基于BIM的水利工程施工質(zhì)量全過程控制研究

費(fèi)益新，葉雪芬，劉子系

(1.無錫市水利發(fā)展和安全質(zhì)量管理中心，江蘇 無錫 214315；2.無錫市水利工程管理中心,江蘇 無錫 214315)

水利工程是我國建筑業(yè)的重要組成部分，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定做出了巨大的貢獻(xiàn)。一直以來，建筑業(yè)都是一個(gè)生產(chǎn)粗放、勞動密集型的行業(yè)，水利工程也不例外，在施工過程中，施工質(zhì)量不高、生產(chǎn)效率低等問題普遍存在。隨著建筑業(yè)和水利事業(yè)的不斷發(fā)展，人們開始對水利工程建設(shè)提出了更高的要求，水利工程的施工過程與施工工藝也越來越復(fù)雜。并且，在水利工程施工過程中，由于項(xiàng)目體量較多，經(jīng)過會出現(xiàn)工程變更、質(zhì)量問題等情況，對水利工程項(xiàng)目進(jìn)行管理的難度越來越大。

在水利工程的建設(shè)過程中，傳遞不及時(shí)是造成項(xiàng)目管理效率不高的重要原因。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了水利工程建設(shè)信息化的快速發(fā)展。施工質(zhì)量控制是質(zhì)量管理的核心部分，是指將制定的質(zhì)量目標(biāo)與實(shí)際完成情況進(jìn)行管理。將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程的施工過程中，對水利工程施工質(zhì)量進(jìn)行控制，能夠有效提高施工質(zhì)量水平，減少返工次數(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量目標(biāo)。目前，BIM技術(shù)在我國建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于初級階段，對于BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制方面的應(yīng)用、質(zhì)量控制體系的建立等方面是當(dāng)前急需解決的問題。因此，有必要對基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量全過程控制進(jìn)行研究。

1 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用方法

1.1 BIM技術(shù)與信息互用

建筑信息模型指的是包括建筑工程項(xiàng)目信息的多維建筑模型，信息是建筑模型的核心內(nèi)容。建筑信息模型能夠?qū)崿F(xiàn)水利工程在建設(shè)過程中各參與方之間的信息共享，促進(jìn)各方之間的協(xié)調(diào)溝通，提高解決問題的效率，保障水利工程施工進(jìn)度與施工質(zhì)量的正常進(jìn)行。信息互用指的是在水利工程的施工過程中，各參與方之間的信息互換與共享。由于水利工程建設(shè)體量大，在建設(shè)過程中產(chǎn)生的信息種類的總量較多，這給相關(guān)參與方之間的信息共享帶來了較大的困難，造成了大量數(shù)據(jù)信息在交接過程中丟失。

在BIM的應(yīng)用環(huán)境中，其核心價(jià)值是信息的高效互用。在水利工程的建設(shè)過程中，如何實(shí)現(xiàn)參與方之間信息的高效互用是水利建設(shè)行業(yè)面臨的難題。隨著BIM技術(shù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用，其信息互用功能逐漸引起大家的關(guān)注。當(dāng)水利工程從建設(shè)之處就使用BIM技術(shù)，能夠使相關(guān)工作人員在其工作需要時(shí)可以從上游工作人員哪里得到所有的數(shù)據(jù)信息，所有的項(xiàng)目成員在收集本專業(yè)的數(shù)據(jù)信息時(shí)，也要遵守信息共享的原則，以此提高水利工程在建設(shè)過程中信息互用的效率。

1.2 N維建筑信息模型的建立

目前，建筑信息模型包括三維、四維、五維以及六維模型，具體建筑信息模型見表1。

表1 N維建筑信息模型情況

2 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

2.1 可視化應(yīng)用

將BIM技術(shù)的可視化應(yīng)用到水利工程的施工過程中，能夠?yàn)樗こ淌┕ば畔⒌募珊凸蚕硖峁?shù)據(jù)平臺，通過此平臺可以實(shí)現(xiàn)對水利工程施工過程中信息的集中管理，包括施工信息的提取、插入、更新等，大大改變了傳統(tǒng)施工的管理方式。可視化施工能夠解決水利工程在施工過程中的各專業(yè)信息交流不通暢、缺乏溝通等問題，保障水利工程施工的正常進(jìn)行。同時(shí)，施工可視化能夠提高水利工程施工圖紙的質(zhì)量和施工單位的施工水平。

