【BIM技术在施工质量控制中的应用研究-以海棠花园项目为例18000字（论文）】

BIM技术在施工质量控制中的应用研究—以海棠花园项目为例目录TOC\o"1-3"\h\u17742第1章绪论 IV第1章绪论1.1研究背景近年来，房地产行业带动着国家经济的发展，使得建筑业逐渐成为中国国民经济的支柱产业。为了满足人们生活便利性的要求，促进社会和谐平稳的发展，政府近年来在不断完善城市配套公共建筑的建设工作。大型的公共建筑有繁杂的外部造型以及丰富的使用功能导致在施工质量控制时的管理难度直线上升。建筑业信息化纲要的提出也就证明了政府部门也意识到目前的施工质量控制方法存在着一些无法克服的弊端，在建筑行业飞速发展之下传统的施工质量控制方式已经渐渐显出疲态，无法满足现代建筑行业对施工质量控制的要求。现阶段迫切需要一种有效的现代化施工质量控制方法对工程施工质量进行控制，以提高施工质量控制效果降低施工风险。建筑信息模型（BIM）技术的出现解决这个迫在眉睫的难题，基于BIM技术的三维信息模型、信息管理平台等技术完美地解决了用传统质量控制管理方法束手无策的施工质量控制难题，提高施工质量控制效果。由此得知，BIM技术正在给整个建筑行业的施工质量控制带来一场前所未有的变革。1.2研究意义我国将BIM技术引入建设工程管理后产生了明显的经济收益，其效果也得到社会的广泛认可，目前我国将BIM技术运用于施工质量控制上的程度和深度依然比不上发达国家，使得我国BIM技术与施工质量控制无法完美结合，无法达到我国现代管理者对施工质量控制的要求。所以如何将BIM技术充分、合理地运用到施工质量控制上以更好保证施工质量成为当今建筑管理人员都十分关心的问题。希望从海棠花园项目施工质量控制的实际案例出发，通过分析传统施工质量控制的缺陷使从业管理者清楚地认识到传统施工质量控制方法所存在的问题，从海棠花园项目基于BIM技术的施工质量控制的实际运用情况中得到启发，对于提高建筑工程施工质量控制效果具有借鉴意义。第2章BIM技术及施工质量控制相关概述2.1BIM技术相关概述2.1.1BIM技术的概念BIM的全称是建立一个信息模型，被称为继CAD技术之后建筑业的第二个“革命性”技术。这一相关概念最早由美国教授查克于1975年提出。建筑信息模型集成了建设项目全生命周期的所有信息，如模型几何信息、项目功能需求、构件性能参数等，集成了建设、维护和管理过程。2002年，Autodesk正式提出了BIM这个词。此后，BIM这一新术语被广泛接受，对BIM的定义和解释也不断发展和完善。美国国家BIM标准制定了当前完整准确的定义：BIM是一个表示物理和功能属性的平台；建设项目；它是一个共享的知识资源平台，根据设计，项目参与者是项目参与者的概念参与者，您可以随时在平台上共享建设项目的信息，为报废、拆卸全过程的所有决策提供参考；所有类型的BIM都可以输入参考信息，您可以查询、更新，并对BIM平台信息进行修改，实现项目生命周期各阶段不同专业之间的合作。因此，BIM以建筑工程的相关信息数据为基础，通过数字信息仿真来模拟建筑的实际信息，建立三维建筑模型，实现工程监理、物业管理、设施管理、数字化处理以及工程管理等职能。BIM不再是类似CAD的软件，它是实现建筑业升级和信息化管理的重要工具。2.1.2BIM技术的特点BIM技术的核心和难点是三维数据库的建立。三维BIM模型数据库包含从施工到竣工的所有阶段的所有信息。数据信息的任何变化都会导致其他数据信息的变化。因此，BIM技术具有以下特点。（1）可视化。建设项目和功能复杂，在任何阶段都面临重大安全风险。然而，BIM技术以3D虚拟实体的形式显示组件之间的交互和反馈。使建设项目设计、施工、运营的全过程可视化，在项目取消时除安全隐患外，提高了方案的合理性和准确性，促进了项目的正常进行。（2）协调与优化性。BIM技术可以综合调整各种专业信息。例如，在初始建模阶段，可以根据二维CAD结构图提供的信息建立模型。通过该模型，发现了图纸中存在的误差、落差、碰撞、缺陷等问题，及时发现图纸与管线之间的不合理布局，并由各专业进行优化，使工程工期和成本显著降低。（3）模拟性。在设计阶段，利用BIM技术可以模拟太阳光和建筑的能耗，进行优化设计。在投标和施工阶段，4DBIM技术将3DBIM模型与施工进度相结合，以专业的方式模拟施工，确定合理的施工方案。既可以合理安排材料设备的进场和劳动力调配，指导现场施工，又可以安排可视化工程的进度。2.2施工质量控制相关概述2.2.1施工质量控制的定义及特点建设工程施工质量控制是指政府质量监督机构、业主、设计单位、监理单位对施工承包单位正在实施生产的建设工程项目进行质量管理控制，最终使得工程项目通过国家质量检测的过程。由施工质量控制的定义可知：首先施工质量控制实施主体是施工承包单位但是绝大多数的参建单位都应当参与其管理，其次实施施工质量控制过程是在项目建设的过程中，最后施工质量控制是一个反复实施检测的过程。建设工程项目特点非常鲜明，其特殊的生产过程导致其不同于其他类产品的特性：（1）不可逆性。建设工程中部分施工工序即使在验收过程中查出质量问题，也只能进行纠偏处理，不可能回到原始状态重新开始生产。