建筑工程施工質(zhì)量控制中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

楊森森 閆浩然

【摘要】近年來，伴隨著我國工程建設(shè)信息化的不斷發(fā)展，建筑施工技術(shù)也得到了不斷的提升，各種先進(jìn)的技術(shù)也逐漸被應(yīng)用到建筑施工當(dāng)中，其中BIM（建筑信息模型）技術(shù)是近幾年中建筑工程施工當(dāng)中使用較為廣泛的一種技術(shù)。BIM技術(shù)的應(yīng)用主要是通過構(gòu)建工程信息建模從而實現(xiàn)精細(xì)化管理，提高建筑工程施工的質(zhì)量和效率。BIM技術(shù)之所以能廣泛應(yīng)用，是因為BIM技術(shù)能夠有效地控制建筑工程中的施工成本，進(jìn)而提高建筑施工管理的效率。

【關(guān)鍵詞】虛擬施工；BIM技術(shù)；信息化

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.076

1、建筑信息模型（BIM）的產(chǎn)生和簡介

1.1 建筑信息模型（BIM）的產(chǎn)生

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，人民的生活水平質(zhì)量也得到提高，人們對建筑的功能以及舒適程度等要求也越來越高[1]。CAD技術(shù)的出現(xiàn)將以往的手動繪圖推向了計算機(jī)輔助繪圖，從而實現(xiàn)了工程設(shè)計當(dāng)中的第一次信息化革命，但這項信息技術(shù)對于產(chǎn)業(yè)鏈的支撐卻是斷點的，各個領(lǐng)域和行業(yè)之間的關(guān)聯(lián)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到生產(chǎn)的需求，信息化的綜合應(yīng)用還存在十分明顯的不足。人們逐漸意識到與建筑工程項目有關(guān)的信息對于整個建筑行業(yè)都至關(guān)重要。因此為了快速處理與建筑工程相關(guān)的各種信息，安排合理的工期，從而控制生產(chǎn)成本，盡量排除建筑項目中一些不當(dāng)?shù)脑O(shè)計，而作為溝通環(huán)節(jié)的建筑信息模型（BIM）技術(shù)便隨之產(chǎn)生。BIM這一方法和理念由歐特克公司在2002年首先提出，目前已經(jīng)在全球范圍內(nèi)都得到了業(yè)界內(nèi)的認(rèn)可。歐克特建筑工程公司其事業(yè)部總部大樓也應(yīng)用BIM技術(shù)，并將可持續(xù)設(shè)計的理念官產(chǎn)其中。當(dāng)前我國已經(jīng)將BIM技術(shù)作為我國科技部的“十一五”重點研究項目，并被住房以及城鄉(xiāng)建設(shè)部確定為建筑信息的最有效解決方案。

1.2 建筑信息模型（BIM）的簡介

BIM是建筑信息模型的簡稱，是以建筑工程項目的各項信息作為基礎(chǔ)從而建立的三維建筑模型。BIM不是人們通常所理解的一種或者一類軟件，也不局限于建筑模型的建立。BIM是一個貫穿于整個建筑項目周期的信息集合，是一種有別于傳統(tǒng)工作模式與協(xié)同管理模式的技術(shù)，是將以往傳統(tǒng)粗放型的建筑業(yè)向精細(xì)、高效統(tǒng)一轉(zhuǎn)變的技術(shù)革命，而這次技術(shù)革命之后被稱作是建筑行業(yè)二十世紀(jì)淘汰手工繪圖向CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變的又一次重大技術(shù)突破。

2、BIM的技術(shù)特點

2.1 可視化特點

可視化是BIM技術(shù)中最明顯的特點，BIM技術(shù)下的所有操作都是在可視化的環(huán)境下完成的。在以往的建設(shè)工程當(dāng)中，施工人員在進(jìn)行施工的過程中，需要參照各種圖紙并結(jié)合自身的三維能力以及施工經(jīng)驗來構(gòu)思建筑物的基本形態(tài)，這有利于項目的施工和進(jìn)行。但隨著建筑物越來越復(fù)雜，單憑簡單的想象很難想象出建筑物及其相關(guān)構(gòu)件的具體形式了。利用BIM的可視化特點，可以讓建筑物以三維的形態(tài)展在人們面前，從而對構(gòu)件以及空間之間的管理直接明了，有利于促進(jìn)施工人員對項目的了解以及施工過程中把控。

