基于BIM的高速公路施工質(zhì)量管理及應(yīng)用研究

陳 釩 陳 琰 彭高超 陳寶光

(1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，江門 529000； 2.湖南中交京緯信息科技有限公司，長沙 410075；3.北京中交京緯公路造價(jià)技術(shù)有限公司，北京 100025)

引言

在高速公路的建設(shè)工程中，其工程施工質(zhì)量會受到人為因素、材料因素、設(shè)備因素、工藝因素、環(huán)境因素等影響，質(zhì)量控制難度大。傳統(tǒng)的高速公路項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量管理模式己經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化工程建設(shè)的需求。落后的工程質(zhì)量管理模式導(dǎo)致高速公路材料利用率較低，材料質(zhì)量管理不到位，現(xiàn)場質(zhì)量管理較為混亂，可能會導(dǎo)致質(zhì)量問題頻發(fā)。

趙立成[1]提出傳統(tǒng)的管理模式暴露出明顯的滯后性，因此要構(gòu)建基于BIM技術(shù)的質(zhì)量控制體系，優(yōu)化建設(shè)工程項(xiàng)目施工質(zhì)量管理策略，提高質(zhì)量管理效率。張曉雅[2]指出傳統(tǒng)的質(zhì)量管理方法有施工工藝方法落后、施工現(xiàn)場管理混亂等問題。面對這樣的狀況，改善項(xiàng)目施工管理方式顯得尤為重要。雪花[3]指出將BIM技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量管理中，能夠使建筑項(xiàng)目質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有明顯提升。俞昊天[4]指出現(xiàn)代建筑工程規(guī)模大，技術(shù)要求高，對建筑工程質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)管難度大，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建相關(guān)質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)，能夠有效提升工程質(zhì)量監(jiān)管工作的效率和質(zhì)量。鄧?yán)誓莸热薣5]指出將BIM應(yīng)用于工程質(zhì)量管理中，能夠有效解決質(zhì)量管理信息斷層和信息孤島的問題，能夠有效提高質(zhì)量管理效率。

傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代功能工程建設(shè)的需要，將BIM技術(shù)引入傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式中，可以有效提高質(zhì)量管理效率，提升項(xiàng)目的施工質(zhì)量[6-9]。本文將基于BIM這一新技術(shù)，分析其在施工質(zhì)量管理方面的應(yīng)用：搭建施工質(zhì)量管理平臺，從各個方面對施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

1 基于BIM的公路施工質(zhì)量管理

1.1 傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式

在傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式中，項(xiàng)目的質(zhì)量控制流程主要包括以下幾個方面：首先是確定質(zhì)量目標(biāo)，然后在進(jìn)行設(shè)計(jì)時對設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，在項(xiàng)目施工時對施工方的施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，其中對施工方的質(zhì)量控制又包括三個方面：施工準(zhǔn)備階段對施工材料和機(jī)械設(shè)備質(zhì)量的控制，施工階段對施工工藝質(zhì)量的控制和施工工序質(zhì)量的控制，在施工完成之后，還需要進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)收工作，其中包括了監(jiān)督隱蔽工程驗(yàn)收、各部分工程驗(yàn)收等，詳細(xì)的項(xiàng)目質(zhì)量控制流程見圖1。

圖1 傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式

傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式中，主要依靠第三方監(jiān)理單位來進(jìn)行質(zhì)量控制，各單位之間信息相對孤立，很容易形成“信息孤島”現(xiàn)象，同時信息主要通過紙質(zhì)文件或口頭進(jìn)行傳輸，會導(dǎo)致信息傳遞效率不高，且容易出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問題，這些質(zhì)量問題會導(dǎo)致成本的增加，影響工程的進(jìn)度。造成質(zhì)量問題的具體原因主要有以下方面：

(1)不同單位之間的信息交流有障礙。在傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式中，設(shè)計(jì)單位與施工單位之間不能進(jìn)行充分的信息交流，這會導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時，不能全面地考慮到現(xiàn)場施工的情況，施工單位對設(shè)計(jì)方案不能充分理解，導(dǎo)致施工時出現(xiàn)質(zhì)量問題。在施工單位內(nèi)部，采用三級技術(shù)交底，信息交流障礙會導(dǎo)致技術(shù)交底不徹底，經(jīng)常會出現(xiàn)偏差，這些偏差會導(dǎo)致工程出現(xiàn)質(zhì)量問題[10]。