建设工程的投资额一般都比较巨大。若建设工程发生质量事故进行纠偏处理时效果不理想，则会影响到工程后期使用体验，造成巨大的经济损失。（2）不可重复性。每个建设项目都一定会受到项目本身独特的环境、地质等因素的影响，只能单独设计生产。它不像工业产品，可以流水化生产，即使是存在结构环境都一样的图纸，也会由于施工组织方法的不同，施工技术的差异等原因造成不同项目之间的区别。（3）影响因素多。影响建设工程质量的因素有：实施者的能力、工程设备的好坏、材料规格品质的高低、自然环境的优劣，勘察、设计、施工所采用的技术方法合理等。2.2.2施工质量控制的方法（1）事前控制事前控制是建设项目的管理人员前瞻性的一种具体表现。事前控制是在施工质量控制过程中，提前主动预测问题，解决问题的一种主动出击的工作方式，在项目尚未动工时对项目可能遇到的问题或者存在的风险进行预测，然后分析这些问题或者风险可能出现的后果，对其进行防范，提高施工质量。由于事前控制是进行预主动出击的工作方式，所以事前控制在施工质量控制中是最为理想的工作方式，却又是最难以实现的一种。（2）事中控制事中控制一般使用于施工阶段，是传统施工质量控制中最为常见的一种工作方式。工地上将事中控制一般称为施工过程控制，可以理解为一边施工生产一边工地内部检查并整改问题。此工作方式主要是调动现场管理人员、工作人员的积极性，形成一种出现问题解决问题的工作态度，优点在于处理问题目标明确且问题暴露早所花费代价较小，缺点是有可能有无法根治的隐患出现，对施工工期影响较大。事中控制的效果的好坏主要是依靠现场工作人员的工作态度来决定，从进场材料、机械、各道工序到整体的验收都需要进行控制，事中控制的负责人要有强大的理论基础和工作经验的支持，他必须知道每道工序中的重点和之间的顺序关系从而才能保证实施效果。（3）事后控制事后控制一般出现在工程验收阶段，是这三种控制方式中所花费代价最大的控制方式。事后控制是在质量检查和工程验收过程中发现之前已经完工的分部分项工程中已经存在质量问题，然后采取必要的整改措施，是整个建筑工程质量控制的最后一道关卡。事后控制的特点是所有问题都清楚明了，处理意见也明确，但是整改所花费的费用非常大且严重影响工期，且整改质量不易控制。在建设工程施工质量控制过程中应优先选择选事前控制的工作方式，其次使用事中控制，尽量避免使用事后控制，这样不仅能提高施工质量，同时能降低施工过程中所存在的风险。第3章海棠花园项目应用BIM技术的施工质量控制效果分析3.1海棠花园项目概况海棠花园项目是近年来的新建工程项目是一栋带有办公性质和医疗性质的新建综合办公楼项目，项目包括一般使用性质的办公用房，也包特殊使用性质的手术室、产房、重症监护室等医疗用房。海棠花园项目地上15层，地下2层，建筑总高度为62.70m，计划总共配备225辆停车位包括112辆机械停车位，113辆普通停车位。海棠花园项目的总用地规划面积为6652.27m2，总建筑面积24680.33m2，地上建筑面积14982.20m2，地下建筑面积9698.13m2。海棠花园项目计划建成后日门诊量为1000人次，医护人员60人。为了能按时完成工程项目，确保工程的施工质量，有必要对此楼进行分析。海棠花园项目为政府财政投资项目，土建部分投资额约为1.07亿，装饰装修部分投资额为1亿，合同约定工期为730天，建设单位和后期使用单位是政府卫生系统的服务单位，本大楼建成后除了为卫生系统工作人员提供办公场所外，更是为孕妇、特殊疾病的病人等弱势群体提供检查场所。海棠花园项目具体有以下几个特点：（1）公开服务性海棠花园项目的建造的初衷是为了完善人民日常生活的需要，为公民提供医疗服务。因此，是公开和开放的场所，任何公民都可以在建筑运营规定的时间内进入建筑体内进行被允许的活动，且除了规定的事情外不会收取费用。服务性也就决定海棠花园项目，除了政府的投资费用之外没有其他收入来源。所以在施工过程中对质量的控制必须精准，不允许出现由于施工质量问题使得造价上涨超出预算的问题。（2）使用功能丰富海棠花园项目为政府财政投资建设的项目，除了有办公性质外还兼有部分医疗的使用功能。丰富的使用功能必然导致在施工过程中会有更多专业分包将参与到项目建设。使用功能丰富对施工质量控制工作给予了巨大压力：首先众多的专业分包入场施工存在施工工作面相互协调的问题。其次如何对非常规专业性强的分包的管理施工质量的进行控制也是工作难点。（3）人流量大不易控制海棠花园项目是对外界开放的，任何公民都可以在建筑运营规定的时间内进入建筑体内进行被允许的活动，造成人员密集，人流量大。人流量大不易控制使得海棠花园项目在设计图纸相较于一般性质的办公楼更为复杂导致施工时面临的问题也会更多，对施工质量控制造成影响。（4）较大社会影响海棠花园项目的建设单位是政府卫生系统的服务单位，资金为财政投资所以在项目施工前就被定义为“政府形象工程”，社会影响力大。这特点导致海棠花园项目无论是施工过程中或是交付使用后必须在保证优异的施工质量，否则将会造成恶劣的社会影响。