BIM技術在施工質量控制中的應用研究—以海棠花園項目為例目錄TOC\o"1-3"\h\u17742第1章緒論 IV第1章緒論1.1研究背景近年來，房地產行業帶動著國家經濟的發展，使得建筑業逐漸成為中國國民經濟的支柱產業。為了滿足人們生活便利性的要求，促進社會和諧平穩的發展，政府近年來在不斷完善城市配套公共建筑的建設工作。大型的公共建筑有繁雜的外部造型以及豐富的使用功能導致在施工質量控制時的管理難度直線上升。建筑業信息化綱要的提出也就證明了政府部門也意識到目前的施工質量控制方法存在著一些無法克服的弊端，在建筑行業飛速發展之下傳統的施工質量控制方式已經漸漸顯出疲態，無法滿足現代建筑行業對施工質量控制的要求。現階段迫切需要一種有效的現代化施工質量控制方法對工程施工質量進行控制，以提高施工質量控制效果降低施工風險。建筑信息模型（BIM）技術的出現解決這個迫在眉睫的難題，基于BIM技術的三維信息模型、信息管理平臺等技術完美地解決了用傳統質量控制管理方法束手無策的施工質量控制難題，提高施工質量控制效果。由此得知，BIM技術正在給整個建筑行業的施工質量控制帶來一場前所未有的變革。1.2研究意義我國將BIM技術引入建設工程管理后產生了明顯的經濟收益，其效果也得到社會的廣泛認可，目前我國將BIM技術運用于施工質量控制上的程度和深度依然比不上發達國家，使得我國BIM技術與施工質量控制無法完美結合，無法達到我國現代管理者對施工質量控制的要求。所以如何將BIM技術充分、合理地運用到施工質量控制上以更好保證施工質量成為當今建筑管理人員都十分關心的問題。希望從海棠花園項目施工質量控制的實際案例出發，通過分析傳統施工質量控制的缺陷使從業管理者清楚地認識到傳統施工質量控制方法所存在的問題，從海棠花園項目基于BIM技術的施工質量控制的實際運用情況中得到啟發，對于提高建筑工程施工質量控制效果具有借鑒意義。第2章BIM技術及施工質量控制相關概述2.1BIM技術相關概述2.1.1BIM技術的概念BIM的全稱是建立一個信息模型，被稱為繼CAD技術之后建筑業的第二個“革命性”技術。這一相關概念最早由美國教授查克于1975年提出。建筑信息模型集成了建設項目全生命周期的所有信息，如模型幾何信息、項目功能需求、構件性能參數等，集成了建設、維護和管理過程。2002年，Autodesk正式提出了BIM這個詞。此后，BIM這一新術語被廣泛接受，對BIM的定義和解釋也不斷發展和完善。美國國家BIM標準制定了當前完整準確的定義：BIM是一個表示物理和功能屬性的平臺；建設項目；它是一個共享的知識資源平臺，根據設計，項目參與者是項目參與者的概念參與者，您可以隨時在平臺上共享建設項目的信息，為報廢、拆卸全過程的所有決策提供參考；所有類型的BIM都可以輸入參考信息，您可以查詢、更新，并對BIM平臺信息進行修改，實現項目生命周期各階段不同專業之間的合作。因此，BIM以建筑工程的相關信息數據為基礎，通過數字信息仿真來模擬建筑的實際信息，建立三維建筑模型，實現工程監理、物業管理、設施管理、數字化處理以及工程管理等職能。BIM不再是類似CAD的軟件，它是實現建筑業升級和信息化管理的重要工具。2.1.2BIM技術的特點BIM技術的核心和難點是三維數據庫的建立。三維BIM模型數據庫包含從施工到竣工的所有階段的所有信息。數據信息的任何變化都會導致其他數據信息的變化。因此，BIM技術具有以下特點。（1）可視化。建設項目和功能復雜，在任何階段都面臨重大安全風險。然而，BIM技術以3D虛擬實體的形式顯示組件之間的交互和反饋。使建設項目設計、施工、運營的全過程可視化，在項目取消時除安全隱患外，提高了方案的合理性和準確性，促進了項目的正常進行。（2）協調與優化性。BIM技術可以綜合調整各種專業信息。例如，在初始建模階段，可以根據二維CAD結構圖提供的信息建立模型。通過該模型，發現了圖紙中存在的誤差、落差、碰撞、缺陷等問題，及時發現圖紙與管線之間的不合理布局，并由各專業進行優化，使工程工期和成本顯著降低。（3）模擬性。在設計階段，利用BIM技術可以模擬太陽光和建筑的能耗，進行優化設計。在投標和施工階段，4DBIM技術將3DBIM模型與施工進度相結合，以專業的方式模擬施工，確定合理的施工方案。既可以合理安排材料設備的進場和勞動力調配，指導現場施工，又可以安排可視化工程的進度。2.2施工質量控制相關概述2.2.1施工質量控制的定義及特點建設工程施工質量控制是指政府質量監督機構、業主、設計單位、監理單位對施工承包單位正在實施生產的建設工程項目進行質量管理控制，最終使得工程項目通過國家質量檢測的過程。由施工質量控制的定義可知：首先施工質量控制實施主體是施工承包單位但是絕大多數的參建單位都應當參與其管理，其次實施施工質量控制過程是在項目建設的過程中，最后施工質量控制是一個反復實施檢測的過程。建設工程項目特點非常鮮明，其特殊的生產過程導致其不同于其他類產品的特性：（1）不可逆性。建設工程中部分施工工序即使在驗收過程中查出質量問題，也只能進行糾偏處理，不可能回到原始狀態重新開始生產。建設工程的投資額一般都比較巨大。