基于BIM技术的土木工程施工质量与安全管理措施

张翠萍 王 晓

（1.日照盛世华府置业有限公司，山东 日照 276800；2.日照华悦置业有限公司，山东 日照 276800）

工程质量和安全管理是土木工程项目中至关重要的因素，不仅影响工程项目的成功与否，更直接关系到现场及周边人员的生命安全。传统的施工管理方式由于种种限制，已经无法适应现代土木工程的复杂性。BIM技术能够实现从设计到施工的全过程信息化管理，有效地提升工程质量，降低施工风险，从而保证施工过程的安全和效率。

1 BIM 技术在土木工程施工质量与安全管理中的应用

1.1 BIM技术的概念

BIM 技术，即建筑信息模型（Building Information Modeling）技术，是一种新型的建筑设计和项目管理方法，利用统一的、动态的三维模型来集成建筑项目的所有相关信息。其核心在于创建包含建筑物的几何形状、空间关系、地理信息，以及如材料规格、制造商细节、成本和维护周期等建筑组件属性的虚拟建筑模型[1]。表1为不同BIM模型内容和作用对比。

表1 不同BIM模型对比表

1.2 土木工程施工质量与安全管理的定义和重要性

土木工程施工质量管理指的是在土木工程施工过程中为了确保工程建设符合预定的质量标准和技术要求进行的计划、控制、和改进活动,确保施工的质量满足设计要求、规范标准和用户期望。而土木工程安全管理则是在土木工程施工过程中采取一系列的技术和管理措施，以预防和控制施工现场的安全风险的行为，比如，建立和实施安全管理体系、执行安全规程、进行安全培训、监测和控制施工现场的安全状况、进行安全事故的调查和处理等。质量管理确保了工程的耐久性、功能和美观，对工程项目起到决定性的作用，而安全管理则关乎施工人员的生命安全和身体健康，会直接影响施工进度和效率。

1.3 BIM技术与土木工程施工质量与安全管理结合的价值

BIM技术凭借其自身可视化、高延展性与信息化的特征，能够极大推动土木工程施工质量与安全管理成效的提升。具体来说：①能够凭借可视化和模拟，以创建直观易懂的三维模型降低管理难度，从而在施工开始前就能全面理解、精准掌握建筑的设计、施工过程，提高质量控制的针对性与即时性，有效预测潜在安全风险，以此提高质量控制和安全管理成效；②借助高度集成的信息推动管理精细化程度提高。BIM 技术所建立的模型能够有效接入除空间信息以外的多元项目信息，例如4D（时间）和5D（成本）模拟等，通过以统一平台完成数据收集、整理、分析的方式，为更准确地计划和控制工程的各个环节提供决策依据；③能够依托自身平台实现多元主体的有效协同，使得项目设计方、承包方、业主方直至使用、运维等方面的所有利益相关主体可以共享和更新同一个模型的信息，增强各方沟通协调的质量和效率，以此引导多元主体共同参与质量控制与安全管理，充分提高项目的综合效益[2]。

2 土木工程施工质量与安全管理现状及问题

2.1 质量与安全管理体系方面

从数据基础的角度来说，缺乏有效信息系统来收集、存储、处理和分析质量与安全管理相关数据的问题依然突出，管理团队只能通过增派人力等方式进行平衡，影响了管理决策的准确性和效率。而在实际施工过程中，受到持续增加的项目复杂性以及外包现象的普遍性等因素影响，往往导致质量与安全管理制度存在僵化、泛化等问题，并不能充分适应建筑项目的具体实际，从而增大了安全问题发生的隐患，以及因不当操作甚至违规操作产生质量风险的可能性。同时，又受限于现有质量与安全管理体系上对细分责任、材料等资源的调度分配、各项具体工艺流程的设计不完善，缺乏制度化、标准化的操作程序，进一步使得施工方难以提高管理的针对性和精准程度，从而弱化了体系机制的作用[3]。

