毛小強(qiáng) 彭毅

摘? 要： 目前高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法無(wú)法直觀顯示出修復(fù)區(qū)域數(shù)值，因此提出BIM模型監(jiān)管下高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法。根據(jù)BIM模型特性，利用激光掃描技術(shù)獲取修復(fù)區(qū)域數(shù)據(jù)，利用std2計(jì)算數(shù)值矩陣標(biāo)準(zhǔn)差，剔除其中的影響參數(shù)，得到包含修復(fù)區(qū)域在內(nèi)的整體坍塌墻體模型，完整地對(duì)修復(fù)施工中混凝土強(qiáng)度與承臺(tái)修復(fù)兩部分進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，將其與動(dòng)態(tài)參數(shù)指標(biāo)方法、有限元模型檢測(cè)方法所檢測(cè)到的施工質(zhì)量檢測(cè)效果相對(duì)比，證明了其能夠更好地完成質(zhì)量檢測(cè)工作。

關(guān)鍵詞： 墻體修復(fù); 質(zhì)量檢測(cè); BIM模型; 激光掃描; 參數(shù)設(shè)置; 仿真實(shí)驗(yàn)

Abstract： As the construction quality detection method of high?rise building collapse wall repair cannot intuitively show the value of repair area， a construction quality detection method of high?rise building collapse wall repair under the supervision of BIM model is proposed. According to the features of BIM model， the data of repair area are obtained by means of the laser scanning technology， the standard deviation of numerical matrix is calculated by std2， from which the influence parameters are eliminated， so that the whole collapse wall model including repair area is obtained. The quality detection of the concrete strength and cushion cap repair in the repair construction process are accomplished. The designed simulation experiment show that， in comparison with the dynamic parameter index method and the finite element model detection method， the construction quality detection effect of the designed method is better， which proves that it can better complete the quality detection work.

Keywords： wall repair; quality detection; BIM model; laser scanning; parameter setting; simulation experiment

0? 引? 言

高層建筑安全風(fēng)險(xiǎn)較大，對(duì)施工與建筑維護(hù)管理要求較高。我國(guó)受到地形影響，較大部分地區(qū)處于板塊斷裂帶，容易受到地震影響，造成高層建筑破壞。高層建筑遭到破壞后主要表現(xiàn)為墻體坍塌[1]。高層建筑坍塌墻體修復(fù)工作存在較大的危險(xiǎn)性，且施工修復(fù)質(zhì)量得不到保障[2]。目前，現(xiàn)有高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性有一定提升，但實(shí)際應(yīng)用效果較差，運(yùn)行費(fèi)用較高，很難得到推廣使用。針對(duì)目前現(xiàn)有檢測(cè)方法存在的問(wèn)題，提出BIM模型監(jiān)管下高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法[3?4]。通過(guò)分析坍塌墻體修復(fù)工程質(zhì)量因素，完成質(zhì)量檢測(cè)量化，提高整體修復(fù)工程質(zhì)量檢測(cè)性能。

1? BIM模型高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)

1.1? 墻體修復(fù)數(shù)據(jù)提取

在滿足建模規(guī)則的條件下，提取高層建筑坍塌墻體修復(fù)數(shù)據(jù)，在設(shè)定范圍內(nèi)針對(duì)非接觸性或隱蔽性較強(qiáng)的目標(biāo)區(qū)域，利用定點(diǎn)平行激光作為目標(biāo)定點(diǎn)，從而擴(kuò)大墻體修復(fù)檢測(cè)范圍，如圖1所示。

設(shè)激光與目標(biāo)物體垂直方向下夾角為α，目標(biāo)投影高度為F，投影平行面橫向?qū)挾葹閐，像素?cái)?shù)量為n，得出墻體修復(fù)單個(gè)像素面積P，公式如下：

所獲取墻體修復(fù)像素帶有明顯的質(zhì)量缺陷信息，將得到的識(shí)別像素缺陷信息與量化目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行大小圖像分割，使用函數(shù)rgb2ycbcr將m×n×3的RGB轉(zhuǎn)換成為YCbCr，以BIM模型三維坐標(biāo)表示基本量[5]。其轉(zhuǎn)換公式為：