若建設工程發生質量事故進行糾偏處理時效果不理想，則會影響到工程后期使用體驗，造成巨大的經濟損失。（2）不可重復性。每個建設項目都一定會受到項目本身獨特的環境、地質等因素的影響，只能單獨設計生產。它不像工業產品，可以流水化生產，即使是存在結構環境都一樣的圖紙，也會由于施工組織方法的不同，施工技術的差異等原因造成不同項目之間的區別。（3）影響因素多。影響建設工程質量的因素有：實施者的能力、工程設備的好壞、材料規格品質的高低、自然環境的優劣，勘察、設計、施工所采用的技術方法合理等。2.2.2施工質量控制的方法（1）事前控制事前控制是建設項目的管理人員前瞻性的一種具體表現。事前控制是在施工質量控制過程中，提前主動預測問題，解決問題的一種主動出擊的工作方式，在項目尚未動工時對項目可能遇到的問題或者存在的風險進行預測，然后分析這些問題或者風險可能出現的后果，對其進行防范，提高施工質量。由于事前控制是進行預主動出擊的工作方式，所以事前控制在施工質量控制中是最為理想的工作方式，卻又是最難以實現的一種。（2）事中控制事中控制一般使用于施工階段，是傳統施工質量控制中最為常見的一種工作方式。工地上將事中控制一般稱為施工過程控制，可以理解為一邊施工生產一邊工地內部檢查并整改問題。此工作方式主要是調動現場管理人員、工作人員的積極性，形成一種出現問題解決問題的工作態度，優點在于處理問題目標明確且問題暴露早所花費代價較小，缺點是有可能有無法根治的隱患出現，對施工工期影響較大。事中控制的效果的好壞主要是依靠現場工作人員的工作態度來決定，從進場材料、機械、各道工序到整體的驗收都需要進行控制，事中控制的負責人要有強大的理論基礎和工作經驗的支持，他必須知道每道工序中的重點和之間的順序關系從而才能保證實施效果。（3）事后控制事后控制一般出現在工程驗收階段，是這三種控制方式中所花費代價最大的控制方式。事后控制是在質量檢查和工程驗收過程中發現之前已經完工的分部分項工程中已經存在質量問題，然后采取必要的整改措施，是整個建筑工程質量控制的最后一道關卡。事后控制的特點是所有問題都清楚明了，處理意見也明確，但是整改所花費的費用非常大且嚴重影響工期，且整改質量不易控制。在建設工程施工質量控制過程中應優先選擇選事前控制的工作方式，其次使用事中控制，盡量避免使用事后控制，這樣不僅能提高施工質量，同時能降低施工過程中所存在的風險。第3章海棠花園項目應用BIM技術的施工質量控制效果分析3.1海棠花園項目概況海棠花園項目是近年來的新建工程項目是一棟帶有辦公性質和醫療性質的新建綜合辦公樓項目，項目包括一般使用性質的辦公用房，也包特殊使用性質的手術室、產房、重癥監護室等醫療用房。海棠花園項目地上15層，地下2層，建筑總高度為62.70m，計劃總共配備225輛停車位包括112輛機械停車位，113輛普通停車位。海棠花園項目的總用地規劃面積為6652.27m2，總建筑面積24680.33m2，地上建筑面積14982.20m2，地下建筑面積9698.13m2。海棠花園項目計劃建成后日門診量為1000人次，醫護人員60人。為了能按時完成工程項目，確保工程的施工質量，有必要對此樓進行分析。海棠花園項目為政府財政投資項目，土建部分投資額約為1.07億，裝飾裝修部分投資額為1億，合同約定工期為730天，建設單位和后期使用單位是政府衛生系統的服務單位，本大樓建成后除了為衛生系統工作人員提供辦公場所外，更是為孕婦、特殊疾病的病人等弱勢群體提供檢查場所。海棠花園項目具體有以下幾個特點：（1）公開服務性海棠花園項目的建造的初衷是為了完善人民日常生活的需要，為公民提供醫療服務。因此，是公開和開放的場所，任何公民都可以在建筑運營規定的時間內進入建筑體內進行被允許的活動，且除了規定的事情外不會收取費用。服務性也就決定海棠花園項目，除了政府的投資費用之外沒有其他收入來源。所以在施工過程中對質量的控制必須精準，不允許出現由于施工質量問題使得造價上漲超出預算的問題。（2）使用功能豐富海棠花園項目為政府財政投資建設的項目，除了有辦公性質外還兼有部分醫療的使用功能。豐富的使用功能必然導致在施工過程中會有更多專業分包將參與到項目建設。使用功能豐富對施工質量控制工作給予了巨大壓力：首先眾多的專業分包入場施工存在施工工作面相互協調的問題。其次如何對非常規專業性強的分包的管理施工質量的進行控制也是工作難點。（3）人流量大不易控制海棠花園項目是對外界開放的，任何公民都可以在建筑運營規定的時間內進入建筑體內進行被允許的活動，造成人員密集，人流量大。人流量大不易控制使得海棠花園項目在設計圖紙相較于一般性質的辦公樓更為復雜導致施工時面臨的問題也會更多，對施工質量控制造成影響。（4）較大社會影響海棠花園項目的建設單位是政府衛生系統的服務單位，資金為財政投資所以在項目施工前就被定義為“政府形象工程”，社會影響力大。這特點導致海棠花園項目無論是施工過程中或是交付使用后必須在保證優異的施工質量，否則將會造成惡劣的社會影響。3.2影響海棠花園項目施工質量控制的因素建筑行業的專家通過對大量建設工程施工質量控制的過程進行、結果分析和總結得出影響建筑工程施工質量有五大因素，分別是：人工（m海棠花園n）、材料（m海棠花園teri海棠花園l）、機械（m海棠花園chine）、方法（method）和環境（environment），簡稱4M1E。