BIM技术在施工过程质量管理中的应用研究

2021-04-10徐鑫乾

工程技术研究 2021年4期

徐鑫乾，陈磊，许奇

1.国网江苏省电力有限公司，江苏南京 210001

2.国网江苏省电力工程咨询有限公司，江苏南京 210001

我国建筑行业正处于新兴技术蓬勃发展时期，同时，项目前期研究和设计深度不够等情况大量存在，加上参与主体对工程目标的预期差异，以及一系列复杂的外部环境因素的影响，导致施工过程中经常会出现质量缺陷[1]。建筑工程质量控制是针对建设施工阶段，以项目质量需求为标准，在工程合同的约束下，通过一系列技术作业、现场活动、措施方法等，使工程质量达到质量标准的过程。

1 BIM技术在施工阶段的价值体现

随着建筑业信息化技术的发展，建筑信息模型技术（Building Information Modeling,BIM）逐步在行业中受到关注。目前BIM技术在国内建筑行业施工阶段的应用的主要价值体现在以下方面：（1）在施工前的准备阶段，通过BIM技术的模型检测和碰撞功能等进行合规性、合理性分析；（2）在施工设计阶段，通过BIM技术的可视化、可量化、数据量表可导出性等功能进行全专业建模、参数化加工、图纸深化设计、施工现场平面布置及工艺和施工进度动画模拟；（3）在现场施工实施阶段，通过BIM技术进行进度、成本和安全等方面的辅助管理。

文章对比了应用BIM技术的质量控制与传统质量控制的不同，凸显了BIM技术的优势，提出了BIM技术实际应用于施工过程的方法。

2 应用BIM技术的质量控制与传统质量控制比较

2.1 产品质量控制的时间位置

传统质量控制更加注重对产品的事后控制，把重心放在对产品质量的检查上。事实上，由于建筑产品具有复杂性及不可逆性的特征，同时，复杂多变的施工环境也会引发很多质量风险，对于事后检查控制中发现的不合格产品，往往需要返工，甚至可能会破坏质量合格的其他产品。因此，质量控制的重心应转移到产品形成过程中的工序质量控制上。BIM技术的应用能够很好地解决这一问题[2]。根据存储了丰富信息的BIM模型，相关人员可以对现场使用的材料等进行追踪，通过可视化技术及模拟技术，对每道工序的质量进行有效的管理，同时更要强调事前及事中控制，降低质量风险，提高产品质量[3]。

2.2 责任主体间的协作关系

建筑工程质量问题的形成通常需要考虑多主体性的影响，通过多主体的协作关系保障工程质量的完善，这一过程涉及的责任主体包括建设单位、设计单位、施工单位、监理单位及质量监督机构等。传统的质量控制中，施工单位往往是质量责任的主要承担方，由监理单位对工程质量进行把关，而其他如建设单位、设计单位等，其本身对质量也负有不可推卸的责任。然而在实际的过程中，各个责任主体之间缺乏相应的支持与协调，在信息的沟通方面不够全面及时，信息资源共享程度较低。BIM则提供了一种集成化的质量控制模式，能够实现各参与方的有效协调[4]。通过BIM技术，各个责任主体可以将自己的需求汇总上传到统一的信息平台上，并根据各方需要来接收、处理信息。

2.3 质量信息的管理和传递

现代建设项目往往规模较大，其涉及的与质量相关的文件繁多，信息量巨大。质量信息多以文档形式存储，查询参考及调用不便。在信息传递的过程中，往往因项目的复杂性，各参与主体对项目的理解深度不一致，而造成信息流失、失真等问题。时间属性、空间属性和构件几何信息属性是BIM技术在质量管控方面所提供的核心要素，相关属性信息通过与质量信息的映射关系进行汇总，并在BIM模型或者协同管理平台中存储，将质量控制规范、标准的要求整合在一个可视化三维数据库中，使结构化的信息便于调用。质量信息数据库与BIM模型的有机结合可以使项目各参与方对具有质量属性的BIM模型进行统一的查询，避免了信息传递的失真，同时也避免了各参与方对质量要求理解不一致而产生的问题。

