工程質量安全管理BIM技術的應用研究

趙蕾+秦擁軍+馬小蘭

摘要：從建筑市場狀況看，近年來全國接連發生多起傷亡安全事故，造成了重大的經濟損失和人員傷亡。將BIM技術應用到工程質量安全管理中，在現行的質量安全管理體系基礎上引入BIM技術，形成可視化的新型管理模式。通過問卷調查及專家訪談對新疆質量安全管理現狀進行分析，利用魯班軟件結合工程實例對BIM技術在工程質量安全管理中的應用進行研究。研究結果為工程質量安全管理的優化工作提供依據。

Abstract： From the situation of construction market， there have been many accidents and casualties in the country in recent years， which has caused significant economic losses and casualties. BIM technology should be applied to the project quality and safety management. The introduction of BIM technology based on the current quality and safety management system can form a new visual management model. Through the questionnaire survey and the expert interview， this paper analyzes the current situation of quality and safety management in Xinjiang， and studies the application of BIM technology in engineering quality and safety management by using Luban software combined with engineering examples. The results of the study provide the basis for the optimization of engineering quality and safety management.

關鍵詞：BIM；質量管理；安全管理；新疆地區

Key words： BIM；quality management；security management；Xinjiang region

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0102-04

0 引言

隨著社會經濟的迅猛發展，全國建設項目日益增加，但一系列工程中質量安全問題也不斷出現。事故的發生不僅在于建設工程技術難度和施工風險的不可低估，而且在于市場、現場的信息聯動不順暢，以及質量安全管理的過程監控和風險預報的不足等原因。近幾年在政府對質量安全管理信息化的大力推進和建筑市場對質量安全管理的建筑信息化的需求背景下，BIM技術在質量安全管理中得以應用。

BIM（Building Information Modeling）技術自產生以來得到業界的廣泛關注，為建設項目的規則、設計、施工與后期管理提供了有效的支持。同時，相關技術在施工質量安全管理中已得到一定應用，如將3D（Three-Dimensional）模型以及VP（Virtual Prototyping）技術用于識別危險因素并提出質量安全管理建議；將4D（Four-dimensional）模型用于質量安全防護措施配置、質量安全防護措施的可靠性分析及在建結構的穩定性分析；將VP等可視化技術用于工人安全培訓等。這些研究從質量安全管理的一些方面提出了相應的解決方案，特別是施工前的潛在隱患識別及安全防護措施規劃、施工中的設計不安全狀態檢測及安全培訓等，為施工現場質量安全管理提供了參考。

1 新疆地區目前施工質量安全管理現狀

對于BIM在新疆地區施工質量安全管理現狀，本文主要采用調研的方式進行了不完全統計。

在新疆烏魯木齊各單位內共調查填寫了160份問卷，其中有5份作廢，有效份數為155份。在這些調查中，有51.6%為小型企業（少于600人），29.0%為中型企業（600人-3000人），19.4%為大型企業（3000人以上）。

在新疆目前有64.5%的公司使用的還是傳統的管理模式，而有35.5%的公司使用的是傳統的管理模式和新型的管理模式相結合的方式，目前在新疆幾乎沒有施工單位完全使用新型管理模式。

根據這些企業填寫的問卷，可以發現目前在新疆地區工程質量安全方面主要存在以下幾方面的問題：

①對施工現場危險源的辨別十分欠缺，對識別到的危險源的監控以及處理不到位，缺乏對施工現場安全事故的有效預防措施；

②基本沒有施工質量安全的監控系統，即使有該系統其可用性也很低，雖然我國已經出臺頒布了相應的法律法規和標準，例如《安全生產法》等，同時詳細規定了對重大危險源的監控工作，但是質量安全生產管理仍存在很多不足；

③質量安全信息管理缺乏系統性，容易出現信息斷層，從而影響施工單位的質量安全管理。

2 BIM技術在新疆的應用現狀

2.1 新疆地區BIM技術的普及程度

近幾年來BIM技術發展迅速，應用范圍也很廣泛。在新疆地區BIM技術在設計、施工等方面也有了相應的應用。我們就BIM技術在質量安全管理中的應用狀況進行了調查，根據調查結果，對于BIM在新疆的應用主要有以下幾方面的認識：

