BIM和激光掃描的裝配式建造管理與質量控制研究

汪國輝

摘 要：在開展裝配式建造管理質量控制工作的過程中，要想最大限度的保證質量，BIM思想和激光掃描技術的應用必不可少。本文首先對裝配式建造管理與質量控制工作的主要內容進行了研究，其次研究了在相關工作的開展過程中BIM思想和激光掃描技術應用的現實價值，最后從裝配式建造管理工作的開展與質量控制工作的開展兩個角度出發分別研究了BIM思想和激光掃描技術的應用策略。在此基礎上，希望能夠最大限度地發揮BIM和激光掃描的積極價值。

關鍵詞：BIM;激光掃描;裝配式建造管理;質量控制

中圖分類號：TU756;TU712.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）07-0109-04

Abstract： In the process of quality control of assembly construction management， the application of BIM and laser scanning technology is necessary to ensure the quality to the maximum extent. In this paper， the main contents of assembly construction management and quality control were studied firstly， then the BIM idea and the practical value of laser scanning technology in the process of related work were studied. Finally， the BIM idea and the application strategy of laser scanning technology were studied from the two aspects of the development of assembly construction management and quality control. On this basis， we hope to maximize the positive value of BIM and laser scanning.

Keywords： BIM;laser scanning;assembly construction management;quality control

相對于傳統的建造方式，裝配式建造方式不僅對精度具有較高的要求，而且對結構構架的要求同樣較高。在此情況下，如果不及時對建造管理方式及質量控制模式進行調整，裝配式建造管理工作的質量就會受到嚴重影響。針對這一情況，浙江廣廈建設職業技術學院相關專業人員經過研究，嘗試將BIM思想引入其中，對原有管理方式進行優化，并在此基礎上，合理應用激光掃描技術，提升裝配式建造工作的精度，從而真正實現建造效率與建造質量的整體提升，為后續工作的開展打下良好的基礎。

1 裝配式建造管理與質量控制工作的主要內容

工程建設是一個十分復雜的系統，其中蘊含著多個不同的階段，包括初期的規劃和設計工作、中期的施工建造工作和后期的運營維護和拆除工作。從現階段的情況來看，我國企業在開展項目管理工作的過程中依然采用傳統模式，即先期設計、中期招標、后期建造的模式，負責相關工作的各方都需要與業主簽訂職責履行合同，各個階段的工作處于相對獨立的狀態，缺乏聯系是一個普遍存在的問題[1]。與此同時，近幾年，國家根據實際情況出臺了很多與裝配式建筑相關的指導意見。從生產方式來講，裝配式建筑因效率高、周期短等優勢成為近幾年建筑行業的一個研究熱點問題。從現階段的研究情況來看，模塊化設計、產品體系、可持續設計方面的研究有了長足的進步，但是，新型信息技術管理和管理精細化方面的研究還相對較為缺乏。從裝配式體系建造的過程來講，管理工作不僅要針對建造進度和建造流程展開，還要對相關工作流程進行細分，具體需要覆蓋生產階段、運輸階段、倉儲階段、安裝階段。裝配式體系全生命周期管理流程如圖1所示。

與此同時，從質量控制的角度來講，以往裝配構建都采用手動檢查的方式，最常用的方式包括卷尺測量和全站儀測量。但是，這兩種方法僅限于對線性材料進行測量，而對于一些復雜的構件，則很難達到理想的測量效果。

2 在裝配式建造管理與質量控制工作中應用BIM和激光掃描技術的現實意義

2.1 使行業的數字化程度、信息化程度、協同化程度都有較大幅度的提升

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種全新的建筑信息化思想，無論是在行業的發展中，還是在實際應用過程中，都已經成為一個熱點話題。隨著建筑行業的發展，其對精細度的要求也在逐漸提升，對此，BIM技術的應用價值也得到了更多人的認可[2]。通過BIM的實際應用，建筑行業在生產過程中的數字化程度、信息化程度、協同化程度都有了較大幅度的提升。現階段，國內建筑行業在應用BIM思想的過程中，三維信息模型的碰撞檢查、生成、展示是最主要的領域，但是，相關思路的建立依然處在起步階段。我國之所以在BIM應用方面落后于其他國家，主要是因為：第一，采用傳統方式對現澆工作進行管理難度較高，環節較多，建造范式無法實現全面統一;第二，在開展BIM管理過程中，軟件和方法都存在不成熟的問題，致使設計人員所設計的三維信息模型無法滿足現實需要。

2.2 使信息化建造模式的實用性得到大幅度提升

在采用裝配式體系進行建造的過程中，統一裝配是最常用的方式。這種方式最早用于工業領域，是信息化管理的雛形，其在一定程度上為BIM管理模式的推廣提供了可能。但是，在此過程中，統一裝配的方式也對裝配過程的精確性和結構構建的質量提出了更高的要求，相比于以往，信息化建造模式不僅能很好地滿足裝配過程的精確性高要求，同時也能夠減少大量的人力勞動強度，具有較高的實用性。從現階段的情況來看，在檢測安裝效果以及評價裝配構件質量的過程中，人工處理測量是最常用的方式。采用這種方式不僅要耗費大量時間，而且會影響測量精度。要解決上述問題，激光掃描技術是一個十分重要的手段。其不僅具有高效的特點，而且在質量控制方面也有著十分積極的現實意義，還能實現對建造活動的實時跟蹤。在實際應用過程中，激光掃描系統主要通過對現場的3D點云模型進行掃描，在此基礎上，達到獲取設計模型的目的，通過精細匹配的方式明確建造誤差。從裝配式建筑自身來講，估算鋼筋位置、評估缺陷、控制混凝土板件的加工尺寸、保證位置構建的平整度是最主要的研究方面。但是，從實際的角度上分析，研究結果并未與信息化建造管理過程的結果融合到一起，致使數字化質量檢測的優勢發揮十分有限。在裝配式建造過程中應用激光掃描技術，將BIM思想和檢測結果有機融合到一起，能使信息化建造模式的實用性得到大幅度提升。

