基于BIM技术的智能建筑工程施工质量管理研究

2023-01-07刘伟

散装水泥 2022年2期

刘伟

（山东华邦建设集团有限公司，山东潍坊 262500）

1 应用BIM技术的意义

1.1 实现数字化管理

BIM技术本质上属于一种数字化工具，负责收集智能建筑全生命周期内产生的数据信息，准确描述数据属性状态与管理对象间的关系。因而，对BIM技术的应用可以推动施工质量管理体系的数字化发展，彻底解决传统管理模式的一些问题。例如，在质量问题表达方面，传统管理模式主要采取文字表达与口头表达的形式，表述内容受人为主观因素影响，容易出现问题理解片面、表述不全的情况。应用BIM技术，将以可视化模型、数据的形式表达质量问题，如在模型中按比例呈现混凝土构件外形缺陷情况、破损程度、尺寸偏差值、裂缝宽深度与延伸情况等，避免因问题表述不清而采取错误的质量修补措施。

1.2 强化施工现场质量管控能力

现代智能建筑工程具有规模庞大、现场环境复杂、人员设备密集分布的施工特征，如果仅采取旁站监理、现场巡查、质量抽检等常规管理手段，将面临信息传达时间过长、管理时效性差、无法第一时间发现质量隐患等管理难题。例如，在施工现场出现混凝土开裂、模板倾斜失稳、墙体渗漏、楼梯不均匀沉降、墙皮脱落等质量问题时，需要由现场班组人员与管理人员将问题逐级上报，在质量问题形成、发现与有效处理期间产生一个时间差，致使建筑结构受损程度加剧，如混凝土裂缝随时间推移持续向两侧延伸扩展。在这一工程背景下，应用BIM技术，可起到显著强化施工现场质量管控能力的作用，主要表现在远程监控、远程指导、质量预警等方面。

（1）远程监控。BIM技术软件可持续将施工现场监测信号与摄像头拍摄的视频图像资料进行汇总整理后上传至数据库，数据库与BIM模型保持联动状态，管理人员通过观察模型来全面掌握施工现场情况，判断施工情况与预期是否相符。

（2）远程指导。在出现违章操作、班组成员私自篡改工艺流程等问题时，管理人员通过BIM平台与施工现场人员保持通信状态，直接指导施工现场作业活动、纠正不规范行为，向施工人员提供技术指导，以简化管理程序、强化应急管理能力。

（3）质量预警。搭建基于BIM模型的质量监管预警系统，在系统中导入预埋件位置、混凝土现浇结构尺寸、构件与电气设备安装位置、混凝土入模与养护温度等参数指标，系统通过现场布置的传感器与感温探头等装置，对比现场监测数值与指标额定值，在监测值超出指标控制范围后，系统自动发送报警信号。

1.3 实现施工质量预防管理

在传统施工质量管理模式中，虽然采取图纸核验、深化设计、试验段施工等多项质量措施，但受到技术水平限制，实际发现的质量问题有限。针对这一问题，应用BIM技术，采取施工模拟方式，以动画演示的形式模拟施工过程，对比模拟施工报告与工程施工要求，可以在数据支持下采取相应的改进措施或调整施工方案内容，将质量问题消灭于萌芽状态。

2 智能建筑中应用BIM技术存在的问题

2.1 BIM技术兼容性有待提升

BIM技术在我国的应用时间较短，导致其兼容性不足，有待进一步提升。早在1975年乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授就提出了BIM技术，并在一些国家取得了良好的发展，到2002年，人们开始广泛接受BIM技术，Jerry Laiserin也开始进一步加大该技术的传播力度。我国从近些年才开始接受并应用BIM技术，相关经验积累不足，整体水平和发达国家相比还存在很大差距，导致BIM技术仅在部分建筑企业得到了推广与应用，在建筑工程项目中应用有限，加上功能有待进一步改善、开发，很多建筑企业开始自主研发BIM设计软件，这些软件的独立性较强，在数据交换、共享等方面存在一定的不足，其中较为突出的缺点就是图纸规范变化大、模型相互借用。

2.2 技术人才不足

（1）BIM技术人员的专业技术能力有待进一步提升，其技术和学历存在一定不足。

（2）高技术水平的人才较为缺乏，难以满足市场需要，无法有效指导建筑工程设计和施工质量管理工作高效开展。

（3）部分施工单位并没有充分重视BIM技术的应用，对该技术的应用仅仅停留在基础阶段，存在得过且过的思想，导致无法充分发挥该技术优势。

（4）技术人员在具体应用BIM技术开展建筑工程质量管理中，没有第一时间发现其中存在的不足，BIM技术应用流于形式，更谈不上创新，导致BIM技术的应用难以高效发展。

2.3 应用BIM技术的建筑企业较少

虽然我国正在积极推广BIM技术，但还是有很多建筑企业难以真正接受该技术。建筑企业在准备时期通常会采用传统的方法进行工程设计、质量管理等工作，且由于我国应用BIM技术的建筑企业较少，导致一些已经应用该技术的建筑企业在具体实践中遇到问题也无法获取可借鉴的经验，严重限制了BIM技术在我国的应用和发展。针对这些问题，国家和建筑企业都在积极探索改进办法，虽然有的办法能够取得一定效果，但整体上仍然难以有效推动BIM技术的进步。

3 BIM技术在智能建筑工程施工质量管理中的具体应用

3.1 图纸核验

一方面，凭借BIM技术可视化特征，在软件中导入设计方案，绘制三维设计图纸与BIM模型，在可视化状态下开展图纸核验工作，将起到深入检查图纸细节、了解空间关系、客观描述问题情况、快速找出问题所在等多重作用，有助于图纸核验效率与工作质量的提升。另一方面，在BIM模型中对各专业设计图纸进行叠加处理，模型将使用特殊颜色符号标注图纸内容差异部位，帮助工作人员发现设计图纸中的错漏空缺问题，对图纸信息进行补充标注。同时，凭借BIM模型、数据库、三维设计图纸间的关联属性，可以直接在模型中标注补充信息与调整构件/非构件对象参数内容，BIM软件可以自动对设计图纸进行更新。