2.4 技术质量控制

建筑产品的合格合规性判断首先取决于施工技术的正确性和合规性，这其中需要考虑到的问题包括施工工序与施工工艺、建筑施工材料的配比、施工机械的型号选择等，这些问题对施工技术的实施都具有重要的影响。这一过程中，现场施工操作人员由于经验、专业和个人素质的不同会形成施工水平的个体性差异，进而对施工图的理解也会有所偏差，因此受技术水平的影响，施工作业质量和水平是不完全相同的。对于管理人员而言，其自身对具体施工技术不完全了解，对工艺流程实现标准化的诉求也日益增强。在施工作业实施之前，管理人员可以利用BIM技术进行事先的现场模拟和施工方案可行性仿真，进一步根据模拟仿真分析给予一线施工作业人员标准化、指导性的作业意见，以确保施工流程、施工工艺、作业技术等方面的准确性，从而防止在施工作业信息的共享和传达过程中出现理解性或者流程性误差，确保计划与实施过程一致。在施工的过程中，施工人员及质量检查人员可以通过BIM技术与AR技术的结合，在真实的环境中呈现三维模型或施工动画等，对重难点项目施工进行实时有效的指导，避免因技术上的失误而影响施工质量。

3 BIM技术在施工过程质量控制中的实际应用

3.1 三维技术交底

三维技术交底的管控节点主要针对工程复杂及关键节点，包括隐蔽工程、防水工程等重点难点的环节和部位。三维技术交底环节需要责任主体协作单位包括建设单位、施工单位和监理单位协同建立具有质量控制属性的BIM模型。通过施工过程模拟，对重难点项目进行技术交底，使质量管理的各参与人员对建筑质量要求有一个全面的认识。

3.2 基于构件的质量监控

（1）构件材料的质量监控。对构件材料进行严格的质量控制，确保其质量符合要求，BIM可以按照时间维度、空间维度及构件分类等对质量进行监控。时间维度及空间维度的监控方法需要进行进一步的开发，在构件维度上，通过在建筑信息模型中添加相关构件的质量信息，如规范标准规定的材质要求、构件产品合格证书等信息，在材料进场验收的过程中保证材料的质量要求。同时，可将材料的相关质量信息上传到质量管理平台，以便验收时可以及时查看与调用。

（2）构件施工的质量监控。通过在建筑信息模型中添加规范等标注的施工质量要求信息，使一线操作人员能随时查看施工质量要求，尤其是对尺寸偏差的判定方面。由于规范规定的尺寸偏差往往比较复杂，如果只在最后的验收阶段进行测量检验，一旦发现不合格的构件就需要重新返工整改，这样会严重浪费时间，降低施工效率，且有可能因此影响到下一道工序的施工。同时，在构件施工的过程中，对关键工序可进行三维可视化模拟，方便一线工作人员熟悉施工工艺及流程，避免因出现技术性的失误而降低工程质量。通过建立构件的质量信息数据库，可以形成工程所涉及构件的数据库，将数据库与BIM模型中对应的构件相关联，能够更好地达到质量监控的目的。

3.3 质量偏差对比

在现场管理的过程中，需要针对施工现状及设计模型对比，检查施工偏差，如存在不符合质量标准的允许偏差，则要进行改动及修正，督促责任人进行整改，再根据整改结果核对质量目标，并存档管理。通过BIM技术与AR技术的结合，可以进行有效的质量偏差判定[5]。施工后质量检查主要包括施工人员自检、质检员和管理人员的检验审核。工人可以在完工之后先进行自检，以便主动发现和消除缺陷和错误。将BIM技术与AR技术进行施工偏差判定的主要步骤如下：将BIM模型作为质量检查的依据，通过AR程序将模型与标识按对应关系匹配成功，在说明标识和实体构件的位置信息之后，工人可将相应标识放置到已完成工程的指定位置，AR程序与BIM模型进行对比之后可以很快识别其中的缺陷，将这些缺陷信息通过系统和平台传回管理人员的手中，管理人员可对其发布整改的指令，通过重复的检查直至合格。这样一来管理人员可以在施工的过程中随时对质量进行控制，而不必等到工程结束之后到工程现场进行检验。

3.4 质量信息整理与反馈

在施工过程中，及时收集在质量检查过程中产生的数据，形成大数据的平台。施工单位可主要关注材料、设备质量及施工记录的信息；监理单位主要关注验收质量信息的整理与统计；建设单位从整体关注工程质量。通过对数据的不断更新，使与之相关联的BIM模型中的信息也不断得到处理与更新。通过计算机系统相关软件的开发，提供精准的质量分析报告，监督质量问题。