基于BIM技术的智慧监理应用研究

杨广鹤，严事鸿（.中咨工程建设监理公司， 北京 00048 ；.北京东方国信科技股份有限公司， 北京 000）

0 引 言

说到 BIM 技术，现阶段国内建筑从业人员一定不会陌生，或多或少都能说上几句。同时，英国标准协会(British Standards Institution)也表示 BIM 也将从 Level 2 逐步进入Level 3 阶段。这些都是 BIM 技术不断深入的标志。但在这同一期间，BIM 的各类神乎其神、有的近乎万能的技术也遭到了部分建筑从业人员的质疑。由此，针对 BIM 形成了两极分化的不同观点，其根本是没有认识到 BIM 的本质，对 BIM 研究的切入点存在偏差。

监理行业面临着强制监理的取消、取费低、监理人员门槛低、综合素质良莠不齐等问题，使得行业的名声日薄西山。政府部门乃至整个监理行业都在思考如何改变这一现状，如何满足监理行业升级转型、提高监理服务质量这一迫切需求。

BIM 是多维模型信息集成技术，是建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。监理行业应将信息化作为促进监理模式变革的重要途径之一，而 BIM技术又是建筑业信息化的重要组成部分，因此，打造基于BIM 技术的智慧监理，将会给监理人员的管理模式带来新的风向。

1 智慧监理的内涵

智慧监理是指运用 BIM、物联网、云计算、大数据等信息和通信技术手段，对工程项目全寿命周期内关键信息进行智能响应的监理模式。智慧监理的核心是一种利用先进的信息化技术，以实现工程监理智慧式管理和运行的新理念和新模式。

BIM 发展至今，我们应更多地去认识中间的那个“I”(Information)，也就是数据信息。建筑全寿命周期过程都应以数据信息为核心而驱动，纵向贯穿可研、设计、施工、运维直至拆除等阶段，横向整合政府、业主、设计、监理、施工、供应商、检测机构相关方，空间维度上涉及 GIS 数据平台、云计算平台等。数据信息的增值运用是实现建筑行业转型发展的重点。

智慧监理的新模式需要信息化技术的支撑。BIM 技术作为一种新的数据信息形式，给建筑行业带来了翻天覆地的变化。加大监理行业信息化水平是实现监理业务水平提高、监理智能模式转型的需要，BIM 技术作为信息化手段之一将有力地促进监理行业的信息化水平。

2 BIM 技术的智能方式

如何有效地依据采集到的或已有的建筑数据信息进行加工、整合、分析，进而进行智能响应，将是能否发挥BIM 技术真正优势的关键。智慧监理与传统监理的不同，在于对数据信息的利用程度。下文将以 BIM 数据信息的增值为核心准则，主要结合自身团队研发的技术，并综合考虑已有技术，提出基于 BIM 技术下的智慧监理新思路。

2.1 数据可视化

BIM 技术特性中最为突出的是其可视化的效果，但BIM 不应仅是一个可供观赏的“花架子”，而更多的应该是一个数据信息的可视化的成果。将数据充分可视化，原本在二维环境下需要多剖切面描述的信息量，采用直观的三维信息进行展示，有利于监理人员智能判断我们的设计及工艺设备的选型是否合理，做到监理过程控制重点区域的智能化和可视化。

例如：(1)项目监理中可以将不同身高的人物模型数据、不同型号规格的车辆数据可视化，对比后可以直接感受吊顶、管线以及周围结构与所放物体间的关系，向业主告知不合理的位置，进而优化设计；(2)混凝土泵车按不同布料臂架长度会有不同的布料范围，以往对三维的布料极限范围难以控制，对泵车的型号选择存在一定误判，将布料范围数据可视化为多个同心体量后放入 BIM 模型上，可以快速直观地得到涵盖的结构范围；(3)监理在安全管理上采用同样数据可视化的思路，将挖掘机的旋转半径可视化，放入场地中甄别是否存在施工过程中与其他建筑构件碰撞的安全隐患。群塔作业时，塔吊覆盖区域下是施工安全控制垂直区域的重点，三维环境下可以直观地得到建筑建设周期内安全控制的区域。这些都是监理过程管控的重点(如图1 所示)。

