基于BIM的智能建筑工程施工質量管理研究

彭祥瑞

摘要：論文首先對國內外研究現狀進行了整理和分析，總結歸納了智能建筑工程的特點及其質量管理要求，在大量文獻分析基礎上，探討了BIM技術在智能建筑工程施工質量策劃中的作用及其應用重點，分析了質量控制的工作流程和各控制環節的要求;最后，運用案例進行實證分析，利用BIM技術進行了圖紙審查、碰撞檢測、模型交底和復雜方案可視化，利用手機整理現場質量數據，以此分析了該項目上運用BIM技術的障礙和項目實施后的效果。

Abstract： The paper firstly sorts out and analyzes the research status at home and abroad， summarizes the characteristics of intelligent building engineering and its quality management requirements， and discusses the role of BIM technology and its application focus in the construction quality planning of intelligent building engineering based on a large number of literature analysis， and analyzes the quality control workflow and the requirements of each control link. Finally， empirical analysis is conducted with cases， and BIM technology is used to carry out drawing review， collision detection， model disclosure and complex program visualization， and mobile phone is used to organize on-site quality data， to analyze the obstacles to the application of BIM technology on the project and the effect of the project implementation.

關鍵詞：智能建筑;質量管理;施工過程;BIM 技術

Key words： intelligent building;quality management;construction process;BIM technology

中圖分類號：TU74 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）20-0019-05

1 ?緒論

1.1 選題背景和意義

1.1.1 選題背景

建筑智能技術于20世紀90年代初被引進中國，其智能化、集成化、專業化、信息化等優點被國內學者專家看好，也被專業人士大力推廣應用到全國的建筑領域。當下建筑智能技術的應用領域已經從賓館、商務樓擴展到銀行、圖書館、展覽館、供水中心和城鎮住宅等各種建筑領域。而且，建筑領域正在形成一批具有相當規模的、現代化的智能建筑設計、施工團隊、系統集成商以及產品供應商的建設力量。

本文以智能建筑工程作為研究對象，在分析當前工程的施工質量管理現狀和問題的基礎上，結合BIM技術和管理手段來指導智能化建筑工程的施工過程質量管理，以期能夠推進智能建筑工程的發展和BIM技術的推廣和應用。

1.1.2 選題意義

智能建筑的施工質量決定著項目的施工安全、施工進度和設計功能實現效果。施工質量是智能建筑的根本，質量管理研究是智能建筑工程項目管理研究中的一個關鍵部分。本研究正是看重智能建筑工程的質量管理，并利用BIM技術對其進行可視化操作。這不僅豐富了建筑業的理論研究，而且對智能建筑工程實際的現場施工具有技術指導作用，并能夠帶動建筑業的進步。

1.2 主要研究內容、方法

1.2.1 主要研究內容

本文詳細論述智能建筑工程施工質量管理的相關理論知識。結合智能建筑工程運用BIM技術的典型案例，例證智能建筑工程施工質量管理的整個操作過程，不僅指出質量管控中的重點和難點問題，還基于這些問題進一步提出有針對性的解決方法和質量管理中的實施要點及優化途徑。具體包括以下幾個方面的內容：

整理和分析當前國內外有關項目質量管理、智能建筑工程施工管理和BIM技術應用等三個方面的研究現狀、探討BIM技術在智能建筑工程施工質量策劃中的作用，指出BIM在智能建筑工程質量策劃的應用重點、闡述智能建筑工程施工中如何通過BIM技術對工程質量進行控制、筆者運用案例進行實證分析，分別介紹項目的簡介、特點和組織結構設置，介紹項目質量管理策劃和控制的應用亮點。