2.2 施工规划方面

对于现代土木工程项目而言，必须通过科学合理、周密详细的施工方案编制，确保施工过程能够按照工程施工质量标准规范推进，以此保障工程质量。然而，采用传统方式进行施工方案编制难以实现对施工现场复杂因素的全面考量，经常会产生施工方案与施工规划无法准确契合施工需求的问题，比如，未能充分考虑施工的具体环境和条件，导致施工顺序和方法的规划不合理，进而影响施工的效率和效果的现象，以及如人力、设备、材料等施工资源的调度、配置不及时、不科学，使得局部资源产生浪费或短缺，甚至干扰正常施工的情况，进一步增加了土木工程施工质量与安全管理提高动态化、精准化的难度。

2.3 现场监理质效方面

监理工作的质量直接关系到土木工程施工的质量及安全问题发生的可能性，具有十分重要的意义。但在工程实际中，监理的及时性和连续性不足、监理队伍水平参差不齐的现象依然突出，监理工作未能实时、连续地进行容易导致施工问题在初期就被忽视，而在问题扩大化或者成为安全事故之后才被发现和处理。而部分不具备高度专业素养和专业技能的监理人员则难以有效落实对诸多工艺流程的跟进，从而在处理施工问题时可能受到个人因素的影响而无法充分解决隐藏的质量与安全风险。

2.4 施工队伍综合素养方面

一方面，体现在知识和技能的更新滞后。在当前科技进步和工程技术发展持续加快的时期，施工技术和设备不断更新，对施工队伍的专业知识与技能提出了更高的要求和标准，如果施工队伍无法及时掌握和应用新的知识和技术，落实各项质量与安全管理措施的能力与新技术、新设备的使用需求就会产生脱节，不利于提高质量与安全管理成效。另外，当前复杂化、规模化的工程项目所遇到的各类复杂和突发的情况概率更高、种类更为多元化，从而为施工队伍的综合能力提出了更高要求。

3 基于BIM技术的土木工程施工质量与安全管理措施

3.1 科学设置施工质量控制点

利用BIM模型整合全方位、多维度的工程信息，通过提供可视化、实时更新、信息全面的项目模型，帮助施工队伍全面分析和掌握施工内容与设计图纸，精准把握工程结构的性质和施工过程中的状态变化，同步提高对施工质量与安全性能控制点的识别与掌控水平，从而更精确、更具针对性地设置施工质量控制点，并推进施工质量控制点的数字化管理，将控制点的定位、状态的记录、问题的反馈等通过BIM 模型进行，以提高管理的效率和准确性，提供及时直观的反馈信息，为加强管理措施的针对性和有效性提供帮助。

3.2 完善质量与安全管理平台提高施工规划性

借助技术手段和管理平台提升施工规划性，根据工程实际构建符合项目实际情况和建设需求的质量管控模型，作为质量与安全管理平台的数据基础，运用其中包含的工程数据，提高施工方案优化、风险评估、质量预测等工作的有效性，以此实现决策计划性的提高。针对施工进度、资源分布、质量问题等情况，通过建模的形式进行科学预测，接入各种传感器和监控设备，实现对施工现场实时数据的更新与收集处理，及时发现可能的问题并提前进行预警和干预，落实问题的记录、反馈和跟踪，提高工程质量与安全管理的效率。同步发挥平台促进多元主体合作的潜力，为施工方案编制和现场调度与组织提供畅通高效的信息共享和交流渠道，以此提升工程质量和安全管理效能[4]。

3.3 综合引入质检技术，提高质控效能

借助BIM模型的基础，探索质检技术的迭代升级，进一步提高现场质量监督和安全管理的智能化、自动化水平。从施工现场整体的监督角度来说，可以考虑周期性利用激光扫描技术更新BIM模型，以快速、精确地捕捉到施工现场的三维数据，在不停工的前提下，完成包括建筑物的平面位置、垂直度、高度等各项参数的实时监测与检查，以此确保建筑物的质量和精确度。对现场监控而言，可运用无人机巡查技术，由无人机搭载高清摄像头等设备进行空中巡查，以获取施工现场的实时图像以及其他需要的数据信息，实现对施工现场的实时监控，既可以提高施工效率，又能及时发现潜在的质量和安全风险。从提高质量与安全管理自动化水平的方面来说，又可以通过物联网技术升级施工现场的各种设施，实现对施工现场的各种设备、物料的精准调度和数据更新，帮助施工人员更好地控制施工进度，优化资源配置，提高工作效率[5]。