(2)施工材料質(zhì)量波動較大，工序質(zhì)量控制不完善。在傳統(tǒng)的高速公路項(xiàng)目質(zhì)量管理模式中，總包單位對項(xiàng)目實(shí)行分包，各個分包單位采用各自的材料管理體系，這可能會導(dǎo)致不同分包單位之間所用的材料質(zhì)量有較大的差異，使工程項(xiàng)目產(chǎn)生質(zhì)量問題。高速公路的施工過程，可以看成是多個工序相互作用的結(jié)果，工序質(zhì)量會直接對工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量造成影響，所以對工序質(zhì)量的控制就尤為重要。傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式會導(dǎo)致各個工序之間銜接不緊密，配合不密切，工序質(zhì)量管理的混亂會使各個施工隊(duì)伍的作業(yè)之間產(chǎn)生較大影響，最終導(dǎo)致工程出現(xiàn)質(zhì)量問題。

(3)質(zhì)量責(zé)任難以追蹤到個人。傳統(tǒng)施工過程中，一般以班組為單位進(jìn)行施工，對施工人員的責(zé)任劃分并不明確。在實(shí)際施工時，有的施工人員專業(yè)能力不足，就會導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問題。由于施工人數(shù)眾多，對施工人員的施工信息沒有做詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，就很難將責(zé)任追究到個人，找不到出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因，不能有針對性地控制工程質(zhì)量，使質(zhì)量管理效率低下。

1.2 基于BIM的質(zhì)量管理模式

傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式很容易造成信息孤島現(xiàn)象，信息溝通不流暢、不明確，都可能會造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題，一旦出現(xiàn)問題，又很難追根溯源，使質(zhì)量管理效率低下。將BIM技術(shù)運(yùn)用到質(zhì)量管理中，可以實(shí)現(xiàn)對施工全過程質(zhì)量的實(shí)時控制，通過對現(xiàn)場反饋信息的分析，發(fā)現(xiàn)工程實(shí)際質(zhì)量與目標(biāo)質(zhì)量的偏差，以此來制定合理的糾正措施，從根源發(fā)現(xiàn)問題，糾正問題，有利于施工質(zhì)量管理向信息化和精細(xì)化的方向發(fā)展。基于BIM的施工質(zhì)量管理模式框架如圖2所示。

圖2 基于BIM的質(zhì)量管理模式

基于BIM技術(shù)的質(zhì)量管理模式中，BIM信息平臺貫穿整個施工過程，首先在確定質(zhì)量目標(biāo)時，會將質(zhì)量目標(biāo)上傳至BIM信息平臺，可供及時查閱，并為后續(xù)工作提供依據(jù)。之后依托BIM信息平臺創(chuàng)建3D模型，制定工作計(jì)劃，運(yùn)用參數(shù)化模型，可以對施工過程進(jìn)行模擬，對容易出問題的環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)分析，可有效提高工程質(zhì)量。在施工階段，通過BIM信息管理平臺對材料質(zhì)量、工藝質(zhì)量、工序質(zhì)量進(jìn)行控制，可以有效避免施工過程中管理混亂、上下級信息傳遞閉塞、交底不徹底等問題，有效提高質(zhì)量管理效率。在進(jìn)行質(zhì)量檢查時，BIM信息管理平臺可以供多方同時參與，加快信息的傳遞并規(guī)范檢查流程。在發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題后，可以上傳BIM信息管理平臺，與目標(biāo)質(zhì)量對比進(jìn)行質(zhì)量偏差分析并制定相應(yīng)的改正補(bǔ)救措施，然后反饋給施工方進(jìn)行處理。在這個過程中，BIM信息管理平臺也會保存相應(yīng)的資料以供查閱，可以有效避免后續(xù)施工中再次出現(xiàn)同樣的質(zhì)量問題[11-15]。

1.3 基于BIM的質(zhì)量管理的優(yōu)勢

BIM技術(shù)擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，將BIM的管理理念運(yùn)用到高速公路項(xiàng)目的質(zhì)量管理之中，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)質(zhì)量管理技術(shù)的短板，提高工程項(xiàng)目的總體質(zhì)量。使用基于BIM的質(zhì)量管理體系可嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量，優(yōu)化施工方案，提高質(zhì)量管理效率[16]。

