基于BIM的水利工程施工質量全過程控制研究

費益新，葉雪芬，劉子系

(1.無錫市水利發展和安全質量管理中心，江蘇 無錫 214315；2.無錫市水利工程管理中心,江蘇 無錫 214315)

水利工程是我國建筑業的重要組成部分，為我國的經濟發展、社會穩定做出了巨大的貢獻。一直以來，建筑業都是一個生產粗放、勞動密集型的行業，水利工程也不例外，在施工過程中，施工質量不高、生產效率低等問題普遍存在。隨著建筑業和水利事業的不斷發展，人們開始對水利工程建設提出了更高的要求，水利工程的施工過程與施工工藝也越來越復雜。并且，在水利工程施工過程中，由于項目體量較多，經過會出現工程變更、質量問題等情況，對水利工程項目進行管理的難度越來越大。

在水利工程的建設過程中，傳遞不及時是造成項目管理效率不高的重要原因。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術的出現促進了水利工程建設信息化的快速發展。施工質量控制是質量管理的核心部分，是指將制定的質量目標與實際完成情況進行管理。將BIM技術應用到水利工程的施工過程中，對水利工程施工質量進行控制，能夠有效提高施工質量水平，減少返工次數，更好地實現施工質量目標。目前，BIM技術在我國建設領域的應用尚處于初級階段，對于BIM技術在水利工程施工質量控制方面的應用、質量控制體系的建立等方面是當前急需解決的問題。因此，有必要對基于BIM技術的水利工程施工質量全過程控制進行研究。

1 BIM技術在水利工程施工質量控制中的應用方法

1.1 BIM技術與信息互用

建筑信息模型指的是包括建筑工程項目信息的多維建筑模型，信息是建筑模型的核心內容。建筑信息模型能夠實現水利工程在建設過程中各參與方之間的信息共享，促進各方之間的協調溝通，提高解決問題的效率，保障水利工程施工進度與施工質量的正常進行。信息互用指的是在水利工程的施工過程中，各參與方之間的信息互換與共享。由于水利工程建設體量大，在建設過程中產生的信息種類的總量較多，這給相關參與方之間的信息共享帶來了較大的困難，造成了大量數據信息在交接過程中丟失。

在BIM的應用環境中，其核心價值是信息的高效互用。在水利工程的建設過程中，如何實現參與方之間信息的高效互用是水利建設行業面臨的難題。隨著BIM技術在我國的發展和應用，其信息互用功能逐漸引起大家的關注。當水利工程從建設之處就使用BIM技術，能夠使相關工作人員在其工作需要時可以從上游工作人員哪里得到所有的數據信息，所有的項目成員在收集本專業的數據信息時，也要遵守信息共享的原則，以此提高水利工程在建設過程中信息互用的效率。

1.2 N維建筑信息模型的建立

目前，建筑信息模型包括三維、四維、五維以及六維模型，具體建筑信息模型見表1。

表1 N維建筑信息模型情況

2 BIM技術在水利工程施工質量控制中的應用

2.1 可視化應用

將BIM技術的可視化應用到水利工程的施工過程中，能夠為水利工程施工信息的集成和共享提供數據平臺，通過此平臺可以實現對水利工程施工過程中信息的集中管理，包括施工信息的提取、插入、更新等，大大改變了傳統施工的管理方式。可視化施工能夠解決水利工程在施工過程中的各專業信息交流不通暢、缺乏溝通等問題，保障水利工程施工的正常進行。同時，施工可視化能夠提高水利工程施工圖紙的質量和施工單位的施工水平。

2.2 深化設計與碰撞檢測應用

在深化設計方面，基于BIM技術的施工圖最后成果可能再三維信息模型與圖紙之間進行選擇，或者是兩者相互結合。與傳統的深化設計相比，基于BIM的施工圖深化設計能夠將二維的圖紙轉換為三維建筑模型，并對圖紙進行優化、校隊等，最后得到各專業的詳細圖紙以滿足施工作業的要求。在深化設計的過程中，BIM建筑模型與圖紙的質量對水利工程施工作業的正常開展具有非常大的影響，直接影響著施工質量和進度控制。在碰撞檢測方面，BIM技術能夠將涉及到的所有專業模型進行集成，實現各專業之間的碰撞檢測，并將檢測結果及時反饋給工作人員，以便對圖紙進行修改和完善。同時，三維建筑模型碰撞檢測能夠快速找出在圖紙中無法發現的問題，如空間問題等，達到優化圖紙設計的目的。

