基于BIM技術(shù)的土木工程施工質(zhì)量與安全管理措施

張翠萍 王 曉

（1.日照盛世華府置業(yè)有限公司，山東 日照 276800；2.日照華悅置業(yè)有限公司，山東 日照 276800）

工程質(zhì)量和安全管理是土木工程項(xiàng)目中至關(guān)重要的因素，不僅影響工程項(xiàng)目的成功與否，更直接關(guān)系到現(xiàn)場及周邊人員的生命安全。傳統(tǒng)的施工管理方式由于種種限制，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代土木工程的復(fù)雜性。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從設(shè)計到施工的全過程信息化管理，有效地提升工程質(zhì)量，降低施工風(fēng)險，從而保證施工過程的安全和效率。

1 BIM 技術(shù)在土木工程施工質(zhì)量與安全管理中的應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)的概念

BIM 技術(shù)，即建筑信息模型（Building Information Modeling）技術(shù)，是一種新型的建筑設(shè)計和項(xiàng)目管理方法，利用統(tǒng)一的、動態(tài)的三維模型來集成建筑項(xiàng)目的所有相關(guān)信息。其核心在于創(chuàng)建包含建筑物的幾何形狀、空間關(guān)系、地理信息，以及如材料規(guī)格、制造商細(xì)節(jié)、成本和維護(hù)周期等建筑組件屬性的虛擬建筑模型[1]。表1為不同BIM模型內(nèi)容和作用對比。

表1 不同BIM模型對比表

1.2 土木工程施工質(zhì)量與安全管理的定義和重要性

土木工程施工質(zhì)量管理指的是在土木工程施工過程中為了確保工程建設(shè)符合預(yù)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求進(jìn)行的計劃、控制、和改進(jìn)活動,確保施工的質(zhì)量滿足設(shè)計要求、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和用戶期望。而土木工程安全管理則是在土木工程施工過程中采取一系列的技術(shù)和管理措施，以預(yù)防和控制施工現(xiàn)場的安全風(fēng)險的行為，比如，建立和實(shí)施安全管理體系、執(zhí)行安全規(guī)程、進(jìn)行安全培訓(xùn)、監(jiān)測和控制施工現(xiàn)場的安全狀況、進(jìn)行安全事故的調(diào)查和處理等。質(zhì)量管理確保了工程的耐久性、功能和美觀，對工程項(xiàng)目起到?jīng)Q定性的作用，而安全管理則關(guān)乎施工人員的生命安全和身體健康，會直接影響施工進(jìn)度和效率。

1.3 BIM技術(shù)與土木工程施工質(zhì)量與安全管理結(jié)合的價值

BIM技術(shù)憑借其自身可視化、高延展性與信息化的特征，能夠極大推動土木工程施工質(zhì)量與安全管理成效的提升。具體來說：①能夠憑借可視化和模擬，以創(chuàng)建直觀易懂的三維模型降低管理難度，從而在施工開始前就能全面理解、精準(zhǔn)掌握建筑的設(shè)計、施工過程，提高質(zhì)量控制的針對性與即時性，有效預(yù)測潛在安全風(fēng)險，以此提高質(zhì)量控制和安全管理成效；②借助高度集成的信息推動管理精細(xì)化程度提高。BIM 技術(shù)所建立的模型能夠有效接入除空間信息以外的多元項(xiàng)目信息，例如4D（時間）和5D（成本）模擬等，通過以統(tǒng)一平臺完成數(shù)據(jù)收集、整理、分析的方式，為更準(zhǔn)確地計劃和控制工程的各個環(huán)節(jié)提供決策依據(jù)；③能夠依托自身平臺實(shí)現(xiàn)多元主體的有效協(xié)同，使得項(xiàng)目設(shè)計方、承包方、業(yè)主方直至使用、運(yùn)維等方面的所有利益相關(guān)主體可以共享和更新同一個模型的信息，增強(qiáng)各方溝通協(xié)調(diào)的質(zhì)量和效率，以此引導(dǎo)多元主體共同參與質(zhì)量控制與安全管理，充分提高項(xiàng)目的綜合效益[2]。