（1）人的因素人指工程項目建設的決策者、管理者、操作者是生產經營活動的主體，人員的素質，將直接和間接地對施工的質量產生影響。在該體系中大致分為三類人群：一類指的是不直接參與施工，但是要把控全局的決策者：建設單位、代建單位以及監理單位的管理者；第二類是用自己的專業知識將建設單位的決策結合規范要求并以圖紙的形式表達出來的技術工作者：設計單位；第三類是按照施工圖紙和施工規范的現場執行者：施工隊項目部。人的因素對海棠花園項目施工質量控制的影響十分明顯。作為決策者的工作人員應對該工程項目有全局性的認識，具備統籌謀劃能力，能全面考慮施工過程中可能出現的各種問題，防止海棠花園項目在施工過程中出現質量事故提升施工質量。作為技術工作者的工作人員應對項目建設過程有清晰的思路，豐富的專業知識，在海棠花園項目施工準備階段運用專業知識設計一套切實可行的施工圖紙，有效降低施工難度間接提升施工質量。作為執行者的工作人員應該具備良好的施工手藝、強大的執行能力，海棠花園項目在施工過程中能完善決策者以及設計師的指示，確保施工質量。（2）機械的因素機械包括工程設備、施工機械和各類施工工具。大致分為兩類，一類：工程設備指的是項目以后要使用的機械，此類機械直接決定項目投入使用的使用體驗；另一類施工機械指在施工過程中使用大型的機械以及施工工具指的是施工過程中小型工具。針對第一類以后要使用的機械，海棠花園項目的建設單位是以“甲供材料”的方式進行管控即建設單位直接與生產廠家簽訂合同，生產廠家上門安裝確保使用機械的質量。第二類施工過程中使用大型的機械和工具，施工現場的質量管理人員要求任何進場機械和工具在正式用于施工前必須上報產品合格證，在用于施工后必須定期組織機械、工具的維修和保養工作，杜絕因機械問題造成的施工質量事故。（3）材料的因素材料指建設工程項目中使用的原材料，是工程施工的基本物質條件。海棠花園項目的建設單位對現場施工所使用主要的原材料鋼筋與混凝土進行嚴格控制，要求進場鋼筋必須是由鄂鋼或者武鋼所生產的鋼筋，同時在項目前期對供應海棠花園項目混凝土的商混站也進行了考察。所有在工程上使用的材料采取先檢后用的原則，沒有合格證的材料一律不允許使用，以確保項目質量。（4）方法的因素方法指各個參建單位的管理人員從施工準備階段到工程驗收完畢交付使用前為保證施工質量所使用的技術方法和工作方式。從施工質量控制的角度分析，優秀的方法可以縮短工期，提高施工質量，推動整個項目朝著良好的方向前進。海棠花園項目的建設單位對管理者要求項目上所用的施工質量控制工作方式以事前控制為主。現場管理人員依據建設單位的指示，要求施工單位在每個施工工序前必須編寫施工方案并上報得到監理單位、代建單位認可后方能進行施工。3.3傳統施工質量控制的存在的問題3.3.1傳統施工質量控制在人為因素方面的問題在建設工程項目中使用傳統施工質量控制方法造成人的因素缺陷有兩個：工人思想意識上的匱乏以及實施主體單位自身組織結構問題。（1）工人思想意識上的匱乏隨著工作年限的增長和工作經驗的積累，大多數工人能逐漸能面對和解決施工做成中的常見問題。長此以往其中部分工人會以豐富的施工經驗自居，在對面施工質量控制問題時習慣性的形成經驗主義論即憑借以往的施工經驗解決問題。但是每個建設項目都是不可重復即使憑借以往的工作經驗經歷能解決部分問題但絕不是所有問題，每個項目在施工細節處理上不可能相同。這種思想意識為整個施工質量控制埋下了隱患。為了滿足建設單位對工期的要求，在整個建設工程項目中每個工人每天都面對高強度的生產任務，導致大部分工人都只精通自己長期從事的工作對非本專業知識不甚了解，也沒有過多的精力或者沒有機會去學習其他專業的知識。其他專業知識的極度匱乏會引發當自己施工工作完畢后，達不到后續施工隊進場進行施工的理想狀態，不僅增大施工隊之間配合矛盾更不利于施工質量細節控制。（2）總包單位組織結構問題在傳統施工質量控制方法下，施工單位項目部組織結構形成一個以項目經理為首的總包施工質量控制組織（圖3-1傳統的總承包方施工質量管理組織結構圖）如下：圖3-1傳統的總承包方施工質量管理組織結構圖這種組織結構形式屬于直線型組織結構。直線制組織結構的優點是：結構比較簡單，責任分明，命令統一，生產效率高。缺點是：它要求項目經理通曉多種知識和技能，親自處理各種業務。在對技術要求低、工藝要求低的項目進行施工質量控制時直線型組織結構是完全能滿足生產要求，但是對于海棠花園項目的這類復雜建筑工程將所有管理職能集中到項目經理身上是完全不合理的。若使用這種組織結構形式則會出現由于沒有可以為項目經理分擔工作壓力的組織存在，致使在項目生產過程中出現決策錯誤的幾率大幅度上升，為施工質量控制埋下隱患。3.3.2傳統施工質量控制在技術因素方面的問題在工地現場施工總承包單位是整個施工質量控制工作的主要實施者之一，為工程項目現場能順利地開展生產任務，總承包單位常常需要組織各個多個參建分包單位一起交流協商關于交叉施工相互配合的相關事宜。由于各個分包單位所進行施工的專業內容不盡相同，導致此類協調專業分包施工配合工作主要工作依據是施工圖紙。