3 裝配式建造過程中BIM和激光掃描技術的應用

3.1 裝配式建造過程中BIM技術的應用

在實際應用過程中，相比于傳統的基于二維紙質媒介傳遞建筑信息的方式，BIM技術具有十分明顯的優勢。其通過將裝配構件、技術設備、管理人員和管理軟件有機聯系到一起，能夠充分發揮信息技術的優勢，提升建造效率[3]。學者張建平對我國施工實際需要進行研究，針對BIM技術實際應用過程中的系統流程、技術架構、應對措施等方面提出了自己的見解;同時，與BIM系統為基礎研究了輔助軟件4D系統。其他學者也從各個方面進行了研究，有學者對裝配式建筑建造的特點進行研究，從射頻識別技術出發，采取BIM思想展開建造工作;還有研究人員分析了傳統建造過程中存在的問題，借助BIM思想對施工建造總體的平臺架構進行了調整，明確了施工工作具體的流程;還有學者研究了裝配式建筑構件的生產過程，對具體的生產流程和控制要點進行說明，建立了完善的流程模型。

從整體來看，在裝配式建造工作的開展過程中引入BIM模型，能夠有效提升各方的協同性。現階段，在開展裝配式建造工作的過程中，BIM模型的應用主要體現在以下兩方面：第一，對裝配式構建的要點進行描述和梳理，在此基礎上，實現流程的信息化;第二，借助RFID技術追蹤裝配構件，在此基礎上，將BIM模型應用到實際施工流程中。

3.2 裝配式建造過程中激光掃描技術的應用

通過BIM的方式進行裝配式建造，在一定程度上解決了二維圖紙效率慢的問題，但是對于建造過程中各個節點的情況依然缺乏足夠的關注。在這樣的情況下，就需要利用到三維激光掃描技術，對物體外表面掃描進行數字化記錄，在此過程中，全面整合BIM流程。

BIM模型具有高效性的特點，激光掃描技術具有精確性的特點。將兩者結合引入裝配式體系建造中是一種新的裝配式建造途徑。國內很多工程項目的施工過程中都引入了這一思想，工程效益大幅度提升。例如：在對大小井特大橋鋼管汞肋進行拼裝的過程中，技術人員通過三維激光掃描技術與BIM模型進行了虛擬預拼裝，大幅度提升了后期整體拼裝的效率。然而，現階段我國研究人員所做的探索更多的是進行綜合運用，具體包括在地形建模領域的應用和在基坑掃描中的應用等。

4 裝配式管理控制過程中BIM和激光掃描技術的應用

4.1 裝配式管理控制過程中BIM技術的應用

在應用BIM技術進行裝配式管理控制的過程中，能夠形成一個可視化信息管理平臺，這一信息管理平臺具有可落地的特點[4]。本次研究中，研究人員將自行開發實踐和企業調研有機融合到一起，在管理平臺框架的設計過程中包含項目管理、模型轉換、ID管理、質量控制、進度追蹤、實時狀態6個模塊。要想提升建造過程管理的整體效益，質量控制和ID管理工作的開展是重點。質量控制工作的開展過程中，各個方面都有所涉及。具體框架構成如圖2所示。

4.2 裝配式管理控制過程中激光掃描技術的應用

在裝配式管理控制工作的開展過程中，激光掃描技術發揮了十分重要的作用，其一方面能夠對管理控制體系進行掃描，另一方面能夠對裝配式構件進行有效掃描，在此基礎上，獲取被測對象的相關數據，從不同的建造階段出發，采取點云處理的方式進行計算，明確構件之間的誤差，最后，將檢測所獲得的數據上傳至系統中[5]。整體過程大致可以分為三個方面，即點云數據處理、確定掃描系統以及確定掃描策略。

實際掃描過程中，需要覆蓋全部點云數據。通常情況下，對形狀規則的梁柱進行掃描的過程中，只需要依據其伸展方向對主面進行掃描即可。但是對于相對復雜的構件來說，則需要從各個方向分別進行掃描，在此基礎上，保證數據的完整性，避免質量問題，實現質量管理控制。例如，如果板件的厚度較小，對其中一個面進行掃描就可以對整個構件的情況進行判斷。通常，在安裝裝配式體系構件和生產相關構件的過程中，批量操作是最常用的方式，合理選擇掃描策略能夠大大節約掃描時間，提升掃描效率，在此基礎上，為后續點云處理工作的展開打下良好的基礎。如此，達到對裝配過程以及構件質量進行質量控制的目標，保證問題發現的及時性，避免質量問題的進一步擴大。

本次研究中，研究人員就從裝配式體系出發，從質量控制和建造過程的流程管理兩個方面進行了研究，使激光掃描數字化質量控制和BIM信息化思路有機地融合到了一起，對傳統的建造管理方法進行優化。通過激光掃描技術和BIM信息化思路的合理應用，實時對項目進展進行更新，在此基礎上，真正達到追蹤項目質量的目標。管理方法的優勢具體見表1。

5 結語

在對裝配式建造工作的開展進行管理以及質量控制的過程中，BIM思想和激光掃描技術發揮了十分重要的作用，通過兩者的充分融合，一方面能夠實現建造效率的提升，另一方面對于建造精確性的提升也有著十分積極的現實意義。

參考文獻：

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[6]林佳瑞， 張建平. 面向建筑運維的BIM模型功能空間識別[C]// 第四屆全國BIM學術會議論文集. 2018.