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基于BIM的施工质量管理模式及其应用
陈娟丽 骆汉宾
（华中科技大学土木工程与力学学院，武汉430074）
摘要：建筑信息建模（BIM）支持改造设计和施工流程的潜力在建筑业中已经显而易见了。虽然BIM被认为有助于通过消除冲突和减少返工来提高设计质量，但是在整个项目中使用BIM进行施工质量控制和高效的信息利用几乎没有任何研究。由于设计数据与质量数据和施工过程与质量控制过程的一致性，BIM实施质量管理的潜力在于其呈现包括设计数据和时间序列在内的多维数据的能力。本文通过在产品，组织和流程（POP）数据定义结构中构建模型，探讨并讨论了基于构造规范的4D BIM在质量应用中的优势。提供案例研究，以验证在武汉国际博览中心施工期间使用拟议的4D BIM应用程序进行质量控制。
简介
产品的质量反映在其满足规定或隐含的需求和成品的内部特性以及外部设计的能力[1]。 因此，施工产品质量可以定义为：在施工过程中所规定或隐含的需求和内部特性得到保证的程度[2]。 这项研究将质量定义为符合施工规范和规格。
研究背景
据官方记录，2006年中国建筑质量安全事故882例[3]。 2007-2008年期间，至少有37起致命事故是由于项目质量缺陷造成的。 2009年上半年，共有257例施工质量安全生产事故，其中306人死亡[4]。 据统计，在研究人员收集的147个工程事故中，约1/3的低层建筑塌陷是由施工方法或材料不当引起的。 施工阶段大多数建筑质量事故发生在多层次的项目中[5]。 德国29％的建设项目事故直接归结于施工质量问题。 中国质量差的项目事故明显恶化[6]。
由于施工管理的不确定性和复杂性以及项目环境的变异性，应在施工阶段对施工质量进行严格审查和监督[7]。根据施工专家的经验和广泛的文献综述，有三个因素造成困难在质量管理。一是个别部件的质量控制标准分散在不同的国家，工业和地方施工质量控制规范中。这些规范也是相互交叉引用的，创造了规范之间的复杂依赖关系[37]。例如，在喷射灌浆期间，对于尺寸，形状和机械性能的要求，有3个以上的规范。第二，由于项目参与者形成复杂的关系网络，难以确定事故的责任[14]。第三，质量控制的当前重点是最终的组成部分，而在重建过程中对质量控制的关注较少。这些问题大大增加了施工管理的难度，造成了质量缺陷。由于这些分散和冲突的规范，高度移动的项目参与者
只遵循质量守则的一小部分，没有充分的了解。因此，隐藏的质量危险深深埋在系统中，可能为未来的施工灾害创造潜力。
其他研究人员利用基于计算机的信息技术开发质量管理计划，以进行质量保证[8]，构建基于网络的有效信息共享质量管理体系[9]，并将调度与检验和测试，不合格报告和在施工阶段采取纠正措施[10]。已经进行了以前的研究，以促进信息共享和链接分散的信息。然而，这些研究未能在设计文件中充分利用数字信息，自动将质量相关信息传递给施工短语，并充分考虑三个主要的相互关系质量管理因素：产品，组织和流程。由于变更单和检验计划在整个施工过程中不断变化，因此应根据空间和时间数据对质量管理计划进行调整。这些因素的复杂性表明，4D（3D模型加时间）可视化技术对施工期间的质量评估是有利的。建筑信息建模（BIM）技术在建设项目中的应用，不仅可以改善施工过程，而且通过改变项目参与者之间相互作用的方式来改善质量控制过程[13]。
BIM及其在项目质量管理中的应用
BIM最常被认为是可视化和协调AEC（建筑，工程和建筑）工作的工具，避免错误和遗漏，提高生产力，并支持建筑项目的安排，安全性，成本和质量管理。它结合了所有的建筑构件，包括几何，空间关系，属性和数量[11]。 BIM还可以在建筑项目的整个生命周期（从设计到维护）生成和维护信息，并可应用于各个领域[12]。本研究的例子是基于BIM的：成本计划和估计，动态安全分析的安全检查集成[17-19]和动态施工现场安全管理[20]。研究表明，BIM有助于编制时间表和估计，跟踪和管理变更以及管理现场物流[21]。由项目利益相关方作出的更明智的决定可以通过在容易验证设计要求之后进行现实可行的开放式沟通和数据交换[15]，并通过BIM分析性能[16]。然而，没有最佳实践研究证明实施4D BIM应用程序以提高建筑项目的质量[28]。
使用BIM提供了提高项目总体质量的手段[22]。通过以下几种方式提高设计质量：1）提高效率和精度，提高设计评估与沟通[16,23]; 2）由于文件和整个团队之间的更好协调，减少错误，从而最大限度地减少冲突[24,25];3）可以进行仿真和优化，以获得更好的性能，更低的成本和更短的交货时间[26]。 4）自动生成工程文件产生精确一致的信息[24]; 5）尽早在设计阶段向设施管理（FM）提供及时和相关的信息，减少维护成本和时间[27]。