傳統繪制圖使用的軟件工具是C海棠花園D，雖然C海棠花園D是一項完善且杰出的工程技術發明，它改變了過去整個工程產品設計方法，將原本只能用筆表達的信息輸入到了計算機中，將原本必須由人手工繪制的圖紙的繁瑣工作交給計算機完成，但是到目前為止發展完善的C海棠花園D有著兩個無法解決的缺陷：（1）CAD技術不能表示空間關系在建筑施工過程中，每一個建筑構件都至少有三個屬性分別是：尺寸、平面定位、空間定位。CAD技術是以2D平面表達為主，雖然CAD圖紙中可以繪制剖面圖表示空間關系，但是在現實的工作中不可能實現每個構件的空間關系都用圖紙的形式表達。（2）CAD技術不具備圖紙整合功能建設工程的施工圖紙一般分為建筑、結構、水、電、暖通、園林，這六個專業的設計圖紙。除了建筑、結構專業外其余的專業在工程施工過程中都是進行交叉施工，但是設計師受到專業的限制無法將這些要進行交叉施工的專業圖紙進行整合，CAD軟件同樣不具備這整合功能。CAD的這兩個缺陷造成了在施工過程中建筑構件的空間關系紊亂。建筑構件的空間關系紊亂是建筑行業內公認的施工質量控制難題，空間關系的紊亂將會造成各分包單位在協商相互配合施工時的不順暢，使得構件之間必須經過多次調試才能達到設計要求，為施工質量控制留下隱患。這個問題對于參與施工單位眾多以及使用方式豐富的復雜公共建筑項目施工質量控制的影響更加明顯。3.4基于BIM技術對施工質量控制的改善3.4.1基于BIM技術的施工質量控制體系的建立BIM信息管理平臺是將BIM信息模型與互聯網技術進行融合，它的出現徹底地解決了目前傳統施工質量控制提的缺陷，產生了基于BIM技術的施工質量控制體系。基于BIM技術的施工質量控制體系與之前傳統的施工質量控制體系結構比較，最明顯的區別是在體系結構中增加了一個名為“BIM信息管理平臺”的組織。（圖3-2基礎BIM技術的施工質量控制體系結構圖）圖3-2基于BIM技術的施工質量控制體系結構圖針對傳統施工質量控制體系而言，基于BIM技術的施工質量控制體系完美地改善了其缺點，更符合海棠花園項目的施工質量控制要求：（1）減輕項目經理工作壓力傳統的施工質量控制體系中項目經理整個質量控制的核心樞紐，他在整個施工質量控制過程中起著信息傳遞、協調、安排生產任務的職責。在基于BIM技術的施工質量控制體系中使用BIM信息管理平臺網絡技術完成傳遞和協調的工作減輕項目經理的工作負擔，以保證生產任務的順利進行。（2）具有統籌協調能力，能對建設單位的控制提供幫助BIM信息管理平臺中存有整個項目周期的全部信息，這些信息反映了各個參建單位在每個時間節點需要完成的工作進度和工作要求，建設單位可以根據這些信息統籌安排現場的施工情況，控制施工質量。當參建單位需要協調某件事情時，運用信息平臺的網絡技術可以最快速度聯系各個參見單位同時在平臺中調出BIM信息模型，確保最快速度解決問題。由于基于BIM技術的施工質量控制的體系的改變使得整個施工質量控制工作流程也產生了重大的影響。在施工前準備階段，設計單位和施工單位將建筑信息輸入BIM信息管理平臺的模型中，使用BIM技術的三維模擬技術對施工方案模擬或者用于施工圖紙的深化設計。在這些準備工作完成后，施工單位可以使用BIM技術的深化成果對即將入場的施工班組進行更為詳細的技術交底，通過三維動態模擬施工過程并直觀地告知在施工階段中將會遇到的施工重點與難點。在此過程中發現圖紙或者施工方面的技術問題，可以及時將問題反饋到BIM信息管理平臺上通過網絡聯系其他技術單位協商解決問題。在施工過程中或者在完成施工階段后發現問題，現場管理者會將產生的問題及時反饋到BIM信息管理平臺，使用BIM技術模型中數據儲存的功能進行查證找尋問題所產生的原因。若是施工工藝或者是使用材料等施工質量控制不足所產生的問題則施工單位將會按照原圖紙內容進行整改，監理單位進行質量控制確保最后施工質量能滿足圖紙上的要求。若是由于施工圖紙存在問題導致的質量控制事故，則管理者將通過BIM信息管理平臺的網絡系統聯系代建單位，由代建單位向設計單位下達指令修改圖紙，并按照新的圖紙內容進行整改。（圖3-3基于BIM技術的施工質量控制工作流程圖）圖3-3基于BIM技術的施工質量控制工作流程圖相較于傳統的施工質量控制流程，基于BIM技術的施工質量控制工作流程在以下方面改進了質量控制工作：（1）提升事前發現問題時協商效率。在施工前發現問題，需要聯系技術單位共同協商解決問題。基于BIM技術的施工質量控制流程能運用網絡技術最快速聯系相關單位，儲存記錄過程和結果。其他非技術單位可以直接根據模型和記錄查看問題大量減少理解問題時間，優化解決問題的速度。（2）其次縮短處理問題的流程過長。傳統施工質量控制在記錄問題解決問題采文本函件形式記錄問題，其目的是為后期查證驗收留下痕跡。BIM信息管理平臺在解決問題的過程中可以記錄數據同時參見單位可以在網上進行批閱，節省了函件書寫、傳送以及審批等繁瑣的流程，為施工質量控制提供良好的環境。（3）最后加強施工單位和設計單位之間的聯動性。BIM信息管理平臺在施工準備階段為施工單位和設計單位之間提供一條更順速的溝通途徑，可以及時溝通任何問題。