2.2 模擬性特點

BIM不僅可以模擬建筑物，同時還能根據(jù)設(shè)計者的相關(guān)需求模擬一些必要的實驗從而對設(shè)計成果進(jìn)行驗證。在施工階段利用BIM對項目進(jìn)行虛擬建造，從而利用三維模型以及時間參數(shù)對項目進(jìn)行更詳細(xì)的虛擬建造。BIM技術(shù)的模擬性可以明確建造過程并確定項目工程量，讓施工順序清晰明了，方面施工過程中各個人員之間的協(xié)調(diào)合作。BIM除了以上模擬性的應(yīng)用，還能對項目進(jìn)行系統(tǒng)模擬、負(fù)荷模擬以及設(shè)備模擬。

2.3 關(guān)聯(lián)性特點

關(guān)聯(lián)性就是指擁有獨立性，又具有關(guān)聯(lián)性，也就是相互關(guān)聯(lián)又相互作用的關(guān)系，BIM就具備這種關(guān)聯(lián)性。模型中的構(gòu)件都具有參數(shù)化信息，當(dāng)模型中的某個構(gòu)件進(jìn)行更改時，那整個模型也會自動出現(xiàn)改變。

3、建筑工程施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)的可視化設(shè)計

建筑工程行業(yè)是我國的重點行業(yè)，在當(dāng)前的時代背景下，人們對建筑工程行業(yè)提出了更高的要求[2]。而BIM技術(shù)則可以讓設(shè)計師擁有三維可視化的設(shè)計工具，通過三維建模能夠展示出建筑的實際面貌，也就是所見即所得，更為重要的是通過工具的提升，能讓設(shè)計師使用三維思維來完成工程的設(shè)計，同時也讓業(yè)主不需要特別專業(yè)的建筑相關(guān)知識就能看到最終產(chǎn)品。

3.2 “先試后建”，虛擬施工

目前，建筑工程的施工管理工作是提升建筑施工質(zhì)量和管理增效的關(guān)鍵，也成為建筑工程的重要內(nèi)容[3]。虛擬施工是BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用，它是一種在虛擬環(huán)境中建模、分析建筑設(shè)計與施工過程中數(shù)字化、可視化的技術(shù)。簡單來說，虛擬施工就是“先試后建”，以往傳統(tǒng)的施工方案其主要就是基于項目經(jīng)理或者項目組的經(jīng)驗，而對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型建筑項目僅僅是單靠項目施工方的經(jīng)驗來編制施工方案，那么一定會受到各方的質(zhì)疑，同時由于建筑項目的單一性和不可重復(fù)性，其施工方案也同樣不能有重復(fù)性。施工現(xiàn)場虛擬三維模型可以非常直觀和便捷的幫助管理者對施工現(xiàn)場進(jìn)行分析，能更好的找出其中所潛藏的問題，進(jìn)而制定可行、高效的施工方案。

3.3 三維碰撞檢查

為了進(jìn)一步降低施工管理的難度系數(shù)，在必要的情況下應(yīng)當(dāng)靈活的運(yùn)用BIM技術(shù)[4]。在建筑項目工程施工前，其相關(guān)的設(shè)計人員一般都要進(jìn)行施工前的管線設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上解決其中存在的構(gòu)建碰撞問題，如果是以往傳統(tǒng)的2D構(gòu)圖往往可能在使用的過程中不能充分地反應(yīng)出個體以及系統(tǒng)之間出現(xiàn)碰撞的可能性，所以這就非常需要應(yīng)用到BIM技術(shù)當(dāng)中的可視化功能來對構(gòu)建碰撞問題進(jìn)行三維檢測。這種監(jiān)測行為，不能夠有效的消除施工過程當(dāng)中硬體積與軟體積之間的碰撞，同時還能優(yōu)化項目工程的設(shè)計，減少建筑工程施工過程中出現(xiàn)返工或者錯誤情況產(chǎn)生的概率，進(jìn)而節(jié)省施工成本的同時，也保障了工期的正常推進(jìn)，同時也促進(jìn)了建筑施工的質(zhì)量。

3.4 快速計算工程量，大幅提高精度

BIM數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，通過建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，能夠快速準(zhǔn)確的計算工程量，并且提高施工預(yù)算的精準(zhǔn)度以及效率。由于BIM數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)粒度達(dá)到了構(gòu)件級，因此能夠高效率的提供支撐項目各條線管理所需要的數(shù)據(jù)信息，從而有效的提高施工管理效率。通過BIM模型所提取的材料用料、預(yù)測成本、設(shè)備統(tǒng)計等等，從而為施工單位項目投標(biāo)或者施工造價控制提高合理的參考依據(jù)。