①對于BIM的了解，主要來源于市場活動，其次是媒體，軟件供應方，還有一小部分來源于培訓機構、資料、項目業主等；

②目前若采用BIM技術，主要存在的困難有：缺乏這方面的人才，缺乏對BIM的認知，采用BIM投入過高，還有一些企業甚至不愿意改變現有模式；

③若在工程中，采用BIM技術，對于現場施工主要有以下幾方面的改善：

1）現場的提前場地布置，方便場地的正常運轉；腳手架的節點布置會更規范，碰撞區域也能提前做出預判，及時解決現場可能存在的問題；施工場地布置更有序，不會出現現場中材料亂堆亂放問題，使現場變得更有規劃，更有序；

2）能利用電子化三維檢查現場鋼筋，混凝土做法是否規范，建立一個信息平臺，把現場所存在的問題能夠共享在平臺中，方便各個項目學習，參考；

3）現場的施工布置平面圖，通過BIM可以在工程進場之前就可以提前將施工過程中臨建設施，塔吊位置，材料堆放區更直觀的布置出來，方便現場的安全文明施工的進行；在施工過程中可以將外腳手架，模版支撐架提前做出來，方便現場的施工交底以及腳手架搭設是否規范；施工電梯安裝可以提前設置安放位置，預判安裝過程中的碰撞問題；

4）目前若采用BIM技術，存在的主要風險有：人力資源風險（人才缺乏）經濟風險（成本，收益），技術風險（適應性差），管理風險（方式），等等。

2.2 新疆地區BIM技術的使用情況與國內其他各省的對比

就BIM技術在新疆與內地實施情況的對比進行了調查，共做了120份問卷，有5份作廢，采用紙質版問卷調查；在內地各個省，共做了156份問卷，有8份作廢，采用電子版問卷調查。

通過調查問卷數據分析，我們可以對于BIM有以下及幾方面的認識以及了解：

①對于BIM的認知程度以及應用，在內地遠遠高于新疆地區，而對于BIM的期望值都很高，因此，以后BIM技術在新疆地區以及全國各地會越來越受關注以及快速應用起來；

②對于BIM的應用，在新疆地區，最為緊迫的是管理模式和BIM配套，還應制定相應的標準；

③對于BIM的投資方面，在新疆的多數企業中都是采取觀望的態度，還有一小部分根本不愿意投資。

由此看來，BIM技術要能真正的在新疆地區應用起來，不僅需要政府的支持，還需要對BIM技術有一個使用標準規定，以及各設計單位、施工單位等的積極參與學習和了解應用，希望在不久的未來，BIM技術在新疆的應用能夠有很大的提高，從而降低了施工中的各類安全質量隱患。

3 BIM技術在質量安全管理中的應用

質量安全管理是項目管理中最基本也是最核心的目標，因此及時有效的反映、分析及處理施工現場質量安全隱患尤為重要。通過BIM技術在相關軟件中建立3D模型，將施工現場質量安全問題在3D模型相應位置上掛接，直觀、全面、準確地反映出項目存在的質量安全問題，擺脫對常規經驗的依賴，精準定位質量安全隱患，并在該位置附原因及相關圖片，同時將處理辦法標注在此處。這樣在整個施工過程中各個參與方都能及時處理問題，保證了信息的時效性，各方參與人員可以實時關注問題處理進展，同時方便各方意見的交換，直到問題完全解決。傳統施工采用紙質圖紙，而BIM技術采用是數字化的圖紙，這樣可以發揮計算機可以在檢索、判別、處理數據等方面的優勢，通過簡單的功能就能得到項目的相關信息，為現場及時下達指令。而且，利用BIM技術結合項目施工方案進行虛擬建造，模擬施工全過程，可以在事前預防發生質量安全事故。在BIM技術中與質量安全有關的步驟主要有以下幾個部分：