2.2 深化設(shè)計(jì)與碰撞檢測應(yīng)用

在深化設(shè)計(jì)方面，基于BIM技術(shù)的施工圖最后成果可能再三維信息模型與圖紙之間進(jìn)行選擇，或者是兩者相互結(jié)合。與傳統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)相比，基于BIM的施工圖深化設(shè)計(jì)能夠?qū)⒍S的圖紙轉(zhuǎn)換為三維建筑模型，并對圖紙進(jìn)行優(yōu)化、校隊(duì)等，最后得到各專業(yè)的詳細(xì)圖紙以滿足施工作業(yè)的要求。在深化設(shè)計(jì)的過程中，BIM建筑模型與圖紙的質(zhì)量對水利工程施工作業(yè)的正常開展具有非常大的影響，直接影響著施工質(zhì)量和進(jìn)度控制。在碰撞檢測方面，BIM技術(shù)能夠?qū)⑸婕暗降乃袑I(yè)模型進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的碰撞檢測，并將檢測結(jié)果及時(shí)反饋給工作人員，以便對圖紙進(jìn)行修改和完善。同時(shí)，三維建筑模型碰撞檢測能夠快速找出在圖紙中無法發(fā)現(xiàn)的問題，如空間問題等，達(dá)到優(yōu)化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的目的。

2.3 虛擬施工應(yīng)用

基于BIM的虛擬施工指的是將BIM技術(shù)、虛擬技術(shù)以及三維模型等技術(shù)融合起來，在水利工程施工作業(yè)前進(jìn)行施工過程的模擬，將水利工程施工工藝和施工的內(nèi)容展現(xiàn)出來，盡可能地避免設(shè)計(jì)圖紙和施工中出現(xiàn)的矛盾。在水利工程施工作業(yè)前將BIM虛擬施工技術(shù)應(yīng)用到施工過程中，對制定的施工方案等進(jìn)行檢測和模擬，并對其不斷的進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，直到施工方案符合施工實(shí)際情況。同時(shí)，在水利工程施工作業(yè)結(jié)束后，利用施工模擬技術(shù)，也可對完工后的質(zhì)量問題的責(zé)任歸屬進(jìn)行追溯。

2.4 施工資源動態(tài)管理的實(shí)現(xiàn)

由于水利工程施工作業(yè)是隨著施工進(jìn)度和施工現(xiàn)場情況不斷變化的，任何一道施工工藝以及分部分項(xiàng)工程都涉及多種材料、人工等資源。因此，在水利工程的施工過程中，施工管理是一個(gè)動態(tài)變化的過程。為了解決施工資源管理的局限性問題，可以借助信息化技術(shù)進(jìn)行施工資源的動態(tài)管理，從而大大提高施工管理效率，減少工作人員工作量。目前，施工資源的動態(tài)管理主要包括2部分內(nèi)容，即資源使用計(jì)劃管理和使用的實(shí)時(shí)動態(tài)管理。其中，水利工程施工資源使用計(jì)劃管理包括各施工階段的資源計(jì)劃使用量，施工人力資源的安排和調(diào)配等；施工資源的實(shí)時(shí)動態(tài)管理包括施工資源的動態(tài)查詢和分析。

2.5 協(xié)同管理機(jī)制的應(yīng)用

水利工程施工協(xié)調(diào)管理機(jī)制指的是將施工過程中的人力資源，包括勞動工人、管理人員以及技術(shù)工作人員等進(jìn)行統(tǒng)籌，以便于實(shí)現(xiàn)水利工程施工的既定目標(biāo)?；贐IM技術(shù)的施工協(xié)調(diào)管理指的是將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程的全壽命周期所需要的信息儲存模型中，實(shí)現(xiàn)不同崗位的工作人員的分工和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)水利工程施工全國的協(xié)同管理是應(yīng)用BIM技術(shù)的核心意義所在。通過協(xié)同管理來發(fā)揮BIM技術(shù)在水利工程施工過程中的作用，協(xié)同水利工程各參與方對工程項(xiàng)目的共同建設(shè)，能夠更好的對水利工程施工過程中的人、材、機(jī)進(jìn)行高效控制，確保工程施工作業(yè)的正常進(jìn)行。