2 土木工程施工質(zhì)量與安全管理現(xiàn)狀及問題

2.1 質(zhì)量與安全管理體系方面

從數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的角度來說，缺乏有效信息系統(tǒng)來收集、存儲、處理和分析質(zhì)量與安全管理相關(guān)數(shù)據(jù)的問題依然突出，管理團(tuán)隊(duì)只能通過增派人力等方式進(jìn)行平衡，影響了管理決策的準(zhǔn)確性和效率。而在實(shí)際施工過程中，受到持續(xù)增加的項(xiàng)目復(fù)雜性以及外包現(xiàn)象的普遍性等因素影響，往往導(dǎo)致質(zhì)量與安全管理制度存在僵化、泛化等問題，并不能充分適應(yīng)建筑項(xiàng)目的具體實(shí)際，從而增大了安全問題發(fā)生的隱患，以及因不當(dāng)操作甚至違規(guī)操作產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險的可能性。同時，又受限于現(xiàn)有質(zhì)量與安全管理體系上對細(xì)分責(zé)任、材料等資源的調(diào)度分配、各項(xiàng)具體工藝流程的設(shè)計不完善，缺乏制度化、標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序，進(jìn)一步使得施工方難以提高管理的針對性和精準(zhǔn)程度，從而弱化了體系機(jī)制的作用[3]。

2.2 施工規(guī)劃方面

對于現(xiàn)代土木工程項(xiàng)目而言，必須通過科學(xué)合理、周密詳細(xì)的施工方案編制，確保施工過程能夠按照工程施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推進(jìn)，以此保障工程質(zhì)量。然而，采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行施工方案編制難以實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場復(fù)雜因素的全面考量，經(jīng)常會產(chǎn)生施工方案與施工規(guī)劃無法準(zhǔn)確契合施工需求的問題，比如，未能充分考慮施工的具體環(huán)境和條件，導(dǎo)致施工順序和方法的規(guī)劃不合理，進(jìn)而影響施工的效率和效果的現(xiàn)象，以及如人力、設(shè)備、材料等施工資源的調(diào)度、配置不及時、不科學(xué)，使得局部資源產(chǎn)生浪費(fèi)或短缺，甚至干擾正常施工的情況，進(jìn)一步增加了土木工程施工質(zhì)量與安全管理提高動態(tài)化、精準(zhǔn)化的難度。

2.3 現(xiàn)場監(jiān)理質(zhì)效方面

監(jiān)理工作的質(zhì)量直接關(guān)系到土木工程施工的質(zhì)量及安全問題發(fā)生的可能性，具有十分重要的意義。但在工程實(shí)際中，監(jiān)理的及時性和連續(xù)性不足、監(jiān)理隊(duì)伍水平參差不齊的現(xiàn)象依然突出，監(jiān)理工作未能實(shí)時、連續(xù)地進(jìn)行容易導(dǎo)致施工問題在初期就被忽視，而在問題擴(kuò)大化或者成為安全事故之后才被發(fā)現(xiàn)和處理。而部分不具備高度專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能的監(jiān)理人員則難以有效落實(shí)對諸多工藝流程的跟進(jìn)，從而在處理施工問題時可能受到個人因素的影響而無法充分解決隱藏的質(zhì)量與安全風(fēng)險。

2.4 施工隊(duì)伍綜合素養(yǎng)方面

一方面，體現(xiàn)在知識和技能的更新滯后。在當(dāng)前科技進(jìn)步和工程技術(shù)發(fā)展持續(xù)加快的時期，施工技術(shù)和設(shè)備不斷更新，對施工隊(duì)伍的專業(yè)知識與技能提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，如果施工隊(duì)伍無法及時掌握和應(yīng)用新的知識和技術(shù)，落實(shí)各項(xiàng)質(zhì)量與安全管理措施的能力與新技術(shù)、新設(shè)備的使用需求就會產(chǎn)生脫節(jié)，不利于提高質(zhì)量與安全管理成效。另外，當(dāng)前復(fù)雜化、規(guī)模化的工程項(xiàng)目所遇到的各類復(fù)雜和突發(fā)的情況概率更高、種類更為多元化，從而為施工隊(duì)伍的綜合能力提出了更高要求。

3 基于BIM技術(shù)的土木工程施工質(zhì)量與安全管理措施

3.1 科學(xué)設(shè)置施工質(zhì)量控制點(diǎn)