1.2.2 研究方法

本文主要通過理論、文獻、實證與對比相結合的分析方法對基于BIM的智能建筑工程質量管理進行研究。

2 ?基于BIM的智能建筑工程質量策劃

2.1 設計圖紙核驗

一般建筑工程的做法是各參與方根據各自的專業特點，通過施工圖紙會審就施工圖紙設計遺漏的問題討論，這種做法還存在很多問題：首先，由于智能建筑工程各參與方的專業繁多和分包太多及工程量大而易忽略一些細節問題導致不能全面深入地解決圖紙中的問題;其次，由于缺乏可視化三維模型而不能全面具體地考慮空間關系致使各參與方僅僅依據圖紙會審而無法進行有效的信息交流;最后，僅僅依靠看圖者憑借其基礎的專業知識和工作經驗去審核復雜繁多的設計圖紙并找出圖紙中存在的問題同時經過其口頭的或書面文字的形式把問題描述出來，并讓其他人理解，這無法真正的保證設計圖紙的質量，也無法完全精確地找出設計圖紙中存在的所有問題[2]。

但是，在 BIM技術的支持下，圖紙審核從抽象走向了具體可視，每個參與方可以通過 BIM的立體模型進行協同溝通和信息共享，從虛擬施工的空間中瀏覽項目設計，精準快捷地找出癥結所在，并通過立體模型和智能軟件有效地找出現實中視覺上容易存在的盲點，完善設計圖紙從而保證圖紙質量[3]。

基于BIM的智能建筑工程施工質量管理的圖紙核驗整體流程如圖1。

圖1中，BIM模型成為各專業、各系統溝通交流的平臺，在圖紙會審中，各參與方與施工方提出問題報告，根據BIM模型的可視化管理精準鎖定問題所在點，使建筑結構、機電、裝飾、智能化系統等各專業深化設計，并隨工程進展繪制綜合圖紙，通過各專業三維圖疊加，及時發現綜合圖紙中各專業之間的碰撞、錯、漏、缺等問題，并根據檢測報告，及時進行解決，以實現設計圖紙零沖突、零碰撞，確保工程質量。

2.2 施工技術交底

根據BIM立體模型和設計圖紙中的質量問題及控制點，對關鍵、復雜節點，如各系統交叉接口、管線預留預埋，更加方便進行跨專業設備安裝及其他重、難點項目的技術交底[4]。傳統的施工交底依賴于個人的想象，存在個體差異，而BIM模型具有可視化管理和虛擬施工過程的功能，通過這種方式進行技術交底，能夠使施工人員能夠更加直觀的看到復雜節點，有效提高了質量和效率。

圖2、圖3是基于BIM模型的建設節點的技術交底圖。

由圖2、圖3可知，BIM模型的可視化技術使得智能建筑模型立體可觀，施工人員對綜合管線排布、設備、機柜安裝工作等一目了然，便于進行徹底的技術交底以及提高交底效率。

2.3 施工方案優化

施工方案，是指項目施工的實施方法[5]。將虛擬施工用于施工方案優化的工作中建立三維立體模型對方案進行審核和更改，這樣就可以通過虛擬施工提前發現設計中存在的問題，借助這個虛擬平臺和三維模型及時進行有效的審核從而完善設計方案[6]。

虛擬施工是指虛擬現實和仿真技術組合而成的模擬施工現象。虛擬施工的特點表現在以下幾點：先試后建以虛擬施工為基礎，在建立三維模型之后模擬施工作業、設備運作、材料使用，以發現不合理的施工問題[7]。通過發現施工問題并優化施工方案，以獲得最優方案來指引真正的施工，實現多個系統的有效集成。其次，通過動態化的施工管理能夠保證對施工進度的實時管控，并能及時了解和整改施工質量。可視化模擬分析涉及到工程的作業安全和操作空間等方面。最后，對施工管理進行優化，虛擬施工將施工的實施過程進行可視化展示，使得各參與人員明白自己所處的職位需要完成的任務[8]。

隨著BIM技術的發展，將BIM技術與虛擬施工技術相結合逐漸成熟，利用BIM建模技術，在虛擬的施工環境中建模、模擬、分析方案，同時設計與施工過程的數字化、可視化管理[9]。利用虛擬施工，優化施工方案，提前預知會出現的問題，通過模擬施工技術找出解決方法，進而確定最佳的方案，用于指導真實施工，大大提高質量管理水平。

