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    基于BIM的水利工程施工質(zhì)量全過程控制研究

    2023-02-15 14:08:50費(fèi)益新葉雪芬劉子系
    水利技術(shù)監(jiān)督 2023年1期
    關(guān)鍵詞:水利工程過程信息

    費(fèi)益新,葉雪芬,劉子系

    (1.無錫市水利發(fā)展和安全質(zhì)量管理中心,江蘇 無錫 214315;2.無錫市水利工程管理中心,江蘇 無錫 214315)

    水利工程是我國建筑業(yè)的重要組成部分,為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定做出了巨大的貢獻(xiàn)。一直以來,建筑業(yè)都是一個(gè)生產(chǎn)粗放、勞動密集型的行業(yè),水利工程也不例外,在施工過程中,施工質(zhì)量不高、生產(chǎn)效率低等問題普遍存在。隨著建筑業(yè)和水利事業(yè)的不斷發(fā)展,人們開始對水利工程建設(shè)提出了更高的要求,水利工程的施工過程與施工工藝也越來越復(fù)雜。并且,在水利工程施工過程中,由于項(xiàng)目體量較多,經(jīng)過會出現(xiàn)工程變更、質(zhì)量問題等情況,對水利工程項(xiàng)目進(jìn)行管理的難度越來越大。

    在水利工程的建設(shè)過程中,傳遞不及時(shí)是造成項(xiàng)目管理效率不高的重要原因。建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了水利工程建設(shè)信息化的快速發(fā)展。施工質(zhì)量控制是質(zhì)量管理的核心部分,是指將制定的質(zhì)量目標(biāo)與實(shí)際完成情況進(jìn)行管理。將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程的施工過程中,對水利工程施工質(zhì)量進(jìn)行控制,能夠有效提高施工質(zhì)量水平,減少返工次數(shù),更好地實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量目標(biāo)。目前,BIM技術(shù)在我國建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于初級階段,對于BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制方面的應(yīng)用、質(zhì)量控制體系的建立等方面是當(dāng)前急需解決的問題。因此,有必要對基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量全過程控制進(jìn)行研究。

    1 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用方法

    1.1 BIM技術(shù)與信息互用

    建筑信息模型指的是包括建筑工程項(xiàng)目信息的多維建筑模型,信息是建筑模型的核心內(nèi)容。建筑信息模型能夠?qū)崿F(xiàn)水利工程在建設(shè)過程中各參與方之間的信息共享,促進(jìn)各方之間的協(xié)調(diào)溝通,提高解決問題的效率,保障水利工程施工進(jìn)度與施工質(zhì)量的正常進(jìn)行。信息互用指的是在水利工程的施工過程中,各參與方之間的信息互換與共享。由于水利工程建設(shè)體量大,在建設(shè)過程中產(chǎn)生的信息種類的總量較多,這給相關(guān)參與方之間的信息共享帶來了較大的困難,造成了大量數(shù)據(jù)信息在交接過程中丟失。

    在BIM的應(yīng)用環(huán)境中,其核心價(jià)值是信息的高效互用。在水利工程的建設(shè)過程中,如何實(shí)現(xiàn)參與方之間信息的高效互用是水利建設(shè)行業(yè)面臨的難題。隨著BIM技術(shù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用,其信息互用功能逐漸引起大家的關(guān)注。當(dāng)水利工程從建設(shè)之處就使用BIM技術(shù),能夠使相關(guān)工作人員在其工作需要時(shí)可以從上游工作人員哪里得到所有的數(shù)據(jù)信息,所有的項(xiàng)目成員在收集本專業(yè)的數(shù)據(jù)信息時(shí),也要遵守信息共享的原則,以此提高水利工程在建設(shè)過程中信息互用的效率。

    1.2 N維建筑信息模型的建立

    目前,建筑信息模型包括三維、四維、五維以及六維模型,具體建筑信息模型見表1。

    表1 N維建筑信息模型情況

    2 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

    2.1 可視化應(yīng)用

    將BIM技術(shù)的可視化應(yīng)用到水利工程的施工過程中,能夠?yàn)樗こ淌┕ば畔⒌募珊凸蚕硖峁?shù)據(jù)平臺,通過此平臺可以實(shí)現(xiàn)對水利工程施工過程中信息的集中管理,包括施工信息的提取、插入、更新等,大大改變了傳統(tǒng)施工的管理方式。可視化施工能夠解決水利工程在施工過程中的各專業(yè)信息交流不通暢、缺乏溝通等問題,保障水利工程施工的正常進(jìn)行。同時(shí),施工可視化能夠提高水利工程施工圖紙的質(zhì)量和施工單位的施工水平。