3.1 BIM建模

利用相關軟件如魯班、Revit等軟件，建立建筑、結構、電氣、消防等的模型，將二維平面圖、立面圖、剖面圖轉換為可視化的三維模型。

3.2 模型優化

將建立好的各個專業模型導入相應軟件中，利用碰撞檢查、漫游等功能，進行三維碰撞檢查，從而及時發現設計中存在的問題，反復對設計方案進行分析、選擇，達到優化設計方案目的。

3.3 BIM5D與質量安全管理

將進度計劃以及成本信息與3D模型相結合建立BIM5D模型，這個模型相當于一個綜合信息平臺，通過BIM5D模型可以進行施工模擬，對施工方案、成本計劃、資源計劃、進度計劃等的合理性進行更加全面的分析，有效的避免施工中潛在的質量安全隱患。基于BIM5D在質量安全管理中的流程如圖1所示。

4 實例分析

本文結合新疆和布克賽爾縣青少年活動（科技）中心項目，主要運用魯班軟件，進行了BIM在新疆地區質量安全管理中的應用研究。

和布克賽爾縣青少年活動（科技）中心，位于新疆維吾爾自治區和布克賽爾縣，總建筑面積為12433.00m2；建筑工程等級為二類；設計主體使用年限為50年；耐火等級為地上二級；抗震設防烈度為七度；屋面防水等級為Ⅱ級；結構形式為框架結構。

4.1 建立模型

首先是建模工作，利用魯班軟件將各個專業CAD圖紙上的信息建立在魯班軟件中，形成三維圖形。如圖2-7所示。

4.2 碰撞檢查

將建立完成的各專業模型導入Luban BIM Works，對不同專業BIM模型進行三維空間碰撞檢查，這些問題在二維圖紙中很難被發現，通過BIM碰撞檢查進行提前預警，及時發現和解決設計問題，避免返工。通過各專業的規范標準進行檢查，確保軟件分析出的碰撞結果與現場施工時所產生的實際沖突相符，通過對碰撞處的分析，進行標高等的調整，在施工前預先解決問題，避免不必要的浪費和返工，減少溝通錯誤，爭取工期。

通過Luban BIM Works還可以進行工程3D虛擬漫游，通過不同的漫游模式及視角的切換，依據真實、形象的三維模型進行協調，檢查外觀及內部設計的合理性，任意查看建筑內部和外部，了解實際情況。還可以模擬真實設備進場的實際情況，保證進場路線設置的優化合理。

4.3 現場布置模擬

利用軟件進行施工現場布置，可以避免施工機械的碰撞，同時可以避免不合理的現場布置帶來的項目成本的額外增加。（圖10）

4.4 BIM4D模擬

將二維的進度計劃數據與可視的三維模型掛接。既可以靜態模型展示，又可以動態的展示不同階段內項目施工進度模型情況，直觀地反映了項目時間進度與施工進展情況。（圖11）

4.5 BIM5D

BIM5D即在3D模型的基礎上關聯施工過程中的進度、成本、質量、安全等信息，為項目提供數據支撐，實現有效決策和精細管理，從而達到減少施工變更，縮短工期、控制成本、提升質量的目的。

5 結論

本文結合新疆和布克賽爾縣青少年活動（科技）中心項目，對BIM技術在質量安全管理方面的應用進行了研究。在質量管理方面通過BIM技術對影響質量的風險因素進行分析，并實施控制，以及BIM技術在PDCA循環管理體系中的作用，使工程項目的質量管理更為全面、具體。在安全管理中通過應用BIM技術，建立工程本身和項目管理信息數據庫，添加安全管理相關信息，利用BIM技術綜合信息平臺協調性、可視化等特點，實施基于BIM的5D建筑虛擬安全施工信息模型的應用，實現施工場地布置、重大危險源自動識別、施工安全動態監控與調整，做到事前預防、事中監控和事后處理全過程安全要素的監控，動員了全員參與安全管理的積極性，提高安全教育與溝通的效率和效果、減少人員傷亡和財產損失。

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