一地将梁、柱等构件数量作为检验批容量的度量依据也并不合理，比如在钢结构焊接或螺栓安装等验收表格中还涉及焊缝数量、高强螺栓数量等。此时，系统会根据钢结构深化模型中对零部件参数和属性的设置，识别分类处理，以达到检验批样本拾取的针对性和合理性。2.4.3 构件抽样科学化检验批划分完毕现场验收时，系统会根据规范、设计及施工要求对检验批范围内的构件进行绝对随机性、科学化的抽取。被抽样的构件会进行高亮显示，避免了人为确定验收部位的主观性，体现了验收部位确定方式的公平、公正、公开。2.4.4 验收流程规范化业主单位，监理单位，施工总包、分包单位等均纳入系统管理，分别设置用户，开通对应权限，使验收流程规范合理，但凡有一个环节未经审批，就无法擅自验收 闭合。2.4.5 验收数据信息化本系统验收环境为施工现场，但区别于传统的施工质量验收过程，照片、资料、真实数据等均直接录入系统。同时，系统会根据收集汇总的所有合格或不合格的验收数据，自动生成验收表格内容或进入整改阶段，验收结果各用户均有查看权限，杜绝作假可能。数据实时录入、评判、存储、查询、传输、汇总等功顾鹏燕、劳灵奇、叶建长、沈君冰、王祺麟:基于BIM的钢结构施工质量验收系统的研究202212Building Construction3046能的效率大幅提高且信息化程度高。3 系统应用在基于BIM的钢结构施工质量系统的研究和探讨中，不但解决了很多钢结构技术方面的问题，也结合现场使用情况与用户体验改善和调整了系统的操作流程和界面。将系统在某项目钢结构验收过程中进行实际应用，具体流程如图5所示。基于BIM的钢结构施工质量验收系统 2转化钢结构深化模型为BIM轻量可视化模型，根据规范和设计、施工要求，自动划分检验批 4收集汇总验收数据和资料，自动生成验收表或进入整改阶段 3现场查看检验批抽样构件和模型，填写上传验收数据和资料1上传钢结构深化模型和验收规范PC客户端手持移动端图5 基于BIM的钢结构施工质量验收系统组成1）按要求将项目的原钢结构深化模型转化为基于IFC标准的数据模型，对原钢结构深化模型中的构件、部件、零件信息进行分类处理及存储；并对模型轻量化与可视化进行处理，形成平台可视轻量化模型。2）在PC端将报验单所需用户签字和印章导入，并将基于IFC标准的数据模型提前按照规范、设计以及施工要求划分全部检验批。3）利用移动端发起对应流程，由各位用户对采购、复试、进场、安装、验收、整改、生成报验单等流程进行处理和审批。移动端和PC端均可以查看模型。4）系统在验收阶段会根据检验批信息，自动在模型上进行抽样，被系统抽中的对应构件会在查看模型时有明显标记。5）利用PC端或移动端查看模型中抽样的构件，在现场实际验收时，可以利用移动端填写验收数据并上传附件。根据主控项和一般项是否满足规范和设计要求，会在提交后自动生成双倍抽样的整改界面或直接生成报验单。6）系统收集完验收数据后，自动评判生成验收结果，对应填入表格检查项，生成报验单，审批人在此阶段可以进行确认或驳回，确认后会自动完成签章功能。7）所有用户均可在流程界面查看报验单情况（图6 图11）。经过在项目上不断地测试和实践，根据各类型用户的使用感受和反馈，基于BIM的钢结构施工质量验收系统现图6 PC端模型图7 移动端整体模型和抽样高亮构件图8 移动端查看检验批划分和流程发起已能顺利完成钢结构工程从采购、复试、进场、安装、验收到整改的全过程，并能自动生成钢结构（多层及高层结构安装）分项工程检验批质量验收记录、钢结构（钢构件焊接）分项工程检验批质量验收记录、钢结构（高强度螺栓连接）分项工程检验批质量验收记录等一系列的报验 单7，这大大规范了钢结构的施工和验收，检验批划分的先行、抽样方式的科学公正、现场数据的真实填写、验收操作的标准化，都体现出了这个系统的智能性、标准性和规范性。顾鹏燕、劳灵奇、叶建长、沈君冰、王祺麟:基于BIM的钢结构施工质量验收系统的研究建筑施工第44卷第12期3047图9 移动端流程记录图10 移动端验收数据填写界面图11 移动端报验单4 结语本系统利用BIM模型，自动划分检验批，并对检验批范围内的构件等自动拾取总数，按照验收规范的规则进行抽样，这是对传统验收模式的一次变革和升级，提升了施工质量验收工作的规范化、标准化、信息化、智能化程度，能实现以下效果：1）通过本系统的应用，实现验收部位抽样点的随机选取及准确定位，规避业主、监理、施工各方的人为抽检因素，确保验收工作的科学性和参与各方对验收部位及验收结果的认可度。2）通过移动终端，现场录入检查结果，确保抽样点数据录入的准确性和及时性，减少了验收资料填写的工作量，规避验收资料记录信息与实物实况不吻合甚至编造资料的不良现象；同时节省人力成本，为绿色施工无纸化办公提供保障。3）实现在BIM模型上按验收部位、验收内容要求自动识别验收部位、自动分类。4）实现验收结果自动评判、后台验收系统自动汇总内外业信息，自动生成验收资料，长期存储、快速查询，提高工作效率。在整体工程项目中，对于业主单位、监理单位以及施工总包、分包单位来说，基于BIM技术，能有效提高现场实际工况记录的准确度，能使验收信息更为有效、直观地流转，与传统的文档记录相比，将验收信息体现在BIM模型上，通过模型的查阅，依托于建筑轴线、构件编号信息，摆脱文字的抽象形象，可通过颜色标记或图标标签等方式，在三维模型中准确直观地指出验收的对象，大大提升了信息传递互动的准确性和效率。同时，让验收过程中出现的质量问题能在各个层面上高效地流转、辐射，从而使验收协调工作更容易开展。1 马智亮,毛娜,刘喆,等.基于BIM技术的建筑工程施工质量监管系统 框架设计C中国土木工程学会.第十七届全国工程建设计算机 应用大会论文集.北京:人民交通出版社股份有限公司,2014:386-390.2 张昆,李智.基于BIM的施工资料管理软件集成研究探索J.工程质 量,2012,30(10):9-12.3 李亚东,郎灏川,吴天华.基于BIM实施的工程质量管理J.施工技 术,2013,42(15):20-22.4 肖梦琪,莫世聪,熊峰,等.基于BIM的清单式施工质量控制方法J.项目管理技术,2014,12(7):63-67.5 邓明胜,朱健,陈雨生,等.基于BIM的建筑工程施工质量验 收方法及系统:2017108776743P.2017-09-26.6 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程施工质量验收统一 标准:GB 503002013S.北京:中国建筑工业出版社,2013.7 中华人民共和国住房和城乡建设部,国家市场监督管理总局.钢结 构工程施工质量验收标准:GB 502052020S.北京:中国计划出 版社,2020.顾鹏燕、劳灵奇、叶建长、沈君冰、王祺麟:基于BIM的钢结构施工质量验收系统的研究