由于BIM信息管理平臺是任何參建單位都可以使用管理平臺具有公開性，所以不違反施工單位不得私下與設計院聯系的規定。3.4.2基于BIM技術的施工質量管理的組織結構在建設工程項目引用BIM技術后，BIM信息管理平臺為每個工人提供了一個便利日常學習其他專業知識的場所。若工人在接觸BIM技術后意識到非本專業知識提升的益處與重要性，他們可以通過BIM信息管理平臺上關于本項目的儲備資料進行系統的學習提高自己知識的儲備量。這種良性施工人員素質的改善會使得項目施工質量控制效果整體提升。更重要的是引用BIM技術后，總承包單位施工項目的結構也在BIM技術的作用下進行優化變成基于BIM技術的總承包單位施工項目部（3-4基于BIM技術的總承包施工質量控制結構圖）。3-4基于BIM技術的總承包施工質量控制結構圖基于BIM技術的總承包施工質量控制組織相比于在傳統的施工質量組織，最大的變化在于新的組織結構由直線型組織結構轉變成了職能式組織結構。這種變化對海棠花園項目施工質量控制有如下好處：職能式組織結構更適合管理復雜技術問題在此職能式組織結構中總承包單位施工項目部中新增加一個管理職位BIM總監，使得部分職能由原先全部集中于項目經理，轉變成由項目經理和BIM總監通過分攤管理職能。當面對復雜的技術問題時項目經理和BIM總監作為整個項目實施者的最高管理者，他們的決策準確性將直接影響到整個項目運行的方向，決定項目的成敗。將項目經理專業理論知識、現場實際生產經驗與BIM總監的數據管控相結合將整體提高決策時的準確性從而提升施工質量控制效果。提升質量管理的重要性在傳統的總承包方施工質量管理組織結構圖中，質量總監是位于生產經理之下，也就表明在傳統施工質量控制的過程中是先滿足整體的施工生產的任務后再才考慮施工質量控制效果。在基于BIM技術的總承包施工質量控制結構中生產經理與質量總監同時受到BIM總監與項目經理的直接管理，在考慮安排生產任務時同時考慮施工質量控制，提升了施工質量控制在整個項目管理當中的地位。3.4.3基于BIM技術的專項施工實施方案專項施工方案是施工單位對針對施工質量控制困難、施工過程危險且一旦質量失控將會影響到工人生命安全而編制的特殊指導方案。其中主要包括技術方案(進度安排、關鍵技術預案、重大施工步驟預案)、安全方案(安全總體要求、施工危險因素分析、安全措施、重大施工步驟安全預案)、材料供應方案(材料供應流程、接保檢流程、臨時材料采購流程)等。基于BIM技術的施工模擬技術在專項施工方案的編制過程中可以提前對施工方案的技術方案部分的施工進度、關鍵技術預案、重大施工步驟預案提前進行施工模擬，通過所獲得的數據對整個施工方案的可行性和合理性進行分析，找到方案中存在的問題為施工質量控制提供可靠的保證。下面我們以海棠花園項目基坑土方開挖為例，展示BIM技術在專項施工實施方案中的運用情況。海棠花園項目配有兩層地下室，用作地下室車庫。現在計劃海棠花園項目的地下室開始施工準備進行基坑開挖，施工單位編制基坑專項施工實施方案如下：海棠花園項目，建筑由一棟15層主樓及2層地下室組成。基坑開挖面積約為8800㎡，周長約為380米。基坑重要性等級：一級。基坑設計地面標高約為20.0m~21.0m，基坑開挖深度約為11m。本工程土方量約為96800m3，計劃分4各區域，2輪施工。第一次開挖：支撐梁施工前卸土階段。開挖深度：約3.0m，土方外運約為26400m3，計劃工期8天，計劃日出土量約為3300m3。第二次開挖：支撐梁底層至底板墊層底。（含主樓基礎及地下室承臺和地梁等）其中分為三個施工段每次開挖深度為3m、3m、2m。第一段開挖深度：約3.0m，土方外運約為26400m3，計劃工期8天，計劃日出土量約為3300m3。第二段開挖深度：約3.0m，土方外運約為26400m3，計劃工期8天，計劃日出土量約為3300m3。第三段開挖深度：約2.0m，土方外運約為17600m3，計劃工期6天，計劃日出土量約為2950m3。一次性投入挖掘機數量公式：Ni=QiK/qixTi，其中Qi需完成的工作量；K由于土被抓出放置土會變蓬松的不均衡系數，取1.15；qi每臺挖機一天的產量，取800m3/天；Ti機械使用效率，1/Ti取1.09。第一次開挖投入挖掘機數量計算：N1=3300x1.15/800x1.09=[5.17]=6臺第二次第一段、第二段開挖投入挖掘機數量計算：N2、3=3300x1.15/800x1.09=[5.17]=6臺第二次第三段開挖投入挖掘機數量計算：N4=2950x1.15/800x1.09=[4.6]=5臺依據計算得出基坑分層開挖時間節點表（表4-1海棠花園項目基坑分層開挖時間節點表）表3-1海棠花園項目基坑分層開挖時間節點表序號土層開挖層次計劃開工時間計劃完工時間施工天數備注1第一層2017.11.012017.11.0886臺挖機2第二層第一段2017.12.182017.12.2586臺挖機3第二層第二段2017.12.262018.01.0286臺挖機4第二層第三段2018.01.032018.01.0865臺挖機施工單位計劃將整個基坑分成6個區域，在同一層的施工中先對東側的四、五、六區開始施工，然后對一、二、三區域施工。