3.4 增强施工队伍质量管控与安全意识

基于土木工程项目对质量和安全的高要求，为施工人员和管理团队提供具有针对性的培训，特别是提高施工人员的安全意识与专业技能，以及管理团队对工艺流程的了解与对新技术的掌握，以此促进双方充分协调配合。同步完善项目质量与安全管理制度体系，既要通过细分的职能职责充分覆盖每一个具体的施工环节和相应岗位，也要注重制度体系的权责清晰度，避免产生多头管理等不利于作用充分发挥的问题，同时设置阶梯形激励机制，组合正负向激励，以引导和激发项目全体参与人员牢固树立安全意识、质量意识，提高其主动维护项目质量、落实安全措施的积极性，从而形成重视质量与安全的良好文化氛围。

4 案例分析

4.1 项目背景

某住宅楼建设项目位于某市城区，包含7栋高层住宅楼与地下车库。设计使用年限为70 年，按照8 度抗震设防烈度，以框剪结构和裙房框架结构为主，总建筑面积17830m2。由项目所涉及的业主单位、监理单位、设计单位和施工单位，加上BIM 技术支持团队共同组成项目组，以充分提高BIM技术的运用效能。

4.2 具体过程

该项目采用的BIM模型为4D，即在3D模型（如图1所示）基础上引入了进度计划，便于提高对工期和进度等方面的掌握，同时，借助项目软件平台整合所使用的软件，以此接入所需的其他数据。例如，土建与安装建模使用的Revit，进度管理使用的Navisworks，场布漫游使用的Ruzor，建模使用的Tekla等。

图1 项目三维模型（局部）

在设计阶段，项目组系统的收集了施工现场的各类信息数据，生成并建立了项目数据模型，并利用该模型预先对建筑、结构、给排水等不同领域的协调性进行了碰撞检测（如图2所示），以此排查可能发生的质量问题和安全风险，并借助BIM 模型完成了模拟施工和分析，运用可视化功能提前标识施工现场的高风险区域、工艺流程中的高风险环节。

图2 碰撞检测示意图

在施工过程中，通过建立完善的信息采集机制、结合红外扫描等多种形式，持续更新项目的BIM模型，并与原预测进行对比，排查其中产生的偏移与滞后等情况，掌握工程进度和质量。为进一步提高该项目的质量与安全性，项目方同时为施工现场引入了物联网施工设备，如施工现场温度、湿度、压力等多项传感器，以及智能开关等设施，以进一步提升对施工现场工艺流程的实时监督，以此增强对施工现场的监测效果。以结构位置偏移量为例，通过在关键节点设置传感器，项目方得以在偏移量达到预警值时及时得到警示，以此充分前移风险发现和处置的时间节点。

4.3 BIM技术运用成效

在该项目设计阶段，通过BIM 建模的碰撞试验与预测模拟，项目团队成功优化了原设计方案中可能导致材料浪费、调度问题、结构缺陷以及不同领域间不协调等方面的问题共63 处，仅工程材料成本一项即节省约2000 万元。施工过程中无重大安全事故发生，项目各处符合建设要求和质量标准。另外，通过优化施工调度和组织，该项目在实现立体施工的基础上成功缩短工期达6个月，充分提高了综合效益。

5 结语

BIM技术在土木工程领域中的运用，不仅能够提高其施工质量管控与安全管理的成效，更能在土木工程项目的全生命周期中发挥作用，实现项目综合效益的长效提升。由此，政界、学界、业界需要持续予以关注和推动，以促进BIM技术的应用途径与深度不断提升，同步完善政策法规、管理体系，提升施工队伍的综合素养，充分深挖BIM技术的潜力和价值，推动我国土木工程行业的长远发展。