3.2影响海棠花园项目施工质量控制的因素建筑行业的专家通过对大量建设工程施工质量控制的过程进行、结果分析和总结得出影响建筑工程施工质量有五大因素，分别是：人工（m海棠花园n）、材料（m海棠花园teri海棠花园l）、机械（m海棠花园chine）、方法（method）和环境（environment），简称4M1E。（1）人的因素人指工程项目建设的决策者、管理者、操作者是生产经营活动的主体，人员的素质，将直接和间接地对施工的质量产生影响。在该体系中大致分为三类人群：一类指的是不直接参与施工，但是要把控全局的决策者：建设单位、代建单位以及监理单位的管理者；第二类是用自己的专业知识将建设单位的决策结合规范要求并以图纸的形式表达出来的技术工作者：设计单位；第三类是按照施工图纸和施工规范的现场执行者：施工队项目部。人的因素对海棠花园项目施工质量控制的影响十分明显。作为决策者的工作人员应对该工程项目有全局性的认识，具备统筹谋划能力，能全面考虑施工过程中可能出现的各种问题，防止海棠花园项目在施工过程中出现质量事故提升施工质量。作为技术工作者的工作人员应对项目建设过程有清晰的思路，丰富的专业知识，在海棠花园项目施工准备阶段运用专业知识设计一套切实可行的施工图纸，有效降低施工难度间接提升施工质量。作为执行者的工作人员应该具备良好的施工手艺、强大的执行能力，海棠花园项目在施工过程中能完善决策者以及设计师的指示，确保施工质量。（2）机械的因素机械包括工程设备、施工机械和各类施工工具。大致分为两类，一类：工程设备指的是项目以后要使用的机械，此类机械直接决定项目投入使用的使用体验；另一类施工机械指在施工过程中使用大型的机械以及施工工具指的是施工过程中小型工具。针对第一类以后要使用的机械，海棠花园项目的建设单位是以“甲供材料”的方式进行管控即建设单位直接与生产厂家签订合同，生产厂家上门安装确保使用机械的质量。第二类施工过程中使用大型的机械和工具，施工现场的质量管理人员要求任何进场机械和工具在正式用于施工前必须上报产品合格证，在用于施工后必须定期组织机械、工具的维修和保养工作，杜绝因机械问题造成的施工质量事故。（3）材料的因素材料指建设工程项目中使用的原材料，是工程施工的基本物质条件。海棠花园项目的建设单位对现场施工所使用主要的原材料钢筋与混凝土进行严格控制，要求进场钢筋必须是由鄂钢或者武钢所生产的钢筋，同时在项目前期对供应海棠花园项目混凝土的商混站也进行了考察。所有在工程上使用的材料采取先检后用的原则，没有合格证的材料一律不允许使用，以确保项目质量。（4）方法的因素方法指各个参建单位的管理人员从施工准备阶段到工程验收完毕交付使用前为保证施工质量所使用的技术方法和工作方式。从施工质量控制的角度分析，优秀的方法可以缩短工期，提高施工质量，推动整个项目朝着良好的方向前进。海棠花园项目的建设单位对管理者要求项目上所用的施工质量控制工作方式以事前控制为主。现场管理人员依据建设单位的指示，要求施工单位在每个施工工序前必须编写施工方案并上报得到监理单位、代建单位认可后方能进行施工。3.3传统施工质量控制的存在的问题3.3.1传统施工质量控制在人为因素方面的问题在建设工程项目中使用传统施工质量控制方法造成人的因素缺陷有两个：工人思想意识上的匮乏以及实施主体单位自身组织结构问题。（1）工人思想意识上的匮乏随着工作年限的增长和工作经验的积累，大多数工人能逐渐能面对和解决施工做成中的常见问题。长此以往其中部分工人会以丰富的施工经验自居，在对面施工质量控制问题时习惯性的形成经验主义论即凭借以往的施工经验解决问题。但是每个建设项目都是不可重复即使凭借以往的工作经验经历能解决部分问题但绝不是所有问题，每个项目在施工细节处理上不可能相同。这种思想意识为整个施工质量控制埋下了隐患。为了满足建设单位对工期的要求，在整个建设工程项目中每个工人每天都面对高强度的生产任务，导致大部分工人都只精通自己长期从事的工作对非本专业知识不甚了解，也没有过多的精力或者没有机会去学习其他专业的知识。其他专业知识的极度匮乏会引发当自己施工工作完毕后，达不到后续施工队进场进行施工的理想状态，不仅增大施工队之间配合矛盾更不利于施工质量细节控制。（2）总包单位组织结构问题在传统施工质量控制方法下，施工单位项目部组织结构形成一个以项目经理为首的总包施工质量控制组织（图3-1传统的总承包方施工质量管理组织结构图）如下：图3-1传统的总承包方施工质量管理组织结构图这种组织结构形式属于直线型组织结构。直线制组织结构的优点是：结构比较简单，责任分明，命令统一，生产效率高。缺点是：它要求项目经理通晓多种知识和技能，亲自处理各种业务。在对技术要求低、工艺要求低的项目进行施工质量控制时直线型组织结构是完全能满足生产要求，但是对于海棠花园项目的这类复杂建筑工程将所有管理职能集中到项目经理身上是完全不合理的。若使用这种组织结构形式则会出现由于没有可以为项目经理分担工作压力的组织存在，致使在项目生产过程中出现决策错误的几率大幅度上升，为施工质量控制埋下隐患。3.3.2传统施工质量控制在技术因素方面的问题在工地现场施工总承包单位是整个施工质量控制工作的主要实施者之一，为工程项目现场能顺利地开展生产任务，总承包单位常常需要组织各个多个参建分包单位一起交流协商关于交叉施工相互配合的相关事宜。