BIM技术当下有3种解释, 即building information model建筑信息模型;building information modeling建筑信息模型构造过程;building information management建筑信息管理^[1]。3种含义代表了BIM技术在3个不同层次上的应用, BIM技术的应用过程可以解释为利用三维技术建立信息载体, 创建、收集、集成、应用数据, 以达到建造过程项目数据共享的目的。

BIM技术的可视化特点, 给数据在项目上的应用带来方便, 项目部人员可以轻松获取数据, 获取的数据更加直观;BIM技术的信息集成特点, 可以汇总项目部全部数据, 数据处理效率明显提高, 使项目各个部门达到协同合作的效果;搭建基于BIM技术的信息集成平台^[2], 可以实现项目部全部数据的共享, 由传统的箭头式信息流通转变为点对点的网式信息流通, 加强了项目部人员的合作, 达到信息的无阻碍传递。

质量控制即在建造的整个过程中为保证建筑物质量而采取的动态措施^[3]。传统建造设计施工分离, 涉及专业多, 建造周期长, 变化因素复杂;决定了建造过程信息孤立, 无法有效地流通, 由于信息的传递受阻而产生一系列的质量问题^[4]。

一般项目部项目经理管理项目整体运营, 下面实施层设立技术总工、生产经理、质量经理、商务经理、安全经理等职位, 质量控制主要参与人员有技术总工、生产经理、质量经理, 因此BIM人员组织质量控制体系主要由此3类人员组成, 且各有分工, 协同工作。技术总工主持施工技术方案的编写^[6];生产经理落实施工技术方案的实施和落地;质量经理负责检查技术方案的适用性和现场生产是否按技术方案实施。此控制体系基于传统质量控制体系^[7], 要求各人员利用BIM技术进行工作。如图1所示。

BIM应用质量控制体系基于传统PDCA质量控制方法^[8,9], 每一环节加入BIM技术应用, 在应用中收集数据, 汇总到云平台。BIM技术在质量控制体系中起到优化提效的作用, 作为工具为传统质量控制体系提出新的要求和标准^[10,11]。如图2所示。

图纸会审是设计方将设计意图表达给施工方, 施工方对设计信息进行检查的环节, 此环节是一切质量问题的源头, 因为多数质量问题都是由于设计意图传递不明确造成的。传统的图纸会审由施工方的专业工程师结合施工经验进行图纸审查, 单专业审查流程已经非常成熟。但是, 现场施工时多个专业同时施工, 会出现很多问题, 追溯图纸, 并没有错误, 因为单专业并没有考虑其他专业。传统图纸会审, 无法将各个专业图纸进行叠加, 因此各专业间协同难度大。通过BIM技术建立各个专业模型, 将各个专业图纸信息进行整合, 不仅发现碰撞问题和不合理部位并且更加直观。

模型整合到一起, 就可以进行各专业的碰撞检测。BIM技术碰撞检测应用为各专业协同创造了可能, 创建了专业碰撞和冲突的信息, 此信息获取通道的创建, 是质量控制应用的创新。

质量控制的难点是重点部位方案的设计。重点部位因为施工难度大, 工艺复杂, 方案设计难度大, 考虑不周全。利用BIM技术, 提前对方案进行模拟, 提前发现问题, 为重点方案设计提供参考。

在建造过程中, 会出现大量且不同专业的问题。预防问题、发现问题、解决问题是传统质量控制的基本思路。即使前期预防和准备工作再充分, 也不免发现施工中的问题。施工过程中即使发现问题, 对问题进行记录和整改也是一项十分重要的工作。随着项目的不断进行, 各专业交叉进行, 多工作面同时进行, 对问题的实时跟踪造成了困难。更重要的是实时对问题进行收集和整理, 进而分析、找出原因, 进行整改, 让问题不再出现。传统纸质记录问题, 不直观, 且无法对数量和分类进行整理分析。使用云平台可以自动使用软件对问题进行整理和分析, 更方便找出原因, 不仅对问题进行整改更对问题出现的源头进行整改, 避免问题的出现。

某大学新建图书馆位于校区东西向中轴线上, 介于校园东西入口之间, 是整个校园的标志性建筑。主要功能:基本书库、校园网络中心机房、报告大厅、阅览室。本工程为单体工程, 地下1层, 地上12层, 建筑高度66.3m, 项目总用地面积39 829m², 总建筑面积881 627.47m²。

