基于BIM技术的施工质量管理流程分析

（一）基于BIM技术的施工质量管理实施路线

1.企业BIM技术实施路线

BIM技术的应用和推广，是一个需要顶层设计和基层创新相结合的过程。BIM技术的实施，需要制定BIM发展规划、选择并购买相应的BIM软件、配备达到软件使用配置要求的电脑、对BIM人员进行培训等，这些工作都需要企业建立专门的BIM组织机构，在企业的高度统筹下协同开展；BIM技术的应用和推广又是一个循序渐进的过程，在现阶段，BIM技术的应用受制于软件之间不兼容、对硬件要求高、BIM人员缺乏、BIM标准欠缺、经验不足等障碍，企业在应用BIM技术时，也不具备直接在所有工程中全面推广应用的能力。因此在应用BIM技术时，首先应该制定BIM发展规划，选择BIM应用软件和符合BIM软件配置要求的硬件，并选择合适的项目作为BIM应用试点，探索建立项目BIM组织机构和业务流程，在试点的基础上，总结应用经验，制定BIM的管理标准和BIM的模型标准等规章制度，并修改优化原有的企业质量管理制度，具体路线如图4—1所示。

图4—1　企业基于BIM技术的质量管理实施路线

2.项目BIM技术实施路线

项目实施BIM技术，首先应根据项目BIM需求建立基于BIM技术的管理组织机构，安排BIM人员，配备适合的软件及硬件，进行BIM操作培训；其次，分析项目施工质量管理的重点和难点，确定基于BIM技术的质量管理重点应用部位及应用点，建立BIM模型标准和工作进度计划，形成项目BIM实施方案。最后，建立并优化BIM模型，通过BIM进行工程的质量管理，具体路线见图4—2所示。

图4—2　项目基于BIM技术的质量管理实施路线

BIM技术应用的范围和应用点很多，根据项目的实际需求和项目的不同阶段可以选择不同的应用点，且随着软件、硬件的发展，BIM技术的应用手段会越来越多。表4—1显示了根据项目不同阶段一些具体的应用方式。

表4—1质量管理中部分BIM应用方式

续表

（二）基于BIM技术的质量管理项目组织机构设计

BIM技术的实施，不仅仅是一个软件的应用，还将引发项目管理方式的变革。必须优化原有的项目组织结构和人员设置，优化原有的质量管理流程，以期真正发挥BIM技术的价值。在建筑工程施工中，要实现基于BIM技术的施工质量管理，首先要设置相应的人员和组织机构，明确各部门和人员的工作职责。

1.BIM工作分解和BIM人员组成

基于BIM技术的建筑工程施工质量管理，目标是让施工总承包单位、分包单位等在建筑工程BIM模型的基础上进行质量管理，以此提高质量管理的能力和水平。同时，在BIM技术的基础上进行工程进度、成本等的管理，有利于保证工程施工质量。BIM工作是一个从建模到应用的全过程工作，并且伴随项目施工的全过程，是一个系统工程。本书对这一过程进行了工作分解结构（简写WBS）的工作分解，来确定主要工作任务，工作分解结构（WBS）如图4—3所示。

图4—3　基于BIM技术的质量管理工作分解结构

施工质量管理涉及结构（钢结构、混凝土结构等）、装饰装修、机电等各分部工程，还涉及总承包单位、分包单位等各施工方，在人员组成中需要涵盖各专业及各施工单位，且必须由专人（BIM经理）来进行组织、协调和管理。

BIM技术的基础是建筑模型，所以必须设置包括主体结构、钢结构、幕墙、装饰、给排水、通风空调、电气等各专业的BIM建模人员（BIM工程师）。建模人员不仅要能够熟练操作BIM软件，还要有一定的专业施工管理经验，了解相关标准、规范、规程、图集等的施工要求。

模型建立之后，还需要对模型进行优化调整。尽管BIM建模人员会一定的技术水平，但是仍然需要项目中各专业技术负责人对模型的优化调整进行指导和审核，并提出意见建议，才能保证模型的合理性。项目质量管理人员要能够通过BIM技术进行质量管理，同时，进度管理、成本管理等方面的项目管理人员，也需要能够通过BIM进行进度、成本等的管理，以此提高管理能力，促进工程质量管理的开展。