3 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用分析

3.1 水利工程施工質(zhì)量控制體系的建立

為了解決水利工程在施工過程中信息分享不及時(shí)、各參與方獲取信息時(shí)效性較低等問題，將3D建筑信息模型與水利工程施工工期、成本以及質(zhì)量信息進(jìn)行融合，組成6D建筑信息模型，此模型可以對水利工程施工過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行查詢并對質(zhì)量進(jìn)行控制。根據(jù)水利工程全過程質(zhì)量控制理論及水利工程施工特點(diǎn)，結(jié)合6D建筑信息模型，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量體系應(yīng)用框架，具體如圖1所示。利用BIM技術(shù)的功能彌補(bǔ)傳統(tǒng)水利工程施工質(zhì)量控制方法的缺陷，完善水利工程施工全過程質(zhì)量管理體系。

圖1 基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制體系框架

同時(shí)，基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制可以分為啟動過程，即在水利工程施工作業(yè)之前，根據(jù)建設(shè)單位質(zhì)量目標(biāo)要求和施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來確定施工質(zhì)量總目標(biāo)，并由技術(shù)負(fù)責(zé)人來編制施工質(zhì)量目標(biāo)以前責(zé)任目標(biāo)；計(jì)劃過程，即制定施工質(zhì)量計(jì)劃的過程，將水利工程施工質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行分解，如按照單位工程或單項(xiàng)工程進(jìn)行分解等，并質(zhì)量符合實(shí)際情況的施工質(zhì)控管控措施；實(shí)施過程，即在水利工程施工過程中，要重視基礎(chǔ)質(zhì)量管理工作，施工作業(yè)前要進(jìn)行必要的交底工作并留下工作記錄；控制過程，在水利工程施工質(zhì)量控制中，要做好建筑材料的質(zhì)量控制工作以及落實(shí)“三檢制”等檢查制度；收尾過程，在水利工程施工作業(yè)完成后，要注意做好項(xiàng)目的事后控制，包括施工信息的收集、整理以及儲存等工作。在上述水利工程施工全過程質(zhì)量控制中引用BIN技術(shù)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，在此過程中對施工計(jì)劃和目標(biāo)不斷進(jìn)行調(diào)整，保證最后目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制體系應(yīng)用流程

3.2 BIM技術(shù)在質(zhì)量控制因素中的應(yīng)用

影響水利工程施工質(zhì)量的因素包括人工控制因素、材料控制因素、機(jī)械控制因素、方法控制因素以及環(huán)境控制因素。在水利工程的施工作業(yè)過程中，對這些施工質(zhì)量因素進(jìn)行有效的控制是對工程質(zhì)量的保障。將BIM技術(shù)引用到水利工程的施工質(zhì)量控制因素中，可帶來以下變化：在人工控制因素方面，BIM技術(shù)的虛擬可視化功能可以將項(xiàng)目的施工現(xiàn)場各參與方工作人員的分工、崗位責(zé)任以及人員流動等內(nèi)容進(jìn)行展示，以此提高工作人員的工作效率；在材料控制因素方面，采用BIM技術(shù)可以確定各施工階段所需要的材料種類及材料數(shù)量，并基于BIM技術(shù)的供應(yīng)處數(shù)據(jù)庫，可以在采購前就能夠選擇更適合的供應(yīng)商。同時(shí)，在建筑材料進(jìn)場后，可對進(jìn)場材料的所有信息進(jìn)行抽查和核對；在機(jī)械控制因素方面，應(yīng)用BIM技術(shù)對水利工程施工現(xiàn)場的機(jī)械設(shè)備的布置以及運(yùn)行進(jìn)行模擬，找出最優(yōu)的機(jī)械設(shè)備布置方案，以達(dá)到解約施工空間，提高機(jī)械設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)；在方法控制方面，應(yīng)用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對水利工程施工全過程的模擬，對所有施工方法下的施工情況進(jìn)行模擬，綜合對比所有方案的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)水利工程的實(shí)際情況，選擇最適合的施工方法，包括施工工藝、施工技術(shù)方案等內(nèi)容；在環(huán)境控制因素方面，應(yīng)用BIM技術(shù)可提前發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對水利工程施工過程的影響，包括水利工程所在地的地理、氣候等，使施工單位提前做好預(yù)防措施，保障施工的正常進(jìn)行。