利用BIM模型整合全方位、多維度的工程信息，通過提供可視化、實(shí)時更新、信息全面的項(xiàng)目模型，幫助施工隊(duì)伍全面分析和掌握施工內(nèi)容與設(shè)計圖紙，精準(zhǔn)把握工程結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和施工過程中的狀態(tài)變化，同步提高對施工質(zhì)量與安全性能控制點(diǎn)的識別與掌控水平，從而更精確、更具針對性地設(shè)置施工質(zhì)量控制點(diǎn)，并推進(jìn)施工質(zhì)量控制點(diǎn)的數(shù)字化管理，將控制點(diǎn)的定位、狀態(tài)的記錄、問題的反饋等通過BIM 模型進(jìn)行，以提高管理的效率和準(zhǔn)確性，提供及時直觀的反饋信息，為加強(qiáng)管理措施的針對性和有效性提供幫助。

3.2 完善質(zhì)量與安全管理平臺提高施工規(guī)劃性

借助技術(shù)手段和管理平臺提升施工規(guī)劃性，根據(jù)工程實(shí)際構(gòu)建符合項(xiàng)目實(shí)際情況和建設(shè)需求的質(zhì)量管控模型，作為質(zhì)量與安全管理平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，運(yùn)用其中包含的工程數(shù)據(jù)，提高施工方案優(yōu)化、風(fēng)險評估、質(zhì)量預(yù)測等工作的有效性，以此實(shí)現(xiàn)決策計劃性的提高。針對施工進(jìn)度、資源分布、質(zhì)量問題等情況，通過建模的形式進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，接入各種傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)的更新與收集處理，及時發(fā)現(xiàn)可能的問題并提前進(jìn)行預(yù)警和干預(yù)，落實(shí)問題的記錄、反饋和跟蹤，提高工程質(zhì)量與安全管理的效率。同步發(fā)揮平臺促進(jìn)多元主體合作的潛力，為施工方案編制和現(xiàn)場調(diào)度與組織提供暢通高效的信息共享和交流渠道，以此提升工程質(zhì)量和安全管理效能[4]。

3.3 綜合引入質(zhì)檢技術(shù)，提高質(zhì)控效能

借助BIM模型的基礎(chǔ)，探索質(zhì)檢技術(shù)的迭代升級，進(jìn)一步提高現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督和安全管理的智能化、自動化水平。從施工現(xiàn)場整體的監(jiān)督角度來說，可以考慮周期性利用激光掃描技術(shù)更新BIM模型，以快速、精確地捕捉到施工現(xiàn)場的三維數(shù)據(jù)，在不停工的前提下，完成包括建筑物的平面位置、垂直度、高度等各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測與檢查，以此確保建筑物的質(zhì)量和精確度。對現(xiàn)場監(jiān)控而言，可運(yùn)用無人機(jī)巡查技術(shù)，由無人機(jī)搭載高清攝像頭等設(shè)備進(jìn)行空中巡查，以獲取施工現(xiàn)場的實(shí)時圖像以及其他需要的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控，既可以提高施工效率，又能及時發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量和安全風(fēng)險。從提高質(zhì)量與安全管理自動化水平的方面來說，又可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)升級施工現(xiàn)場的各種設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場的各種設(shè)備、物料的精準(zhǔn)調(diào)度和數(shù)據(jù)更新，幫助施工人員更好地控制施工進(jìn)度，優(yōu)化資源配置，提高工作效率[5]。

3.4 增強(qiáng)施工隊(duì)伍質(zhì)量管控與安全意識

基于土木工程項(xiàng)目對質(zhì)量和安全的高要求，為施工人員和管理團(tuán)隊(duì)提供具有針對性的培訓(xùn)，特別是提高施工人員的安全意識與專業(yè)技能，以及管理團(tuán)隊(duì)對工藝流程的了解與對新技術(shù)的掌握，以此促進(jìn)雙方充分協(xié)調(diào)配合。同步完善項(xiàng)目質(zhì)量與安全管理制度體系，既要通過細(xì)分的職能職責(zé)充分覆蓋每一個具體的施工環(huán)節(jié)和相應(yīng)崗位，也要注重制度體系的權(quán)責(zé)清晰度，避免產(chǎn)生多頭管理等不利于作用充分發(fā)揮的問題，同時設(shè)置階梯形激勵機(jī)制，組合正負(fù)向激勵，以引導(dǎo)和激發(fā)項(xiàng)目全體參與人員牢固樹立安全意識、質(zhì)量意識，提高其主動維護(hù)項(xiàng)目質(zhì)量、落實(shí)安全措施的積極性，從而形成重視質(zhì)量與安全的良好文化氛圍。