研究人员同意，BIM可以有助于提高项目质量，更多的项目将来可能会使用BIM将信息从设计阶段传递到建筑行业。然而，关于使用BIM来提高质量没有明确的指导[28]。鉴于此，本文提出了一种基于4D BIM的施工短语质量管理应用，可以通过以下方式使项目受益：（1）从设计到施工阶段确保信息一致性。 BIM是一个参数化建模工作，提供组件的表格视图和与元素的特征交互，如：名称，类型，属性，关系和元数据[15,29]。每个建筑产品的广泛数据可用作自动评估设计和建造条件之间偏差的重要性的基础，而不是手动评估单个图纸和更改订单。（2）施工过程中的过程控制一致性。施工进度表中每项活动的完成百分比可以在BIM申请中持续查看[30]。因此，在下一个任务开始之前，可以在完成一项任务后立即安排质量检查，使质量检验过程及时，符合施工过程; （3）参与者之间的协作.BIM技术在建设项目中的应用具有改进过程的潜力，允许所有团队成员比使用传统过程更准确，更有效地进行协作[15,16]。 （4）结合其他先进技术，无限扩展使用BIM信息。这些先进技术将数字化与物理实体相连接[31]。已经进行了研究以研究BIM和其他技术（如AR（增强现实））对质量缺陷管理的组合[32]。
考虑到BIM在施工质量管理中的优势，本文探讨了BIM在施工质量管理中的实施，并提出将BIM与现有的POP数据结构相结合，以改进现行的质量管理过程。
研究目的与方法
本研究的目的是为了建设质量管理的目的，开发一个全面，信息丰富，实用的基于4D BIM的应用，并研究如何适应当前的施工实践。此外，研究确定了使用BIM技术与当前质量管理方法的潜在问题，并提出了解决方案。在研究过程中，包含流程，组织和产品（POP）信息的质量模型是使用国家，工业和地方质量标准和规范构建的。然后，将调度模型和质量模型集成到基于虚拟4D基于BIM的应用中，以确定施工过程中的质量控制标准和责任分配。本应用包括检查和测试，施工阶段的分析和检查结果的反馈。
采用案例研究方法，对文献综述和现场调查情况进行综合分析，发现动态质量控制模型。检验模板来自建筑质量一体化系统reg;，CQIS是本研究的基础。在案例研究中，检验数据是从项目总承包商和CAD图纸中获得的，施工进度是从项目业主和承包商获得的。
研究内容分四个部分：（1）通过现场调查调查大型基础设施建设质量管理战略; （2）通过AutodeskRevitreg;和Navisworksreg;创建4D BIM模型; （3）基于理论研究制定与BIM的质量数据结构匹配的方法; （4）开发用于质量管理的4D BIM应用程序工作流程。拟议模型的验证是通过武汉国际博览中心基础设施案例研究获得的。基础工程由于主要的质量缺陷而立即完成。以下部分介绍了本研究四步法的简要说明和应用。
大型基础设施建设质量管理计划
质量控制包括检查和测试，不合格报告和施工阶段采取的纠正措施[10]。质量控制过程从制定基于设计图纸和规格的质量管理计划开始，确定材料和设备的质量，工作的验收标准以及要进行的检验和测试。然后，通过材料工程师和项目工程师的协调，材料和设备采购申请中的所有技术和质量数据都已经发送到采购中。在施工期间，分包工作由总监和现场工程师进行监测。他们还监控所有工作和身份缺陷超出可以容忍的限制。完成工作后，进行验收检验和验证检验，以验证符合批准的施工文件的要求[35]。一般来说，施工项目质量控制包括现场检查，保证承包商提供的做工，物理，设备和材料符合设计方案和规格[36]。
在目前在中国的实践中，电子模板形式的清单用于质量检查。每个检查单都包含根据每个检验批次的国家，行业和本地质量控制码本分类的质量控制标准。每个检验批可以视为产品。参与构建最终产品的每个组织的职责与批次清单一并被识别和记录。施工质量验收分为单位（子单位）项目，段（分段）项目，子项目和检验批。检验批由相同条件下复制的一定数量的样品组成，并以规定的方式汇总进行检测。接受顺序与传统的接受方法相反 - 从底层到整个项目。检验批是最小的单位，可以视为与BIM模型中的组件相当的建筑产品。
图1显示了使用BIM质量模型的质量检验计划的整体流程。 一是根据工作计划，检查计划和项目特点制定质量管理计划。 其次，根据承包商的要求，根据工作分类和施工活动过程，从4D BIM建设质量模型中检索相应的质量检查表。 第三，通过记录清单中所需的现场测量和测试结果进行检查。 第四，自动生成设计要求与施工结果的客观比较。 第五，决定是接受和进行下一个过程还是拒绝这一点，并从基于BIM的质量模型发出具有特定要求的不合格报告（NCR）。 最后，检验工作得到反馈，反映在模型中。 随后更新模型和检查计划。