    2.2 深化設(shè)計(jì)與碰撞檢測應(yīng)用

    在深化設(shè)計(jì)方面,基于BIM技術(shù)的施工圖最后成果可能再三維信息模型與圖紙之間進(jìn)行選擇,或者是兩者相互結(jié)合。與傳統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)相比,基于BIM的施工圖深化設(shè)計(jì)能夠?qū)⒍S的圖紙轉(zhuǎn)換為三維建筑模型,并對圖紙進(jìn)行優(yōu)化、校隊(duì)等,最后得到各專業(yè)的詳細(xì)圖紙以滿足施工作業(yè)的要求。在深化設(shè)計(jì)的過程中,BIM建筑模型與圖紙的質(zhì)量對水利工程施工作業(yè)的正常開展具有非常大的影響,直接影響著施工質(zhì)量和進(jìn)度控制。在碰撞檢測方面,BIM技術(shù)能夠?qū)⑸婕暗降乃袑I(yè)模型進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的碰撞檢測,并將檢測結(jié)果及時(shí)反饋給工作人員,以便對圖紙進(jìn)行修改和完善。同時(shí),三維建筑模型碰撞檢測能夠快速找出在圖紙中無法發(fā)現(xiàn)的問題,如空間問題等,達(dá)到優(yōu)化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的目的。

    2.3 虛擬施工應(yīng)用

    基于BIM的虛擬施工指的是將BIM技術(shù)、虛擬技術(shù)以及三維模型等技術(shù)融合起來,在水利工程施工作業(yè)前進(jìn)行施工過程的模擬,將水利工程施工工藝和施工的內(nèi)容展現(xiàn)出來,盡可能地避免設(shè)計(jì)圖紙和施工中出現(xiàn)的矛盾。在水利工程施工作業(yè)前將BIM虛擬施工技術(shù)應(yīng)用到施工過程中,對制定的施工方案等進(jìn)行檢測和模擬,并對其不斷的進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,直到施工方案符合施工實(shí)際情況。同時(shí),在水利工程施工作業(yè)結(jié)束后,利用施工模擬技術(shù),也可對完工后的質(zhì)量問題的責(zé)任歸屬進(jìn)行追溯。

    2.4 施工資源動態(tài)管理的實(shí)現(xiàn)

    由于水利工程施工作業(yè)是隨著施工進(jìn)度和施工現(xiàn)場情況不斷變化的,任何一道施工工藝以及分部分項(xiàng)工程都涉及多種材料、人工等資源。因此,在水利工程的施工過程中,施工管理是一個(gè)動態(tài)變化的過程。為了解決施工資源管理的局限性問題,可以借助信息化技術(shù)進(jìn)行施工資源的動態(tài)管理,從而大大提高施工管理效率,減少工作人員工作量。目前,施工資源的動態(tài)管理主要包括2部分內(nèi)容,即資源使用計(jì)劃管理和使用的實(shí)時(shí)動態(tài)管理。其中,水利工程施工資源使用計(jì)劃管理包括各施工階段的資源計(jì)劃使用量,施工人力資源的安排和調(diào)配等;施工資源的實(shí)時(shí)動態(tài)管理包括施工資源的動態(tài)查詢和分析。

    2.5 協(xié)同管理機(jī)制的應(yīng)用

    水利工程施工協(xié)調(diào)管理機(jī)制指的是將施工過程中的人力資源,包括勞動工人、管理人員以及技術(shù)工作人員等進(jìn)行統(tǒng)籌,以便于實(shí)現(xiàn)水利工程施工的既定目標(biāo)?;贐IM技術(shù)的施工協(xié)調(diào)管理指的是將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程的全壽命周期所需要的信息儲存模型中,實(shí)現(xiàn)不同崗位的工作人員的分工和協(xié)作,實(shí)現(xiàn)水利工程施工全國的協(xié)同管理是應(yīng)用BIM技術(shù)的核心意義所在。通過協(xié)同管理來發(fā)揮BIM技術(shù)在水利工程施工過程中的作用,協(xié)同水利工程各參與方對工程項(xiàng)目的共同建設(shè),能夠更好的對水利工程施工過程中的人、材、機(jī)進(jìn)行高效控制,確保工程施工作業(yè)的正常進(jìn)行。