该项目工期紧 (总工期495d) 、体量大 (总建筑面积8.16万m², 单层面积4 700m²) 、承包范围广 (土建、安装、装饰工程、室外工程、楼体亮化、绿化工程) , 对工程的施工组织及技术保障有较高要求。

项目经理负责BIM的日常管理和协调;公司BIM中心对项目进行全过程的BIM技术支持;技术总工、生产经理、质量经理按照BIM人员组织质量控制体系进行分工;下属施工员具体进行方案的编写、现场施工、质量检查等工作。如图3所示。

项目主要采用Autodesk与广联达公司的BIM相关软件。

项目部拿到图纸后, 利用软件按照二维图纸进行三维模型的建立。建立土建模型、建筑模型、场地模型、机电模型、幕墙模型、精装修模型。如图4所示。

在建模过程中, 会对单专业的问题进行审查。模型建立完成后, 将需要协同专业的模型进行整合, 碰撞检测出碰撞点和不符合施工条件和要求的部位。

此项目为图书馆工程, 功能要求导致多处层高高、楼板厚、结构梁尺寸大, 所以多处采用高大模板支承体系。因此给高大模板辨识带来困难。采用BIM技术, 在模型中直接查找符合高大模板区域, 且直接对区域进行高大模板支承体系设计。

本工程屋面为单层网壳钢结构屋面, 安装跨度大、高度高、焊接量大, 杆件总质量为32t, 钢结构网壳坡度大, 给施工组织和方案设计带来困难。本工程利用BIM技术对施工方案进行模拟, 对每一细节进行核查, 确保方案万无一失。如图5所示。

本工程幕墙幅面较长, 幕墙全长约350m、高度50m, 平面度的控制比较困难。且檐线线条较多, 石材定位安装复杂。幕墙图纸中采用的材料规格、品种较多, 安装定位困难。

幕墙图纸中石材为开缝式幕墙系统, 石材边抽槽, 容易造成石材面板损坏, 给成品保护带来一定困难。

项目部提前利用BIM模型对幕墙进行排版, 确定预埋件、龙骨位置, 且对幕墙嵌板的数量、规格进行统计。利用BIM技术对方案进行模拟, 并进行动画技术交底。如图5所示。

本工程标准层东、西两侧采用预应力梁, 预应力钢筋与梁柱钢筋交错, 节点复杂、钢筋密集、施工难度较大。传统钢筋绑扎凭借施工组自身经验进行钢筋排布和绑扎, 难免会造成钢筋排布混乱、钢筋碰撞、绑扎遗漏和不规范等现象。采用BIM技术提前对钢筋进行排布, 形成标准, 对工人进行交底。钢筋排布应美观、规范、符合要求。

项目部根据每项重点分项工程, 确定重点分项工程的质量控制要点数量。对工人进行交底后, 对施工过程中出现的问题进行收集, 录入云平台。利用云平台进行问题分析, 对施工前的技术方案和施工过程中的施工工艺进行检查、优化。

本小节主要从项目数据对二次砌体分项工程质量控制应用进行分析。本工程砌体用量共8 000多m³, 砌体用量大, 施工工期长, 因此二次砌体工程是重点分项工程。

砌体工程由地下1层开始向上砌筑, 地下1层、地上12层, 每层分为4个施工区域由不同班组同时进行施工。以每一区域为一个单位记录出现的施工问题。地下1层为第1阶段, 1~4层为第2阶段, 5~8层为第3阶段, 9~12层为第4阶段。每一阶段进行一次问题的总结与分析, 并对照技术方案和施工工艺进行对比, 查找原因, 避免在下一阶段出现重复问题。

1) 第1阶段以后进行数据分析, 发现4个班组出现最多的问题是砌体灰缝不饱满, 约占所有问题的30%以上;其次是部分灰缝没有勾缝, 约占所有问题的16%以上。所以砌体结构施工中的灰缝施工问题是主要问题。针对灰缝施工问题, 查找技术方案和落实施工现场。发现“砌体施工方案中”没有强调灰缝施工的注意事项, 且现场技术交底中也没有强调灰缝施工的技术要点。因此, 在施工方案中加入灰缝的施工控制要点;重新在技术交底中加入砌体灰缝施工控制要点。