由于各个分包单位所进行施工的专业内容不尽相同，导致此类协调专业分包施工配合工作主要工作依据是施工图纸。传统绘制图使用的软件工具是C海棠花园D，虽然C海棠花园D是一项完善且杰出的工程技术发明，它改变了过去整个工程产品设计方法，将原本只能用笔表达的信息输入到了计算机中，将原本必须由人手工绘制的图纸的繁琐工作交给计算机完成，但是到目前为止发展完善的C海棠花园D有着两个无法解决的缺陷：（1）CAD技术不能表示空间关系在建筑施工过程中，每一个建筑构件都至少有三个属性分别是：尺寸、平面定位、空间定位。CAD技术是以2D平面表达为主，虽然CAD图纸中可以绘制剖面图表示空间关系，但是在现实的工作中不可能实现每个构件的空间关系都用图纸的形式表达。（2）CAD技术不具备图纸整合功能建设工程的施工图纸一般分为建筑、结构、水、电、暖通、园林，这六个专业的设计图纸。除了建筑、结构专业外其余的专业在工程施工过程中都是进行交叉施工，但是设计师受到专业的限制无法将这些要进行交叉施工的专业图纸进行整合，CAD软件同样不具备这整合功能。CAD的这两个缺陷造成了在施工过程中建筑构件的空间关系紊乱。建筑构件的空间关系紊乱是建筑行业内公认的施工质量控制难题，空间关系的紊乱将会造成各分包单位在协商相互配合施工时的不顺畅，使得构件之间必须经过多次调试才能达到设计要求，为施工质量控制留下隐患。这个问题对于参与施工单位众多以及使用方式丰富的复杂公共建筑项目施工质量控制的影响更加明显。3.4基于BIM技术对施工质量控制的改善3.4.1基于BIM技术的施工质量控制体系的建立BIM信息管理平台是将BIM信息模型与互联网技术进行融合，它的出现彻底地解决了目前传统施工质量控制提的缺陷，产生了基于BIM技术的施工质量控制体系。基于BIM技术的施工质量控制体系与之前传统的施工质量控制体系结构比较，最明显的区别是在体系结构中增加了一个名为“BIM信息管理平台”的组织。（图3-2基础BIM技术的施工质量控制体系结构图）图3-2基于BIM技术的施工质量控制体系结构图针对传统施工质量控制体系而言，基于BIM技术的施工质量控制体系完美地改善了其缺点，更符合海棠花园项目的施工质量控制要求：（1）减轻项目经理工作压力传统的施工质量控制体系中项目经理整个质量控制的核心枢纽，他在整个施工质量控制过程中起着信息传递、协调、安排生产任务的职责。在基于BIM技术的施工质量控制体系中使用BIM信息管理平台网络技术完成传递和协调的工作减轻项目经理的工作负担，以保证生产任务的顺利进行。（2）具有统筹协调能力，能对建设单位的控制提供帮助BIM信息管理平台中存有整个项目周期的全部信息，这些信息反映了各个参建单位在每个时间节点需要完成的工作进度和工作要求，建设单位可以根据这些信息统筹安排现场的施工情况，控制施工质量。当参建单位需要协调某件事情时，运用信息平台的网络技术可以最快速度联系各个参见单位同时在平台中调出BIM信息模型，确保最快速度解决问题。由于基于BIM技术的施工质量控制的体系的改变使得整个施工质量控制工作流程也产生了重大的影响。在施工前准备阶段，设计单位和施工单位将建筑信息输入BIM信息管理平台的模型中，使用BIM技术的三维模拟技术对施工方案模拟或者用于施工图纸的深化设计。在这些准备工作完成后，施工单位可以使用BIM技术的深化成果对即将入场的施工班组进行更为详细的技术交底，通过三维动态模拟施工过程并直观地告知在施工阶段中将会遇到的施工重点与难点。在此过程中发现图纸或者施工方面的技术问题，可以及时将问题反馈到BIM信息管理平台上通过网络联系其他技术单位协商解决问题。在施工过程中或者在完成施工阶段后发现问题，现场管理者会将产生的问题及时反馈到BIM信息管理平台，使用BIM技术模型中数据储存的功能进行查证找寻问题所产生的原因。若是施工工艺或者是使用材料等施工质量控制不足所产生的问题则施工单位将会按照原图纸内容进行整改，监理单位进行质量控制确保最后施工质量能满足图纸上的要求。若是由于施工图纸存在问题导致的质量控制事故，则管理者将通过BIM信息管理平台的网络系统联系代建单位，由代建单位向设计单位下达指令修改图纸，并按照新的图纸内容进行整改。（图3-3基于BIM技术的施工质量控制工作流程图）图3-3基于BIM技术的施工质量控制工作流程图相较于传统的施工质量控制流程，基于BIM技术的施工质量控制工作流程在以下方面改进了质量控制工作：（1）提升事前发现问题时协商效率。在施工前发现问题，需要联系技术单位共同协商解决问题。基于BIM技术的施工质量控制流程能运用网络技术最快速联系相关单位，储存记录过程和结果。其他非技术单位可以直接根据模型和记录查看问题大量减少理解问题时间，优化解决问题的速度。（2）其次缩短处理问题的流程过长。传统施工质量控制在记录问题解决问题采文本函件形式记录问题，其目的是为后期查证验收留下痕迹。BIM信息管理平台在解决问题的过程中可以记录数据同时参见单位可以在网上进行批阅，节省了函件书写、传送以及审批等繁琐的流程，为施工质量控制提供良好的环境。（3）最后加强施工单位和设计单位之间的联动性。BIM信息管理平台在施工准备阶段为施工单位和设计单位之间提供一条更顺速的沟通途径，可以及时沟通任何问题。