汪結(jié)春（上海市水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站，上海市 200237）

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利工程建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)形式愈加復(fù)雜，對(duì)安全質(zhì)量監(jiān)督工作的要求也越來(lái)越高。與一般工業(yè)與民用建筑相比，水利泵閘深基坑工程涉及面廣、專業(yè)類型多、工程環(huán)境復(fù)雜，在建設(shè)過(guò)程中稍有不慎，就有可能造成重大安全、質(zhì)量事故。在信息化高速發(fā)展的今天，如何在確保水利建設(shè)工程安全質(zhì)量的同時(shí)，運(yùn)用信息化手段有效提升安全質(zhì)量監(jiān)督效率，解決傳統(tǒng)深基坑監(jiān)管的困難，是亟須解決的難題之一。

2016 年 9 月上海市水務(wù)局發(fā)布了《上海市水務(wù)局關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)水務(wù)應(yīng)用三年行動(dòng)計(jì)劃（2017—2019 年）》的通知，文件中強(qiáng)調(diào)要“促進(jìn)以 BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的水務(wù)工程信息廣泛共享，提高水務(wù)工程項(xiàng)目全生命周期各方協(xié)同參與的效率和質(zhì)量，促進(jìn)水務(wù)行業(yè)工程管理和政府監(jiān)管方式轉(zhuǎn)變，提高水務(wù)行業(yè)工程項(xiàng)目現(xiàn)代化管理的水平、效率和價(jià)值”。

建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM），是集可視化、參數(shù)化、信息完備性、模擬性、一體化性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性及可出圖性于一體的綜合應(yīng)用及管理技術(shù)。通過(guò) BIM 技術(shù)對(duì)工程中各階段數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理的分析、決策、管理，可以有效提升整個(gè)建設(shè)工程項(xiàng)目的管理水平。利用 BIM 技術(shù)促進(jìn)政府監(jiān)管方式的轉(zhuǎn)變，是工程監(jiān)管方式轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段。高惕非[1]從政府支持、業(yè)主驅(qū)動(dòng)和主導(dǎo) BIM 技術(shù)應(yīng)用及監(jiān)管人員能力 4 個(gè)方面分析了真正、有效地實(shí)現(xiàn)基于 BIM 技術(shù)的工程質(zhì)量監(jiān)管的相關(guān)前提 。李菁、王穎[2]將監(jiān)測(cè)三維 BIM 應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)及資料分析，形成可進(jìn)行分析的三維模型和多維數(shù)據(jù)應(yīng)用。黃靖程[3]在研究了國(guó)內(nèi)外建設(shè)工程質(zhì)量政府監(jiān)管的現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)行建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)管存在的不足，探討了基于 BIM 的建設(shè)工程質(zhì)量政府監(jiān)管模式。

盡管行業(yè)內(nèi)在政府監(jiān)管 BIM 技術(shù)方面有部分研究成果，但普遍基于理論探討，很少有安全質(zhì)量監(jiān)管過(guò)程中的實(shí)際 BIM 應(yīng)用案例。本研究旨在通過(guò)一個(gè)典型的水利泵閘深基坑工程項(xiàng)目案例，探索 BIM 技術(shù)在安質(zhì)監(jiān)過(guò)程中的應(yīng)用方法及路線，為類似工程的政府監(jiān)管提供實(shí)踐參考。

1 工程概況及 BIM 應(yīng)用要點(diǎn)

1.1 某水利泵閘項(xiàng)目深基坑工程概況

某水利工程泵閘項(xiàng)目深基坑，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)約 103.0 m，垂直水流向?qū)捈s 70.0 m，基坑周長(zhǎng)約 339.8 m，基坑面積 6 931 m2，最大開(kāi)挖深度為 11.1 m，工程安全等級(jí)為二級(jí)，開(kāi)挖面積約為 7 500 m2?；又車捎勉@孔灌注樁＋三軸攪拌樁止水帷幕圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè) 2 道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，站身與閘首底板高程不同處采用水泥土重力式圍護(hù)墻，結(jié)構(gòu)平面圖詳見(jiàn)圖 1。