以修復(fù)數(shù)據(jù)坐標(biāo)為基礎(chǔ)，在其修復(fù)邊緣檢測(cè)與識(shí)別過(guò)程中，引用閾值使目標(biāo)區(qū)域與其他區(qū)域獨(dú)立。若在YCbCr變化范圍內(nèi)，設(shè)其邊緣特征坐標(biāo)為f（x，y），則閾值后坐標(biāo)需要滿足：

處理后閾值坐標(biāo)將像素歸為0與1，0代表檢測(cè)區(qū)域白色，1代表檢測(cè)區(qū)域黑色[7]。

經(jīng)過(guò)處理的修復(fù)目標(biāo)矩陣數(shù)值只有0與1，因此可以得到檢測(cè)目標(biāo)范圍像素面積包含完整墻體修復(fù)數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的BIM模型[8]。

1.2? 修復(fù)施工影響參數(shù)檢測(cè)

在已知墻體修復(fù)數(shù)據(jù)前提下，檢測(cè)修復(fù)施工中的影響參數(shù)[9]，得到方差均衡化橫縱坐標(biāo)各值呈現(xiàn)頻率，計(jì)算數(shù)值矩陣標(biāo)準(zhǔn)差：

數(shù)值矩陣標(biāo)準(zhǔn)差在實(shí)際質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中數(shù)值會(huì)發(fā)生畸變，增加信號(hào)畸變程度，因此通過(guò)分析諧波分量的變化情況，判斷數(shù)值二次諧波幅值比為：

式中：[AsΩ]為信號(hào)二次諧波幅值;[AΩ]為信號(hào)基波幅值大小。

經(jīng)去噪處理的參數(shù)變化趨勢(shì)明顯增加，二次諧波幅值與基波有著明顯波峰，且符合檢測(cè)值增長(zhǎng)規(guī)律，證明所測(cè)影響參數(shù)能夠直觀反映出施工質(zhì)量實(shí)際情況[10]。但在不同測(cè)試點(diǎn)，影響參數(shù)波動(dòng)值較大，說(shuō)明所得影響參數(shù)穩(wěn)定性不夠理想[11]。因此按照[3σ]準(zhǔn)則，考慮置信概率，控制參數(shù)隨機(jī)變量在置信區(qū)范圍內(nèi)，置信區(qū)指向正常影響參數(shù)取值范圍，其表達(dá)式為：

式中：[Ad]為可能異常值;[A]為均值;[σ]為標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)[Ad]滿足式（6）時(shí)認(rèn)定為影響參數(shù)異常[12]并予以剔除，從而提高修復(fù)檢測(cè)準(zhǔn)確率。

1.3? 墻體修復(fù)質(zhì)量評(píng)定

墻體施工修復(fù)質(zhì)量評(píng)價(jià)針對(duì)不同部位做出不同效果評(píng)價(jià)，墻體修復(fù)施工首先針對(duì)修復(fù)墻體混凝土抗壓輕度檢測(cè)，以混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28 d齡期為標(biāo)準(zhǔn)，確保修復(fù)后墻體混凝土質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求[13]。其修復(fù)墻體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

式中：n為混凝土修復(fù)試件數(shù)量;Rn為n組修復(fù)試件強(qiáng)度平均值（MPa）;Bn為n組修復(fù)試件強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（MPa）;R為混凝土修復(fù)強(qiáng)度等級(jí);Rmin為修復(fù)混凝土試件強(qiáng)度最低值（MPa）;K1與K2為混凝土檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)合格判定值。從而完成墻體混凝土修復(fù)質(zhì)量檢測(cè)。

墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)需要對(duì)承臺(tái)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確保修復(fù)后墻體混凝土質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求。其修復(fù)墻體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

根據(jù)承臺(tái)修復(fù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，利用BIM模型設(shè)置承臺(tái)修復(fù)評(píng)價(jià)指數(shù)參數(shù)集[X=X1，X2，…，Xn]以及評(píng)價(jià)集[Y={Y1，Y2，Y3}]，參數(shù)矩陣為：

2? 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文檢測(cè)方法的有效性，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)。將其與目前最常用的基于動(dòng)態(tài)參數(shù)指標(biāo)的高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法、有限元模型高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法相對(duì)比，分析三種方法質(zhì)量檢測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)設(shè)某一高層建筑類型為高層住宅，其結(jié)構(gòu)為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)方法參數(shù)如表3所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各組實(shí)驗(yàn)參數(shù)相同，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，允許測(cè)試結(jié)果存在一定誤差。

