房建工程质量安全政府监管指政府部门对工程实体的质量安全进行监督以及工程建设各参与方的质量安全行为进行监督。随着我国城市建设的快速发展，以政府为主体的建设工程质量安全监管工作呈现监管任务重、监管项目分散、监管项目类型多、监管数量多等特点，而政府部门配备的监管人员有限，无法实现政府部门与项目各参与方协同，导致部分工程质量安全问题难以被及时发现，无法实施有效监管。

我国政府通过颁布一系列政策强调工程质量安全监管信息化建设，推行质量安全数字化监管。同时，BIM技术具有协同效率高，信息集成度高等诸多优势，加速了信息化技术在工程质量安全监督管理方面的应用。

目前，我国学者对工程质量安全监管系统进行了相关研究。有研究者基于工程质量监督业务需求，构建工程建设质量监督管理系统，初步实现政府信息化监管；有研究者进行质量检测信息化监督平台研究，动态监测数据信息，保证检测数据真实有效；有研究者则从开发商应用角度出发，结合BIM技术和室内移动定位技术，研发施工质量管理系统，旨在解决施工质量验收过程中存在的漏检、数据二次转录等问题；有研究者从系统框架层面提出基于BIM技术、互联网+的工程质量监督平台，主要功能包括进度监控，监测预警，视频监控，监管交互等；还有研究者借助BIM技术，从互联网云平台功能，视频可视化监督功能两个方面，研发建筑工程质量远程检验系统。

基于上述文献分析，BIM技术在建筑工程质量安全监管系统的应用较少，且研究视角不是基于政府监管部门。与其他参与方相比，政府监管部门对项目的监管方式、监管内容和监管流程均有所不同。一方面，政府监管主要采取抽查方式，随机对工程质量责任主体的质量行为和工程实体质量进行抽查；项目其他参与方则对工程实体实行全过程、全方位监管。另一方面，已有的工程质量安全管理系统主要为建设单位和施工单位提供质量安全管理服务，在功能设置和流程设置方面均不能满足政府监管的需求。因此，为适应行业发展新趋势，提高监管质量和效率，按时完成监管任务，提升现场监管方法和手段，本文以政府监管部门为应用主体，综合考虑政府监管部门与项目各参与方的协同，实现BIM技术和质量安全监管业务流程的结合应用。

现阶段，政府监管部门监管工作特点主要体现于以下几个方面：

房建工程质量安全监管对象主要包括工程实体部分和参与各方质量行为。一方面，监管工程实体部分涉及内容众多且专业化要求高，如桩基、地基基础、主体结构以及建筑节能、建筑材料的抽测等；另一方面，工程参与各方质量行为涉及施工单位、建设单位、设计单位、监理单位以及检测单位的质量行为。由于项目各参与方角色的差异，要求政府监管工作具有针对性。

目前，多数政府监管部门呈现监管人员有限，监管项目多，监管任务重等特点，仅依靠传统监管方法，无法满足现有监管需求，面临提高监管工作效率的现状。

房建工程监管覆盖项目申请施工许可到竣工验收各个环节，涉及政府监管部门与工程各参与方的协同，面临信息量大、存档难和监督记录量大等问题。而现有监督模式下，纸质资料传阅方式无法实现监管部门与项目各参与方互通互联、信息共享，且大量监督记录信息数据无法得到及时存储，面临遗失风险，致使部分工程质量安全问题难以被及时发现，无法实施有效监管。

一方面，质量安全监管业务流程复杂且步骤多。从监督登记、施工过程监管到竣工验收监管，不仅涉及政府监管部门内部业务流程，还包括政府监管部门与项目参与方业务流程交互。另一方面，由于政策文件的修改和政府职能部门的调整，监管业务流程存在局部变更频繁的特点。

一方面，政府监管工作特点要求监管方式和监管手段的创新；另一方面，随着行业快速发展，被监管范围内的建设单位或施工单位已有部分项目应用BIM技术进行工程质量安全管理，迫使政府提升监管手段，实行信息化监管。

(1）充分利用BIM技术和云计算技术，满足政府监管部门多项目监管需求。要求实现质量安全监督信息的电子化存储管理，保证监督信息得到完整记录和监督结果有据可查，使政府监管部门通过BIM模型随时了解建设工程状态，实现对工程质量安全动态监管。

(2）满足监管业务流程标准化管理需求，实现质量安全监管工作简单化、条理化管理。

(3）满足政府监管部门多角色分级管理需求。辅助各职能部门完成资料管理、信息发布管理和统计分析等工作内容，监管员履行监管职责。

(4）满足工程报表自动统计需求。在工程质量安全监管过程中，涉及众多质量安全报表，而人工统计困难，可以通过信息化手段根据项目类别属性，实现对质量安全信息数据进行分类、统计汇总。