圖1 某水利泵閘深基坑工程結(jié)構(gòu)平面圖

本項(xiàng)目最小開(kāi)挖深度為 7.0 m，最大開(kāi)挖深度達(dá) 11.1 m，屬于典型的深基坑工程。其基坑開(kāi)挖施工方案詳見(jiàn)表 1。

表1 開(kāi)挖施工方案

1.2 安質(zhì)監(jiān)過(guò)程中的 BIM 應(yīng)用要點(diǎn)分析

當(dāng)前我國(guó)水利建設(shè)工程安全質(zhì)量政府監(jiān)管都是以確保建設(shè)工程安全和質(zhì)量為目的，通過(guò)采取直接或間接的行政手段，對(duì)影響工程建設(shè)活動(dòng)的不利因素進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，使各因素穩(wěn)定在一定范圍，從而確保建設(shè)工程活動(dòng)規(guī)范、有序進(jìn)行。上海市水利工程項(xiàng)目監(jiān)督工作流程詳見(jiàn)圖 2。

圖2 項(xiàng)目監(jiān)督工作流程

深基坑作為水利工程的一個(gè)重要分項(xiàng)，“施工階段的監(jiān)督管理”是監(jiān)督重點(diǎn)階段。根據(jù)相關(guān)安全質(zhì)量監(jiān)督規(guī)范文件，本項(xiàng)目水利工程水閘與泵站深基坑工程開(kāi)挖施工過(guò)程安質(zhì)監(jiān)要點(diǎn)如下所示。

(1) 安全監(jiān)督：抽查施工現(xiàn)場(chǎng)的基坑監(jiān)測(cè)報(bào)告，檢查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警限值的解決方案；若已發(fā)生過(guò)報(bào)警險(xiǎn)情，檢查處置情況的相關(guān)資料。

(2) 質(zhì)量監(jiān)督：檢查樁基施工情況，包括樁位偏差等；抽查基坑開(kāi)挖方案、基坑開(kāi)挖深度、寬度和標(biāo)高。

本研究主要目標(biāo)為通過(guò) BIM 技術(shù)，對(duì)施工安全及質(zhì)量監(jiān)管進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，對(duì)水利泵閘深基坑工程進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的、科學(xué)的監(jiān)管。

2 基于 BIM 的施工安全監(jiān)管動(dòng)態(tài)分析

水利泵閘深基坑工程安全監(jiān)督工作，是對(duì)參建各方人員在施工現(xiàn)場(chǎng)遵守有關(guān)安全生產(chǎn)法律法規(guī)和工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)情況實(shí)施政府監(jiān)督的活動(dòng)。

水利泵閘深基坑周邊變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)管是施工安全保障的重要措施之一。利用施工中不斷獲得的監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)來(lái)判斷基坑周邊安全情況，并用以指導(dǎo)下一步施工工作，是基坑工程中必須應(yīng)用的重要信息化手段之一，也是安全監(jiān)管的主要依據(jù)。

項(xiàng)目采用測(cè)斜儀進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)。基坑周邊設(shè)立 P 01～P 08 共計(jì) 8 個(gè)測(cè)斜孔，見(jiàn)圖 3，測(cè)孔埋深為 20.0 m，每 0.5 m 測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)。基坑開(kāi)挖階段測(cè)量頻率 ≥1 次/d，結(jié)果由儀器生成 txt 文件，轉(zhuǎn)存至電腦。

圖3 測(cè)斜孔平面位置圖

本項(xiàng)目從深基坑開(kāi)挖至底板混凝土澆筑時(shí)間約 6 個(gè)月，每日獲得水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 320 個(gè)，開(kāi)挖期間共計(jì)約 5.7 萬(wàn)個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)值。傳統(tǒng)模式下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般以表格形式呈現(xiàn)，見(jiàn)表 2。監(jiān)督過(guò)程中須逐條核查每日數(shù)據(jù)是否達(dá)到報(bào)警限值，工作量大且效率不高，為安全監(jiān)督帶來(lái)了障礙。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)表 mm

