BIM技術(shù)在建設(shè)工程質(zhì)量管控中的研究與應(yīng)用

劉磊，范天江，周陽，李新?lián)P

（1重慶市綦江區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶 401420；2巴南區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶 400055）

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，工程數(shù)量越來越多，建設(shè)規(guī)模也越來越大，裝配式結(jié)構(gòu)、地下管廊和海綿城市等新興工程不斷出現(xiàn)，建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督將面臨新的挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)作為一種革命性的新技術(shù)，為建筑工程施工及質(zhì)量監(jiān)督提供了新思路。本文立足于工程實(shí)例，通過在綦江城市交通綜合體三標(biāo)段項(xiàng)目中BIM技術(shù)的應(yīng)用，著力探索如何解決監(jiān)督力量不足、效率較低、監(jiān)督手段較為落后等問題，為工程質(zhì)量監(jiān)督管控提出了基于BIM技術(shù)的新的管控實(shí)施方法和手段。BIM技術(shù)通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[1]。

1 工程質(zhì)量監(jiān)督目前存在的困境

1.1 監(jiān)督方法和管理手段落后

我國自上世紀(jì)80年代起開始實(shí)行建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理制度，歷經(jīng)四十年余的發(fā)展，工程質(zhì)量監(jiān)督在一定程度上仍沿用傳統(tǒng)的“以工程項(xiàng)目為單位、以實(shí)體質(zhì)量檢查為主”的監(jiān)督模式，現(xiàn)階段的監(jiān)督方法和管理手段已不能適應(yīng)新時代的需要[2]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是經(jīng)驗(yàn)判斷大于理性決策，在監(jiān)督過程中對質(zhì)量問題的發(fā)現(xiàn)和處置仍以監(jiān)督人員的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷為主；二是時效性差，質(zhì)量問題的發(fā)現(xiàn)往往滯后于工程施工過程；三是監(jiān)督途徑不完善，缺乏事前預(yù)測和事中控制，往往以事后整改為主。

1.2 質(zhì)量監(jiān)督力量不足，監(jiān)督效率低下

由于工程建設(shè)規(guī)模發(fā)展太快，全國人均工程監(jiān)督面積已超過20萬m2，不少一、二線城市人均工程監(jiān)督面積甚至已超過100萬m2，監(jiān)督力量明顯不足。監(jiān)督單位無法針對重點(diǎn)工程、困難工程實(shí)施差別化監(jiān)督，未對共性問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，監(jiān)督效率較低，例如重慶市綦江區(qū)建筑工程監(jiān)督情況（圖1）。

圖1 綦江區(qū)2015—2017年建筑工程監(jiān)督情況統(tǒng)計(jì)表

1.3 信息化建設(shè)各自為政，信息孤島問題突出

在當(dāng)前的工程建設(shè)中，業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和行政主管等參建各方均從自身質(zhì)量責(zé)任、工作方法和管理流程出發(fā)，建立了自己的信息化平臺，但各平臺標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不互通，導(dǎo)致工程各質(zhì)量監(jiān)督體系之間信息不能有效溝通，未充分利用信息資源，降低了質(zhì)量監(jiān)督工作的有效性。人證分離、資質(zhì)掛靠、違法分包等現(xiàn)象的出現(xiàn)，為工程質(zhì)量埋下了不容忽視的隱患。

1.4 工程資料管理手段落后

工程質(zhì)量資料建立滯后于實(shí)際工程建設(shè)，造成工程質(zhì)量問題不能及時發(fā)現(xiàn)與處理，檔案資料存儲難，后續(xù)查閱難。由于項(xiàng)目施工周期長、資料繁多，查找資料過程也較為復(fù)雜，工作量非常大。項(xiàng)目檔案資料流轉(zhuǎn)無法保證其完整性，項(xiàng)目資料數(shù)量較多，流轉(zhuǎn)過程比較復(fù)雜，容易遺失。

2 基于BIM技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目質(zhì)量監(jiān)督中的應(yīng)用

2.1 工程概況

綦江城市交通綜合體三標(biāo)段工程為綜合性公共建筑項(xiàng)目，建筑面積134817m2，共9層，高度23.9m，是集各種交通方式為一體的客運(yùn)綜合交通樞紐站工程，也是渝黔高鐵綦江站的附屬商業(yè)中心（圖2）。

圖2 綦江交通綜合體效果圖

2.2 BIM新技術(shù)在該工程質(zhì)量管控中的應(yīng)用

（1）利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查（圖3）和設(shè)計(jì)優(yōu)化，提前解決可能在施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題，有利于整個項(xiàng)目質(zhì)量把控。該項(xiàng)目在BIM碰撞檢查中共發(fā)現(xiàn)問題108個，參建各方會同工程技術(shù)人員對所有碰撞點(diǎn)一一審核，針對云碰撞系統(tǒng)檢查出來的碰撞點(diǎn)與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，在符合設(shè)計(jì)和施工要求的前提下進(jìn)行調(diào)整，以充分滿足施工要求，提前解決施工難點(diǎn)及預(yù)留洞口與預(yù)埋套管問題。