所以，BIM人员不仅要包括BIM管理人员、BIM建模人员、项目部的质量管理人员，此外，若要想充分发挥BIM技术在提高质量管理水平上的作用，还要包括项目部的进度、成本等各系统的管理人员，如图4—4所示。

图4—4　BIM人员组成

2.基于BIM的项目管理组织结构设置

组织结构的形式包括职能式、项目式和矩阵式，三种组织形式各有优缺点（如表4—2所示），分别适用于不同特点的项目管理。一般地，职能式的组织形式比较适合于小型而简单、偏重于技术的项目。当一个公司包含很多技术复杂的、规模较大的需要各部门充分交流、密切合作的项目，则项目式的组织结构能够发挥项目团队的整体作用，加强团队的紧密合作。但是，项目式的组织，资源利用率不高，不利于企业技术水平的提高和长远发展。矩阵式的组织结构，发挥了前面两种结构的优点，当项目技术复杂、规模巨大时，矩阵式结构具有明显的优势。

表4—2　三种组织结构形式的比较

建筑工程施工，涉及的专业和人员多、内外部的利益相关者多、受外部的环境影响大、技术越来越复杂、协调管理难度大以及时间周期长等，这些特点决定了国内很多建筑施工企业均采用强矩阵的组织结构形式，在公司设有技术质量管理、进度管理、成本管理等部门，并对项目的管理进行业务指导和监督，各项目部则是职能式的组织结构，分别设有相应的部门负责项目各项管理工作。如图4—5所示，就是一个比较典型的建筑工程施工项目组织结构图。

图4—5　建筑工程施工项目典型组织结构图

那么，BIM的相关人员如何与原项目的组织结构融合，充分发挥BIM技术的价值？首先BIM应用人员应该是项目原有的管理人员，如质检员、施工员等，从而增加BIM应用的职能，通过学习BIM技术，真正将BIM技术应用在项目管理过程中。与此同时，BIM审核人员，也应该是具备一定专业水平的技术人员，如项目总工、机电技术负责人等负责项目技术方案制定的人员，以此增加BIM模型审核的职能。这样，就能够将BIM技术与项目管理充分结合，实现基于BIM技术的质量管理。BIM建模人员的设置，则主要有两种思路。

（1）BIM建模人员为项目新设置、新增加的人员，在原有部门设置的基础上增加BIM工作组，专职负责BIM建模（如图4—6所示）。BIM建模人员可以是项目部自己的建模人员，也可以是公司的BIM中心人员或者是外部的BIM咨询机构人员。这种模式的优点是建模人员为专职，软件操作熟练，建模速度快。但是，BIM技术的应用要伴随工程施工全过程，BIM建模是随工程进度的情况不断添加修改信息、不断调整优化的过程。在工程复杂程度不高、模型改动量不大的情况下，BIM模型建立之后，BIM建模人员就会离开项目，这种方式既不利于BIM模型在施工中的应用，也不利于BIM技术与工程实际的结合。

图4—6　BIM工作组独立于项目各部门

（2）BIM建模人员为项目部的自有技术人员，通过学习BIM软件操作，增加BIM建模职能。这种方式，虽然需要提前组织BIM培训，人员建模速度稍慢，但是有利于模型的修改完善和BIM技术在工程施工中的应用。且随着建模人员软件操作水平的提高，会逐步提高建模效率，项目部也将培养出懂技术、会BIM的复合型人才。这种方式形成了矩阵式的项目组织结构，如图4—7所示。

图4—7　基于BIM的质量管理项目矩阵式组织结构(www.xing528.com)

项目BIM工作具体的人员构成及工作职责如表4—3所示。

表4—3　BIM工作人员构成及工作职责

（三）BIM建模及审核流程设计

BIM模型是BIM技术的应用基础，同时，在模型建立的过程中还要对图纸进行深化设计。

1.BIM建模及审核流程图设计

BIM模型的建立和审核是一个复杂的过程，只有对流程进行合理规划设计，才能使各方高效工作，并得到符合工程实际的、高质量的BIM成果。本节在BIM实践基础上，根据BIM工作实际需要和BIM的特点，制定了BIM模型的建立及审核总体流程（如图4—8所示）。BIM建模要分阶段、分部位逐步完成，在每个阶段分别以此流程进行，在此流程的基础上，项目可以根据每个流程节点，进一步建立更加详细的实施流程，便于BIM技术的实施。