图1 数据可视化示意图

2.2 关键信息识别

在一个几万平方米的工程项目中，遇到的结构梁、板、柱成百上千，加上涉及多类工种，过程管控中势必造成控制点信息的成倍增加。在这些繁杂多样的建筑信息中进行快速识别、定位监理控制的关键信息，将使得监理管控智能化。已经建立完成的 BIM 模型不能再仅仅被当成是一个只有可视化外表的三维模型，BIM 模型内构件所蕴含的丰富信息应被监理人员充分利用，向智慧监理转型。BIM模型内存在各类有效和冗余信息，监理人员应对有效信息加工、识别其中的关键信息，做到现场“精准监理”。

关键信息的含义非常丰富，本文仅就目前研究进展涉及到的两类比较重要的问题阐述：(1)四类高支模区域的识别；(2)洞口的识别及分类。混凝土模板支撑工程中搭设高度、搭设跨度、施工总荷载、集中线荷载四个方面，对是否属于危险性较大的分部分项工程，或是否超过一定规模的危大工程范围，进行了不同数据信息层面上的定义。根据 JGJ 80—2016《建筑施工高处作业安全技术规范》，对不同洞口大小进行了分类防护。这些都是监理人员控制的关键信息，借助 BIM 技术可以精准识别。对 Revit 软件平台上构建的模型，采用自带的 SDK 包调用相关 API 接口进行二次开发，设计四类高支模计算、洞口计算分类的模型，全过程快速自动识别。具体流程如图2 所示。

图2 关键信息识别流程图

通过调用 API 接口可以快速地从 Revit 模型中筛选出所需要的梁、板的几何及标高参数信息，按已设计的计算模型进行数据加工得到需要控制的关键信息。四类高支模识别插件可以快速、自动计算识别 BIM 模型中超过规范要求的区域，比如得到净空差超过 5 m 的梁以及自动计算板上总荷载、梁线荷载超过规定数值的构件，指出梁、板名称，使得监理人员可以更加精准和全面地控制架体搭设的关键区域，提高监理过程的智能化水平。洞口识别采用同样的思路，对 BIM 模型进行全面检索，快速对不同的洞口进行区别、分类，并提出防护要求。

2.3 智能引导

理想状态下的平行检验及隐蔽验收工作应该能尽可能多地检查到每个施工工序的细节，但在实际监理过程中，由于工期及实际工序安排的原因，常常会需要在一个较短的时期内熟悉图纸构件并在现场依据经验进行抽点检查。在有限的时间内，大量的构件信息和规范要求会使监理人员产生巨大的验收压力，影响监理人员的质量管控，最终造成验收只是一个“过场”的不良现象。为了尽可能地降低质量控制的风险、使监理验收成效最大化，有经验的监理人员会针对施工难点及重点区域加强控制，对容易造成错、漏的地方进行重点监控。这也正是经验丰富的监理人员和初出茅庐的监理人员本质上的差别。

BIM 技术中的数据信息正可以很好地缓解这一问题。设想 BIM 模型就是一张张信息化后的图纸。将以往经验丰富的监理人员的经验及规范、图集要求，作为信息识别的程序，去检查这些 BIM 模型，得出一份验收引导报告，来指导监理人员优先验收难点、重点区域，以期合理分配有限时间，智能化地监理现场。现阶段针对梁钢筋检验、验收这一实际项目，基于 Revit 模型平台，研发了梁检验、验收引导功能模块(以下简称“模块”)。模块研发前对行业内各类经验丰富的监理人员进行了调研，得到很多检查的控制要点；同时，多次讨论分析梁验收过程中所涉及的规范和图集，并将其写入模块代码中，代替监理人员预先对指定区域进行检查，最后生成一份引导报告，以提高监理人员的工作效率。现阶段模块引导报告的包括以下一些信息：(1)基本信息。包括最大高度的梁名称、区域内梁的数量，对检查区域内梁的基本情况有一定准备。(2)筛选梁节点。针对存在非常规梁节点的情况图集示意，避免记忆不清的现象；(3)悬挑梁、加腋梁情况。若存在，则标注梁的名称及图集示意。(4)随机抽检梁数量及名称，科学合理抽样检查。