在西側的二區進行放坡，坡寬為1.5m，放坡系數k=1/3用于挖掘機和運土車上下基坑（圖3-5海棠花園項目基坑的施工布置圖）。圖3-5海棠花園項目基坑的施工布置圖海棠花園項目，為了保證基坑施工質量和效率，施工單位在編寫完此施工方案后就上傳到“BIM總監與協作平臺”，希望運用BIM技術對此施工方案把關，看此施工方案是否合理，此提議得到了建設單位的支持，BIM總監接到建設單位要求后安排BIM工程師對此施工方案進行模擬，過程如下：（1）運用BIM技術建立場地模型施工單位用全站儀將現場土方的高程測量完畢后用電子文本的形式記錄下來，將場地高程點坐標文件導入BIM的Revit系列（三維建模模塊）模塊中，使用場地選項建立場地表面模型。然后通過測量的坐標確定出基坑的位置并在C海棠花園D平面圖上標出，建立工程樁模型并按照施工現場的實際位置和埋深參數布置在模型中創建出項目基坑模型（如圖3-6，Revit基坑效果圖），在基坑模型中按照現場施工通過BIM技術的Revit模塊的體量功能，創建挖掘機模型并設置每臺挖掘機的工作區域。基坑內的土方是采用樓板的形式在模型中建立，樓板的材質選為土層，然后用于實際土方開挖順序逆向建立模型，模型大致完成。圖3-6Revit模塊基坑效果圖（2）制作施工模擬3D動畫將基坑分層開挖時間節點表錄入，具體的土方開挖工作可以表細化到相對應哪層（哪塊）的土方上，并將土方的任務類型調制為“拆除”，導入BIM相應模塊中，按照時間節點錄入后相當于在三維模型中加入時間這個維度，通過3D渲染后施工模擬基本完成。（如圖3-7，施工模擬動畫截圖）圖3-8施工模擬動畫截圖在施工單位與BIM總監充分的溝通后完成了施工模擬動畫的制作，在觀看施工動畫后發現了此施工方案的問題：分層開挖場區劃分有問題。海棠花園項目基坑深度為11m，放坡系數k=1/3，也就是說在基坑底此坡長度為33m。根據施工動畫模擬在一區與二區和二區與三區相交的位置會有挖掘機施工打攪和車輛轉彎半徑不夠的情況出現。基坑底部施工時沒有保護工程樁的措施。海棠花園項目的工程樁采用的成品管樁，樁頂距離基坑底部位置十分近，用挖機會破壞管樁的穩定性對質量造成影響。海棠花園項目按照BIM工程師提出的意見，在原施工方案的基礎上進行修改，對施工場區布置重新編制按照先施工三、四區在施工一、二區（圖3-9新海棠花園項目基坑的施工布置圖），并在方案后增加一條“用挖機開挖到距離基坑底300mm土層，進行人工開挖”。圖3-9海棠花園項目基坑的施工布置圖此方案修改完畢后很快得到了監理和代建單位的同意，施工單位開始施工，在基坑施工完成后發現，海棠花園項目采用BIM技術施工模擬后的修改方案，不僅由于挖掘機在下面施工沒有大的打攪情況工期縮短了5個工作日，而且在工程樁驗收中，沒有發現因為使用挖掘機挖土擾動工程樁，導致工程樁頂摩擦力不夠的情況，保證了施工質量。5個工作日的寬松也為后期施工進度打下良好基礎，減小搶工風險。在此次基坑開挖方法的模擬過程中，BIM技術實現了在三維可視圖的基礎上附加時間維度形成四維模擬施工，BIM技術的這一特性可以用于建筑過程的其他許多分項工程中（例如：鋼筋工程、模板工程等）對項目中施工方案進行模擬。四維模擬施工可以確定這些分項工程中各項細小的具體工作的開展順序、持續時間以及相互關系，對項目現場施工進行技術指導從而保證施工質量。針對海棠花園項目中使用BIM技術進行施工模擬的結果而言，對質量控制的價值體現有三點：解決“信息孤島”問題信息孤島是指：由于在施工項目中，每個施工階段是相互獨立的，在案例中管樁是樁基施工隊進行施工而基坑又是總承包一樣極易造成單位與單位之間信息的不暢通，施工現場絕大多數的生產過程不可能只有一個專業單位進行施工，不同的專業造成知識相互沖突各，種信息無法或者無法順暢地在部門與部門之間流動，嚴重阻礙信息溝通。BIM技術在建立模型的過程中將所有相關聯的信息建立進去，加強現場管理者的聯想思維，以動畫模型的形式進行溝通交流，有利于信息傳遞，控制施工質量。優化施工質量控制的細節基坑施工是在樁基工程施工完畢后方能組織實施。每個建筑工程從業人員都知道成品保護的重要性，但是在實際生產過程中，由于知識的缺陷很容易忽視一些細節。BIM信息模型的信息量是涵蓋建筑工程全生命周期的，能及時提醒每一位從業人員在各個施工階段應該注意的問題。同時大部分建筑工程在收尾階段都很難避免出現搶工這一不利于施工質量控制的情況，搶工也一直都被從業人員視為施工質量控制的重大風險，但是施工單位因為受到合同工期制約必須滿足合同條款上對工期的要求，否則建設單位將會按照合同條款對施工單位提出索賠。BIM技術優化施工細節后不僅可以使得不同施工階段的銜接更完美，更從源頭上為施工工序的優化提供了技術支持，為后期施工質量控制打下良好的基礎。促進各參建單位溝通效率每個階段的施工方案都需要管理者的認可后方能進行生產施工，如果僅憑借C海棠花園D平面圖紙、文字上的交流是不易把問題闡述清楚。四維模擬施工將原本需要以大量現場施工經驗為基礎才能編寫和理解方案，以簡單的三維動畫形式向其他參建管理方展示自己的方案，打破了施工單位與管理單位之間的次元壁，實現無障礙信息共享，讓工程施工階段的任意人群甚至非工程行業出身的建設單位都能掌握工程實施的形式，更加具有說服力。