0 引言

《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年)》指出：当前，依靠大量投入的基础设施建设，民航工程在产业发展速度与规模上取得了一定成绩，但是许多深层次的矛盾并没有得到很好的解决并逐步显现，民航工程从过去注重数量、总量、增量的量优式发展，转向注重质量、效率、效益的质优式发展。其中，质量验评作为工程质量管理中的重要环节，成为了解决民航工程发展矛盾，提高产品质量、建造效率和生产效益的主要载体之一^[1]。

传统的施工质量验评主要用纸质文件或计算机办公文档流转和归档等，数据难以实时统计，工作量大。随着民航事业的快速发展和信息技术的不断进步，以BIM（Building Information Modeling，简称BIM）技术为代表，数字施工技术被越来越多地应用在机场建设项目中^[2,3]。尤其是随着数字经济时代的到来，打造基于新兴信息技术的智慧机场已是民航建设的主流发展方向^[4]。现阶段国内对于民航建筑业BIM技术的应用主要停留在单一服务对象的生产物料管理，未能将BIM技术从更多阶段完成模型深化、质量管理、信息交换和计量支付的有效应用。

为了改善现阶段民航工程所面临的挑战，本文将BIM技术和DT技术进行结合，基于BIM-DT技术提出民航工程的质量验评方法。

1 研究现状简述

1.1  BIM技术

BIM技术始于美国乔治亚技术学院提出的BDS（Building Description System，简称BDS）概念^[5]。1992年，Nederveen和Tolman ^[6]基于BDS技术提出了BIM技术的概念，进一步完善了该技术在设计、建造过程中的服务对象。Jerry于2011年发表了相关文章^[7]，促成了全美BIM技术标准的制定，并完成了BIM技术的全面推广。自2011年起，我国也将BIM技术纳入了《建筑业信息化发展纲要》的各个环节，正式作为实现建筑业工程项目智能化和数字化管理的重要技术手段。

我国分别于2016年及2018年发布了《建筑信息模型应用统一标准》（GB/ T51212）及《建筑工程设计信息模型制图标准》。陆子雨等学者^[8]在房屋的产品设计阶段应用了BIM技术，为碰撞检测和虚拟施工提供了数据支持。张建平^[9]于建造阶段实现了基于BIM技术的均衡模型自动构建技术。马飒^[10]基于BIM技术的数据流系统，建立了基于BIM的竣工结算模型，提高了竣工结算阶段的成本控制能力。

BIM技术解决了传统建筑业信息孤岛问题，极大提升了建筑全阶段的智能化和数字化管理。然而，建筑物是具有数十年生命周期的产品，后续阶段对于前置阶段（如建造阶段对设计阶段）的动态信息反馈仍存在显著不足。

1.2 DT技术

随着2017年“第一届数字孪生与智能制造服务学术研讨会”在北京的召开，多名学者^{[11, 12]}将数字孪生定义为集成物理信息、反馈数据，在信息化平台内建立一个产品的数字化仿真和模拟。DT技术具有如下优势：

（1）物理世界与虚拟世界的双向实时信息反馈；

（2）产品全生命周期所有阶段之间的双向动态信息反馈；

（3）由于其高保真性，具备强大的动态场景构建、寿命预测和实时优化决策的能力。

目前DT技术的应用在我国建筑业尚处于起步阶段，其与目前较为成熟的BIM技术的结合仍具有巨大的发展空间。

2 BIM-DT方法

将DT技术应用于实际工程，最重要的就是理清建造产品自设计阶段，经由建造阶段、运营阶段，最后到达报废阶段的全生命周期信息流、功能要求和供需关系。

图1绘制了现代建筑应用PLC-DT技术时的功能关系结构图。如图1所示，各阶段的信息输入和输出说明如下：

（1）设计阶段数字孪生体

自初步设计开始，基于建筑物设计方案，建立设计阶段数字孪生体，并建立与设计阶段数字孪生体的动态信息接口，每次设计方案因评估结果不过关而更改时，数字孪生体相应进行更新，并基于传输的数值结果进行多目标优化。

（2）建造阶段数字孪生体

基于建筑物施工图深化，建立建造阶段数字孪生体，并建立用于评估建造质量的系统与建造阶段数字孪生体的动态信息接口。每当建造方案因实际建造需求而更改时，数字孪生体相应进行更新，并基于传输的数值结果进行实时建造质量管理，直至建造完毕。

（3）运营阶段数字孪生体

基于建筑物最终的建造方案，并结合后续服务设施的安装记录，建立运营阶段数字孪生体，并建立用户服务系统与运营阶段数字孪生体的动态信息接口。每当建筑物内服务设施或建筑物本身发生维护后，数字孪生体相应进行自更新，基于传输的数据结果进行实时优化和决策，并将优化决策方案提供给运营商。

（4）报废阶段数字孪生体

继承建筑物运营到报废前的运营阶段数字孪生体，并结合报废计划，建立报废阶段数字孪生体，并建立物料回收系统与报废阶段数字孪生体的动态信息接口。基于报废过程进度，数字孪生体相应进行自更新，基于传输的数据结果进行实时优化和决策，并将优化决策方案提供给施工方。

图1 现代建筑PLC-DT结构图

将PLC-DT技术应用于质量验评，通过建筑物全生命周期提供的数据，以及设计阶段、运营阶段反馈的信息，可使得质量验评过程具备DT技术的显著特征，包括全生命周期性、高保真性、自适应性、实时交互性、需求引导性、多维可视性。

相比于传统质量验评方法，基于BIM-DT的质量验评方法同时可以将传统单向的阶段性报告、纸质报告、线下审批、分级签字及局部管理等功能升级、集成为并行连接的实时定位、网络填报、线上审批、电子签名及全局统筹功能。

