孫金暉，孫興昌

(1.延安大學(xué) 建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000；2.西北大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，陜西 西安 710000)

1 基于BIM和大數(shù)據(jù)的建筑工程質(zhì)量管理理論基礎(chǔ)

1.1 建筑工程全面質(zhì)量管理分析

建筑項目的質(zhì)量管理是一項協(xié)調(diào)的活動，從質(zhì)量的角度指導(dǎo)和控制組織建設(shè)符合設(shè)計要求、標(biāo)準(zhǔn)和用戶需求的經(jīng)濟高效的合格建筑項目.質(zhì)量管理是通過確定和建立質(zhì)量政策、質(zhì)量目標(biāo)和質(zhì)量責(zé)任，通過改進質(zhì)量管理體系中的質(zhì)量的計劃和控制以及保證，實現(xiàn)所有質(zhì)量管理的功能活動.

1.2 BIM質(zhì)量管理理論基礎(chǔ)

BIM被稱為“建筑業(yè)大數(shù)據(jù)的源代碼”.BIM可以定義項目中每個組件的每項工作，在BIM定期積累多項目數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上輕松形成大數(shù)據(jù).作為一種精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)源，BIM對信息數(shù)據(jù)進行多維提取、存儲、分析，并進行價值性挖掘，形成所需的指標(biāo)數(shù)據(jù)，應(yīng)用于基于BIM的質(zhì)量管理，以增強項目質(zhì)量管理的控制能力.通過對大數(shù)據(jù)理論基礎(chǔ)研究的介紹，在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，將BIM質(zhì)量管理理論相結(jié)合，對建筑工程質(zhì)量管理理論進行豐富化.

1.3 大數(shù)據(jù)理論

大數(shù)據(jù)的定義是抽象的.應(yīng)該指出，大數(shù)據(jù)不是一項新技術(shù)，而是數(shù)字時代的一種正?，F(xiàn)象.大數(shù)據(jù)不僅僅是大量數(shù)據(jù)，也是一種對云計算的應(yīng)用情況.大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是一個使用各種技術(shù)方法來滿足數(shù)據(jù)資源在收集、存儲、分析和應(yīng)用方面需求的綜合性解決方案.數(shù)據(jù)資源的所有分析和應(yīng)用都屬于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的范疇.大數(shù)據(jù)實現(xiàn)的關(guān)鍵是從大量信息中獲取有價值的信息.

2 BIM在工程項目管理中的應(yīng)用案例分析

2.1 工程概況

YX廣場是YX集團2015年全新的發(fā)展杰作.它是位于高鐵商業(yè)區(qū)的超SA A級高端辦公樓，屬于YX集團.整個項目以純商業(yè)辦公樓為中心.YX廣場建立了一個超高速辦公樓模型，具有優(yōu)越的位置、高空間、高效的顯示和高速配置.

YX廣場的總體建設(shè)項目包括東、西兩座雙塔，總高度為107 m.具體的基本建筑輪廓信息如下:

開發(fā)商:YX置業(yè)有限公司

投資商:YX房地產(chǎn)開發(fā)有限公司

地理位置:YX新區(qū)

物業(yè)類型:寫字樓

建筑形態(tài):小高層/高層

物業(yè)管理:第一太平戴維斯物業(yè)管理有限公司

停車位:地下3層為停車場

容積率:6.98

綠化率:31%

主大堂:1500 m2的全精裝大堂三層挑空現(xiàn)代中式風(fēng)格設(shè)計.

2.2 BIM技術(shù)設(shè)計理念

設(shè)計師利用現(xiàn)有建設(shè)項目的環(huán)境條件，將“公共客廳”的概念與設(shè)計進行完美融合，讓建筑具有良好的視覺景觀效果，城市綠地與建筑主體交相互應(yīng)，城市建筑與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一.

本施工項目采用BIM技術(shù)進行三維管線空間布置，從而實現(xiàn)施工圖設(shè)計的準(zhǔn)確性.BIM技術(shù)以其強大的計算功能在三維管道綜合布局設(shè)計中具有獨特的優(yōu)勢和價值，特別是對于一些大型或管道設(shè)計.同時整個建筑設(shè)計的三維建模和初始圖紙的預(yù)審查都可以由BIM技術(shù)來實現(xiàn)，有效地發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計中的隱患以及設(shè)計沖突，及時調(diào)整和優(yōu)化圖紙，降低項目成本以及返工的可能性.