2) 对第2阶段进行数据分析, 发现砌体灰缝问题数量明显减少, 而数量问题最多的是马牙槎方头灰未及时清理, 占总问题的25%以上;其次问题较多的是拉接筋不在一条直线上, 约占23%以上。另外发现构造柱钢筋绑扎问题也很多, 构造柱钢筋绑扎不符合要求和构造柱箍筋间距不符合要求两项问题相加为30%以上。通过此问题突出施工班组施工不规范和构造柱钢筋绑扎有问题。因此重新对砌体方案和构造柱钢筋绑扎工艺进行修改, 并重新对班组进行技术交底。

3) 对第3阶段问题进行分析, 发现砌体施工规范问题和构造柱施工标准问题都已经明显减少, 说明在砌体施工方案和技术交底过程中针对发生的问题增加控制要点, 对减少发生的问题有明显的效果。另一方面, 发现了几项新增的砌体问题, 其中砌体未提前浸水问题数量较多, 原因是楼层较高, 水压无法上去, 且无人进行管理, 为保证进度, 忽略了此项的进行。针对此问题, 专门派人进行跟踪, 且交底施工人员砌体施工前一定进行浸水。

4) 第4阶段对问题进行分析, 发现砌体未提前浸水问题已经全部解决, 且出现问题基本较少, 在可以接受的范围之内。

项目拿到图纸后, 根据图纸进行建模同时发现图纸错误。图纸会审问题统计如表1所示。

通过BIM建模发现的图纸问题, 占所有问题的55%以上, 说明BIM技术建模可以有效发现图纸的错误, 提前对图纸的质量进行审查, 从而确保施工的正确率。

项目部建立土建模型、建筑模型、安装模型、幕墙模型, 并对每个专业模型进行碰撞。传统图纸无法叠加, 所以无法发现多专业之间的问题。BIM技术使各专业的碰撞检查成为可能。项目共对土建和安装、安装和砌体、土建和幕墙4个专业进行碰撞检查, 共发现碰撞数量306处, 这对现场施工方案和图纸提出了更改, 有效地避免了因为这些碰撞而产生的返工、二次施工、现场修改所带来的质量问题。

项目部在土建施工阶段、二次砌体施工阶段、安装施工阶段进行质量问题的录入, 采用基于BIM技术的质量控制应用流程。问题数量如图6所示。由图6可以看出, 随着楼层的增高每一阶段的问题数量都呈下滑趋势, 且第1阶段到第2阶段的下滑趋势最明显。说明采用基于BIM技术的质量控制应用流程可以有效减少质量问题的发生。

项目部通过应用BIM技术在提前发现图纸错误、重难点方案设计、专业碰撞方面都提供了极大的帮助, 但同时发现很多应用的问题: (1) 加强项目数据通过BIM技术在项目中的传递、共享、分析、反馈, 现有数据多为软件创建、人工处理, 应用程度低; (2) 加强软件操作能力, 发挥软件的集中处理能力; (3) 加强项目人员BIM应用的意识和软件操作能力。

1) 提出了基于BIM技术的质量控制体系, 结合传统质量控制方法PDCA, 并在实际项目上进行了应用。

2) 应用BIM技术辅助传统施工流程, 进行图纸会审, 发现更多的图纸问题, 保证图纸的质量和现场施工的质量。

3) 基于BIM技术的质量控制体系可以很好地进行专业间的协同, 减少各个专业的碰撞问题, 从而减少现场施工错误, 提高施工质量。

4) 提出了基于BIM技术的质量问题数据收集、集成、分析的过程, 通过此过程可以减少施工质量问题, 提高施工质量。

1) 文章中提出的质量控制体系基于传统质量控制方法, 自动化程度低, 依然没有摆脱传统的质量控制方法。因此需要进一步研究BIM技术与质量控制体系的融合, 提高其科学性、自主性。

2) 此质量控制体系只在一个试点项目上进行了实施, 取得了很好的效果。要验证其实用性和适用性依然要经过多个项目的实践。

3) BIM技术不仅在质量控制方面有很好的应用, 在安全、进度、商务方面也有很多应用, 应进一步探索BIM技术在安全、进度、商务方面的数据应用。