如图2所示，民航工程施工质量验评系统架构分为基础层、支撑层、数据层、业务层、前台展示层、系统集成六大部分。其中，各部分功能说明如下：

（1）基础层：基础层是民航工程施工质量验评系统搭建的基础保障，具体内容包含了网络系统的建设、机房建设、多媒体设备建设等。

（2）支撑层：支撑层为民航工程施工质量验评系统的业务功能提供应用支撑服务。各参建单位基于工作流引擎进行业务流程处理，业务处理过程留痕。通过报表与综合查询服务可以在线编制、填写质量验评表以及生成各类报表。利用电子签名技术，保障电子文件的真实性和完整性，以及签名人的不可否认性。通过消息推送服务，把各种信息推送到用户端。

（3）数据层：数据层提供数据安全、数据质量、数据监控、数据处理、数据共享和数据交换、数据资产等服务。

（4）业务层：业务层是通过数据总线的各个接口从数据层取得相应的业务数据，经过处理转化为系统功能模块所需的业务数据格式存入数据层。

（5）前台展示层：前台展示层主要根据不同的业务需要，以个人计算机端、移动端、指挥中心大屏等为载体，通过各类Web浏览器、App展示各业务感知模块、数据可视化模块、报表数据和大数据统计分析数据等。

（6）系统集成：系统集成是以单点登录的形式实现各平台系统融合，以数据接口的形式实现各系统间的数据同步、流程推送，打破各系统间的数据壁垒。

图2 基于BIM-DT方法的民航工程施工质量验评系统

3 实例应用

实际对民航工程进行施工质量验评时，首先结合设计阶段数字孪生模型，建立机场对应的建造阶段BIM模型，并建立建造信息获取端与建造信息接收端之间的实时联系。如图3所示，以某机场的扩建工程为例，建立了建造阶段的BIM-DT模型，并将设计方、施工方、监理方和运营商的固定设施和移动设施通过网络进行连接。

图3 某机场扩建工程的BIM-DT模型

为了建立建筑物物理实体与BIM-DT模型之间的联系，建造过程中存在以摄像头等勘测设施为主的信息获取系统。同时，还增添了以施工方人员为主要对象的“随手拍”记录技术。基于移动端的软件，施工方人员可随时随地将施工问题上报，同时实现对BIM-DT模型的更新和对监理的通知。

基于建立好的BIM-DT模型，实时施工进度和物料情况由可视化指挥中心进行展示，如图4所示，用于为设计方、施工方、监理方和运营商实时提供施工进度、问题上报和优化决策等功能，具体如下：

（1）结合项目实际情况综合展示项目概况、施工总进度； 

（2）结合施工总进度计划，按标段进行进度模拟，通过生长动画的方式进行施工进度模拟，用于对下一阶段工作进行优化决策；

（3）与质量验评完成情况相结合，按标段通过BIM-DT模型不用颜色展示质量验评进度状态及数据，同时展示单位工程，分部工程，检验批数据量；

（4）统计各标段质量巡检问题数量，统计一般性问题，重大问题数量，统计问题整改情况；

项目总览       进度模拟

实际进度       验评进度

模型查看       质量问题

图4 基于BIM-DT的可视化指挥中心

4 结论

本文结合BIM技术与DT技术，提出了一种基于BIM-DT的质量验评方法，并将其实际应用在了某机场的扩建工程中，证明了BIM-DT在质量验评中的有效性，主要得到以下改善：

1）通过在BIM中实现物理世界与虚拟世界的双向实时信息反馈，提高了BIM-DT模型的保真能力和实时交互能力，确保质量验评过程可获得更高的精度；

2）通过在BIM中连接全生命周期不同阶段的DT模型，实现了产品全生命周期各阶段之间的双向动态信息反馈，确保了信息的有效传输和继承。

由于本文中对于运营商的参与考虑较少，建议下一步针对运营和维护工作对基于BIM-DT质量验评方法的影响展开进一步的研究。

参考文献

[1] 卢玉,罗一涛,刘燕,等.  质量验评系统在湖北鄂州民用机场转运中心项目钢结构工程的应用    [J].  四川建筑,  2023,  43  (05):  313-316.  

[2] 李熙华.  BIM技术在机场建设工程中的应用    [J].  全面腐蚀控制,  2024,  38  (04):  33-35.

[3] 郭晓豹,王鸣翔,江昆,等.  BIM技术在大型货运民航工程施工管理中的应用——以鄂州花湖机场转运中心工程为例    [J].  建筑经济,  2022,  43  (08):  55-64.

[4] 王晓颖. 国内智慧机场建设的研究现状及趋势分析 [J]. 建设监理, 2024, (05): 57-60.

[5] Eastman C.M. The Use of Computers Instead of Drawings in Building Design. 1975.

[6] Jerry Laiserin, Comparing Pommes and Naranjas[M]. Architectural Creation, 2011.

[7] Nederveen G.A., Tolman F.P. Modelling multiple views on buildings[J]. Automation in Construction, 1992, 1(3):215-224.

[8] 陆子雨, 孙杰, 周东明. 基于BIM+RFID 技术的PC 构件协同管理研究[J]. 工程建设, 2019(8):20-26.

[9] 张建平. 基于BIM 和4D 技术的建筑施工优化及动态管理[J]. 中国建设信息, 2017(02):18-23.

[10] 马飒. BIM 技术在建设工程竣工结算中的应用[J]. 四川建材, 2018, 42(02):281-282.

[11] 陶飞，刘蔚然，刘检华，等. 数字孪生及其应用探索[J]. 计算机集成制造系统. 2018, 24(01): 1-18.

[12] 刘大同，郭凯，王本宽，等. 数字孪生技术综述与展望[J]. 仪器仪表学报. 2018, 39(11): 1-10.