3.5 項目數(shù)據(jù)管理

BIM技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用，能夠有效的保證建筑工程施工管理活動的正常開展，并提高施工管理的質(zhì)量和成效[5]。建筑項目工程通常包含有較多的數(shù)據(jù)，并且工程的架構(gòu)也非常復(fù)雜，系統(tǒng)更龐大，對建筑項目施工具有比較高的要求。BIM技術(shù)可以在信息交流平臺建立，通過這個平臺可以共享建筑項目的信息資源，從而確保施工承包方和業(yè)主之間的緊密聯(lián)系，提供便捷的交流方式，從而保障建筑項目管理工作的簡單化，提高管理效率。

4、BIM技術(shù)在施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用分析

4.1 BIM技術(shù)視角下質(zhì)量控制體系分析

質(zhì)量控制系統(tǒng)是一個實時的質(zhì)量測量、監(jiān)督和控制系統(tǒng)，以滿足建筑產(chǎn)品的質(zhì)量要求；實施質(zhì)量控制所需的組織、責(zé)任制、程序、過程和資源的總稱。項目質(zhì)量控制體系是計劃、實施、檢查和處理四個階段在質(zhì)量管理中的具體應(yīng)用。從全面質(zhì)量管理的概念入手，建立施工質(zhì)量控制體系，對施工生產(chǎn)要素、施工質(zhì)量過程和全面質(zhì)量控制進(jìn)行控制。其最終目的是對施工過程進(jìn)行有效、及時的監(jiān)控，確保施工最終質(zhì)量的間接目的是提高設(shè)計技術(shù)和建筑單位的管理水平。根據(jù)施工現(xiàn)場高質(zhì)量崗位責(zé)任制，充分發(fā)揮各級員工的積極性，在施工現(xiàn)場建立質(zhì)量控制體系。

目前，BIM及其相關(guān)技術(shù)在施工過程中的使用相對獨立和分散，特別是在質(zhì)量控制和管理過程中。一般來說，單獨使用BIM技術(shù)可以在整個項目或施工質(zhì)量控制過程中帶來好處，但這些好處遠(yuǎn)低于集成許多BIM技術(shù)的好處。BIM技術(shù)的出現(xiàn)有利于創(chuàng)新，在整個項目生命周期內(nèi)交換和溝通信息和工程，確保所有項目參與者在不同階段相互使用和溝通信息。只有結(jié)合相關(guān)技術(shù)信息，具體化質(zhì)量控制體系，才能消除傳統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量控制過程中信息技術(shù)的缺陷，因此，基于BIM技術(shù)的質(zhì)量控制體系是實現(xiàn)創(chuàng)新的必要條件，設(shè)計質(zhì)量控制過程中的信息管理和交換，以及設(shè)計質(zhì)量控制過程中信息應(yīng)用的實施。

傳統(tǒng)項目質(zhì)量管理體系應(yīng)用的大部分工作都是手工完成的。相關(guān)人員分別更新數(shù)據(jù)和提供信息，這不僅增加了施工中的人力資源浪費(fèi)，而且績效低下。如果項目參與者只處理項目信息，很容易造成項目管理信息的延遲和信息交流的問題，導(dǎo)致信息孤島的出現(xiàn)，在項目的各個階段，每個參與者在獲取質(zhì)量信息方面的表現(xiàn)都很低，降低了績效。筆者將3D建筑信息模型與時間、成本和質(zhì)量信息相結(jié)合，創(chuàng)建了一個6D建筑信息模型，通過對工程項目設(shè)計過程中的質(zhì)量控制進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦碚摵图夹g(shù)分析，結(jié)合6DBIM技術(shù)特點，基于BIM技術(shù)平臺的質(zhì)量控制系統(tǒng)應(yīng)用框架及其自身優(yōu)點和功能在質(zhì)量控制中的應(yīng)用可彌補(bǔ)傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法和流程的不足，目的是充分利用BIM技術(shù)與現(xiàn)有質(zhì)量控制理論和方法相結(jié)合的價值，改進(jìn)整個施工過程的質(zhì)量控制過程。

BIM信息平臺是BIM質(zhì)量控制系統(tǒng)的核心價值。通常，BIM信息平臺可分為三個子系統(tǒng)：信息采集系統(tǒng)、信息組織系統(tǒng)和它們處理的信息處理系統(tǒng)。項目信息由所有項目參與者收集，包括業(yè)主、施工方、設(shè)計師、材料和設(shè)備供應(yīng)商等。然后根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和指南對收集的信息進(jìn)行編碼、分類和建模；最后，在施工過程中提供碰撞控制、模擬施工、動態(tài)資源管理、漫游等功能，支持施工過程的質(zhì)量控制。