(1)工程信息模型化

高速公路建設(shè)項(xiàng)目往往體量巨大，需要考慮的細(xì)節(jié)有很多，利用工程信息構(gòu)建三維模型，可以看到各個結(jié)構(gòu)的物理信息，發(fā)現(xiàn)很多細(xì)小的問題。利用信息模型，對施工作業(yè)中交叉施工項(xiàng)進(jìn)行碰撞檢測。分析碰撞檢測報(bào)告，對碰撞點(diǎn)進(jìn)行方案優(yōu)化。在施工前發(fā)現(xiàn)施工方案中的錯誤，避免方案審批后又重新變更、修改，提高施工效率，強(qiáng)化了質(zhì)量管理。

(2)合理的資料管理

高速公路的建設(shè)過程涉及多個單位的共同協(xié)作，需要耗費(fèi)較長的時間，因此施工過程中會產(chǎn)生大量的信息文件，這些信息文件涉及各個方面，內(nèi)容繁雜，處理、查看和保存都比較麻煩，將BIM應(yīng)用到項(xiàng)目的質(zhì)量管理中可以有效解決這些問題。BIM可以將數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行整合，使其產(chǎn)生聯(lián)動效果。在施工過程中，施工員將現(xiàn)場施工情況通過移動設(shè)備上傳至BIM系統(tǒng)，BIM系統(tǒng)會對相應(yīng)的信息文件進(jìn)行分析并將其與BIM模型中的相應(yīng)構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)、對比，如果現(xiàn)場施工的質(zhì)量信息與模型中的質(zhì)量信息有偏差，會反饋到施工員手中并在BIM模型中進(jìn)行標(biāo)識，當(dāng)工程質(zhì)量出現(xiàn)問題時，這些數(shù)據(jù)可以直接反映在BIM模型中，這樣不僅能快速了解問題出現(xiàn)的位置，也可以降低處理和改正的工作量，更改BIM模型與之對應(yīng)的質(zhì)量信息也會隨之改變，這樣更易于項(xiàng)目信息的管理。

(3)快捷的信息傳遞

在施工過程中，信息的傳遞不夠準(zhǔn)確快捷，同時會有多方參與，這會造成信息產(chǎn)生偏差或滯后，在施工階段利用BIM技術(shù)可以有效提高信息傳遞的精準(zhǔn)度和速率，排除一些導(dǎo)致質(zhì)量事故的誤差。尤其在進(jìn)行設(shè)計(jì)變更時，需要多個單位同時參與，BIM技術(shù)可以加快信息在各方的傳遞，節(jié)約大量時間，提高質(zhì)量管理效率。通過BIM技術(shù)能夠?qū)⒏咚俟方ㄔO(shè)中的每個工區(qū)實(shí)時鏈接在一起，各方可充分溝通，實(shí)時交換信息，協(xié)作更為緊密，質(zhì)量管理更有效。

(4)系統(tǒng)的材料管理

高速公路項(xiàng)目中材料的質(zhì)量管理是非常重要的。總包單位可以通過BIM實(shí)現(xiàn)對施工材料全方位的管理，從材料的供應(yīng)商、材料質(zhì)量、進(jìn)場時間、使用情況等各方面進(jìn)行系統(tǒng)的記錄，材料信息與項(xiàng)目進(jìn)展關(guān)聯(lián)并在項(xiàng)目的整個生命周期中都可以進(jìn)行查詢跟蹤，這樣保證了材料的質(zhì)量，提高了資源利用率和質(zhì)量管理效率。

(5)優(yōu)化現(xiàn)場施工

運(yùn)用BIM模型，可以對高速公路的施工過程進(jìn)行模擬。對施工過程中的重難點(diǎn)進(jìn)行模擬，可以有效避免施工過程中施工方對設(shè)計(jì)方案理解不透導(dǎo)致的質(zhì)量問題，對施工全過程進(jìn)行模擬，可以使施工人員做到心中有數(shù)，通過模擬直觀展示整體施工組織計(jì)劃，也可以及時發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化施工組織方案。通過模擬關(guān)鍵工序的施工，利用動畫演示施工工序和細(xì)節(jié)，可以使交底更加透徹簡明，保障施工過程中的工程質(zhì)量。

將BIM應(yīng)用于質(zhì)量管理中，可以極大地提高項(xiàng)目的施工質(zhì)量，并能夠在項(xiàng)目的整個壽命周期中進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，出現(xiàn)質(zhì)量問題也能追根溯源，通過分析出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)。

2 基于BIM的質(zhì)量管理平臺的實(shí)現(xiàn)