由于BIM信息管理平台是任何参建单位都可以使用管理平台具有公开性，所以不违反施工单位不得私下与设计院联系的规定。3.4.2基于BIM技术的施工质量管理的组织结构在建设工程项目引用BIM技术后，BIM信息管理平台为每个工人提供了一个便利日常学习其他专业知识的场所。若工人在接触BIM技术后意识到非本专业知识提升的益处与重要性，他们可以通过BIM信息管理平台上关于本项目的储备资料进行系统的学习提高自己知识的储备量。这种良性施工人员素质的改善会使得项目施工质量控制效果整体提升。更重要的是引用BIM技术后，总承包单位施工项目的结构也在BIM技术的作用下进行优化变成基于BIM技术的总承包单位施工项目部（3-4基于BIM技术的总承包施工质量控制结构图）。3-4基于BIM技术的总承包施工质量控制结构图基于BIM技术的总承包施工质量控制组织相比于在传统的施工质量组织，最大的变化在于新的组织结构由直线型组织结构转变成了职能式组织结构。这种变化对海棠花园项目施工质量控制有如下好处：职能式组织结构更适合管理复杂技术问题在此职能式组织结构中总承包单位施工项目部中新增加一个管理职位BIM总监，使得部分职能由原先全部集中于项目经理，转变成由项目经理和BIM总监通过分摊管理职能。当面对复杂的技术问题时项目经理和BIM总监作为整个项目实施者的最高管理者，他们的决策准确性将直接影响到整个项目运行的方向，决定项目的成败。将项目经理专业理论知识、现场实际生产经验与BIM总监的数据管控相结合将整体提高决策时的准确性从而提升施工质量控制效果。提升质量管理的重要性在传统的总承包方施工质量管理组织结构图中，质量总监是位于生产经理之下，也就表明在传统施工质量控制的过程中是先满足整体的施工生产的任务后再才考虑施工质量控制效果。在基于BIM技术的总承包施工质量控制结构中生产经理与质量总监同时受到BIM总监与项目经理的直接管理，在考虑安排生产任务时同时考虑施工质量控制，提升了施工质量控制在整个项目管理当中的地位。3.4.3基于BIM技术的专项施工实施方案专项施工方案是施工单位对针对施工质量控制困难、施工过程危险且一旦质量失控将会影响到工人生命安全而编制的特殊指导方案。其中主要包括技术方案(进度安排、关键技术预案、重大施工步骤预案)、安全方案(安全总体要求、施工危险因素分析、安全措施、重大施工步骤安全预案)、材料供应方案(材料供应流程、接保检流程、临时材料采购流程)等。基于BIM技术的施工模拟技术在专项施工方案的编制过程中可以提前对施工方案的技术方案部分的施工进度、关键技术预案、重大施工步骤预案提前进行施工模拟，通过所获得的数据对整个施工方案的可行性和合理性进行分析，找到方案中存在的问题为施工质量控制提供可靠的保证。下面我们以海棠花园项目基坑土方开挖为例，展示BIM技术在专项施工实施方案中的运用情况。海棠花园项目配有两层地下室，用作地下室车库。现在计划海棠花园项目的地下室开始施工准备进行基坑开挖，施工单位编制基坑专项施工实施方案如下：海棠花园项目，建筑由一栋15层主楼及2层地下室组成。基坑开挖面积约为8800㎡，周长约为380米。基坑重要性等级：一级。基坑设计地面标高约为20.0m~21.0m，基坑开挖深度约为11m。本工程土方量约为96800m³，计划分4各区域，2轮施工。第一次开挖：支撑梁施工前卸土阶段。开挖深度：约3.0m，土方外运约为26400m³，计划工期8天，计划日出土量约为3300m³。第二次开挖：支撑梁底层至底板垫层底。（含主楼基础及地下室承台和地梁等）其中分为三个施工段每次开挖深度为3m、3m、2m。第一段开挖深度：约3.0m，土方外运约为26400m³，计划工期8天，计划日出土量约为3300m³。第二段开挖深度：约3.0m，土方外运约为26400m³，计划工期8天，计划日出土量约为3300m³。第三段开挖深度：约2.0m，土方外运约为17600m³，计划工期6天，计划日出土量约为2950m³。一次性投入挖掘机数量公式：Ni=QiK/qixTi，其中Qi需完成的工作量；K由于土被抓出放置土会变蓬松的不均衡系数，取1.15；qi每台挖机一天的产量，取800m³/天；Ti机械使用效率，1/Ti取1.09。第一次开挖投入挖掘机数量计算：N1=3300x1.15/800x1.09=[5.17]=6台第二次第一段、第二段开挖投入挖掘机数量计算：N2、3=3300x1.15/800x1.09=[5.17]=6台第二次第三段开挖投入挖掘机数量计算：N4=2950x1.15/800x1.09=[4.6]=5台依据计算得出基坑分层开挖时间节点表（表4-1海棠花园项目基坑分层开挖时间节点表）表3-1海棠花园项目基坑分层开挖时间节点表序号土层开挖层次计划开工时间计划完工时间施工天数备注1第一层2017.11.012017.11.0886台挖机2第二层第一段2017.12.182017.12.2586台挖机3第二层第二段2017.12.262018.01.0286台挖机4第二层第三段2018.01.032018.01.0865台挖机施工单位计划将整个基坑分成6个区域，在同一层的施工中先对东侧的四、五、六区开始施工，然后对一、二、三区域施工。