2.3 虛擬施工應用

基于BIM的虛擬施工指的是將BIM技術、虛擬技術以及三維模型等技術融合起來，在水利工程施工作業前進行施工過程的模擬，將水利工程施工工藝和施工的內容展現出來，盡可能地避免設計圖紙和施工中出現的矛盾。在水利工程施工作業前將BIM虛擬施工技術應用到施工過程中，對制定的施工方案等進行檢測和模擬，并對其不斷的進行調整和優化，直到施工方案符合施工實際情況。同時，在水利工程施工作業結束后，利用施工模擬技術，也可對完工后的質量問題的責任歸屬進行追溯。

2.4 施工資源動態管理的實現

由于水利工程施工作業是隨著施工進度和施工現場情況不斷變化的，任何一道施工工藝以及分部分項工程都涉及多種材料、人工等資源。因此，在水利工程的施工過程中，施工管理是一個動態變化的過程。為了解決施工資源管理的局限性問題，可以借助信息化技術進行施工資源的動態管理，從而大大提高施工管理效率，減少工作人員工作量。目前，施工資源的動態管理主要包括2部分內容，即資源使用計劃管理和使用的實時動態管理。其中，水利工程施工資源使用計劃管理包括各施工階段的資源計劃使用量，施工人力資源的安排和調配等；施工資源的實時動態管理包括施工資源的動態查詢和分析。

2.5 協同管理機制的應用

水利工程施工協調管理機制指的是將施工過程中的人力資源，包括勞動工人、管理人員以及技術工作人員等進行統籌，以便于實現水利工程施工的既定目標。基于BIM技術的施工協調管理指的是將BIM技術應用到水利工程的全壽命周期所需要的信息儲存模型中，實現不同崗位的工作人員的分工和協作，實現水利工程施工全國的協同管理是應用BIM技術的核心意義所在。通過協同管理來發揮BIM技術在水利工程施工過程中的作用，協同水利工程各參與方對工程項目的共同建設，能夠更好的對水利工程施工過程中的人、材、機進行高效控制，確保工程施工作業的正常進行。

3 BIM技術在水利工程施工質量控制中的應用分析

3.1 水利工程施工質量控制體系的建立

為了解決水利工程在施工過程中信息分享不及時、各參與方獲取信息時效性較低等問題，將3D建筑信息模型與水利工程施工工期、成本以及質量信息進行融合，組成6D建筑信息模型，此模型可以對水利工程施工過程中的質量信息進行查詢并對質量進行控制。根據水利工程全過程質量控制理論及水利工程施工特點，結合6D建筑信息模型，構建基于BIM技術的水利工程施工質量體系應用框架，具體如圖1所示。利用BIM技術的功能彌補傳統水利工程施工質量控制方法的缺陷，完善水利工程施工全過程質量管理體系。

圖1 基于BIM技術的水利工程施工質量控制體系框架

同時，基于BIM技術的水利工程施工質量控制可以分為啟動過程，即在水利工程施工作業之前，根據建設單位質量目標要求和施工質量標準來確定施工質量總目標，并由技術負責人來編制施工質量目標以前責任目標；計劃過程，即制定施工質量計劃的過程，將水利工程施工質量目標進行分解，如按照單位工程或單項工程進行分解等，并質量符合實際情況的施工質控管控措施；實施過程，即在水利工程施工過程中，要重視基礎質量管理工作，施工作業前要進行必要的交底工作并留下工作記錄；控制過程，在水利工程施工質量控制中，要做好建筑材料的質量控制工作以及落實“三檢制”等檢查制度；收尾過程，在水利工程施工作業完成后，要注意做好項目的事后控制，包括施工信息的收集、整理以及儲存等工作。在上述水利工程施工全過程質量控制中引用BIN技術，利用BIM技術進行協調，在此過程中對施工計劃和目標不斷進行調整，保證最后目標的實現，其應用流程如圖2所示。