3 ?智能建筑工程施工過程質量管理應用案例

3.1 項目概況

3.1.1 項目簡介

本文是北京至雄安新區城際鐵路信息專業為例進行BIM技術對智能建筑工程的應用研究。

黃村站車場規模為2座站臺5條線（2條正線），站房規模5990.28平方米，另架空層建筑面積8086.27平方米，夾層建筑面積2955.87平方米。

機場站位于北京新機場航站樓下部，共分為兩層，其中地下二層（B2層）為站臺層;地下一層（B1層）為站廳層。新機場站為地下站，位于北京大興新機場負二層，車站位于平坡段上，兩端均設八字渡線。車站功能區緊鄰機場換乘通廊;設置候車、集散、售票、進出站、車站辦公、公安、車站辦公、公安、設備用房及獨立的出站廳。

新建北京至雄安新區城際鐵路黃村站南站房、黃村生產生活用房及相關工程和黃村站南站房、機場站信息（含客服）XX-SG標段工程施工內容包含客票系統、旅客服務信息系統、辦公管理信息系統、門禁系統、公安管理信息系統、綜合布線系統、電源及環境監控系統、電源防雷及接地系統、車站Wi-Fi管理信息系統等。其中旅客服務系統包括綜合顯示系統、客運廣播系統、視頻監控系統、時鐘系統、入侵報警系統和旅客攜帶物品安全檢查等。

為保證智能建筑工程的順利進行和完成，必須要組建完備的BIM團隊并進行BIM技術及三維模型的應用。

3.1.2 項目特點

本項目為智能建筑工程，具有以下幾個特點：

①施工質量要求較高：被國家定為智能京雄項目，施工質量要求較高。

②涉及專業多：本項目智能化系統分為客票系統、旅服系統，旅服系統包含綜合顯示系統、客運廣播系統等共9個子系統。

③工程復雜，落地面積較大，多數施工在地下。

④工程涉及專業多，涉及公司多。

因此該項目選擇利用BIM技術的三維建模，碰撞檢查等功能，確保工程實施能夠優質、高效、快捷、安全的進行。

3.1.3 ?項目組織結構設置

團隊的組建和責任的劃分要達到職務、責任、權限和利益相一致的目標。只有明確了每個成員的任務和責任，才能保證工程的質量，并通過定期和不定期的檢查，發現哪里有問題，及時解決問題。

表1是項目成員的構成。

其組織結構設置如圖6。

3.2 項目質量管理策劃及控制的應用亮點

3.2.1 圖紙審查及碰撞檢測

智能建筑工程的施工質量管理要求比較高，需要專業的設計圖紙和嚴格的施工管理。而要保證工程的質量達到施工標準，就必須使用基于BIM技術的建模軟件的可視化功能在建立三維模型的前期和后期分別進行碰撞檢查和圖紙會審工作，以保證圖紙的質量。這樣可以準確、及時地發現設計圖紙上的問題，特別是一些人工檢測的盲區和一些預留洞口的位置和標記。在工程進行圖紙會審和碰撞檢測時，技術人員只需要將工程的各個部分的模型導進Luban BIM Works 云碰撞系統，軟件會自動進行試驗并快速生成碰撞檢測報告，在智能建筑工程初期就提前檢測出存在的所有問題從而避免了施工時才發現問題再進行返工現象的出現。本項目需要對每個區域依次進行碰撞檢測，平均每區域的核準碰撞點個數為 37個，圖7為具體碰撞點的舉例說明。

把碰撞檢測結果進行整理并列表如表2。

最后生成碰撞檢查報告如圖8。

利用BIM模型優化前后管槽布置三維對比：

3.2.2 模型交底及復雜方案可視化

在碰撞檢測后將復雜方案進行優化并開展技術交底和虛擬施工，施工模擬的可視化使得工程的重點、難點施工部位得以顯現，方便一線工人重點作業。按照國家建筑行業的標準、業主的自身要求和建筑工程的特點等制定具體可施的科學合理的施工方案，BIM項目總監利用BIM三維模型將設計方案可視化、可漫游，讓質檢專家、施工人員、甚至非建筑專業出身的企業領導進入虛擬環境進行真實地體驗，并準確把握施工技術方案及安全質量情況，建立一線施工人員和其他參建人員之間的有效溝通，不僅能夠提高人員間的溝通效率，還會避免一線操作技術員的主觀失誤。如圖10一層候車大廳線槽、水管、電管安裝的可視化漫游體驗。