4 案例分析

4.1 項(xiàng)目背景

某住宅樓建設(shè)項(xiàng)目位于某市城區(qū)，包含7棟高層住宅樓與地下車庫。設(shè)計使用年限為70 年，按照8 度抗震設(shè)防烈度，以框剪結(jié)構(gòu)和裙房框架結(jié)構(gòu)為主，總建筑面積17830m2。由項(xiàng)目所涉及的業(yè)主單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位和施工單位，加上BIM 技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)共同組成項(xiàng)目組，以充分提高BIM技術(shù)的運(yùn)用效能。

4.2 具體過程

該項(xiàng)目采用的BIM模型為4D，即在3D模型（如圖1所示）基礎(chǔ)上引入了進(jìn)度計劃，便于提高對工期和進(jìn)度等方面的掌握，同時，借助項(xiàng)目軟件平臺整合所使用的軟件，以此接入所需的其他數(shù)據(jù)。例如，土建與安裝建模使用的Revit，進(jìn)度管理使用的Navisworks，場布漫游使用的Ruzor，建模使用的Tekla等。

圖1 項(xiàng)目三維模型（局部）

在設(shè)計階段，項(xiàng)目組系統(tǒng)的收集了施工現(xiàn)場的各類信息數(shù)據(jù)，生成并建立了項(xiàng)目數(shù)據(jù)模型，并利用該模型預(yù)先對建筑、結(jié)構(gòu)、給排水等不同領(lǐng)域的協(xié)調(diào)性進(jìn)行了碰撞檢測（如圖2所示），以此排查可能發(fā)生的質(zhì)量問題和安全風(fēng)險，并借助BIM 模型完成了模擬施工和分析，運(yùn)用可視化功能提前標(biāo)識施工現(xiàn)場的高風(fēng)險區(qū)域、工藝流程中的高風(fēng)險環(huán)節(jié)。

圖2 碰撞檢測示意圖

在施工過程中，通過建立完善的信息采集機(jī)制、結(jié)合紅外掃描等多種形式，持續(xù)更新項(xiàng)目的BIM模型，并與原預(yù)測進(jìn)行對比，排查其中產(chǎn)生的偏移與滯后等情況，掌握工程進(jìn)度和質(zhì)量。為進(jìn)一步提高該項(xiàng)目的質(zhì)量與安全性，項(xiàng)目方同時為施工現(xiàn)場引入了物聯(lián)網(wǎng)施工設(shè)備，如施工現(xiàn)場溫度、濕度、壓力等多項(xiàng)傳感器，以及智能開關(guān)等設(shè)施，以進(jìn)一步提升對施工現(xiàn)場工藝流程的實(shí)時監(jiān)督，以此增強(qiáng)對施工現(xiàn)場的監(jiān)測效果。以結(jié)構(gòu)位置偏移量為例，通過在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置傳感器，項(xiàng)目方得以在偏移量達(dá)到預(yù)警值時及時得到警示，以此充分前移風(fēng)險發(fā)現(xiàn)和處置的時間節(jié)點(diǎn)。

4.3 BIM技術(shù)運(yùn)用成效

在該項(xiàng)目設(shè)計階段，通過BIM 建模的碰撞試驗(yàn)與預(yù)測模擬，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功優(yōu)化了原設(shè)計方案中可能導(dǎo)致材料浪費(fèi)、調(diào)度問題、結(jié)構(gòu)缺陷以及不同領(lǐng)域間不協(xié)調(diào)等方面的問題共63 處，僅工程材料成本一項(xiàng)即節(jié)省約2000 萬元。施工過程中無重大安全事故發(fā)生，項(xiàng)目各處符合建設(shè)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。另外，通過優(yōu)化施工調(diào)度和組織，該項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)立體施工的基礎(chǔ)上成功縮短工期達(dá)6個月，充分提高了綜合效益。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的運(yùn)用，不僅能夠提高其施工質(zhì)量管控與安全管理的成效，更能在土木工程項(xiàng)目的全生命周期中發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目綜合效益的長效提升。由此，政界、學(xué)界、業(yè)界需要持續(xù)予以關(guān)注和推動，以促進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用途徑與深度不斷提升，同步完善政策法規(guī)、管理體系，提升施工隊(duì)伍的綜合素養(yǎng)，充分深挖BIM技術(shù)的潛力和價值，推動我國土木工程行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。