    3 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用分析

    3.1 水利工程施工質(zhì)量控制體系的建立

    為了解決水利工程在施工過程中信息分享不及時(shí)、各參與方獲取信息時(shí)效性較低等問題,將3D建筑信息模型與水利工程施工工期、成本以及質(zhì)量信息進(jìn)行融合,組成6D建筑信息模型,此模型可以對水利工程施工過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行查詢并對質(zhì)量進(jìn)行控制。根據(jù)水利工程全過程質(zhì)量控制理論及水利工程施工特點(diǎn),結(jié)合6D建筑信息模型,構(gòu)建基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量體系應(yīng)用框架,具體如圖1所示。利用BIM技術(shù)的功能彌補(bǔ)傳統(tǒng)水利工程施工質(zhì)量控制方法的缺陷,完善水利工程施工全過程質(zhì)量管理體系。

    圖1 基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制體系框架

    同時(shí),基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制可以分為啟動過程,即在水利工程施工作業(yè)之前,根據(jù)建設(shè)單位質(zhì)量目標(biāo)要求和施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來確定施工質(zhì)量總目標(biāo),并由技術(shù)負(fù)責(zé)人來編制施工質(zhì)量目標(biāo)以前責(zé)任目標(biāo);計(jì)劃過程,即制定施工質(zhì)量計(jì)劃的過程,將水利工程施工質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行分解,如按照單位工程或單項(xiàng)工程進(jìn)行分解等,并質(zhì)量符合實(shí)際情況的施工質(zhì)控管控措施;實(shí)施過程,即在水利工程施工過程中,要重視基礎(chǔ)質(zhì)量管理工作,施工作業(yè)前要進(jìn)行必要的交底工作并留下工作記錄;控制過程,在水利工程施工質(zhì)量控制中,要做好建筑材料的質(zhì)量控制工作以及落實(shí)“三檢制”等檢查制度;收尾過程,在水利工程施工作業(yè)完成后,要注意做好項(xiàng)目的事后控制,包括施工信息的收集、整理以及儲存等工作。在上述水利工程施工全過程質(zhì)量控制中引用BIN技術(shù),利用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào),在此過程中對施工計(jì)劃和目標(biāo)不斷進(jìn)行調(diào)整,保證最后目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),其應(yīng)用流程如圖2所示。

    圖2 基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制體系應(yīng)用流程

    3.2 BIM技術(shù)在質(zhì)量控制因素中的應(yīng)用

    影響水利工程施工質(zhì)量的因素包括人工控制因素、材料控制因素、機(jī)械控制因素、方法控制因素以及環(huán)境控制因素。在水利工程的施工作業(yè)過程中,對這些施工質(zhì)量因素進(jìn)行有效的控制是對工程質(zhì)量的保障。將BIM技術(shù)引用到水利工程的施工質(zhì)量控制因素中,可帶來以下變化:在人工控制因素方面,BIM技術(shù)的虛擬可視化功能可以將項(xiàng)目的施工現(xiàn)場各參與方工作人員的分工、崗位責(zé)任以及人員流動等內(nèi)容進(jìn)行展示,以此提高工作人員的工作效率;在材料控制因素方面,采用BIM技術(shù)可以確定各施工階段所需要的材料種類及材料數(shù)量,并基于BIM技術(shù)的供應(yīng)處數(shù)據(jù)庫,可以在采購前就能夠選擇更適合的供應(yīng)商。同時(shí),在建筑材料進(jìn)場后,可對進(jìn)場材料的所有信息進(jìn)行抽查和核對;在機(jī)械控制因素方面,應(yīng)用BIM技術(shù)對水利工程施工現(xiàn)場的機(jī)械設(shè)備的布置以及運(yùn)行進(jìn)行模擬,找出最優(yōu)的機(jī)械設(shè)備布置方案,以達(dá)到解約施工空間,提高機(jī)械設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn);在方法控制方面,應(yīng)用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對水利工程施工全過程的模擬,對所有施工方法下的施工情況進(jìn)行模擬,綜合對比所有方案的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)水利工程的實(shí)際情況,選擇最適合的施工方法,包括施工工藝、施工技術(shù)方案等內(nèi)容;在環(huán)境控制因素方面,應(yīng)用BIM技術(shù)可提前發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對水利工程施工過程的影響,包括水利工程所在地的地理、氣候等,使施工單位提前做好預(yù)防措施,保障施工的正常進(jìn)行。

