基于BIM技术的高层住宅建筑质量安全管理研究.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：现代高层建筑具有图纸可视化程度低、施工难度大、施工质量安全难以保障等难点。以某高层住宅小区项目为例，引入BIM技术辅助工程施工，通过创建三维可视化建筑信息模型，对施工图纸进行审查，辅助施工管理进度，避免或减少施工安全风险，提高施工质量安全。基于BIM技术在建筑项目质量安全管理中的应用，总结一套可复制、易推广的BIM技术辅助项目施工的做法，为BIM技术今后应用在建筑领域质量安全管理方面提供借鉴。关键词：BIM技术；图纸会审；高层建筑；信息化；质量安全中图分类号：TU17文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0301-04DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1301Research on Quality and Safety of High-Rise Buildings in Residential District Based on BIM TechnologyYUAN Peilong，LIU Yuanbo（CCCC-SHEC Dong Meng Engineering Co.，Ltd，Xi an 710065，China）Abstract：Modern high-rise buildings have difficulties in drawing visualization，construction difficulty，construction quality and safety.Taking a high-rise residential district project as an example，the paper introduces BIM technology to assist the construction of the project.By creating a 3D visual building information model，the construction drawings are reviewed to assist the construction management progress，avoid or reduce construction safety risks，and improve construction quality and safety.Based on the application of BIM technology in the quality and safety of construction projects，a set of replicable and easy to promote BIM technology auxiliary project construction cases are summarized，providing some valuable experiences for the application of BIM technology in the future construction field of quality and safety.Keywords：BIM technology；drawing review；high-rise building；informatization；quality and safety1引言随着我国经济的快速增长，高层居民住宅小区越来越多。以智能化、信息化为核心的绿色建筑理念指导建筑施工，受到行业内专业人士的重视。高层建筑在满足居民住宅要求，方便居民生活出行的同时，也对项目施工提出了更严格的要求。高层建筑结构复杂、施工难度大，各专业施工图纸繁杂，各方人员存在信息“壁垒”，容易出现施工质量安全问题。BIM技术的提出和应用可以有效解决高层建筑中容易出现的施工安全管理问题。建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是一种应用于建筑工程设计、建造、管理中的全周期数据化工具。