圖3 碰撞檢查

（2）利用VR技術(shù)在虛擬系統(tǒng)中查看復(fù)雜節(jié)點(diǎn)（圖4），提高項(xiàng)目關(guān)鍵復(fù)雜部位的質(zhì)量監(jiān)督管控力。該工程線管布置較為密集，施工難度大。在施工前，利用VR系統(tǒng)的仿真特點(diǎn)，工程管理人員在虛擬系統(tǒng)中可直接查看復(fù)雜節(jié)點(diǎn)與施工工藝，簡化施工交底過程。工程管理人員可以通過VR技術(shù)提前了解構(gòu)件或建筑物完成后的具體情況，尤其是對精裝修工程和管線綜合工程，可以把實(shí)際施工模型輸入電腦，直接與現(xiàn)場施工質(zhì)量進(jìn)行對比，對所設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行多方位的觀察，并進(jìn)行動態(tài)查看復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，直到最終確定結(jié)果，達(dá)到建筑工程質(zhì)量管控的目的。

圖4 利用VR技術(shù)查看管線綜合工程復(fù)雜節(jié)點(diǎn)

（3）利用BIM云端數(shù)據(jù)平臺分享跟蹤信息，提高質(zhì)量問題的處理效率（圖5）。該項(xiàng)目利用BIM5D手機(jī)端、云端、電腦端和網(wǎng)頁端，現(xiàn)場的質(zhì)量控制人員在現(xiàn)場巡視過程中及時上傳質(zhì)量問題，生產(chǎn)區(qū)工人接到相關(guān)問題提醒后，及時進(jìn)行整改，通過數(shù)據(jù)共享和集中分析，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量問題跟蹤管理，隱患排查更為具體，落實(shí)整改更為及時。項(xiàng)目部已上傳31個質(zhì)量問題、18個安全問題，累計(jì)處理48個問題，及時處理率達(dá)到98%。

圖5 BIM云平臺質(zhì)量問題反饋

2.3 運(yùn)用BIM技術(shù)解決質(zhì)量監(jiān)督中的問題

（1）監(jiān)管部門利用BIM輕量化項(xiàng)目管理平臺，能有效改善質(zhì)量問題的閉合性。通過模型錄進(jìn)質(zhì)量資料，軟件自動完成現(xiàn)場質(zhì)量分析，針對出現(xiàn)質(zhì)量問題的地方，及時向施工單位發(fā)出通知單，做出跟蹤檢查警示。待整改完成后，將整改過程補(bǔ)錄模型，做到質(zhì)量控制閉環(huán)，該平臺為質(zhì)監(jiān)站發(fā)送整改通知單23份，涉及問題54個，及時提醒質(zhì)量監(jiān)督人員跟蹤處理上述問題（圖6）。監(jiān)管部門利用移動端BIM云平臺達(dá)到質(zhì)量責(zé)任追溯的目的。

（2）利用移動端BIM云平臺與PC端平臺相連接，不僅可以讓施工方參與其它各方的溝通，也可以對模型相應(yīng)質(zhì)量信息進(jìn)行查看與修改。通過移動端軟件掃描二維碼，可以快速在移動端平臺中定位相應(yīng)構(gòu)件，也可通過資料掃描二維碼查看現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件的尺寸、鋼筋數(shù)量等信息，快速判斷是否符合設(shè)計(jì)要求，免去攜帶圖紙的不便。

圖6 BIM云平臺質(zhì)量安全問題匯總分析

3 BIM技術(shù)在建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督中的作用

3.1 合理配置監(jiān)督資源，實(shí)現(xiàn)差別化監(jiān)管

利用 BIM整合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立覆蓋工程質(zhì)量和施工技術(shù)關(guān)鍵要素的信息平臺，廣泛、自動、實(shí)時采集各關(guān)鍵要素真實(shí)數(shù)據(jù)，并上傳、匯總、分析、評價，及時判斷并預(yù)警質(zhì)量偏差，以促進(jìn)建設(shè)主管部門最大限度節(jié)約監(jiān)督人力資源。對不同地區(qū)和不同類型的工程項(xiàng)目，針對其各種共性問題與個性問題，展開差異化監(jiān)督，全面提高工程監(jiān)督效能。