在西侧的二区进行放坡，坡宽为1.5m，放坡系数k=1/3用于挖掘机和运土车上下基坑（图3-5海棠花园项目基坑的施工布置图）。图3-5海棠花园项目基坑的施工布置图海棠花园项目，为了保证基坑施工质量和效率，施工单位在编写完此施工方案后就上传到“BIM总监与协作平台”，希望运用BIM技术对此施工方案把关，看此施工方案是否合理，此提议得到了建设单位的支持，BIM总监接到建设单位要求后安排BIM工程师对此施工方案进行模拟，过程如下：（1）运用BIM技术建立场地模型施工单位用全站仪将现场土方的高程测量完毕后用电子文本的形式记录下来，将场地高程点坐标文件导入BIM的Revit系列（三维建模模块）模块中，使用场地选项建立场地表面模型。然后通过测量的坐标确定出基坑的位置并在C海棠花园D平面图上标出，建立工程桩模型并按照施工现场的实际位置和埋深参数布置在模型中创建出项目基坑模型（如图3-6，Revit基坑效果图），在基坑模型中按照现场施工通过BIM技术的Revit模块的体量功能，创建挖掘机模型并设置每台挖掘机的工作区域。基坑内的土方是采用楼板的形式在模型中建立，楼板的材质选为土层，然后用于实际土方开挖顺序逆向建立模型，模型大致完成。图3-6Revit模块基坑效果图（2）制作施工模拟3D动画将基坑分层开挖时间节点表录入，具体的土方开挖工作可以表细化到相对应哪层（哪块）的土方上，并将土方的任务类型调制为“拆除”，导入BIM相应模块中，按照时间节点录入后相当于在三维模型中加入时间这个维度，通过3D渲染后施工模拟基本完成。（如图3-7，施工模拟动画截图）图3-8施工模拟动画截图在施工单位与BIM总监充分的沟通后完成了施工模拟动画的制作，在观看施工动画后发现了此施工方案的问题：分层开挖场区划分有问题。海棠花园项目基坑深度为11m，放坡系数k=1/3，也就是说在基坑底此坡长度为33m。根据施工动画模拟在一区与二区和二区与三区相交的位置会有挖掘机施工打搅和车辆转弯半径不够的情况出现。基坑底部施工时没有保护工程桩的措施。海棠花园项目的工程桩采用的成品管桩，桩顶距离基坑底部位置十分近，用挖机会破坏管桩的稳定性对质量造成影响。海棠花园项目按照BIM工程师提出的意见，在原施工方案的基础上进行修改，对施工场区布置重新编制按照先施工三、四区在施工一、二区（图3-9新海棠花园项目基坑的施工布置图），并在方案后增加一条“用挖机开挖到距离基坑底300mm土层，进行人工开挖”。图3-9海棠花园项目基坑的施工布置图此方案修改完毕后很快得到了监理和代建单位的同意，施工单位开始施工，在基坑施工完成后发现，海棠花园项目采用BIM技术施工模拟后的修改方案，不仅由于挖掘机在下面施工没有大的打搅情况工期缩短了5个工作日，而且在工程桩验收中，没有发现因为使用挖掘机挖土扰动工程桩，导致工程桩顶摩擦力不够的情况，保证了施工质量。5个工作日的宽松也为后期施工进度打下良好基础，减小抢工风险。在此次基坑开挖方法的模拟过程中，BIM技术实现了在三维可视图的基础上附加时间维度形成四维模拟施工，BIM技术的这一特性可以用于建筑过程的其他许多分项工程中（例如：钢筋工程、模板工程等）对项目中施工方案进行模拟。四维模拟施工可以确定这些分项工程中各项细小的具体工作的开展顺序、持续时间以及相互关系，对项目现场施工进行技术指导从而保证施工质量。针对海棠花园项目中使用BIM技术进行施工模拟的结果而言，对质量控制的价值体现有三点：解决“信息孤岛”问题信息孤岛是指：由于在施工项目中，每个施工阶段是相互独立的，在案例中管桩是桩基施工队进行施工而基坑又是总承包一样极易造成单位与单位之间信息的不畅通，施工现场绝大多数的生产过程不可能只有一个专业单位进行施工，不同的专业造成知识相互冲突各，种信息无法或者无法顺畅地在部门与部门之间流动，严重阻碍信息沟通。BIM技术在建立模型的过程中将所有相关联的信息建立进去，加强现场管理者的联想思维，以动画模型的形式进行沟通交流，有利于信息传递，控制施工质量。优化施工质量控制的细节基坑施工是在桩基工程施工完毕后方能组织实施。每个建筑工程从业人员都知道成品保护的重要性，但是在实际生产过程中，由于知识的缺陷很容易忽视一些细节。BIM信息模型的信息量是涵盖建筑工程全生命周期的，能及时提醒每一位从业人员在各个施工阶段应该注意的问题。同时大部分建筑工程在收尾阶段都很难避免出现抢工这一不利于施工质量控制的情况，抢工也一直都被从业人员视为施工质量控制的重大风险，但是施工单位因为受到合同工期制约必须满足合同条款上对工期的要求，否则建设单位将会按照合同条款对施工单位提出索赔。BIM技术优化施工细节后不仅可以使得不同施工阶段的衔接更完美，更从源头上为施工工序的优化提供了技术支持，为后期施工质量控制打下良好的基础。促进各参建单位沟通效率每个阶段的施工方案都需要管理者的认可后方能进行生产施工，如果仅凭借C海棠花园D平面图纸、文字上的交流是不易把问题阐述清楚。