A BIM-based construction quality management model and its applications

一种基于BIM的施工质量管理模型及应用

论文：

A BIM-based construction quality management model and its applications, Automation in Construction, 2014, 46: 64–73.

DOI：

https://doi.org/10.1016/j.autcon.2014.05.009

原文outline

1. Introduction

1.1 Research background

1.2 BIM and its applications in project quality management

2. Research objective and methodology

3. Quality management plan in large infrastructure construction

4. Architecture of BIM-based construction quality model

4.1 POP modeling method

4.1.1 Product template

4.1.2 Organization template

4.1.3 Process template

4.2 BIM-based construction quality model

5. Workflow when using a BIM-based construction quality model

6. Implementation

7. Conclusions and recommendations

一分钟速读版

建筑信息模型（BIM）技术驱动设计、施工过程转变的能力已经得到了显著体现，且大量的研究证实BIM技术的应用可有效消除冲突、减少返工次数、提高设计质量，但综合来看，利用BIM技术实现项目施工质量控制和信息高效利用的相关研究还很少。我们应该认识到，由于设计数据与质量数据以及施工过程与质量控制过程的一致性，BIM技术应用在质量管理中能够呈现包括设计数据和时间序列在内的多维数据。本文在3D BIM 建设产品模型基础上引入进度模型形成4D 动态进度模型，并集成包含规范标准的POP（Process-Organization-Product） 数据模型，如图1所示。典型案例应用验证表明，4D BIM的应用可有效提升施工阶段质量管理的工作效率，并有助于改善建筑产品的实体质量。

图1  旋喷桩检验批POP模型

五分钟精读版

1. 研究背景和意义

工程项目质量就是指满足业主需要，并且符合国家相关法律、法规、技术规范、文件及合同规定的要求，包括工程建设各个工序的质量、及其相应的工作质量以及使用户对最终建筑实体使用的满意程度。由于建设工程具有的一次性、复杂性、不可逆性等特点，工程项目质量具有影响因素多、质量波动大、质量变异性大、隐蔽性大等特点，因此在建设过程中需要对工作质量和工序质量进行严密监控。

统计表明，在建筑施工阶段约有近1/3的低层建筑失事是由不当的施工方法或材料引起，在德国约有29％的事故是由于施工质量问题直接导致，我国的情况则更为严重。由于施工管理的不确定性和复杂性以及项目环境的多变性，应在整个施工的每个阶段进行严格的质量检查和控制。但在实际操作中，有三个主要因素使建筑质量管理工作效果不佳：

（1）项目各参与方之间关系复杂，质量安全事故责任难以清晰划分；

（2）多数质量控制的工作重点集中在验收环节，而对施工过程的质量控制关注程度低的多；

（3）同一构件的质量控制标准常分散在各级建筑质量控制规范中，但各规范间相互引用，存在复杂的依赖关系。

这些问题不仅增加了施工管理的难度，也可能导致建筑实体的质量缺陷。鉴于此，本文对BIM在建筑质量管理中的实施进行了探讨，改进传统的质量管理流程，将BIM与现有的POP（过程、组织、产品）数据模型结合，提出了基于4D BIM的施工阶段质量管理应用，实现从设计到施工阶段的信息一致性、施工过程控制一致性、各参与方之间的协作性以及与其他先进技术相结合时BIM信息使用的延伸性。

2. 研究内容和方法

本研究为建筑质量管理开发了基于4D BIM的功能全面、信息丰富且实用的应用，确定其适应当下行业环境的实践路径，此外，分析了将BIM技术融入施工质量管理的潜在问题，并提出解决方案。具体通过：基于国家、行业和地方质量标准和规范构建了包含过程、组织和产品（POP）信息的质量模型；将调度模型和质量模型集成到基于4D BIM的虚拟应用程序中，识别施工过程中的质量控制标准和责任分配。本应用包括检验与测试、施工阶段质量分析以及检验结果反馈。

具体来说，本研究主要包括四个部分：

（1）通过实地调研，分析BIM驱动大型基础设施建设质量控制策略生成的整体流程，如图2所示。

图2 基于BIM质量模型执行建筑质量管理检查计划

（2）由Autodesk Revit和Navis Works创建4D BIM模型，在理论研究的基础上制定质量数据结构与BIM匹配的方法。为了尽可能包含施工过程、方法、材料、参与方等信息以及质量评价标准和规范，4D BIM质量模型由标准BIM、调度模型和标准POP模型组成，如图3所示。

图3 4D BIM质量模型构成

（3）构建用于质量管理的4D BIM的工作流程。质量控制过程始于上一个任务的检验批完成后，下一个任务发出的验收请求前。将从施工现场采集的数据输入到模型中，进行连续实时的数据完整性分析、偏差分析和符合性分析；若通过验收，则进入下一个任务；若检验不合格，则将出具包含纠正措施的NCR报告，纠正措施完成后，整个过程将再次循环，如图4所示。结果会在BIM中直观地显示出来，以提高质量管理人员的可读性和易用性，且避免了数据重复输入，实现了数据的高效分析、共享和通信。

图4 基于BIM的质量模型工作流

3. 案例验证

本研究选取中国中西部地区的某展览中心项目进行4D BIM质量模型应用验证。该展览中心由12个单厅组成，无立柱设计，建筑面积达13万平方米，项目总成本约30亿美元。将构建的基于BIM的质量模型应用于该项目高压旋喷桩基础的施工过程，承包商根据《建筑基础工程质量验收规范》(GB50202-2009)要求在竣工28天内进行验收。

在接收检查请求后，根据BIM模型中的施工方法和材料信息，识别出对应的高压喷射注浆地基检查表模板。专业质检员根据从施工现场获取的组织信息和检验数据完成检查清单，然后对现场数据进行分析，并与基于BIM的质量模型中的参数进行比较，任何偏离超出容忍方差的数据将被识别并用符号标记。清单中每一项质控项目的合格率将与编码进行对比，并判断检测结果是否符合施工规范，最终体现在三维模型上，如图5。如检验合格，则可进行下一阶段的建筑工程；检查不合格的批次将以红色显示，并出具包含批次的基本信息、材料、工艺或程序的描述以及纠正措施计划的不合格报告或返工单，如图6所示。

案例表明，基于BIM的施工质量管控模型的应用对于各参与方了解质量缺陷或不合格的问题并采取跟踪纠正措施是可靠有效的（特别是针对隐蔽工程而言）。

图5 高压旋喷桩基础检测批次质量数据分析

图6 返工清单

4. 结论

本文所提出的研究结果有助于理解BIM技术在施工质量管理中的应用，并填补了相关知识领域的空白。将BIM与现有的质量POP模型相结合，构建了基于BIM的质量模型，通过可视化的数据形式，可帮助项目参与者更好地理解质量进度，更高效地进行质量控制协作。

本文提出的4D BIM建筑质量模型的优势在于：

（1）4D BIM的应用保证了信息的一致性，便于施工过程质量管理控制；

（2）将完全标准化、结构化的施工规范集成到模型中，避免由于对交叉引用的规范产生误解而引起的重大错误；

（3）4D BIM的应用实现了整个施工过程的及时检查和虚拟化，帮助项目各参与方高效理解质量验收要求，以可视化的方式进行协作。