4.2.4基于BIM技術的施工圖深化在建筑市場上，BIM技術最重要的核心競爭力是開創了BIM信息模型。BIM信息模型是指通過建立虛擬的建筑工程三維模型，使用數字化技術，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構件的幾何信息、專業屬性及狀態信息，還包含了非構件對象（如空間、運動行為）的狀態信息。BIM信息模型中的數據是動態變化的，按照BIM信息模型精度等級分類，模型分為五個級別（圖3-10BIM模型精度等級），分別為LOD100、LOD200、LOD300、LOD400和LOD500。圖3-10BIM模型精度等級LOD100：方案設計精度。包含建筑項目基本的幾何信息(例如長、寬、高、體積、位置等)。可以幫助項目參建方特別是設計和業主方進行總體分析(如建設方向、單位面積的成本、項目容積率等)。LOD200：初步設計精度。一般為設計開發及擴初設計上。包括建筑體近似的數量、形狀、大小、方向和位置。同時還可以進行一些熱工和性能參數的分析與提取。LOD300：施工圖設計精度。這時候建立的BIM信息模型構件中包含了精確的信息數據(例如位置、尺寸、方向等信息)，也是依據施工圖審圖通過后的圖紙搭建的模型。LOD400：圖紙深化、安裝精度。依據加工圖，BIM信息模型包含了完整的制造、裝配、局部詳細安裝所需的信息。LOD500：竣工運維精度。包含了建筑體在竣工后的所有信息數據，包括實際尺寸、位置、數量、供應商信息、設計施工過程中的變更、材料采購信息等，該BIM竣工信息模型可以直接交付給后期設施管理方進行運營的管理。針對精度模型我們可以得知BIM信息模型的優勢：首先BIM信息模型使用范圍廣，它包含了從方案設計階段開始至后期運維階段的全部信息覆蓋建筑生命全周期。其次BIM信息模型的精細度高，它不是一次完成而是通過多次不斷循環得到高精度模型。讓建筑從業人員感受到了BIM技術與現代建筑要求的吻合性和了改善傳統施工質量控制方式的希望。經過不斷的創新和研發后進一步推出以BIM信息模型為基礎的新的技術：BIM信息管理平臺與四維可視模擬技術。BIM技術的不斷創新信息模型的這兩大優勢，改善了傳統制圖軟件CAD的弊端，從而解決了傳統施工質量控制中深化施工圖紙的相關問題。深化施工圖紙是指現場執行單位拿到設計院所下發的設計圖紙后，由于圖紙上的某些信息必須依據現場實際情況來確定。針對如何合理的優化，確保施工質量，現場執行單位需要深化圖紙，是對施工過程的再創造。我們以A項目管線綜合布置施工圖深化為例，展示BIM技術在施工圖深化中的運用價值。A項目進入機、電安裝施工階段時需要先對大樓中所需要使用的管線進行施工，其中有三根直徑150mm的消防管分別用于消防樓層供水、消防噴淋供水、消防回水；兩根直徑75mm的生活用水分別是供應冷、熱水；一根800mmX400mm的方形風管用于室內新風系統；一個200mmX120mm的強電橋架放置設備電線；一個200mmX120mm的弱電橋架放置網線、電話線等。以上這些管線按照設計院圖紙上的要求需要從走道的吊頂天花板上方橫跨整個建筑物，再根據房間使用功能的要求以支管的形式進入到各自需要使用的房間內，人們日常工作中離不開水、電、通信，所以此施工階段是項目上重要的施工質量控制點。為了控制此階段的施工質量，施工單位向建設單位申請使用BIM技術對本次管線安裝工程進行優化，建設單位立即同意請求并與BIM總監聯系，BIM總監接到建設單位要求后安排BIM工程師對此圖紙進行深化，過程如下：（1）BIM模型創建建模首先是建立建筑、結構的BIM三維模型，然后在建筑、結構模型的基礎上輸入暖通空調、給水排水、電氣、消防等管線信息，最后根據各個專業要去及凈空控制條件對管線進行合理的布局和優化得到初次的管線綜合布置模型。（2）管線的干涉檢查在保證項目系統及功能的前提下，結合建筑、結構及室內裝修等子項的具體要求，對機電各個專業管線進行綜合協調和深化，按照小管避讓大管、有壓避讓無壓、安裝難度小避讓安裝難度大、電上水下的原則進行管線綜合排布調整。完成調整后將現場綜合布局信息輸入至BIM模型中，再使用BIM相關模塊的軟件進行干涉檢查（如圖3-11，三維綜合管線干涉檢測）。圖3-11三維綜合管線干涉檢測BIM技術會將在模型中管線出現沖突問題的地方檢查出來并以清單的形式列出，現場施工質量控制人員聯合各個相關專業分包技術人員依據此清單內容逐條進行溝通、修改。完成修改后將新的信息管線干涉檢查，如此反復直至所有管線沒有出現沖突問題為止。如果必須通過修改管線尺寸才能解決此施工難題，施工總承包單位會通過BIM管理平臺以報告的形式澄清問題并附上三維效果照片，請建設單位聯系設計單位做明確回復。由于有BIM技術的數據作為支撐協調、修改工作有理有據，調整圖紙更迅速準確，最終實現項目管線布局的合理性。經過以上的兩個過程A項目最后管線綜合布局圖定稿（如圖3-12，管線綜合布局示意圖）。因為有BIM模型的數據做支持，此次深化施工圖的成果很快得到設計院認可，用深化設計后的管線綜合布局圖施工后發現，不僅在機、電安裝施工階段節省了將近20萬的資金，而且由于在前期施工工程中管套進行預埋，增快施工速度縮短了15天的工期，為后面的施工工序爭取了寶貴的時間。