利用BIM可視化技術軟件和結構分析軟件對項目工程的復雜工程節點進行可視化展示，使得重點施工部位立體呈現。三維模型提前告知技術人員有關施工的三維構造和立體結構，從而指導技術人員對一線施工班組進行徹底的技術交底，還可以協助技術人員繪制工程復雜節點、區域的剖面圖和平面圖。這樣，不僅方便技術人員的技術交底工作順利進行，還使得一線作業更加快捷、安全、可靠。

3.3 項目實施效果

智能建筑工程的全生命周期在基于BIM技術的施工質量管理過程中，提高了施工方案設計的專業水平，增強了各參與方有效的信息溝通能力，減少了返工現象的出現，加快了施工進度，保證了施工質量等實施效果，具體表現分為定性成效和定量成效兩個方面。

第一方面體現為定性的實施效果。首先表現在，基于BIM 的智能建筑工程在項目實施的各個階段，通過對BIM軟件的應用可以快捷、及時和精準的獲得有關質量管理的各種基礎性的數據，為項目管理者提供管理依據。而工程各參建方和施工團隊之間的有效協同、信息共享及統一合作，保證了施工的質量和效率。其次體現在，BIM技術的使用使得智能建筑工程達到了施工全周期的可視化、專業化、實時動態化的質量管理目標，如虛擬施工、施工方案優化、復雜節點漫游和可視化的技術交底、施工質量數據庫存檔等動態管理。再次表現為，企業通過對 BIM 系統的使用從而有了遠程管理工程實施的能力。基于BIM建立起來的施工資料信息數據庫，方便企業總部實時查看各個工地的現場施工管理情況，從而保證了施工的進度和質量。最后呈現為，BIM模型的創建促使智能建筑工程施工管理過程中可以進行自動化的碰撞檢測，提供相應的碰撞檢查報告，及時發現存在的問題，進而解決問題以保證工程的質量。

第二方面體現為定量的實施效果。首先體現在發現問題并減少返工，如管線布置碰撞問題5處;提前發現墻面上預留洞口位置，平均每區域14個，避免了再次打洞;提前發現6處樓層凈高不夠的問題，節約了成本;通過真實建模、模擬環境，確定設備安裝位置35處，保證信息采集準確;使用手機安裝了的BIM移動客戶端采集現場圖像，發現施工質量、安全隱患100多處，提高了現場施工的質量管理水平。其次，在BIM技術的支持下，建立起了一個實用性強、功能完善、集成度高、可視化操作的動態管理系統，促使建筑企業得到良好的經濟效益，并為 BIM 技術在智能建筑工程施工質量管理中的應用推廣做出了寶貴的嘗試。

4 ?結論與展望

4.1 結論

本論文通過分析智能建筑工程質量管理特點、現狀及存在的問題，提出了基于BIM的智能建筑工程的質量策劃和控制的論點。

本文取得主要結論成果有：

①利用BIM在施工質量管理中的具體實施方法，推廣BIM在施工質量管理中的應用，對其他智能建筑施工工程的施工質量管理提供重要的借鑒和指導。

②通過對BIM技術的應用，施工環節做到可視化、動態化的質量管理，促使施工質量管理水平得到提高。

③建筑企業通過BIM技術建立了集中一線施工的基礎信息資料的數據庫，設計了專業的BIM團隊質量管理組織結構，細化和規范各參建部門的職責及工作流程，完善了BIM技術各功能應用的組織保障。

4.2 展望

目前來說，有關BIM技術的研究多是基礎的理論性研究。有關 BIM 軟件的研究資料也多集中在軟件操作層面、設計規劃階段、理論探索階段，而關于項目施工階段的質量管理應用方面的研究比較缺乏。所以，筆者選擇研究智能建筑工程施工質量管理這一題目，有關的參考資料比較匱乏，且筆者能力有限，在施工質量管理研究過程中遇到了很多困難，本研究如有不恰當之處，希望各位學者給予批評指正。

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