運(yùn)用 BIM 技術(shù)，將二維數(shù)據(jù)三維化，運(yùn)用 3 D 空間模型展現(xiàn)基坑周邊監(jiān)測(cè)變形情況，并結(jié)合時(shí)間與報(bào)警限值，自動(dòng)高亮提醒監(jiān)督人員是否出現(xiàn)報(bào)警情況，形成監(jiān)測(cè)變形的 4 D 動(dòng)態(tài)模型，輔助監(jiān)督員快速、高效進(jìn)行深基坑施工過(guò)程的安全監(jiān)管動(dòng)態(tài)分析。水利泵閘深基坑工程施工安全監(jiān)管應(yīng)用流程詳見(jiàn)圖 4。

圖4 施工安全監(jiān)管過(guò)程 BIM 應(yīng)用流程圖

從基坑監(jiān)測(cè)變形監(jiān)管角度出發(fā)，本項(xiàng)目基于 BIM 的施工安全監(jiān)管動(dòng)態(tài)分析具體步驟包含以下幾點(diǎn)。

(1) 獲得監(jiān)測(cè)文件，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表格類型及規(guī)律。

(2) 基于 BIM 軟件建立三維基坑變形模型，可通過(guò)調(diào)整時(shí)間、變形放大比例等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)建立不同時(shí)間段變形模型，快速反應(yīng)現(xiàn)狀。

(3) 提取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形最大值，用模型展現(xiàn)其具體位置。根據(jù)規(guī)范對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)定允許閾值，通過(guò) BIM 軟件判定各點(diǎn)最大變形是否超過(guò)允許值，若超過(guò)則進(jìn)行紅色高亮顯示報(bào)警，見(jiàn)圖 5。

圖5 監(jiān)測(cè)模型判別示意

(4) 對(duì)紅色高亮警示點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢復(fù)核，結(jié)合施工 4 D 進(jìn)度模擬，查看不同施工期內(nèi)變形最大值的變化情況，分析其安全風(fēng)險(xiǎn)及問(wèn)題，形成監(jiān)督記錄，提出相應(yīng)監(jiān)督整改要求。

(5) 整改完成后，返回監(jiān)測(cè)文件獲取更新?tīng)顟B(tài)，重復(fù)應(yīng)用 BIM 技術(shù)輔助安全監(jiān)管動(dòng)態(tài)分析。

本項(xiàng)目在基坑開(kāi)挖至基槽底部時(shí)，P 02、P 03、P 04 出現(xiàn)紅色報(bào)警，監(jiān)督人員根據(jù)報(bào)警信息立即巡檢現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)，并召開(kāi)監(jiān)督會(huì)議，提出復(fù)核、整改要求，檢查處置情況。

3 基于 BIM 的施工質(zhì)量監(jiān)管應(yīng)用分析

水利工程質(zhì)量監(jiān)督工作，是依據(jù)有關(guān)法律法規(guī)和工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)涉及工程主體結(jié)構(gòu)安全、主要使用功能的工程實(shí)體質(zhì)量情況以及水利工程參建各方人員在施工現(xiàn)場(chǎng)履行法定質(zhì)量責(zé)任和義務(wù)的情況實(shí)施政府監(jiān)督的活動(dòng)。

水利泵閘深基坑工程在施工階段的質(zhì)量監(jiān)管是項(xiàng)目最重要的階段之一，這一過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，參與人員多，一旦任何部位出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，都會(huì)在不同程度上影響著工程項(xiàng)目的最終質(zhì)量，更有甚者會(huì)引發(fā)項(xiàng)目后續(xù)的安全質(zhì)量事故。