圖3-12管線綜合布局示意圖4.2.5基于BIM技術的施工場地布置項目建設是一個動態管理的過程，在不同的時期場地布置的最優選擇會不同，想要保證施工質量就必須要保證各個參建單位都能有合理的利潤收入，多次進行場地布置會降低施工單位的利潤。所以在場地布置時應對未來建設情況有提前預測分析的能力，綜合考慮項目建設的發展情況，這樣才能使得場地形成最合理的生產流線，從而提高施工質量控制效果。出于對以上的工作難度的考慮，A項目的施工單位使用BIM技術輔助場地布置設計，過程如下：首先施工單位將自己的施工組織計劃信息錄入至BIM三維模型中得到BIM四維模型。BIM四維模型是4D的動態模型，它在3D模型的基礎上增加了時間這個維度后使得整個場區的變化可以隨著計劃推進、工程的施工進度而改變。運用BIM四維模型可以將整個建設項目從土方開挖到整體竣工的施工過程進行全方位的精確模擬并以動畫的形式展現到管理者面前，讓場地布置的設計人員可以先從宏觀的角度看到整個建設工程項目變化的趨勢，然后再用三維可視化漫游從微觀的角度將項目進行局部解析，將施工過程中細節實施情況用三維畫面表現出來。施工單位現場布置設計人員根據模型中信息的反饋信息，綜合布局的規范安全性以及確保經濟使用合理性，進行施工場地布局。A項目，除了旁邊新開建設樓盤的原因，項目上辦公用房重新布置了一次外其他的臨時建筑都沒有發生移動的現場，也沒有出現由于施工道路布置出現增加運輸節奏混亂，最重要的是沒有像其他項目出現由于場地布置不合理到項目臨近收尾階段項目上臨時辦公用房拆除后沒有場地新建臨時辦公用房的現象。從這次使用BIM技術對項目現場布置的結果分析，優化情況良好，既為施工單位節省了建設臨時辦公用房的費用，也保證了項目的施工效率。（如圖3-13，施工場地布置漫游截圖）圖3-13施工場地布置漫游截圖

第4章基于BIM技術在海棠花園項目施工質量控制應用中存在的問題與優化4.1海棠花園項目施工質量控制使用BIM技術存在的問題4.1.2運用BIM技術難以短期內控制的項目施工質量此海棠花園項目的思路是進行簡單的主體結構施工，主要使用要求是完善內部醫療使用功能的臨時搶險建筑。BIM技術相對于其他技術而言其核心競爭力是BIM信息模型。此模型是由多個不同專業的BIM工程師經過一次次深化后綜合在一起形成的，這也意味著BIM信息模型多個專業信息是缺一不可的，否則會影響BIM信息模型的使用。但是此海棠花園項目工期非常緊張，沒有時間給BIM技術工程師去在完善每個專業的模型深化，不能滿足只對凈化系統以及電系統建立模型并深化的要求，導致最終次海棠花園項目沒有使用BIM技術。4.1.2細化程度不足，影響施工質量海棠花園項目中所涉及的施工過程多，包括土石方開挖、樁基基礎工程、模板工程、腳手架工程、鋼筋工程等每一個方案都是質量控制的重點，運用BIM模型可對各質量控制點進行三維模擬。為確保項目施工隊的施工質量能達到設計要求，在施工技術交底時有BIM技術的三維模擬效果可以更容易把握要點，幫助施工人員形成更直觀的認識，有利于質量控制。但是在海棠花園項目的施工過程中BIM模型對于現場的模擬的細化程度尚有缺陷還是會忽視一些細節上處理。在空調百葉安裝過程中施工單位只關注百葉安裝卻忽視百葉旁邊空調排水管的定位，導致最后花大量人力物力進行開洞調整，影響了進度和施工質量，造成惡劣的后果。4.1.3專業性人才不足，難以運用BIM控制施工質量BIM技術相對于其他技術而言其核心競爭力是BIM信息模型，每個信息模型都涉及建筑、結構、水、電、暖通等多個專業互相配合經過多次深化完善建筑模型，這些專業工程師缺一不可與這些專業的BIM工程師對接的人員也要具備一些BIM技術的基礎知識。在海棠花園項目中，總承辦單位對安裝配套工程中的水、電、暖通等專業的專業知識了解不深，造成在與BIM團隊溝通的效率低下，甚至出現了無法溝通的情況對施工質量控制造成影響。4.2優化海棠花園項目施工質量控制使用BIM技術的對策建議4.2.1繼續優化BIM軟件從軟件本身出發，繼續壯大軟件的性能達到模型能按照專業分離布置，完成補全現階段還缺少的細小的控制點，健全建設工程全過程BIM技術的管理控制鏈。軟件不斷進行優化能普及軟件的使用范圍，通過軟件的普及能使得更多公司參與到BIM技術的設計運用中有效降低軟件的使用門檻，在市場競爭的環境下BIM技術的使用價格會逐漸降低，最終達到一個合理平衡點。使用過程機械化及根本原因是BIM技術整體的系統性過強，每個專業之間的聯系過于緊密，若能在建立三維信息模型的過程中每個專業能獨立建立和使用模型則能打破這種機械化的工作方式，讓BIM技術更加適應現在的建筑市場的要求。4.2.2提高管理人員的專業性從事建筑行業的公司應該加大對專業知識的學習工作，讓年輕的管理者多多到項目現場歷練學習項目經驗。相對于提升BIM技術的專業知識，管理人員本身的專業性也很重要。將BIM技術引入到海棠花園項目的施工質量控制中時，BIM技術強大的三維模擬技術讓建筑從業人員信服，從技術層面分析BIM技術是有足夠的模擬能力能將細