随着我国建筑业蓬勃发展，BIM技术逐渐在我国掀起了行业研究和应用的浪潮。目前国内将BIM定义为，全寿命期工程项目或其组成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享数字化表达。BIM技术具有可视化、参数化、协调性、优化性、可出图性等优点。在高层住宅小区建筑全生命周期中应用BIM技术，在保证施工质量的前提下，可以加快施工进度，减少施工过程中的整改问题，有效整合资源，降低施工风险的作者简介：袁霈龙，高级工程师，主要从事工程管理与施工技术方面的工作。基于BIM技术的高层住宅建筑质量安全管理研究袁霈龙，刘渊博（中交二公局东萌工程有限公司，陕西 西安 710075）建 筑 经 济2023年302发生。同时也为后期运营维稳提供了数据支撑和安全保障，满足了设计方、业主方、施工方三方的要求，符合智慧工地、绿色施工的指导思想。2项目概况本项目位于浙江省杭州市，属于高层住宅小区项目。本文以项目14#楼为例进行BIM技术的应用研究。14#居民住宅楼地上结构为21层，地下结构为2层，建筑高度为62米，属于一类高层建筑，且为剪力墙结构。本项目工期紧张，传统CAD图纸无法直观体现施工构造，各方人员不能及时沟通，存在信息“孤岛”，质量安全管理难度较大。3BIM组织与应用环境3.1BIM软硬件配置为保证BIM技术在本项目施工过程中的顺利应用，配备如下软件，具体如表1所示。3.2实施方案如图1所示，根据各专业图纸，利用建模软件Revit分别建立符合IFC标准的建筑、结构、MEP等三维模型和族库，并将各专业3D模型进行整合优化直至形成统一整体，并将优化的模型导入Navisworks Manage、Fuzor、Lumion等与Revit交互软件中，进行施工进度模拟、管线综合碰撞检查和动画制作渲染等，输出参数信息明细表和管线综合碰撞检查报告，用于辅助工程量计算和各专业管线与土建模型的调整。同时利用BIM技术进行施工可视化技术交底并校正审核施工图纸，深化图纸设计，协调各方施工管理人员，减少因信息不通和设计变更带来的返工整改问题，从而保障施工质量安全。最后将优化好的建筑模型信息、施工质量安全问题及优化解决方案通过PC端上传至大数据云平台中，以便施工过程和后期运维过程中数据的随时调取和查看。4BIM技术在质量安全管理中的应用4.1BIM技术在图纸会审中的应用图纸会审是由建设单位负责组织，施工单位牵头并记录，参建工程的各方单位在交底前审核图纸中不合理的地方并提交设计单位进行整改处理。图纸会审可以使各方提前全面了解图纸信息，及时发现潜在的图纸设计问题，深入掌握工程的重点难点并拟定合理的施工方案，避免因图纸问题导致的施工事故。图纸会审的全面性和深度对建筑工程质量安全具有十分重要影响。4.1.1传统图纸会审弊端（1）在高层建筑施工中，传统图纸会审存在图纸版本众多，更迭速度缓慢，2D图纸不够直观明了等问题。（2）因绘图人员专业能力不同，绘制图纸质量参差不齐且问题难以及时发现，如部分施工图纸不按设计规范，存在轴网、标号、尺寸等漏缺问题，标注混乱等问题（见表2）。（3）各专业难以协调，某专业图纸的修改会造成其他专业图纸被动修改，图纸的重复修改返工造成资金和时间的浪费。（4）各专业人员对图纸图集和相关施工规范的主观理解存在较大程度的差异，各专业间存在知识壁垒，导表1BIM应用软件配置表序号软件名称用途1Autodesk Revit 2018BIM结构、建筑、MEP等三维模型和族库2Navisworks Manage 2018 虚拟漫游、碰撞检查、施工模拟3Autodesk CAD 2018绘制查看二维图纸，导入Revit4Fuzor 2018虚拟漫游、施工模拟5Tekla钢结构建模6Lumion 8.5渲染动画7广联达系列软件造价和算量、BIM集成协同图1实施方案流程表2部分图纸问题序号图号图纸问题1结施-012KL74等梁缺失尺寸信息2结施-05薄厚筏板交接处与电梯井位置偏移3结施-1714#QZ-13等框架柱尺寸标注错误4电施-08管线与混凝土内墙发生碰撞第 44 卷第 S1 期303致许多项目的施工质量无法达到预期要求，给施工企业造成了直接或间接的经济损失。