汪結(jié)春

摘 要：近年來隨著我國(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，尤其是深基坑工程項(xiàng)目層出不窮。與一般工業(yè)與民用建筑相比，水利深基坑工程牽涉面廣、專業(yè)類型多、工程環(huán)境復(fù)雜，在建設(shè)過程中稍有不慎，就有可能造成重大安全、質(zhì)量隱患，甚至引發(fā)社會(huì)事故。在信息化高速發(fā)展的今天，如何在確保水利深基坑工程安全質(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，是亟需解決的難題之一。本文旨在通過一個(gè)典型的水利深基坑工程項(xiàng)目，探索BIM技術(shù)在政府安全質(zhì)量監(jiān)督管理（以下簡(jiǎn)稱安質(zhì)監(jiān)）過程中的應(yīng)用方法及路線，為今后政府監(jiān)管的轉(zhuǎn)型升級(jí)和模式的優(yōu)化提供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：BIM;水利工程;深基坑;安全質(zhì)量監(jiān)督

中圖分類號(hào)：TV551 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）08-0115-04

近年來隨著我國(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，尤其是深基坑工程項(xiàng)目層出不窮，使得水利項(xiàng)目面臨著巨大的質(zhì)量和安全風(fēng)險(xiǎn)。與一般工業(yè)與民用建筑相比，水利深基坑工程牽涉面廣、專業(yè)類型多、工程環(huán)境復(fù)雜，在建設(shè)過程中稍有不慎，就有可能造成重大安全質(zhì)量隱患，甚至引發(fā)社會(huì)事故。

我國(guó)工程安全質(zhì)量政府監(jiān)管制度始于20世紀(jì)80年代初，主要以行政干預(yù)、微觀監(jiān)管手段為主。雖然經(jīng)過多次改革，但當(dāng)前的監(jiān)管模式和信息化手段都無法適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要。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，是亟需解決的難題之一。

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）》[1]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?！?/p>

利用BIM技術(shù)促進(jìn)政府監(jiān)管方式的轉(zhuǎn)變，是上海水利工程監(jiān)管方式轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段。袁曉、周婷婷從智慧城市建設(shè)所需的建筑信息采集入手，結(jié)合BIM技術(shù)應(yīng)用，對(duì)建設(shè)工程政務(wù)監(jiān)管模式進(jìn)行了分析和探討[3]。高惕非從政府支持、業(yè)主驅(qū)動(dòng)和主導(dǎo) BIM 技術(shù)應(yīng)用及監(jiān)管人員能力四個(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 [4]。李菁、王穎將監(jiān)測(cè)三維BIM模型應(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[5]。黃靖程在研究了國(guó)內(nèi)外建設(shè)工程質(zhì)量政府監(jiān)管的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)行建設(shè)工程質(zhì)量政監(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[6]。

盡管行業(yè)內(nèi)對(duì)政府監(jiān)管BIM技術(shù)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)管過程中的實(shí)際BIM應(yīng)用案例。本次研究旨在通過一個(gè)典型的水利深基坑工程項(xiàng)目案例，探索BIM技術(shù)在安質(zhì)監(jiān)過程中的應(yīng)用方法及路線，為今后政府監(jiān)管的轉(zhuǎn)型升級(jí)和模式的優(yōu)化提供實(shí)踐參考。

1 依托項(xiàng)目BIM應(yīng)用分析

1.1 依托水利項(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103m，垂直水流向?qū)捈s70m，基坑周長(zhǎng)339.78m，基坑面積6931m?，最大開挖深度為11.1m，工程安全等級(jí)為二級(jí)，開挖面積約為7500m2。基坑周圍采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)二道鋼筋砼內(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。

本項(xiàng)目最小開挖深度為7m，最大開挖深度達(dá)11.1m，屬于典型的深基坑工程。其基坑開挖施工方案詳見下表。

1.2 安質(zhì)監(jiān)過程中的BIM應(yīng)用分析

當(dāng)前我國(guó)水利建設(shè)工程安全質(zhì)量政府監(jiān)管都是圍繞確保建設(shè)工程安全和質(zhì)量為目的，通過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)，使各因素保持穩(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[7]。上海市水利工程項(xiàng)目監(jiān)督工作流程詳見下圖。

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挖施工過程安質(zhì)監(jiān)要點(diǎn)分別為：

（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;抽查基坑開挖方案、基坑開挖深度寬度和標(biāo)高。

本次主要目標(biāo)為通過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)水利深基坑工程進(jìn)行系統(tǒng)、全面、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

水利深基坑工程安全監(jiān)督工作，是對(duì)水利深基坑工程參建各方和人員在施工現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行有關(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)[7]。

水利深基坑周邊變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)管是施工安全保障的重要反映指標(biāo)之一。利用施工中不斷獲得的監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)來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)。

本項(xiàng)目采用加拿大莫尼特測(cè)斜儀或北京航天CX-06型測(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P01～P08共計(jì)8個(gè)測(cè)斜孔，測(cè)孔埋深為20m，每0.5m測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)?；娱_挖階段測(cè)量頻率不小于1次/天，結(jié)果由儀器生成txt文件，轉(zhuǎn)存至電腦。

本項(xiàng)目深基坑開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)，開挖期間共計(jì)約5.7萬個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)值。傳統(tǒng)模式下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般以圖、表形式呈現(xiàn)（詳見圖4）。監(jiān)督過程中需逐條核查每日數(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)督帶來了障礙。

運(yùn)用BIM技術(shù)，將二維數(shù)據(jù)三維化，運(yùn)用3D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4D動(dòng)態(tài)模型，輔助監(jiān)督員快速、高效進(jìn)行深基坑施工過程的安全監(jiān)管動(dòng)態(tài)分析。水利深基坑工程施工安全監(jiān)管應(yīng)用流程詳見圖5。

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：

（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，實(shí)現(xiàn)可通過調(diào)整時(shí)間、變形放大比例等參數(shù)，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)定規(guī)范允許閾值，通過BIM軟件判定各點(diǎn)最大變形是否超過允許值，若超過則進(jìn)行紅色高亮顯示報(bào)警。

（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4D進(jìn)度模擬，查看不同施工期間內(nèi)變形最大值的變化情況，分析其安全風(fēng)險(xiǎn)及問題，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)文件獲取更新狀態(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)目在基坑開挖至基槽底部時(shí)，P02、P03、P04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)管中應(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和人員在施工現(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)[7]。

水利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，影響國(guó)計(jì)民生。

傳統(tǒng)模式下深基坑工程的質(zhì)量驗(yàn)收多通過“聽”“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)，通過無人機(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，通過不同的顏色來標(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。基于BIM技術(shù)的施工質(zhì)量監(jiān)管流程詳見下圖。

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：

（1）無人機(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規(guī)范要求。

（4）對(duì)未超過允許偏差的，進(jìn)行分部工程質(zhì)量驗(yàn)收;對(duì)超過規(guī)范要求的開展監(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)論

本文依托一個(gè)典型的水利深基坑工程項(xiàng)目，探索了BIM技術(shù)在政府安全質(zhì)量監(jiān)督管理過程中的應(yīng)用方法及路線。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3D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)行深基坑施工過程中的安全監(jiān)管。結(jié)合傾斜攝影技術(shù)，生成現(xiàn)場(chǎng)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，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，最終實(shí)現(xiàn)科技監(jiān)管。

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)輔助水利工程進(jìn)行高效安全質(zhì)量監(jiān)管，必將成為水利行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要引擎之一。

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