(5)web端与手持终端结合应用，满足施工现场与办公地点的信息联动需求。

为实现监管目标，全面提升房建工程质量安全管理的信息化、集成化水平，本系统设计目标如下：

(1）建立BIM基础数据管理平台，识别与转换不同平台BIM数据，实现对系统数据高效的可视化搜索。

(2）提供质量安全问题快速追溯分析功能。基于工程质量安全监管全过程，建立质量安全信息数据库，保证工程质量安全的可追溯性，监管员可及时了解掌握工程各个环节质量安全信息。

(3）实现监管部门与项目各参与方对质量安全监管信息交互与共享，有助于保障工程质量安全，提升监管工作效率。

(4）及时存储大量监管记录信息数据，避免监督资料遗失，实现监督记录即时共享。

(5）系统的可拓展性。一方面，采用合适的微服务架构进行系统设计，以应对因监管业务流程的局部调整而导致的系统稳定性问题；另一方面，提供系统接口，实现与外部系统的对接。

采用Autodesk Forge平台作为BIM模型管理平台，结合SaaS服务模式，支持RVT、NWC等多种主流模型文件转换和SVF格式的BIM数据存储与管理，自动下载并部署至质监站私有云服务器，实现BIM轻量化管理。

采用微服务架构，以调用Forge平台BIM数据和对质量安全监管业务进行管理。微服务架构将复杂应用构建成一系列按业务领域划分模块的、小的自治服务。其中，微服务架构优势主要体现在以下几个方面：（1）单一职责。在微服务架构中，每个微服务只负责单一的业务功能，代码量小、业务清晰，便于系统开发和维护。（2）解耦。实现业务应用的独立部署和开发，有利于降低业务服务间的复杂度，以及有利于服务间的持续集成和持续交互；（3）易扩展。当面临业务服务扩展需求时，只需针对目标业务服务进行扩展，不涉及整个系统的代码修改，不影响其他应用服务的正常运行，容错性高。

系统架构设计如图1所示。

(1）数据层，主要用于存储系统所需的各类数据，主要包括SVF数据、各类表格等。

(2）服务层，主要实现微服务域中所有服务的统一管理，以支持多数据与功能服务检索。

(3)API Gateway，作为系统前端与系统后端的系统门户，是微服务的唯一入口，主要提供负载均衡和请求过滤等功能。

(4）表现层，包括Web端和手持终端，为用户提供统一的访问与操作界面，用户可根据自身需求查询检索相关的数据及功能服务。其中，用户主要分为政府监管部门内部人员和外部人员。根据各角色不同，配置不同的权限，满足不同角色的需求。

该系统的主要用户为政府监管部门中各级管理人员，为满足监管要求，可以实现与建设单位、施工单位、监理单位、设计单位、检测单位等在工程质量安全方面的信息交互、信息共享和协同管控。系统核心功能主要包括BIM数据管理，监管业务流程管理，BIM模块与监管业务流程交互应用以及手机端调阅BIM模型。为满足政府质监部门分级管理需求进行了角色差异化设计。

政府监管辖区范围内监管项目众多，监督信息数据量大，要求存储于BIM云平台，以解放web端和手持终端存储压力。施工方将符合要求的BIM模型导入BIM基础数据管理模块，实现对BIM模型和数据的管理。确保BIM模型及其附属设计信息不被改动，实现对BIM模型的浏览、漫游、旋转移动等基本操作功能。

(1)BIM模型上传方式及要求：解决BIM模型来源问题。由施工单位采用一次上传方式上传BIM施工图模型。在质量安全监管业务流程未开展前，施工单位可删除模型重新上传，防止传错且无法撤回。若BIM模型已关联监管业务流程，BIM模型不能再变更。

(2)BIM模型展开方式：BIM模型主要依据项目不同标段、地面位置和楼层进行展开，如图2所示。

(3)BIM模型基本操作：一方面，实现对BIM模型的浏览、漫游、旋转移动等基本操作功能；另一方面，实现BIM模型分层、分部位、分构件浏览。

主要涉及监管资料上传、审批与管理，如在线填写抽查记录、监管人员履职痕迹记录、从业人员管理、质量行为检查、违纪与整改管理及竣工验收备案管理等。通过业务流程与web端BIM模型交互设计和手持终端设计，在线查看预览质量安全照片、表单资料、PDF等各类文档，详细地按照质量安全检查文件夹分类和权限设置，满足实际质量安全监管需求。

一方面存储工程建设过程中的抽查文档与存档文档；另一方面，实现建设单位、监理单位、施工单位、检测单位分别与政府监管部门的资料联动与信息共享。需在BIM模型上挂接施工文件时，该服务模块会得到相应的指示。