3.2 協(xié)同化監(jiān)督，整合資源，提高效率

基于模型、資料、信息共享，實(shí)現(xiàn)信息流與業(yè)務(wù)流相整合，形成質(zhì)量管理的BIM流程的監(jiān)督體系。建立基于BIM的建筑工程質(zhì)量監(jiān)督信息平臺，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督信息資源集中管理，排除信息共享和流程互通的障礙，有效遏制“業(yè)務(wù)割據(jù)”和“信息孤島”帶來的監(jiān)督風(fēng)險，創(chuàng)造協(xié)同管理的條件[3]，達(dá)到全面提升監(jiān)督工作質(zhì)量和提高監(jiān)督人員工作效率的效果。

3.3 實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程全生命周期精細(xì)化質(zhì)量管理

基于 BIM技術(shù)的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、可出圖性和優(yōu)化性等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制三維動態(tài)模擬和交底，包括數(shù)字模擬、方案模擬、節(jié)點(diǎn)模擬、進(jìn)度模擬；利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、節(jié)點(diǎn)、機(jī)電管線的深化設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)源頭控制質(zhì)量，避免質(zhì)量整改；通過 BIM技術(shù)，將工藝工法的演示視頻、操作標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量規(guī)范植入構(gòu)件的二維碼，實(shí)現(xiàn)事前提醒、事中對比、事后統(tǒng)計(jì)與整改等質(zhì)量預(yù)測和保證措施；通過對各復(fù)雜專項(xiàng)方案的模擬、論證與交底，優(yōu)化方案措施，以確保工程質(zhì)量；利用手機(jī)端、網(wǎng)頁端和電腦端為媒介，將各相關(guān)質(zhì)量責(zé)任人聯(lián)系到一起。按照記錄、發(fā)布、整改、驗(yàn)收的工作流程，形成質(zhì)量管理閉合圈，提高現(xiàn)場質(zhì)量管理的及時性和有效性。

3.4 建立數(shù)字檔案館，實(shí)現(xiàn)工程全生命周期質(zhì)量責(zé)任追溯

將工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維信息錄入BIM模型，實(shí)現(xiàn)施工全過程的資料規(guī)劃、收集、復(fù)核、抽檢、驗(yàn)收等數(shù)字化記錄。以“數(shù)字化檔案館”為基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑全生命周期資料管理，減少重復(fù)勞動，節(jié)省存儲空間，方便后續(xù)查閱和流轉(zhuǎn)。

4 基于BIM的質(zhì)量監(jiān)督管控實(shí)施的政策建議

4.1 開發(fā)基于BIM技術(shù)下的質(zhì)量管控云平臺

由政府主導(dǎo)開發(fā)適應(yīng)建筑工程質(zhì)量監(jiān)管的BIM云平臺，該平臺應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對工程實(shí)體質(zhì)量和工程責(zé)任主體單位的質(zhì)量行為信息進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)工程竣工驗(yàn)收備案、建筑責(zé)任主體信息共享，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可追溯性，逐步做到工程質(zhì)量監(jiān)督水平的提高[4]。在目前基于相關(guān)BIM軟件解決質(zhì)量記錄、對比、分析、整改等基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)基于模型的質(zhì)量管控功能，包括在建立模型時質(zhì)量參數(shù)植入、構(gòu)件質(zhì)檢數(shù)據(jù)回傳對比、現(xiàn)場模型掃描，對比分析參數(shù)和標(biāo)高偏差等質(zhì)量信息。

4.2 政府應(yīng)建立組織保障系統(tǒng)

政府相關(guān)部門應(yīng)加大政策對BIM技術(shù)進(jìn)行推廣，制訂合理的BIM技術(shù)推廣計(jì)劃，對BIM技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行指導(dǎo)。及時組織相關(guān)專家研究解決BIM技術(shù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題。對承擔(dān)BIM技術(shù)試點(diǎn)示范工程的相關(guān)單位進(jìn)行BIM技術(shù)能力指導(dǎo)，并對其進(jìn)行考核，將考核不合格的單位及時進(jìn)行公布[5]。

4.3 轉(zhuǎn)變質(zhì)量監(jiān)管模式

利用BIM技術(shù)建立施工階段的信息模型，與設(shè)計(jì)模型和內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行比對，最終判定工程施工質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；施工過程中利用BIM技術(shù)將各個環(huán)節(jié)質(zhì)量行為信息納入施工數(shù)值模型中，實(shí)現(xiàn)數(shù)值模型+行為模型的復(fù)合模型，從而實(shí)現(xiàn)責(zé)任在全壽命周期內(nèi)的可追溯性。

5 結(jié)論

隨著信息化時代的到來，建筑工程質(zhì)量監(jiān)督通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化、協(xié)同化、差異化監(jiān)督，可以有效解決現(xiàn)階段建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中效率低、手段落后及監(jiān)督力量不足等問題，真正實(shí)現(xiàn)建筑工程全壽命周期的信息精細(xì)化建設(shè)以及施工精細(xì)化管理，提高建筑業(yè)信息化水平，促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，為倡導(dǎo)的智慧城市建設(shè)創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，為富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)添磚加瓦。