4.1.2基于BIM的图纸会审过程（1）依托本案例，在图纸审核阶段，通过应用BIM技术根据各专业施工图纸分别构建3D可视化模型，根据专业内容，将BIM模型划分为建筑模型、结构模型、管线MEP模型（给排水、暖通、电气照明）。（2）由于施工项目专业众多、图纸复杂、工作量大，为提高图纸审核效率，将BIM技术应用于图纸审核分为三个实施阶段，即初级阶段、优化阶段和协调阶段。在初级阶段，依据图纸信息对各专业模型构件数据尺寸、空间定位布局、名称单位信息等明显问题进行图纸校正；在优化阶段，对墙、柱、板等钢筋混凝土结构、管线系统、门窗、楼梯等各建筑结构部分进行编号和图纸校正，以保证数据信息变动前后的唯一性和可追溯性；在协调阶段，将各专业模型链接整合在一个模型中，同时对关键复杂节点进行高精细化建模和碰撞检查审核，有效避免传统二维图纸因表达不清晰、信息杂乱繁多、施工工艺矛盾、技术要求不详而造成的施工质量安全问题。（3）参建各方围绕施工质量安全开展图纸会审研讨会以深化各专业施工图纸，及时消除如土建和管道的“打架”等问题，详细记录图纸问题并将问题进行分类，按照责任到个人的原则，依据各专业不同、图纸问题大小、缓急程度和构件结构重要性进行图纸修改评级，即：A重大问题；B一般问题；C次要问题。并根据问题不同分别制定相应预案，对各预案进行施工模拟，比较选择最优解作为最终解决方案（见表3）。将图纸问题及解决方案上传至施工单位BIM云平台中存档，为以后施工作业提供宝贵实践经验，以指导日后工作。通过BIM技术对图纸会审的辅助应用，在对模型的优化过程中高效、准确地发现施工图纸存在的潜在安全问题并进行整改；直观、综合地理解和认识各专业施工图纸，提高各方人员的信息沟通效率，减少因设计考虑不周，专业不同带来的图纸修改和补充。基于BIM三维可视化模型，以数字化的形式把图纸信息导入其中，使图纸信息规范化、信息化、统一化、共享化。4.2BIM技术在进度管理的可视化应用4.2.1传统进度管理的弊端（1）工程进度是建筑施工的三大目标之一。在甘特图和网络计划图的基础上，结合Project等进度管理软件来制定的二维传统工程进度管理方法并不直观，在复杂大型的项目中因施工环节众多、分解工作复杂，极容易造成施工管理上的混乱。（2）传统的进度管理方法存在灵活性差、动态调整困难等问题，当发生施工条件变化、设计变更和其他不可抗力的因素时，不能动态灵活地反映具体施工进度情况，设计施工进度往往与实际施工进度有较大差别，这使得工程管理人员难以从系统整体上综合准确等掌控施工进度，可能导致施工人员窝工和赶工现象的发生，从而造成一系列质量安全隐患。4.2.2基于BIM建立进度管理体系进度管理影响着施工质量安全，具体体现在对工程质量数据信息的收集、分析和总结。BIM技术在进度管理的研究中，张建平教授等人在建筑工程施工中将BIM技术与4D技术进行结合形成工程施工BIM整体解决方案。苏小超等人在国内城市地下空间中运用BIM技术，在施工前期进行施工方案预演、综合调整等工作。赵海龙等人将BIM技术用于市政道路施工中，在项目优化交通组织方案、钢拱肋安装施工模拟、施工协调管理等方面发挥了重要的作用。如图2所示，本项目以工作分解结构（Work Breakdown Structure，WBS）为施工进度计划编制依据，以交付成果为导向，根据项目实际情况和编码规范确定项目目标、工作量和持续时间，保证在整个项目中各任务前后逻辑明确、划分细致、易于管理。使用Project、Primavera P6等项目管理软件制定任务时间划分明确的甘特图并导出为“.mpp”格式的进度计划文件，与“.rvt”格式的BIM3D模型相链接导入到Navisworks和Fuzor等施工模拟进度管理软件，建立BIM-4D可视化动袁霈龙，等基于BIM技术的高层住宅建筑质量安全管理研究表3BIM图纸会审表建筑模型结构模型MEP模型初级阶段优化阶段协调阶段初级阶段优化阶段协调阶段初级阶段优化阶段协调阶段A重大问题B一般问题C次要问题图2BIM进度管理可视化流程建 筑 经 济2023年304态模拟模型，使WBS各编码与BIM模型模型构件对应统一。基于进度计划以漫游动画的形式真实还原现场施工进度，保证对项目进度的精准把控和精细化管理，确保项目施工安全。