圖2 基于BIM技術的水利工程施工質量控制體系應用流程

3.2 BIM技術在質量控制因素中的應用

影響水利工程施工質量的因素包括人工控制因素、材料控制因素、機械控制因素、方法控制因素以及環境控制因素。在水利工程的施工作業過程中，對這些施工質量因素進行有效的控制是對工程質量的保障。將BIM技術引用到水利工程的施工質量控制因素中，可帶來以下變化：在人工控制因素方面，BIM技術的虛擬可視化功能可以將項目的施工現場各參與方工作人員的分工、崗位責任以及人員流動等內容進行展示，以此提高工作人員的工作效率；在材料控制因素方面，采用BIM技術可以確定各施工階段所需要的材料種類及材料數量，并基于BIM技術的供應處數據庫，可以在采購前就能夠選擇更適合的供應商。同時，在建筑材料進場后，可對進場材料的所有信息進行抽查和核對；在機械控制因素方面，應用BIM技術對水利工程施工現場的機械設備的布置以及運行進行模擬，找出最優的機械設備布置方案，以達到解約施工空間，提高機械設備的高效運轉；在方法控制方面，應用BIM技術可實現對水利工程施工全過程的模擬，對所有施工方法下的施工情況進行模擬，綜合對比所有方案的優缺點，根據水利工程的實際情況，選擇最適合的施工方法，包括施工工藝、施工技術方案等內容；在環境控制因素方面，應用BIM技術可提前發現環境因素對水利工程施工過程的影響，包括水利工程所在地的地理、氣候等，使施工單位提前做好預防措施，保障施工的正常進行。

3.3 BIM技術在PDCA循環中的應用

PDCA循環法在水利工程的施工過程中的質量控制中具有重要的意義。將BIM技術與PDCA循環法結合，可以有效地提高PDCA循環法的效率，使水利工程施工質量得到有效保證。

首先，在計劃環節(P)，通過BIM技術的可視化和碰撞檢測等功能，制定水利工程的施工質量目標和計劃，并對各參與方各自的質量、進度等計劃進行明確和模擬，確保各參與方之間的計劃方案沒有沖突；在實施環節(D)，基于BIM技術的可視化和虛擬化功能，能夠讓施工單位和勞務單位更好的了解施工方案，有利于施工質量計劃的落實；在檢查環節(C)，采用BIM技術的碰撞檢測功能，可對水利工程施工方案中進行優化，也有利于水利工程質量數據信息的搜集和整理，便于后續工作的展開；在處理環節(A)，BIM技術在水利工程施工質量管理方面的應用主要在問題發生前，檢查出問題所在，并將檢測出的問題予以解決，最后形成經驗總結，便于后期施工工作的開展。

圖3 BIM技術在PDCA中的應用

3.4 BIM技術在水利工程施工質量全過程控制中的應用

水利工程施工質量控制可劃分為事前、事中以及事后質量控制，將BIM技術應用到水利工程施工質量全過程控制流程中。在事前質量控制階段，根據水利工程圖紙及實際情況建立BIM建筑模型，這也是BIM技術的應用前提和基礎。在水利工程施工之前，基于BIM技術的可視化和模擬化功能，將施工作業過程展示給管理人員和勞務人員，其技術交底的效率更高。同時，利用BIM技術的虛擬化施工，能夠制定符合項目實際情況的施工計劃以及施工質量控制措施。在施工作業之前，可以借助BIM技術的碰撞檢測功能，快速找出各專業圖紙之間的沖突，并予以優化；在事中質量控制階段，也可將BIM模型應用到水利工程的現場施工中，利用電腦和測量設備對施工現場進行測量和對比，對工程量進行核對。在水利工程的施工過程中，將BIM模型模擬施工也實際施工進行比較，結合PDCA循環法對施工質量進行管控；在事后控制階段，主要表現在已經實際發生的施工質量問題方面，如利用BIM技術對發生質量問題的部位或者節點的相關數據進行收集和處理，分析問題產生的原因并形成相關報告。

4 結論及建議

本文基于我國水利工程施工質量控制現狀及BIM技術發展趨勢，提出了基于BIM技術的水利工程施工質量全過程控制體系，系統的闡述了BIM技術在水利工程施工質量控制中的應用方法，構建了基于BIM技術的水利工程施工質量控制體系的框架和流程，將BIM技術與PDCA循環法進行了結合，提高了施工質量控制效率，這為水利工程施工質量控制提供了新的思路和方法，有效的保障了水利工程施工質量。同時，在施工質量控制中，有些人為因素是很難通過BIM技術進行控制的，BIM技術更多的是對工具和方法的控制，即BIM技術也有其局限性。因此，在未來的工作和學習過程中，不僅要關注對方法和工具的控制，還要關注人為因素造成的質量問題。