图4—8　BIM模型的建立及审核总体流程

2.BIM建模及审核各环节流程说明

工程BIM模型的建立及审核流程中控制目标是为了使BIM参与各方能够提高建模的工作效率，各专业BIM模型相互衔接，建立高质量的BIM模型，使模型可以真正指导工程施工。各环节流程说明如下。

（1）技术准备。在该阶段主要是明确建模的依据，要准备齐全的施工图纸、设计文件、执行的施工标准规范、工程施工合同等，并与甲方（建设单位）沟通，了解其对工程的需求及特定要求，制定项目BIM技术实施方案。

（2）各专业工程师对图纸进行审核，检查图纸是否存在重大缺陷及设计不明确的地方，之后请设计方进行设计交底和图纸会审，及时对问题进行修正。

（3）在各专业工程师分别审查完图纸后，对管线密集的公共走廊、电梯前室、管道竖井等部位管线进行叠加，根据管线布置原则进行剖面的二维综合预排布，初步明确各管线的标高和位置。如果忽略此步骤，各专业根据图纸盲目建模，在建模后期会形成较大的改动量，降低建模效率。

（4）在初步规划的基础上，对各专业模型进行建模和深化设计。BIM建模要有针对性、有重点，并根据施工进度，分专业、分部位进行。在此阶段，要注意各专业建模进度的协调配合，对模型进行分解，分成若干部位几个阶段进行建模。可以遵循先地下后地上、先结构后装修、先管道走向后细化阀部件布置等的原则，且对工程确定的主要施工难点、主要应用部位，如复杂结构部位、机房、样板（层）间等进行重点深化。

（5）将土建的混凝土结构、钢结构、装饰等模型进行整合，看整体效果是否最优，是否达到了设计意图和甲方要求，并进行优化调整。将机电的给排水、通风空调、电气等专业模型进行整合，看管道综合排布是否合理，是否符合标准规范要求，在此基础上进行支吊架的综合布置，对于重量大的管道还要进行支、吊架的受力计算，最终确定联合支、吊架的形式。

（6）在模型总体方案合理最优的基础上，土建和机电对相互碰撞部位分别进行检查。其中土建的混凝土结构、钢结构、装饰等，机电的给排水、通风空调、电气等两两进行碰撞检查，对于交叉碰撞部位进行修改，发现的重大错误要提交设计进行设计变更。

（7）各专业负责人分别对各自的BIM模型进行审核，检查是否符合项目实际情况，是否符合规范要求，方案是否合理最优，并提出修改建议，如有必要，还可以聘请技术质量专家进行审查。审核过程避免了因建模人员专业技术水平及施工经验欠缺造成的失误，提高了模型的质量。如果模型质量不高，不仅指导施工的效果大打折扣，还可能无法指导工程施工，形成模型和现场施工“两张皮”的现象。

（8）将土建、机电模型进行整合，对于卫生洁具、机房、末端设备排布效果等进行空间综合考虑，调整优化。比如，设备基础是否与设备配套，吊顶排布是否与机电末端相吻合，机房排水沟、槽如何布置，地砖排布与地漏、墙砖排布与开关面板等位置是否合理，空间布置是否有利于使用等。之后进行碰撞检查，看有没有管线设备与土建墙体地板位置冲突的情况，并出具预留洞图纸。