2.2? 修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)效果對(duì)比

利用激光標(biāo)定同一高層建筑坍塌墻體某一修復(fù)目標(biāo)，其三組方法實(shí)際測(cè)得目標(biāo)點(diǎn)修復(fù)值如圖2所示。

由圖2知，在修復(fù)值測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，有限元模型檢測(cè)方法僅能針對(duì)修復(fù)點(diǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法得到具體修復(fù)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)參數(shù)指標(biāo)方法將實(shí)際檢測(cè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為數(shù)值統(tǒng)計(jì)，對(duì)目標(biāo)修復(fù)點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，其質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)定位較準(zhǔn)確，但對(duì)實(shí)際檢測(cè)墻體修復(fù)值與修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值存在一定偏差，導(dǎo)致整體質(zhì)量檢測(cè)效果較差;而BIM模型方法采用三維模型直接完成墻體修復(fù)檢測(cè)，減少客觀因素影響，檢測(cè)數(shù)值更加準(zhǔn)確，且能夠直觀顯示出檢測(cè)點(diǎn)實(shí)際位置，具有更好的檢測(cè)效果。

3? 結(jié)? 語(yǔ)

BIM模型監(jiān)管下高層建筑坍塌墻體修復(fù)施工質(zhì)量檢測(cè)方法以BIM模型質(zhì)量控制為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量可視化形式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)BIM模型特性的檢測(cè)方法能夠直觀地在帶有坐標(biāo)的三維模型上反應(yīng)相互施工修復(fù)值，快速完成施工質(zhì)量檢測(cè)工作。

參考文獻(xiàn)

[1] WANG Juan. Panel structure instability BIM model design of high?rise buildings under continuous vibration [J]. China earthquake engineering journal， 2018， 40（3）： 413?420.

[2] CHEN Liangwei， SHAO Bilin. Research on risk early warning mechanism of prefabricated building based on BIM [J]. Architecture technology， 2019， 50（3）： 354?357.

[3] TAN Hailiang， CUI Guyue， GUO Xu， et al. Application of test and evaluation system in RC frame structures based on BIM [J]. Building science， 2017， 33（9）： 94?99.

[4] WU Songfei， DENG Yichun， SHEN Qiyu， et al. A review on research and applications of BIM?based construction safety compliance checking [J]. Journal of graphics， 2018， 39（6）： 144?152.

[5] MA Zhiliang， CAI Shiyao. Intelligent building construction based on BIM [J]. Construction technology， 2018， 47（6）： 70?72.

[6] YAO Fahai， CHEN Hui， DENG Zhengxian， et al. Application research on construction material management system based on 4D?BIM [J]. Construction technology， 2017， 46（6）： 38?41.

[7] WANG Liang， WANG Juan. Comparative study on the reliability of quantities calculation mode based on BIM [J]. Construction technology， 2018， 47（17）： 27?31.

[8] WANG Jiange， WANG Huangshuai， QI Kun. BIM?based project data applications in quality control [J]. Construction technology， 2017， 46（9）： 98?102.

[9] CAO Jianghong， JI Fanrong， XIE Bnezheng， et al. BIM?based prefabricated construction quality management [J]. Journal of civil engineering and management， 2017， 34（3）： 108?113.

[10] QIU Chao， ZHENG Chenghong， LUO Xuanzhong， et al. BIM technology application in the construction of ultra high?rise buildings [J]. Construction technology， 2017， 46（9）： 8?10.

[11] XIE Yong， XIE Tao， QIAN Yousheng. Application of BIM+project management in engineering [J]. Construction technology， 2018， 47（14）： 154?157.

[12] LIN Wei， SUN Huayan， ZHANG Xinyu， et al. Application of space?time collision detection technology based on BIM in hydropower engineering construction [J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute， 2018， 35（5）： 136?141.

[13] SHI Yun， HAN Pengju， LIU Junsheng， et al. Design and application of structural health monitoring system based on BIM technology [J]. Progress in steel building structures， 2019， 21（2）： 107?114.