DESIGN AND MODELING

An integrated quality control and supervision system in the construction of high-rise buildings using BIM digital twins and unmanned monitoring to ensure compliance with safety sustainability and energy efficiency requirements

Authors

  • Artem A. Nadezhkin National Research Moscow State University of Civil Engineering, 129337, Moscow, Yaroslavskoye Shosse, 26
  • Vladislav Yu. Kolyaskin National Research Moscow State University of Civil Engineering, 129337, Moscow, Yaroslavskoye Shosse, 26
  • Daniil A. Solyanikov National Research Moscow State University of Civil Engineering, 129337, Moscow, Yaroslavskoye Shosse, 26
  • Anton A. Filippov National Research Moscow State University of Civil Engineering, 129337, Moscow, Yaroslavskoye Shosse, 26
  • Azat R. Samigullin National Research Moscow State University of Civil Engineering, 129337, Moscow, Yaroslavskoye Shosse, 26

How to cite

GOST Nadezhkin A. A., Kolyaskin V. Y., Solyanikov D. A., Filippov A. A., Samigullin A. R. An integrated quality control and supervision system in the construction of high-rise buildings using BIM digital twins and unmanned monitoring to ensure compliance with safety sustainability and energy efficiency requirements // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2025. Vol. 69. No. 9. P. 125-135.
APA Nadezhkin, A. A., Kolyaskin, V. Y., Solyanikov, D. A., Filippov, A. A. & Samigullin, A. R. (2025). An integrated quality control and supervision system in the construction of high-rise buildings using BIM digital twins and unmanned monitoring to ensure compliance with safety sustainability and energy efficiency requirements. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 69(9), 125-135.

Abstract

The study aims to develop and empirically test a comprehensive quality control and supervision system in high-rise construction that integrates BIM modeling, digital twins, and drone-based monitoring to ensure compliance with safety, structural stability, and energy-efficiency requirements; the goal is to demonstrate that integrating these technologies enables a shift from reactive defect remediation to proactive prevention, thereby substantially reducing costs and schedules. Materials include six high-rise projects(35-62 storeys) in diverse climatic and seismic contexts(2019-2024), split into control and experimental groups; BIM LOD 400(Revit, Navisworks), a cloud-based digital twin with streaming data integration, a network of>2,500 IoT sensors(strain gauges, inclinometers, temperature/humidity sensors), as well as quadcopters with a 45 MP RGB camera, LiDAR, and a thermal imager were employed; photogrammetry and scanning were processed in Pix4Dmapper and Trimble RealWorks, and statistical analysis was based on correlation-regression models and hypothesis testing. The results show a 78,76% reduction in critical defects(14,88→3,16 per 10,000 m²), a 67.71% reduction in rectification time(56,45→18,23 person-hours), and a 92,41% reduction in budget overruns due to errors (11,73%→0,89%); drone monitoring increased façade survey productivity by 53.06×, improved survey control accuracy by 1,78×, and raised the completeness of surface defect detection to 96,15%. Energy performance converged toward design values: the deviation of actual annual heating consumption fell from+29,47% in the control to+4,68% under the integrated supervision regime, while the number of thermal bridges decreased from 12,4 to 1,9 per 1,000 m² of façade. The digital twin delivered an average synchronization latency of 215,8 ms, handled up to 3,150 parallel IoT streams, automatically generated 88,42% of as-built documentation, and auto-classified 95,77% of deviations; a strong relationship was established between the frequency of drone monitoring and defect rectification speed(r=0.87), and each additional percentage point of automated clash checks at the preconstruction stage reduced final cost by 0,18%. Conclusion: the synergy of BIM, digital twins, and UAVs radically improves quality and safety, reduces lifecycle costs, and should be standardized with further AI integration for predictive analytics.

Keywords

BIM digital twin drone-based monitoring quality control energy efficiency

References

Адам Ф.М. Техническая диагностика и мониторинг при строительстве и эксплуатации быстровозводимых модульных зданий с учетом критериев безопасности и качества: дис.... д-ра тех. наук. СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2005.

Батырев В.В., Волков О.С., Качанов С.А. Технологии создания структурированных систем мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений: моногр. М., 2011.

Белкина В.Д., Анваров А.Р. Цифровой контроль качества организации строительных процессов на основе информационного моделирования зданий// Проблемы строительного комплекса России: мат. XXVII Всерос. науч.-тех. конф., посв. памяти проф. В.В. Бабкова. Уфа, 2023. С. 60-62.

Белостоцкий А.М., Акимов П.А., Кайтуков Т.Б. О комплексных системах мониторинга строительных конструкций высотных зданий// Вопросы прикладной математики и вычислительной механики: сб. тр. № 20. М., 2017. С. 299-307.

Головнев С.Г. Обеспечение качества и безопасности возводимых зданий средствами строительных технологий// Архитектура и строительство Москвы. 2006. Т. 526-527. № 2-3. С. 45-48.

Гурьев В.В., Дорофеев В.М. Современная нормативная база по мониторингу технического состояния зданий и сооружений// Промышленное и гражданское строительство. 2006. № 4. С. 24-25.

Дормидонтова Т.В. Надежность строительных элементов и систем как основа мониторинга технического состояния промышленного здания: дис.... канд. тех. наук. Самара, 2002.

Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А., Евтушенко А.С., Крахмальная М.П. Мониторинг технического состояния зданий и сооружений, как основа комплексной безопасности в строительстве// Строительство и архитектура. 2014. Т. 2. № 4. С. 182-185.

Жадан М.П., Пихур В.Н., Евтушенко С.И. Современные системы автоматизированного контроля при обследованиях зданий и сооружений// Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений: мат. VII Межд. науч.-прак. конф. Новочеркасск, 2007. С. 58-61.

Кудрин А.Ю., Качанов С.А., Топольский Н.Г. Структурированные системы мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений как элемент обеспечения комплексной безопасности города// Технологии техносферной безопасности. 2005. № 1(1). С. 2.

Лапина А.П. Мониторинг технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений// Актуальные проблемы науки и техники 2019: мат. Нац. науч.-прак. конф. 2019. С. 801-802.

Лысов Д.А. Разработка автоматизированной системы контроля механической безопасности зданий и сооружений с большепролетными конструкциями при их эксплуатации: дис.... канд. тех. наук. М.: ЦНИИПСК им. Мельникова, 2013.

Межрегиональная научно-практическая конференция «Проектирование инженерных систем и безопасности высотных зданий»// Жилищное строительство. 2008. № 6. С. 22-23.

Музычук Т., Ефимов В., Рогожкина Н. Мониторинг технического состояния зданий и сооружений// ТехНадзор. 2015. № 8(105). С. 37.

Навметов Р.З. Строительный контроль зданий и сооружений с применением беспилотных летательных аппаратов// Проблемы научной мысли. 2019. Т. 5. № 4. С. 12-15.

Issue

Section

DESIGN AND MODELING

Metrics

264 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.

Most read articles by the same author(s)

1 2 > >>