    3.3 BIM技術(shù)在PDCA循環(huán)中的應(yīng)用

    PDCA循環(huán)法在水利工程的施工過程中的質(zhì)量控制中具有重要的意義。將BIM技術(shù)與PDCA循環(huán)法結(jié)合,可以有效地提高PDCA循環(huán)法的效率,使水利工程施工質(zhì)量得到有效保證。

    首先,在計(jì)劃環(huán)節(jié)(P),通過BIM技術(shù)的可視化和碰撞檢測等功能,制定水利工程的施工質(zhì)量目標(biāo)和計(jì)劃,并對各參與方各自的質(zhì)量、進(jìn)度等計(jì)劃進(jìn)行明確和模擬,確保各參與方之間的計(jì)劃方案沒有沖突;在實(shí)施環(huán)節(jié)(D),基于BIM技術(shù)的可視化和虛擬化功能,能夠讓施工單位和勞務(wù)單位更好的了解施工方案,有利于施工質(zhì)量計(jì)劃的落實(shí);在檢查環(huán)節(jié)(C),采用BIM技術(shù)的碰撞檢測功能,可對水利工程施工方案中進(jìn)行優(yōu)化,也有利于水利工程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的搜集和整理,便于后續(xù)工作的展開;在處理環(huán)節(jié)(A),BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量管理方面的應(yīng)用主要在問題發(fā)生前,檢查出問題所在,并將檢測出的問題予以解決,最后形成經(jīng)驗(yàn)總結(jié),便于后期施工工作的開展。

    圖3 BIM技術(shù)在PDCA中的應(yīng)用

    3.4 BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量全過程控制中的應(yīng)用

    水利工程施工質(zhì)量控制可劃分為事前、事中以及事后質(zhì)量控制,將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程施工質(zhì)量全過程控制流程中。在事前質(zhì)量控制階段,根據(jù)水利工程圖紙及實(shí)際情況建立BIM建筑模型,這也是BIM技術(shù)的應(yīng)用前提和基礎(chǔ)。在水利工程施工之前,基于BIM技術(shù)的可視化和模擬化功能,將施工作業(yè)過程展示給管理人員和勞務(wù)人員,其技術(shù)交底的效率更高。同時(shí),利用BIM技術(shù)的虛擬化施工,能夠制定符合項(xiàng)目實(shí)際情況的施工計(jì)劃以及施工質(zhì)量控制措施。在施工作業(yè)之前,可以借助BIM技術(shù)的碰撞檢測功能,快速找出各專業(yè)圖紙之間的沖突,并予以優(yōu)化;在事中質(zhì)量控制階段,也可將BIM模型應(yīng)用到水利工程的現(xiàn)場施工中,利用電腦和測量設(shè)備對施工現(xiàn)場進(jìn)行測量和對比,對工程量進(jìn)行核對。在水利工程的施工過程中,將BIM模型模擬施工也實(shí)際施工進(jìn)行比較,結(jié)合PDCA循環(huán)法對施工質(zhì)量進(jìn)行管控;在事后控制階段,主要表現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)際發(fā)生的施工質(zhì)量問題方面,如利用BIM技術(shù)對發(fā)生質(zhì)量問題的部位或者節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理,分析問題產(chǎn)生的原因并形成相關(guān)報(bào)告。

    4 結(jié)論及建議

    本文基于我國水利工程施工質(zhì)量控制現(xiàn)狀及BIM技術(shù)發(fā)展趨勢,提出了基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量全過程控制體系,系統(tǒng)的闡述了BIM技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用方法,構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的水利工程施工質(zhì)量控制體系的框架和流程,將BIM技術(shù)與PDCA循環(huán)法進(jìn)行了結(jié)合,提高了施工質(zhì)量控制效率,這為水利工程施工質(zhì)量控制提供了新的思路和方法,有效的保障了水利工程施工質(zhì)量。同時(shí),在施工質(zhì)量控制中,有些人為因素是很難通過BIM技術(shù)進(jìn)行控制的,BIM技術(shù)更多的是對工具和方法的控制,即BIM技術(shù)也有其局限性。因此,在未來的工作和學(xué)習(xí)過程中,不僅要關(guān)注對方法和工具的控制,還要關(guān)注人為因素造成的質(zhì)量問題。

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