中開項(xiàng)目作為目前電建集團(tuán)單體投資規(guī)模最大的高速公路項(xiàng)目，具有技術(shù)工藝復(fù)雜、施工作業(yè)面分布廣、參建單位多等諸多特點(diǎn)。鑒于其復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程、繁瑣的工程數(shù)據(jù)、管理各方的協(xié)同與共享、設(shè)計(jì)與施工的高度融合均會對項(xiàng)目的質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此研發(fā)一套基于BIM技術(shù)的質(zhì)量管理平臺，對于有效地節(jié)約建設(shè)成本、提高質(zhì)量管理效率是十分必要的。

根據(jù)項(xiàng)目質(zhì)量管理需求和基于BIM的質(zhì)量管理模式特點(diǎn)和要求，從技術(shù)實(shí)施角度將其分為質(zhì)量工藝管理與施工過程質(zhì)量管理兩方面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理數(shù)據(jù)與BIM模型結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，依托中開高速公路項(xiàng)目研發(fā)基于BIM的質(zhì)量管理平臺。在該平臺中，質(zhì)量工藝管理和施工過程質(zhì)量管理的具體實(shí)現(xiàn)如下：

(1)質(zhì)量工藝管理。在BIM平臺中，總承包部、各項(xiàng)目部可以將收集的質(zhì)量施工工藝視頻、常見施工質(zhì)量通病資料等與工程類型實(shí)現(xiàn)一對多的模型關(guān)聯(lián)，現(xiàn)場作業(yè)班組成員能夠直觀查看施工組織、施工工藝、施工工序、質(zhì)量問題多發(fā)部位及原因。這樣可以有效提升施工一線員工的質(zhì)量意識、施工專業(yè)技能，有效保證施工高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量順利進(jìn)行。

(2)施工過程質(zhì)量管理。在施工過程中，將現(xiàn)場各構(gòu)件的施工信息導(dǎo)入BIM質(zhì)量管理平臺中，BIM平臺會將模型中的信息與現(xiàn)場信息進(jìn)行對比分析，并進(jìn)行反饋和相應(yīng)的記錄，對比分析結(jié)果會直接關(guān)聯(lián)到各個構(gòu)件，有利于進(jìn)行信息的統(tǒng)計(jì)和匯總。在進(jìn)行報(bào)驗(yàn)、驗(yàn)收時，BIM信息管理平臺會將相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、流程化處理，提高了質(zhì)量管理效率。

無論是質(zhì)量工藝管理還是施工質(zhì)量管理，均需要將相應(yīng)的資料與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這會為之后信息的導(dǎo)入、處理、導(dǎo)出提供便利，質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理結(jié)構(gòu)如圖3所示。

BIM平臺在進(jìn)行具體的功能設(shè)定時，在滿足質(zhì)量工藝管理與施工過程質(zhì)量管理的前提下，設(shè)置了工序報(bào)驗(yàn)功能，質(zhì)量巡檢功能，質(zhì)量評定功能與質(zhì)量動態(tài)演示功能，這些功能依托于BIM平臺而實(shí)現(xiàn)，在使用時可以充分發(fā)揮BIM的優(yōu)勢，加快各方信息傳遞，提高質(zhì)量管理效率。具體功能設(shè)置如圖4所示。

圖3 質(zhì)量數(shù)據(jù)管理?xiàng)l目

圖4 BIM平臺功能設(shè)置

(1)在質(zhì)量動態(tài)演示功能中，項(xiàng)目公司會在平臺中提供不同工序或橋梁類型下質(zhì)量常見問題的分類目錄，由總包及標(biāo)段通過分類目錄上傳相關(guān)的視頻，視頻中講解不同工藝或橋型下容易遇到的質(zhì)量問題，可隨時在平臺中調(diào)出，為施工提供參考。

(2)在合格率、優(yōu)良率、抽檢率評定功能中，可以將相應(yīng)的抽檢結(jié)果批量對應(yīng)導(dǎo)入平臺中。平臺系統(tǒng)會對籌建條目信息和材料之間的關(guān)系以及抽檢質(zhì)量與構(gòu)件之間的關(guān)系進(jìn)行匹配和相應(yīng)計(jì)算，然后輸出相應(yīng)的文件，并在BIM信息管理平臺進(jìn)行保存。在平臺進(jìn)行評定時，合格率、優(yōu)良率由評定工程質(zhì)量等級評分、質(zhì)量等級決定，是按單元工程/檢驗(yàn)批為基礎(chǔ)，抽檢率是抽檢的數(shù)量與總數(shù)量的比值，以單位工程、標(biāo)段、項(xiàng)目為統(tǒng)計(jì)對象。