3.3 BIM技術(shù)在PDCA循環(huán)中的應(yīng)用

PDCA循環(huán)法在水利工程的施工過程中的質(zhì)量控制中具有重要的意義。將BIM技術(shù)與PDCA循環(huán)法結(jié)合，可以有效地提高PDCA循環(huán)法的效率，使水利工程施工質(zhì)量得到有效保證。

首先，在計(jì)劃環(huán)節(jié)(P)，通過BIM技術(shù)的可視化和碰撞檢測等功能，制定水利工程的施工質(zhì)量目標(biāo)和計(jì)劃，并對各參與方各自的質(zhì)量、進(jìn)度等計(jì)劃進(jìn)行明確和模擬，確保各參與方之間的計(jì)劃方案沒有沖突；在實(shí)施環(huán)節(jié)(D)，基于BIM技術(shù)的可視化和虛擬化功能，能夠讓施工單位和勞務(wù)單位更好的了解施工方案，有利于施工質(zhì)量計(jì)劃的落實(shí)；在檢查環(huán)節(jié)(C)，采用BIM技術(shù)的碰撞檢測功能，可對水利工程施工方案中進(jìn)行優(yōu)化，也有利于水利工程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的搜集和整理，便于后續(xù)工作的展開；在處理環(huán)節(jié)(A)，BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量管理方面的應(yīng)用主要在問題發(fā)生前，檢查出問題所在，并將檢測出的問題予以解決，最后形成經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，便于后期施工工作的開展。

圖3 BIM技術(shù)在PDCA中的應(yīng)用

3.4 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量全過程控制中的應(yīng)用

水利工程施工質(zhì)量控制可劃分為事前、事中以及事后質(zhì)量控制，將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程施工質(zhì)量全過程控制流程中。在事前質(zhì)量控制階段，根據(jù)水利工程圖紙及實(shí)際情況建立BIM建筑模型，這也是BIM技術(shù)的應(yīng)用前提和基礎(chǔ)。在水利工程施工之前，基于BIM技術(shù)的可視化和模擬化功能，將施工作業(yè)過程展示給管理人員和勞務(wù)人員，其技術(shù)交底的效率更高。同時(shí)，利用BIM技術(shù)的虛擬化施工，能夠制定符合項(xiàng)目實(shí)際情況的施工計(jì)劃以及施工質(zhì)量控制措施。在施工作業(yè)之前，可以借助BIM技術(shù)的碰撞檢測功能，快速找出各專業(yè)圖紙之間的沖突，并予以優(yōu)化；在事中質(zhì)量控制階段，也可將BIM模型應(yīng)用到水利工程的現(xiàn)場施工中，利用電腦和測量設(shè)備對施工現(xiàn)場進(jìn)行測量和對比，對工程量進(jìn)行核對。在水利工程的施工過程中，將BIM模型模擬施工也實(shí)際施工進(jìn)行比較，結(jié)合PDCA循環(huán)法對施工質(zhì)量進(jìn)行管控；在事后控制階段，主要表現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)際發(fā)生的施工質(zhì)量問題方面，如利用BIM技術(shù)對發(fā)生質(zhì)量問題的部位或者節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，分析問題產(chǎn)生的原因并形成相關(guān)報(bào)告。

4 結(jié)論及建議

本文基于我國水利工程施工質(zhì)量控制現(xiàn)狀及BIM技術(shù)發(fā)展趨勢，提出了基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量全過程控制體系，系統(tǒng)的闡述了BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用方法，構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制體系的框架和流程，將BIM技術(shù)與PDCA循環(huán)法進(jìn)行了結(jié)合，提高了施工質(zhì)量控制效率，這為水利工程施工質(zhì)量控制提供了新的思路和方法，有效的保障了水利工程施工質(zhì)量。同時(shí)，在施工質(zhì)量控制中，有些人為因素是很難通過BIM技術(shù)進(jìn)行控制的，BIM技術(shù)更多的是對工具和方法的控制，即BIM技術(shù)也有其局限性。因此，在未來的工作和學(xué)習(xí)過程中，不僅要關(guān)注對方法和工具的控制，還要關(guān)注人為因素造成的質(zhì)量問題。