主要用于相关法律法规和标准规范以及质量监管规则文件的管理，实现现行法律法规和规范标准查阅，相关关键字匹配功能及专家信息的存储和查询。

为满足质量安全监管需求，BIM技术应与质监业务流程交互应用，实现如下功能和要求：

(1）检查点的手动标注：在BIM模型中，手动添加检测点，完成施工信息添加与属性拓展，即添加构件或部件的施工信息以及设计信息，并对模型中的设计信息与施工信息进行对比分析，完成检验批、分部分析工程的检查。BIM模型检查点添加主要依据于质量监管和安全监管规则文件。而政府监管部门对工程实体结构抽查标准较宽泛，无法关联监管文件实现检查点的自动标注，因此主要依据监管员日常监管计划，进行手动添加检查点，如图3所示。

(2）质量和安全监管预警：由施工单位根据各工程主体部位的计划开始时间和计划完成时间，在线填写工程质量安全监督预警表。根据监督预警表，业务平台可实行自动预警，提醒监管员实行监管任务。

(3）施工动态信息上传：主要规定设计信息和施工信息上传项。根据实际施工进度，集成工程现场质量安全信息数据，将工程资料与BIM模型中不同层次的构件或部件进行绑定，便于监管员对构件实际施工信息与设计信息进行对比分析。为减轻施工方工作量和满足监管需求，当监管员要求上传构件信息时，施工方才需上传相应构件信息资料。

(4)BIM与监管业务流程的交互设计：通过BIM模型检查点，链接质量安全监管具体业务流程，实现BIM模型与业务流程的交互功能，便于监管员填写监督抽查记录、上传图片或其他附件等。也可通过具体质量、安全监管业务流程，反查BIM模型。通过云服务器提取各项目BIM模型及其附属信息，经过分析和加工，得到监管所需数据，实现监管工作智能化和便捷化。

现阶段，监管员主要依据施工二维图纸和纸质资料进行施工现场监管，对于隐蔽位置的构件无法实时检查，也存在事后填写监督抽查记录等现象。开发手持终端以辅助监管员施工现场监管，有利于提高监管的实时性。通过手持终端，监管员在施工现场操作浏览BIM模型，实时获取构件基本信息，并上传检查数据，为监管人员提供便利，避免二次信息录入，实现多终端、多用户在同一个信息模型和云平台上的协同作业。

根据不同角色配置不同权限和入口，实现不同角色间的差异化管理。一方面，结合质监站部门划分和管理职责，分为站长、分管领导、科长和科员4个层级。对于质监站站长，主要关心工程项目统计信息、深基坑信息、危大工程信息等内容，并且需要掌握下属工作动态；而对于科员层级，侧重各自监管范围内的项目信息和深基坑基本信息，如图4所示。另一方面，对于项目各参与方，在各自工作任务中也存在差异化。施工单位需要求上传BIM模型及一系列施工文件；建设单位则要求上传各参与单位质量检查报告等。因此，应根据不同用户的工作特点，分配不同系统权限，以满足多用户需求。

基于上述系统核心功能，结合业务流程特点，将本基于BIM的工程建设项目质量监管系统划分为9个部分：注册登记模块、质量监督管理模块、安全文明监督管理模块、报告与联动模块、辅助监管模块、文件和规则库管理模块、报表与统计模块、系统管理模块、历史库。其系统功能结构如图5所示BIM基础数据管理模块。

为满足以上的需求，本系统研发的难点与关键点如下：

基于监管项目分布广、体量大等特点，利用云计算、BIM技术，解决目前BIM业务逻辑可定制性不强、易造成信息孤岛等问题。该架构以SaaS服务为中心，利用服务调用接口对服务、业务逻辑的影响及API的管理，实现工程项目质量安全监管的各种服务，旨在为政府监管部门提供应用BIM技术的接口，方便政府监管部门与项目各参与方实现BIM模型对接。

利用数据驱动技术，对工程项目质量安全监管的数据平台进行整合与治理，便于为不同用户提供按需访问内部或外部的所有相关数据；提供统一智能数据平台，以实现自动化数据访问和数据管理。

根据目前不同企业主流的BIM系统，研究IFC格式，以实现对BIM的数据转换，并根据工程项目质量安全监管业务流程对数据进行组织与封装；研究系统相关数据的可视化功能，定义系统的数据表示、存储结构，确定搜索策略，实现对系统数据高效可视化搜索。

在工程质量安全监管过程中，将各种信息资料与BIM模型中的不同层次的构件与部件进行绑定，同时在各部件中添加检查点，快捷管理质量安全监督等具体业务流程，并通过具体业务流程来反查BIM模型。

根据政府监管部门质量安全监管职能，梳理业务流程，开发满足其监管要求的信息化监管系统。本研究采用微服务架构进行系统设计，可解决因业务流程变更而导致的系统扩展问题，有利于服务间的持续集成和持续交互。本文两个关键应用包括：BIM技术与业务流程的结合应用，实现监管部门与项目各参与方协同共享以及数据高效集成，有利于实现信息化监管；Web端与移动终端的结合应用，可实现用户在多终端的协同作业，以及施工现场与办公地点的信息联动。目前，系统已开发完成，后期将进入试运行阶段，根据各参与方试运行反馈信息对系统功能和结构进行进一步优化，最终将应用于政府监管部门。