（9）在模型整合后，BIM经理联合土建、机电等各负责人开会共同讨论审核模型，重点审核各方相互之间的要求，讨论需要多方共同解决确认的问题。

（10）将BIM模型形成的报告提交设计、建设、监理单位审核，看是否实现了各方的要求，并提出具体修改建议，力争达到各方满意。

（11）在BIM模型的基础上进行工程质量管理的相关应用，包括工序施工顺序模拟、施工方案模拟、三维可视化交底、材料放样、加工、系统虚拟调试等。

（四）基于BIM技术的施工质量控制

1.基于BIM技术的施工质量事前、事中、事后控制

建筑工程施工质量控制，可以分为三个阶段：事前控制、事中控制和事后控制。

建筑工程施工质量事前控制是对质量进行预控，在这个阶段要确定质量目标，进行质量策划和施工技术准备，建立质量管理制度，形成施工组织设计和技术方案，对材料进行控制等。一方面，基于BIM技术的施工质量事前控制，要从人、机、料、法、环等方面加强质量预控，主要工作是在图纸审核的基础上，对工程进行深化设计，形成并优化BIM模型，在模型模拟的基础上，对施工方案进行比选验证，形成施工方案并进行虚拟交底；另一方面，对材料进行设计放样，形成加工清单，提高材料加工精度和工厂化预制水平。在此阶段，完成机电安装、钢结构、混凝土结构、砌筑结构、幕墙等的深化设计以及碰撞检查，完成钢结构、幕墙、机电管线等材料加工清单和构件三维放样，完成流水段划分、场地布置、大型机械进场路线、大型设备吊装运输、模架等方案的模拟论证，确定管线复杂部位的各专业施工顺序、关键复杂节点施工工艺流程、各功能房间的整体效果等。此阶段是BIM工作的主要阶段，也是BIM技术实施效果好坏的关键阶段。

施工质量事中控制是质量的过程控制，重点是对工序质量进行控制。传统的工程质量事中控制，包括样板制、三检制、质量巡回检查等。基于BIM技术的施工质量事中控制，首先，要根据BIM模型制作实物样板，确认施工质量标准；其次，在质量巡检中，利用BIM技术实现发现问题到处理问题的信息快速传递。最后，若在项目施工过程中发现新的设计问题或变更，各方可通过BIM手段及时讨论解决问题，沟通信息。

施工质量事后控制是质量的验收把关阶段，主要评定分项、分部、单位工程是否合格，还要对机电系统进行设备试运行和系统调试，以达到使用条件。质量的验收是施工、监理、建设单位等各方对工程的共同检验。基于BIM技术的施工质量事后控制，可以先对机电系统的调试进行模拟，加快调试的进度和水平，采用实体质量的三维扫描与BIM模型对比的方式，提高验收的效率和质量。

基于BIM技术的施工质量控制实施过程如图4—9所示。

图4—9　基于BIM技术的施工质量控制实施过程

2.基于BIM技术的施工质量控制信息管理过程

建筑工程施工中会产生大量的工程信息和设计变更，对于信息的及时沟通和反馈是施工质量管理的重要内容。

随着工程施工的开展，建设单位有可能根据需求，提出对工程的新要求，改变工程的一些设计方案，产生设计变更。施工中还会发生一些新的问题，产生工程洽商记录。同时，需要根据施工进展情况，及时纠正偏差，调整施工计划。这些变化都需要对BIM模型及时做出修改，并对变更部位涉及的相关联的其他专业模型做出相应调整，以指导工程施工。

在施工质量过程控制中，施工企业质量管理部门、项目质检人员、项目监理方等都会对工程施工过程进行巡检，并随机检查施工质量情况。在传统的施工管理中，这些问题要先回办公室形成文字记录发给质量负责人，由质量负责人制定整改措施，安排工长指导工人整改，整改完成后再以文字记录回复整改情况。由于这种信息沟通过程烦琐且效率低，因此需要应用BIM技术加快质量问题的整改过程。

可以看到，因为建筑工程施工的复杂性和长期性，工程施工中仍然会产生大量的新的工程质量信息，而基于传统的依靠纸质文件和口头沟通的质量管理工作方式，质量管理人员要想及时了解这些变化，是很困难的。在这个过程中，如何使工程各方都通过BIM技术随时掌握工程施工动态，了解工程质量信息，及时沟通信息变化，避免形成质量孤岛，提高协同工作水平，是质量管理中需要解决的问题。

为解决这一问题，首先，要保证BIM模型根据工程需要及时修改、添加工程信息；其次，要保证模型的浏览功能，利用云平台的手段，项目的质量管理人员、监理人员等可以通过手机、浏览器等方式，随时浏览查看最新的BIM模型；最后，在日常的质量巡查中，项目质量检查人员和监理工程师可以将发现存在质量问题的部位，拍照片并结合文字描述上传到平台中对应的模型位置，专业负责人看到问题后，及时分析原因并与各方沟通处理方案、安排整改，从而提高质量问题的处理效率。甚至可以将工程检验批等验收表格与BIM模型相关联，在工程现场就可以填写验收表格，从而提高工作效率。基于BIM技术的施工质量控制信息管理过程如图4—10所示。

图4—10　基于BIM技术的施工质量控制信息管理过程