四维模拟施工将原本需要以大量现场施工经验为基础才能编写和理解方案，以简单的三维动画形式向其他参建管理方展示自己的方案，打破了施工单位与管理单位之间的次元壁，实现无障碍信息共享，让工程施工阶段的任意人群甚至非工程行业出身的建设单位都能掌握工程实施的形式，更加具有说服力。4.2.4基于BIM技术的施工图深化在建筑市场上，BIM技术最重要的核心竞争力是开创了BIM信息模型。BIM信息模型是指通过建立虚拟的建筑工程三维模型，使用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。BIM信息模型中的数据是动态变化的，按照BIM信息模型精度等级分类，模型分为五个级别（图3-10BIM模型精度等级），分别为LOD100、LOD200、LOD300、LOD400和LOD500。图3-10BIM模型精度等级LOD100：方案设计精度。包含建筑项目基本的几何信息(例如长、宽、高、体积、位置等)。可以帮助项目参建方特别是设计和业主方进行总体分析(如建设方向、单位面积的成本、项目容积率等)。LOD200：初步设计精度。一般为设计开发及扩初设计上。包括建筑体近似的数量、形状、大小、方向和位置。同时还可以进行一些热工和性能参数的分析与提取。LOD300：施工图设计精度。这时候建立的BIM信息模型构件中包含了精确的信息数据(例如位置、尺寸、方向等信息)，也是依据施工图审图通过后的图纸搭建的模型。LOD400：图纸深化、安装精度。依据加工图，BIM信息模型包含了完整的制造、装配、局部详细安装所需的信息。LOD500：竣工运维精度。包含了建筑体在竣工后的所有信息数据，包括实际尺寸、位置、数量、供应商信息、设计施工过程中的变更、材料采购信息等，该BIM竣工信息模型可以直接交付给后期设施管理方进行运营的管理。针对精度模型我们可以得知BIM信息模型的优势：首先BIM信息模型使用范围广，它包含了从方案设计阶段开始至后期运维阶段的全部信息覆盖建筑生命全周期。其次BIM信息模型的精细度高，它不是一次完成而是通过多次不断循环得到高精度模型。让建筑从业人员感受到了BIM技术与现代建筑要求的吻合性和了改善传统施工质量控制方式的希望。经过不断的创新和研发后进一步推出以BIM信息模型为基础的新的技术：BIM信息管理平台与四维可视模拟技术。BIM技术的不断创新信息模型的这两大优势，改善了传统制图软件CAD的弊端，从而解决了传统施工质量控制中深化施工图纸的相关问题。深化施工图纸是指现场执行单位拿到设计院所下发的设计图纸后，由于图纸上的某些信息必须依据现场实际情况来确定。针对如何合理的优化，确保施工质量，现场执行单位需要深化图纸，是对施工过程的再创造。我们以A项目管线综合布置施工图深化为例，展示BIM技术在施工图深化中的运用价值。A项目进入机、电安装施工阶段时需要先对大楼中所需要使用的管线进行施工，其中有三根直径150mm的消防管分别用于消防楼层供水、消防喷淋供水、消防回水；两根直径75mm的生活用水分别是供应冷、热水；一根800mmX400mm的方形风管用于室内新风系统；一个200mmX120mm的强电桥架放置设备电线；一个200mmX120mm的弱电桥架放置网线、电话线等。以上这些管线按照设计院图纸上的要求需要从走道的吊顶天花板上方横跨整个建筑物，再根据房间使用功能的要求以支管的形式进入到各自需要使用的房间内，人们日常工作中离不开水、电、通信，所以此施工阶段是项目上重要的施工质量控制点。为了控制此阶段的施工质量，施工单位向建设单位申请使用BIM技术对本次管线安装工程进行优化，建设单位立即同意请求并与BIM总监联系，BIM总监接到建设单位要求后安排BIM工程师对此图纸进行深化，过程如下：（1）BIM模型创建建模首先是建立建筑、结构的BIM三维模型，然后在建筑、结构模型的基础上输入暖通空调、给水排水、电气、消防等管线信息，最后根据各个专业要去及净空控制条件对管线进行合理的布局和优化得到初次的管线综合布置模型。（2）管线的干涉检查在保证项目系统及功能的前提下，结合建筑、结构及室内装修等子项的具体要求，对机电各个专业管线进行综合协调和深化，按照小管避让大管、有压避让无压、安装难度小避让安装难度大、电上水下的原则进行管线综合排布调整。完成调整后将现场综合布局信息输入至BIM模型中，再使用BIM相关模块的软件进行干涉检查（如图3-11，三维综合管线干涉检测）。图3-11三维综合管线干涉检测BIM技术会将在模型中管线出现冲突问题的地方检查出来并以清单的形式列出，现场施工质量控制人员联合各个相关专业分包技术人员依据此清单内容逐条进行沟通、修改。完成修改后将新的信息管线干涉检查，如此反复直至所有管线没有出现冲突问题为止。如果必须通过修改管线尺寸才能解决此施工难题，施工总承包单位会通过BIM管理平台以报告的形式澄清问题并附上三维效果照片，请建设单位联系设计单位做明确回复。由于有BIM技术的数据作为支撑协调、修改工作有理有据，调整图纸更迅速准确，最终实现项目管线布局的合理性。经过以上的两个过程A项目最后管线综合布局图定稿（如图3-12，管线综合布局示意图）。因为有BIM模型的数据做支持，此次深化施工图的成果很快得到设计院认可，用深化设计后的管线综合布局图施工后发现，不仅在机、电安装施工阶段节省了将近20万的资金，而且由于在前期施工工程中管套进行预埋，增快施工速度缩短了15天的工期，为后面的施工工序争取了宝贵的时间。