傳統(tǒng)模式下深基坑工程的質(zhì)量驗(yàn)收多通過(guò)“聽(tīng)”“看”“查”“測(cè)”“驗(yàn)”的方式完成日常巡檢及地基驗(yàn)槽工作，對(duì)監(jiān)督人員的專業(yè)和經(jīng)驗(yàn)要求相對(duì)較高。

依托工程，利用傾斜攝影技術(shù)，通過(guò)無(wú)人機(jī)采集施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體信息，生成三維實(shí)景模型，與 BIM 設(shè)計(jì)模型進(jìn)行擬合、對(duì)比分析，通過(guò)不同的顏色來(lái)標(biāo)識(shí)質(zhì)量偏差大小，掌握深基坑工程的實(shí)體質(zhì)量情況，實(shí)現(xiàn)快速巡檢，科技驗(yàn)收?；?BIM 技術(shù)的施工質(zhì)量監(jiān)管流程詳見(jiàn)圖 6。

圖6 基于 BIM 技術(shù)的施工質(zhì)量監(jiān)管流程圖

結(jié)合傾斜攝影技術(shù)，本項(xiàng)目基于 BIM 的施工質(zhì)量監(jiān)管應(yīng)用步驟包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

(1) 無(wú)人機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，生成三維實(shí)景模型。

(2) 結(jié)合原有的 BIM 設(shè)計(jì)模型，與實(shí)景模型進(jìn)行對(duì)比分析。

(3) 運(yùn)用軟件測(cè)量、擬合等方式進(jìn)行偏差分析，查看偏差量是否超過(guò)規(guī)范要求，見(jiàn)表 3。

表3 混凝土支撐間距分析

(4) 對(duì)未超過(guò)允許偏差的，進(jìn)行分部工程質(zhì)量驗(yàn)收；對(duì)超過(guò)規(guī)范要求的開(kāi)展監(jiān)督會(huì)議，進(jìn)行質(zhì)量安全復(fù)核。

(5) 在復(fù)核滿足要求后，整改 BIM 模型；不滿足要求則提出整改方案，整改完成后重新進(jìn)行傾斜攝影，重復(fù)工作流程。

依托工程，在混凝土支撐檢查、地基驗(yàn)槽、隱蔽工程驗(yàn)收等階段，均通過(guò)實(shí)景模型與 BIM 模型進(jìn)行對(duì)比分析。在隱蔽工程驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別樁位偏差大于規(guī)范允許偏差，監(jiān)督人員以監(jiān)督記錄的方式將其發(fā)至項(xiàng)目法人并督促其組織相關(guān)參建單位對(duì)坑底整體樁位偏差進(jìn)行復(fù)核。

4 結(jié) 語(yǔ)

本研究依托一個(gè)典型的水利泵閘深基坑工程項(xiàng)目，探索了 BIM 技術(shù)在政府安全質(zhì)量監(jiān)督管理過(guò)程中的應(yīng)用方法。研究結(jié)果表明，運(yùn)用 BIM 技術(shù)，將二維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三維可視化，運(yùn)用 3 D 空間模型展現(xiàn)基坑周邊監(jiān)測(cè)變形情況，并結(jié)合時(shí)間與報(bào)警限值，自動(dòng)高亮提醒安全報(bào)警情況，能有效輔助監(jiān)督員進(jìn)行深基坑施工過(guò)程中的安全監(jiān)管。

結(jié)合傾斜攝影技術(shù)，建立現(xiàn)場(chǎng)三維實(shí)景模型，并將其與 BIM 設(shè)計(jì)模型進(jìn)行擬合、對(duì)比分析，可信息化監(jiān)管深基坑工程實(shí)體質(zhì)量，并輔助進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)質(zhì)量驗(yàn)收。

安全質(zhì)量監(jiān)督作為水利工程建設(shè)管理中重要的一環(huán)，其 BIM 技術(shù)應(yīng)用還處于探索階段。相信隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，采用 BIM＋互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行科技監(jiān)管，將是水利行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段之一。