4.2.3BIM在进度管理中的重点应用（1）混凝土是房建工程的基本材料，混凝土浇筑和养护的好坏是影响施工质量安全的重要因素，且受到温度、潮湿度、施工工艺等各方面的影响。在BIM-4D的基础上，结合实际施工情况和当地气温环境，确定浇筑施工方案和工艺，同时记录混凝土坍落度，筏板、墙、柱、梁、后浇带等混凝土构件浇筑和养护时间，以“日”为时间单位对混凝土构件的浇筑养护全过程进行可视化进度模拟分析，对混凝土浇筑和养护工作进行合理地进度安排，防止因温度等外界问题导致混凝土大面积裂缝的产生，同时输出混凝土构件各阶段明细表以方便精准、直观地掌握各进度阶段中混凝土的使用量，在保证混凝土强度和用量满足要求的情况下，最大程度提升施工效率。（2）塔吊是房建项目施工中重要的机械设备，其正确安装及使用影响施工项目的进度和施工安全，塔吊安装步骤需要整平路基、铺设轨道、埋设地锚、组装构件、穿绕钢丝绳、竖立塔身等。根据BIM-4D施工进度实际情况对塔吊安装和拆卸进行反复模拟，实现可视化交底，确保塔吊的正确安装和完成作业后的安全拆除，制定一套高效安全的塔吊施工安装拆卸进度和施工方案，合理安排塔吊的施工作业时间，高效利用施工机械设备。根据项目中塔吊型号和臂长，动态模拟出在施工时以塔吊安装位置为中心，设备工作时旋转半径所能覆盖的建筑物整体的施工范围，保证塔吊在工作区域内无障碍物的遮挡，施工材料可以安全运输到施工指定位置，使施工人员在保证安全的情况下高质量完成施工作业。（3）管理人员利用监控设备对施工工地进行全方位监控，通过扫描信息二维码对施工人员进出场进行身份认证，以随时掌握现场第一手施工情况和施工人员身体状况，从而保障施工进度，提高施工人员的安全性。同时将BIM技术与AR技术（Augmented Reality）、VR技术（Virtual Reality）相结合，打破传统片面、静态的展示效果，增强了现实与虚拟的联系。各方参建人员可以通过手机等移动端扫描相关二维码，穿戴使用相关的AR、VR设备，就能随时随地掌握施工进度和专业技术，沉浸式学习施工安全知识，一定程度减少了施工人员的逆反心理。通过与广联达BIM5D管理平台相结合，构建基于BIM的4D进度管理体系，对施工进度实时管控，合理确定施工组织，进而提升整体工程的工作效率，使建筑施工管理变得更加专业化和规模化。确保项目在保证质量安全的前提下如期完工，便于施工质量安全管理，极大提高了项目施工的安全性。5结语在房建工程施工逐步信息化、智能化、绿色化的今天，BIM技术逐渐成为建筑施工的潮流。BIM技术不是一款软件或者多款软件的应用，而是对建筑信息的交互共享。通过大数据、云平台、无人机、物联网、RFID技术、VR、AR技术结合BIM技术对项目施工、图纸审核、管线布局优化、可视化技术交底、施工模拟、进度管理等应用，对建筑全周期进行信息采集并对数据信息进行全方位应用，提升了整体工程的工作效率，提高了建筑工程的建设质量，降低了建筑工程的施工成本，进而提高了项目工程的安全性与经济性。在建筑施工行业逐步推行智慧工地、智慧施工的大背景下，BIM技术的应用对提升施工企业的管理水平和加强企业的核心竞争力具有现实意义。参考文献1 EASTMAN T，TEICHOLZ P，SACKS P，etal.BIM Handbook：A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and ContractorsM.New York：John Wiley&Sons Inc，20112 周建亮，吴跃星，鄢晓非.美国BIM技术发展及其对我国建筑业转型升级的启示J.科技进步与对策，2014（11）：30-33.3 蔡连伟，许子豪，诸进，等.BIM技术在深圳平安金融中心南塔项目施工管理过程中的应用J.土木建筑工程信息技术，2017（1）：35-39.4 付义敏.BIM技术在图纸深化阶段中的应用研究J.建材与装饰，2017（43）：166-167.5 王亚中，李伟，李洪义，等.BIM技术在长春万豪东方广场城市综合体工程施工质量控制中的应用J.施工技术，2015（S1）：765-769.6 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