该模块虽只是针对梁验收且覆盖的信息量还不足够大，但其优势是明显的。(1)让监理人员在更短的时间内更直观地了解到验收区域内梁结构的情况，有一定准备、有目的地进行验收，不再盲目。(2)通过之前已经存储的梁节点图片数据库，让监理人员较全面地了解到验收区域所涉梁的信息及验收参照标准。(3)充分发挥了前人的宝贵经验和智慧，提高了监理人员的工作效率，真正体现出了“智能监理”；同时也使监理人员能充分自主地调配验收的节奏。

2.4 信息集成行为

监理行业内储存数据信息的方式较多地集中于图片、Excel 表格、Word 文字。这当中有些是纸质版，有些是电子版，最后交付的成堆的监理资料也很难反映资料与工程现场的关系，无法体现监理服务期内的工作量。借助自主研发的 Revit 插件，建立监理 BIM 数据智慧集成系统(以下简称“系统”)，构建 BIM 数据与监理工作之间的关系，全面改变监理信息集成的方式，智能管理监理资料。同时，提出监理数字化成果交付体系的重点内容，以期推动完善基于 BIM 的工程竣工的备案模式。系统根据 BIM 技术的不断深入以及各地区对监理资料信息的不同要求，需要不断地完善和深化，最后形成定制化的服务。当然，现阶段还只是建立了相对重要的几个模块，主要包括见证记录、监理业务文件、监理工作记录、监理指令、监理 BIM 模型深度评定(如图3 所示)。

图3 监理BIM数据智慧集成系统功能模块示意图

通过系统可以可靠地建立见证记录及联系单、通知单中所描述部位的构件与监理资料之间唯一的映射关系，形成监理资料的 BIM 数据“身份”，增强资料信息与 BIM 信息相互之间的可追溯性。同时，此系统还具有集成监理大纲及细则、监理月报现场进度模型量化、根据内置的多专业模型深化评定表、自动计算评定模型精度结果的功能。系统最终交付的是一个富含监理信息的 BIM 竣工模型，将传统的、松散的信息整理，转变成为统一系统下的信息集中。

2.5 辅助评价与优化

在评价体系的背后，需要大量的定性指标和定量指标的支撑，但定量化指标的计算常常耗费大量的时间和人力，而且容易出错。BIM 模型中的数据信息可以在一定程度上解决这个问题，根据抽象化的建筑评价体系模型和BIM 参数数据，形成一种结构化的、可复制的评价模式。

这一部分比较完善的是对绿色建筑的评价系统的建立。兰晶晶[1]主要将绿色建筑体系中的评价指标尽可能地参数化，将 Revit 模型中的参数信息导入 Ecotect 软件，对目标建筑进行绿色建筑评价；同时结合贝叶斯网络确定指标间的关系，构建 BIM－Bayes 综合评价优化模型，通过项目验证了模型的合理性。姜韶华[2]从 BIM 模型中提取被评价建筑的相关信息，利用已构建的本体模型进行推理，得出被评价建筑的评价指标的得分，从而辅助建筑绿色等级的划分。监理人员可以利用 BIM 辅助评价及优化的优势，结合自己提出的抽象化监理评价模型，提出 BIM 模型中的参数化信息，得到自己的评估值，为建设方的决策提供依据。这一过程是可以被共享和重用的，也是智慧监理的重要体现。

3 现阶段技术存在的不足

上述 BIM 技术的智能方式虽然可以有效提升监理人员的智能化和信息化水平，但是在具体的研发和实践过程中也存在一定的不足。

(1) 针对复杂情况的识别，需进一步深化。高支模识别模块针对弧形梁、斜梁的区域的判定存在一定的难度，而现场具体的构件施工的情况极其复杂，单纯靠一个模型难以描述全部的信息。BIM 技术现阶段只能减少常规区域的识别的工作量，要达到类似经验丰富的监理人员的识别水平，还需要持续研发。