质量管理是一个精确而复杂的过程，需要知识和工作经验。 施工人员的流动性和对质量守则的缺乏准确理解导致疏忽或不符合质量要求。 因此，对项目各阶段不同行业无障碍质量数据流通的研究和开发，都是必要的。 4D BIM和施工质量规范的整合为整个过程提供准确一致的数据，使参与者能够充分了解质量要求。
基于BIM的施工质量模型建筑
在标准BIM中，每个元素仅用几何属性定义; 这不包括施工过程，方法，材料和参与者等质量管理所需的详细信息。 为了包含所有可用的信息元素，评估标准和关系，质量模型由标准BIM，调度和标准POP模型组成。
4.1 POP建模方法
为了更好地构建BIM中质量管理目的的完整数据相互关系，BIM的数据应该精心组织和丰富。 提出了产品，组织和过程（POP）建模方法，以补充3D产品模型与过程和组织模型，以支持设计和施工[34]。 4D建模是产品过程建模和组织过程建模的一个例子。 后者用于在项目的不同阶段构建和模拟团队和/或组织之间的相互作用及其相关责任[33]。 构建电子清单数据库的先前工作完成了规范的结构化，并将被用作本研究的基础。 质量模型包括300多种控制项目和1000多个控制模板，涵盖了建筑行业整体质量控制流程的控制规范和标准。
4.1.1. 产品模板
产品控制是统计质量控制的一个分支;它包括各种检查程序，以帮助决定各种成品的处理情况。检验批是随机选择的一定量的特定物品进行质量检测。它应包括在类似条件下生产的材料，并使用类似的材料，人员和方法。检验人员将根据质量检查表模板接受或拒绝该批次，如图3所示：批次清单包含质量控制标准，定义每个建筑产品的设计参数和施工结果之间允许的偏差。由于组织结构图名称和责任包含在现有的POP中，已经集成到BIM应用程序中，所以批次清单也标识了对每个项目负责的一方。标记为DGXXX的形式中的空格被编号，并将空白用于通过将建造的构造数据与来自BIM模型的设计数据进行比较而产生的偏差结果。
产品模板由实体对象，质量属性和基于施工规范的相应检验标准三部分组成。 虽然正常的BIM可以提供基本的设计和施工信息，但信息必须结构化组织和丰富，以便有效的决策。
质量属性包括在安全，卫生，环境保护和公共利益方面发挥重要作用的关键检验标准。 还包括常见的检查标准，如几何尺寸，机械性能和施工方法。 质量控制标准是基于国家，工业和地方质量管理规范的综合，分类和标准化的施工规范的定量和定性指标。 设计与施工之间存在明显的偏差限制。
4.1.2. 组织模板
接触者查询基于BIM的建筑模型，以确定需要检查的工作，然后发出检查请求。 在确认检查要求后，模板中确定了项目经理，承包商，总监，全职质量检验员和分配到这些活动的工作主管。 质量检验员对检验报告的质量水平进行评估。 最后，检查部门必须由主管和有关的建筑师/工程师接受，以便下一个施工程序可以开始。 在施工阶段，需要建设参与者之间进行准确高效的协调。 为了在施工阶段实施质量管理，当质量缺陷发生时，可以通过检查检验批记录和工程测量数据来确定相关人员的责任。
4.1.3. 流程模板
为了通过BIM促进质量管理流程，使检验计划能够与实际施工过程一起动态调整和调整，调度信息应与三维模型相结合。 此外，施工过程可以通过将开始和结束时间附加到每个施工活动中，以时间顺序呈现。图4显示了施工活动与施工产品的关系，施工活动按顺序开始和完成时间确定。 这为逻辑分析提供了基础，因为可以虚拟地识别未预期的产品，以避免在建筑工地上如此常见的疏忽。 对于施工过程控制，施工过程按照顺序确定检验标准。 然后，按施工期间各控制项目的时间表预测质量验收时间。
4.2. 基于BIM的施工质量模型
构建基于BIM的施工质量模型，结合POP模型方法和BIM模型，构建POP模型的构造产品，使其与BIM的BIM组件匹配，如图1所示。 5. BIM模型中的组件被重新组织成检验批，在检验批和BIM元素之间建立对应关系。考虑到每个工程项目的独特性，每个项目的检验批次划分和BIM模型的创建规则都会有所不同。通常，BIM中的参数仅覆盖几何属性，这些属性不足以将组件连接到检验批。因此，在2D设计环境中，通过设计总体设计通常规定的施工方法和要求，建立和更新模型信息时，最好延长质量属性。因此，必须
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