3.2 方案优化

考虑到智能建筑工程涉及诸多专业，因专业间沟通协调困难，易出现专业设计冲突问题，进而影响施工方案的可行性，如出现电气设备与建筑构件空间重叠问题。因此，需要在方案优化设计中应用BIM技术，凭借技术模拟性特征，在BIM软件与模型中开展施工模拟试验，根据已知信息与方案内容模拟施工过程，以模拟报告作为方案论证和深化设计依据，发现施工方案中的设计缺陷。同时，凭借BIM技术的协调性特征，由BIM软件基于施工模拟报告识别存在的专业冲突问题，分析问题产生的原因，生成协调数据，设计人员直接按照协调报告对方案内容与图纸进行调整即可。例如，使用BIM软件自带的碰撞检查工具，检查设计图纸中是否存在管线、建筑结构与构筑物软硬碰撞问题，生成碰撞检测报告与协调数据。

3.3 可视化技术交底

智能建筑具有结构复杂、功能繁琐、安装大量用电设备、管线密布的特征，施工方案与设计图纸内容较为复杂，如果以二维平面图纸作为交底凭证，工程参建人员难以正确了解建筑构造形式和施工思路，在后续施工期间易出现错误操作行为，形成质量问题。因此，要在技术交底中应用BIM技术，以搭建BIM模型作为技术交底凭证，使工程参建人员对智能建筑构造方式、立体结构有全面、直观的了解，并执行模型比例调整、拉大、缩小等操作展示构件尺寸参数、设备安装位置、管线间距等具体的施工信息。同时，组合运用BIM与VR技术，工程参建人员佩戴VR眼镜等设备，沉浸到VR软件搭建的虚拟现实环境当中，直接读取BIM模型中的构件与非构件对象属性信息，包括构件尺寸、间距数据、房间净空等，根据动画互动效果开展实操模拟演练，从而帮助施工人员将技术交底环节所掌握信息内容、理论知识转换为实践工作经验，避免因自身经验不足出现错误操作行为。

3.4 打造信息化施工现场

BIM技术作为一款数据化工具，卓越数据处理能力是技术的核心优势，需要应用BIM技术建设智慧工地，在BIM平台中接入多项应用子系统与摄像头、传感器等现场装置，系统在工程施工期间持续采集、汇总整理、分类处理与分析海量数据，将处理后的信息数据上传至数据库中，且BIM模型内容也将随之更新，这对于强化现场质量管控能力、简化管理流程有着重要意义。在施工现场质量管理中，BIM技术被用于现场质量巡查、视频监控、设备在线监测方面。

（1）质量巡查方面。现场人员使用手机拍摄施工成果的图像资料，将资料通过云端上传至平台数据库中，由管理人员检查成果质量是否达标，直接向现场人员反馈质量问题、发送至班组成员进行整改，无需管理人员前往现场逐项开展质量巡查工作，巡查效率有所提升。

（2）视频监控方面。在现场安装若干组高清摄像机，将摄像机关联到智慧工地平台与BIM系统中，将拍摄的视频图像资料上传至系统界面，帮助管理人员远程掌握施工现场的施工情况，检查是否存在质量隐患与不规范行为，并可根据管理需求调取特定时间段与部位的历史监控画面。

（3）设备在线监测方面。将传感器装置关联到平台系统当中，持续上传设备运行数据，判断是否出现故障问题与异常运行现象，为机具设备维护保养、检修方案的制定提供依据，避免因设备故障影响施工质量。以塔机监测为例，在系统界面与塔吊操作屏上实时显示吊钩周围图像，在识别到设备运行异常和错误操作指令时发送报警信号。

3.5 材料质量管理

传统材料管理模式手段单一，管理方面存在局限性，主要采取在材料入场验收环节检查材料观感质量、规格型号、随机抽取少量试样送至复检的措施，难以发现全部的劣质材料，影响建筑施工质量。因此，应在材料质量管理工作中融入BIM技术，以此实现质量管理全程化、材料验收精细化、管理动态化目标。例如，对于预制构件，保持BIM平台与构件生产检验系统的关联状态，由BIM平台持续收集预制构件在加工期间的生产数据和工序检验数据，根据数据整理、处理结果形成完整的质量检验记录，第一时间发现与处理预制构件的质量问题，从而解决入场环节无法深入检查预制构件内部情况的管理问题。同时，可以组合应用BIM与RFID编码技术，对预制构件实施编码管理，在构件内部植入芯片，在入场环节识别构件内植芯片，即可向BIM平台上传构件生产期间记录的相关信息，如搅拌情况、温度控制、生产日期及批次、前置预养护时间、质检报告等，辅助材料入场质量检验工作的开展，实现构件质量管控可溯源的目标。

3.6 工程验收控制

传统的工程验收是由施工单位按照设计要求与合同条款内容自行检查施工质量是否达标，出具竣工验收报告，再由建设单位组织监理方、设计方等工程参建单位组建验收小组，重复开展竣工验收工作，审核资料文件。这一验收模式流程繁琐、时效性差。通过运用BIM技术，工程参建单位可直接在BIM软件与模型中导入实时信息作为验收凭证，以数据形式存储工程验收的资料文件，保持数据与BIM模型的关联状态，建立具备数据检索等多项功能的BIM竣工模型，并基于模型开展竣工验收工作。