(2) 对 BIM 模型的构建质量提出更高的要求。以往建模工作常被人们忽视，认为是一个低端的工作。但 BIM 技术运用到后期缺乏高质量模型的支撑，二次研发将寸步难行。这些识别和引导技术都是基于 BIM 信息完整和建模规范的样板项目。在实际项目的建模前期，如果没有合理的建模标准的规划，都将难以保证最终结果的真实性和全面性。但是，对如何配合模型的二次使用、如何提出 BIM 精细的建模数据标准、如何规范建模行为、如何形成高质量的 BIM 模型等的统一的标准，目前还是比较缺失的。

(3) BIM 模型中过程信息的处理。现阶段 BIM 技术智能方式都是基于一个模型已经构建完成，或者说是项目完成阶段的对过程阶段需要控制的重点的反推。BIM 模型对过程中产生的信息的捕捉还不足够全面。例如，我们识别的洞口都是最终将存在于现场的，而由于施工是连续的、具有一定过程的，这期间产生的洞口不在少数。如何有效识别这一危险源现在仍是一片空白。如何充分发挥 BIM 全寿命周期的真正信息的作用，是下一步研发的重点。

(4) 功能略单一，需不断丰富。模块的设计和研发需要一定的时间做保证，同时也需要以更多的项目去验证模型的合理性。鉴于现阶段模型的储备量有限，不能很好地将 BIM 技术用于更多的项目，加之在 BIM 技术下监理方面 BIM 计算模型的设计还是太少，积累的素材还是不够丰富，还不能有效辐射到监理工作的各个方面。例如，信息识别只是高支模和洞口，只有梁检查的引导等。这些智能化的方式只是智慧监理研发的开始，任重而道远。

4 BIM技术下智慧监理应用的未来

未来智慧监理的方向依旧是以数据信息为中心开展的。随着 BIM 技术不断地加深和运用，加上与建筑行业其他信息化技术的深度融合，智慧监理的范畴以及提升监理人员智能管理效率的方式，将不仅仅局限于上述这些内容。BIM技术下智慧监理应用的未来框架(如图4 所示)，与传统模式不一样的是：新技术将促使监理企业之间“壁垒”的消除，每一个监理企业将会通过“BIM+互联网技术”更加便利地共享企业之间的技术知识，形成整个监理行业的“大智慧”。人工智能技术中的机器学习使得计算机可以学习文本和图片信息。考虑到建筑行业即将开放的标准共享平台，当机器学习了一定程度的建筑标准后，增加了背后支持的数据量，机器将代替监理人员进行方案的审查；图片学习后的识别也将增加监理人员的智能化管理手段。通过对一定量缺陷图片的识别，如针对焊缝外观质量、除锈等级等以往靠经验定性的图像，都可以被计算机识别，并给出其评判和等级划分，以辅助监理人员的验收工作。基于物联网技术的新型智能装备承载着 BIM 模型中的数据信息，将彻底改变现场施工人员的作业方式，如植入 RFID 的安全帽，进入指定区域后就会报警。运用 AR 技术的测量机器人能对现场模型与 BIM 模型比对的快速验收。未来 BIM 技术下的智慧监理将给从业者带来意外的惊喜。

图4 未来BIM智慧监理框架图

5 结 语

综上的这些研发的技术都旨在提高监理人员的工作效率，并不是说监理从业人员不再需要提升自我。一方面，监理人员应认识并承认 BIM 信息化优势，竭力拓展自己的业务水平和范围，满足监理行业乃至整个建筑领域信息化进程的要求；另一方面不能否定产业工人素质在生产环节中起到的重要作用，不应过度夸大 BIM 技术的作用，不应将 BIM 理解为一种万能的信息技术手段。监理人员应清楚认识到 BIM 定义中重点的是 Information (信息)，而不是Modeling (模型)。以 BIM 信息为媒介，结合其他信息化手段，在监理行业内形成信息的互通和共享机制，整合行业资源，形成监理人的智慧化管理模式。被监理者在这种精细的和系统的管理氛围下能高效、精准地开展业务操作，从而加快整个建筑行业从劳动密集型向知识密集型的升级转型。

[1]兰晶晶. 基于BIM技术的绿色建筑评价与优化研究[D]. 南京:东南大学, 2016.

[2]姜韶华, 武静. 基于本体与BIM的绿色建筑智能评价系统[J]. 工程管理学报, 2016, 30(4):35-39.