图3-12管线综合布局示意图4.2.5基于BIM技术的施工场地布置项目建设是一个动态管理的过程，在不同的时期场地布置的最优选择会不同，想要保证施工质量就必须要保证各个参建单位都能有合理的利润收入，多次进行场地布置会降低施工单位的利润。所以在场地布置时应对未来建设情况有提前预测分析的能力，综合考虑项目建设的发展情况，这样才能使得场地形成最合理的生产流线，从而提高施工质量控制效果。出于对以上的工作难度的考虑，A项目的施工单位使用BIM技术辅助场地布置设计，过程如下：首先施工单位将自己的施工组织计划信息录入至BIM三维模型中得到BIM四维模型。BIM四维模型是4D的动态模型，它在3D模型的基础上增加了时间这个维度后使得整个场区的变化可以随着计划推进、工程的施工进度而改变。运用BIM四维模型可以将整个建设项目从土方开挖到整体竣工的施工过程进行全方位的精确模拟并以动画的形式展现到管理者面前，让场地布置的设计人员可以先从宏观的角度看到整个建设工程项目变化的趋势，然后再用三维可视化漫游从微观的角度将项目进行局部解析，将施工过程中细节实施情况用三维画面表现出来。施工单位现场布置设计人员根据模型中信息的反馈信息，综合布局的规范安全性以及确保经济使用合理性，进行施工场地布局。A项目，除了旁边新开建设楼盘的原因，项目上办公用房重新布置了一次外其他的临时建筑都没有发生移动的现场，也没有出现由于施工道路布置出现增加运输节奏混乱，最重要的是没有像其他项目出现由于场地布置不合理到项目临近收尾阶段项目上临时办公用房拆除后没有场地新建临时办公用房的现象。从这次使用BIM技术对项目现场布置的结果分析，优化情况良好，既为施工单位节省了建设临时办公用房的费用，也保证了项目的施工效率。（如图3-13，施工场地布置漫游截图）图3-13施工场地布置漫游截图

第4章基于BIM技术在海棠花园项目施工质量控制应用中存在的问题与优化4.1海棠花园项目施工质量控制使用BIM技术存在的问题4.1.2运用BIM技术难以短期内控制的项目施工质量此海棠花园项目的思路是进行简单的主体结构施工，主要使用要求是完善内部医疗使用功能的临时抢险建筑。BIM技术相对于其他技术而言其核心竞争力是BIM信息模型。此模型是由多个不同专业的BIM工程师经过一次次深化后综合在一起形成的，这也意味着BIM信息模型多个专业信息是缺一不可的，否则会影响BIM信息模型的使用。但是此海棠花园项目工期非常紧张，没有时间给BIM技术工程师去在完善每个专业的模型深化，不能满足只对净化系统以及电系统建立模型并深化的要求，导致最终次海棠花园项目没有使用BIM技术。4.1.2细化程度不足，影响施工质量海棠花园项目中所涉及的施工过程多，包括土石方开挖、桩基基础工程、模板工程、脚手架工程、钢筋工程等每一个方案都是质量控制的重点，运用BIM模型可对各质量控制点进行三维模拟。为确保项目施工队的施工质量能达到设计要求，在施工技术交底时有BIM技术的三维模拟效果可以更容易把握要点，帮助施工人员形成更直观的认识，有利于质量控制。但是在海棠花园项目的施工过程中BIM模型对于现场的模拟的细化程度尚有缺陷还是会忽视一些细节上处理。在空调百叶安装过程中施工单位只关注百叶安装却忽视百叶旁边空调排水管的定位，导致最后花大量人力物力进行开洞调整，影响了进度和施工质量，造成恶劣的后果。4.1.3专业性人才不足，难以运用BIM控制施工质量BIM技术相对于其他技术而言其核心竞争力是BIM信息模型，每个信息模型都涉及建筑、结构、水、电、暖通等多个专业互相配合经过多次深化完善建筑模型，这些专业工程师缺一不可与这些专业的BIM工程师对接的人员也要具备一些BIM技术的基础知识。在海棠花园项目中，总承办单位对安装配套工程中的水、电、暖通等专业的专业知识了解不深，造成在与BIM团队沟通的效率低下，甚至出现了无法沟通的情况对施工质量控制造成影响。4.2优化海棠花园项目施工质量控制使用BIM技术的对策建议4.2.1继续优化BIM软件从软件本身出发，继续壮大软件的性能达到模型能按照专业分离布置，完成补全现阶段还缺少的细小的控制点，健全建设工程全过程BIM技术的管理控制链。软件不断进行优化能普及软件的使用范围，通过软件的普及能使得更多公司参与到BIM技术的设计运用中有效降低软件的使用门槛，在市场竞争的环境下BIM技术的使用价格会逐渐降低，最终达到一个合理平衡点。使用过程机械化及根本原因是BIM技术整体的系统性过强，每个专业之间的联系过于紧密，若能在建立三维信息模型的过程中每个专业能独立建立和使用模型则能打破这种机械化的工作方式，让BIM技术更加适应现在的建筑市场的要求。4.2.2提高管理人员的专业性从事建筑行业的公司应该加大对专业知识的学习工作，让年轻的管理者多多到项目现场历练学习项目经验。相对于提升BIM技术的专业知识，管理人员本身的专业性也很重要。将BIM技术引入到海棠花园项目的施工质量控制中时，BIM技术强大的三维模拟技术让建筑从业人员信服，从技术层面分析BIM技术是有足够的模拟能力能将细