4.2 BIM技術(shù)下質(zhì)量控制體系應(yīng)用流程

整個項目質(zhì)量控制和管理過程大致可分為啟動過程、規(guī)劃過程、實施過程、控制過程和關(guān)閉過程?；贐IM的質(zhì)量控制過程根據(jù)上述五個過程進(jìn)行設(shè)計和分析。

在建設(shè)項目之前，應(yīng)根據(jù)業(yè)主的項目質(zhì)量目標(biāo)和施工公司的項目質(zhì)量管理目標(biāo)，確定項目總體質(zhì)量目標(biāo)，項目經(jīng)理或相關(guān)人員必須完成項目質(zhì)量目標(biāo)和項目質(zhì)量目標(biāo)的編制；在策劃過程中制定質(zhì)量計劃，將項目質(zhì)量目標(biāo)分配到單位質(zhì)量目標(biāo)或管理崗位的共享質(zhì)量目標(biāo)和質(zhì)量責(zé)任目標(biāo)，并制定相應(yīng)的質(zhì)量管理措施和技術(shù)措施；項目實施過程應(yīng)在日常質(zhì)量管理的基礎(chǔ)上，注重對具體過程的質(zhì)量管理。質(zhì)量管理，包括設(shè)計要求、質(zhì)量要求、程序措施和管理措施在施工前進(jìn)行交底，并在施工過程中做好記錄；在控制實施過程中，做好材料檢查、“三控制”和結(jié)構(gòu)控制，糾正和預(yù)防不合格產(chǎn)品；在最終交付過程中，做好施工產(chǎn)品信息的控制、收集、記錄和存儲。BIM技術(shù)將質(zhì)量控制引入整個施工過程，通過BIM信息平臺溝通和協(xié)調(diào)建設(shè)項目的目標(biāo)和質(zhì)量計劃，以最終確定目標(biāo)和質(zhì)量計劃。在制定項目質(zhì)量計劃的過程中，應(yīng)根據(jù)制定項目質(zhì)量管理計劃的具體情況和客觀質(zhì)量分解，選擇可視化、項目深化、沖突控制，BIM模型的虛擬施工和其他功能，以優(yōu)化施工系統(tǒng)和設(shè)計技術(shù)；檢查可能影響質(zhì)量目標(biāo)和計劃實現(xiàn)的因素和原因，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，以確保質(zhì)量目標(biāo)的有效實施。在項目實施和控制過程中，質(zhì)量管理技術(shù)交底與BIM技術(shù)一起進(jìn)行。BIM功能（如三維可視化、虛擬漫游和豐富的數(shù)據(jù)庫）用于披露項目、披露文件要求、披露施工過程信息和披露管理措施。重點對特殊施工過程進(jìn)行管理和控制，4D、5D、6D等技術(shù)對建筑資源進(jìn)行動態(tài)管理和控制，利用移動BIM終端進(jìn)行現(xiàn)場管理和現(xiàn)場施工質(zhì)量指標(biāo)，結(jié)合BIM技術(shù)和超聲波檢測，對關(guān)鍵建筑構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量控制，推進(jìn)質(zhì)量控制過程中的“三檢”。

質(zhì)量控制體系是建筑和建筑工程的基本保證，但在實際的建筑管理過程中，質(zhì)量控制體系的作用不明確，需要進(jìn)一步完善。將BIM技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量控制體系是建筑業(yè)發(fā)展的需要，是建筑質(zhì)量管理從全面管理走向精細(xì)管理的必然結(jié)果。結(jié)合建筑工程的特點和質(zhì)量管理現(xiàn)狀，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)管理理念和BIM技術(shù)，包括BIM技術(shù)的應(yīng)用框架、實施方法和總體設(shè)計質(zhì)量控制流程，提高建筑工程過程中的全面質(zhì)量控制和管理水平。

結(jié)語：

結(jié)合以上所言，BIM技術(shù)是未來建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，它能實現(xiàn)工程的三維化、協(xié)同化以及信息化，從而讓建筑工程項目管理之間的溝通更為便捷、高效。將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑工程項目管理當(dāng)中，其本身的優(yōu)勢將會為建筑施工行業(yè)帶來巨大的動力，對于促進(jìn)建筑實現(xiàn)精細(xì)化、信息化管理具有積極意義。

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作者簡介：

楊森森（1994.11-），男，漢族，河南省周口人，長春市朝陽區(qū)長春工程學(xué)院建筑與土木工程專業(yè)2019級研究生，工程項目管理研究方向。

閆浩然（1993.03-），男，漢族，河南省安陽人，長春市朝陽區(qū)長春工程學(xué)院建筑與土木工程專業(yè)2019級研究生，工程項目管理研究方向。