(3)在工序報(bào)驗(yàn)功能中，施工單位要按監(jiān)理的要求對分部分項(xiàng)工程進(jìn)行劃分，工程劃分要具體到構(gòu)件(如樁基到每根、小箱梁到每片、懸壁現(xiàn)澆到每節(jié)段、斜拉索到每對)并對按照要求對其進(jìn)行編碼，以滿足BIM后期使用工序交驗(yàn)功能的需求。每道工序完成后，經(jīng)施工單位自檢合格，報(bào)監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收過程中，將驗(yàn)收情況、驗(yàn)收照片在APP端上傳，監(jiān)理方予以確認(rèn)后可認(rèn)為該道工序已完成并驗(yàn)收合格，可進(jìn)入下道工序施工。工序報(bào)驗(yàn)支持選擇構(gòu)件或者目錄上對應(yīng)的文件夾發(fā)起流程，支持App端發(fā)起流程。具體流程如圖5所示。

圖5 工序報(bào)驗(yàn)流程圖

(4)在質(zhì)量巡檢功能中，將質(zhì)量巡檢分為一般問題和重要問題兩部分，一般問題可以在內(nèi)部直接進(jìn)行解決并上傳BIM平臺，重要問題除必須上傳平臺外，必須留存書面材料，在使用信息管理平臺時，可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的類別。以一般巡檢過程中發(fā)現(xiàn)一般問題為例，巡檢發(fā)起人上傳巡檢過程中的發(fā)現(xiàn)的問題(圖片、文字說明)，發(fā)起人根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題指定整改人(總包部總工等)和相應(yīng)的督促人(現(xiàn)場監(jiān)理人員)，待整改人根據(jù)要求整改完成后，整改人上傳整改證明材料，系統(tǒng)將其發(fā)給督促人，督促人進(jìn)行現(xiàn)場檢查，檢查合格后，平臺將相應(yīng)文件發(fā)送發(fā)起人。發(fā)起人在指定整改人、督促人的同時，將發(fā)現(xiàn)的問題發(fā)送到項(xiàng)目公司，在接收到整改人整改證明材料與督促人現(xiàn)場檢查合格材料時，同樣需發(fā)送到項(xiàng)目公司。巡檢中發(fā)起流程的表單形式，參考口頭指令書面確認(rèn)形式，根據(jù)系統(tǒng)易用性考慮進(jìn)行設(shè)定。質(zhì)量巡檢問題以流水方式排列，支持搜索、導(dǎo)出臺賬。質(zhì)量巡檢流程如圖6所示。

圖6 質(zhì)量巡檢流程圖

3 小結(jié)

(1)傳統(tǒng)的施工質(zhì)量管理體系越來越滿足不了當(dāng)前現(xiàn)代化的工程建設(shè)需求，將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工質(zhì)量管理中，很好地解決了傳統(tǒng)施工質(zhì)量管理體系中存在的管理混亂、施工工藝落后等問題，提高了施工過程中的工程質(zhì)量，為新時期施工質(zhì)量管理體系的建設(shè)提供有益參考。

(2)本文將BIM應(yīng)用于施工質(zhì)量管理中，對BIM系統(tǒng)相應(yīng)的系統(tǒng)功能進(jìn)行分析。將BIM應(yīng)用于施工質(zhì)量管理中，可有效保證施工材料的質(zhì)量，同時可以有利于給單位各部門協(xié)同合作，簡化和規(guī)范化流程，將所有的質(zhì)量信息導(dǎo)入模型中，也可以方便找出質(zhì)量問題，對于后續(xù)施工具有參考價(jià)值。

將BIM技術(shù)引進(jìn)至施工質(zhì)量當(dāng)中，較好地解決了質(zhì)量管理過程中材料質(zhì)量參差不齊、人員復(fù)雜、信息溝通困難等問題，有效地提高了質(zhì)量管理效率。同時BIM的應(yīng)用可以更好地協(xié)調(diào)業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等的各方關(guān)系，各方信息傳遞通暢，切實(shí)優(yōu)化質(zhì)量管理體系。可以預(yù)見BIM技術(shù)在更多的基礎(chǔ)類工程建設(shè)方面將會有更為廣闊的應(yīng)用前景。