YX廣場建設(shè)項目借助BIM技術(shù)的三維管線綜合布置，準(zhǔn)確有效地完成了施工圖設(shè)計部分，降低了工程成本，提高了工程的整體質(zhì)量，具體體現(xiàn)在以下幾點:

(1)為了更真實地反映建筑的內(nèi)部設(shè)計，BIM技術(shù)可以提供全尺寸模型的建立，通過將不同的專業(yè)設(shè)計放在一個模型中，有效地對建筑模型進行全面的模型碰撞檢查，降低項目后期返工的可能性，避免工期延誤，節(jié)約項目成本.

(2)改善土木工程工程師和機電設(shè)備工程師之間的協(xié)調(diào)和溝通，全方位三維模型可以清晰顯示建筑的各個部分和詳細(xì)圖紙，從而減少施工人員對圖紙的錯誤理解.

(3)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備管道的三維精確定位，能夠綜合考慮不同專業(yè)的樓面凈高設(shè)計定位，能夠精確控制樓面凈高，滿足工程施工的需要，大大提高了施工項目的施工效率.

(4)BIM可以實現(xiàn)三維可視化管理，還支持移動設(shè)備端口的軟件功能，使施工項目人員可以隨時隨地查看BIM信息資源庫，瀏覽施工進度.

2.3 BIM技術(shù)實施流程

將建筑工程的虛擬三維可視化模型建立在計算機平臺上，采用數(shù)字信息技術(shù)來建立適合實際情況的完整的建筑工程信息資源數(shù)據(jù)庫是BIM技術(shù)的核心內(nèi)容.數(shù)據(jù)庫不僅要包含描述體系結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的幾何尺寸信息、專業(yè)特性屬性和應(yīng)用程序狀態(tài)信息，還要包含非組件對象狀態(tài)信息(如空間尺寸變化和加載動作移動行為).BIM三維模型的建立大大提高了建設(shè)項目的信息集成程度，為建設(shè)單位、設(shè)計單位和施工單位提供了一個交流和共享建設(shè)項目信息資源的平臺.結(jié)合更相關(guān)的數(shù)字信息技術(shù)，BIM模型中包含的建筑工程信息也可以用來模擬真實環(huán)境中建筑結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和變化，以便相關(guān)利益單位在建筑完工之前對建筑工程的整個生命周期進行科學(xué)合理的完整性分析和評估.

本項目主要以BIM模型為主要基礎(chǔ)創(chuàng)建以BIM的企業(yè)級云協(xié)同的公共管理平臺，讓業(yè)主和設(shè)計單位以及施工監(jiān)理單位能夠在BIM協(xié)同工作平臺中相互溝通與探討，是信息資源共享化.然后對基于BIM模型的圖紙進行改進、評審和披露，并定期對BIM模型進行維護和修改.BIM技術(shù)的具體實現(xiàn)過程如圖1所示，包括設(shè)計階段和下一階段的具體過程工作.

圖1 BIM技術(shù)實施流程圖

BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定:施工項目部在應(yīng)用專項實施計劃中制定了BIM技術(shù)應(yīng)用.分為BIM的建模標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及交付標(biāo)準(zhǔn)三個部分.建模標(biāo)準(zhǔn)化是為了不同專業(yè)模型的集成以及后期圖紙調(diào)整的更加方便化，按照項目要求，制定BIM申請標(biāo)準(zhǔn)以及申請流程.項目人員可以根據(jù)BIM申請獨立完成其他BIM申請或BIM申請操作.

創(chuàng)建BIM模型:杜絕違反工程建設(shè)的基本程序以及勘察、設(shè)計、施工同時進行三邊項目.一旦初建圖紙不完善，機電、土建一體化工程領(lǐng)域的整個項目BIM模型就可以利用初建圖紙快速創(chuàng)建.通過BIM技術(shù)的合作，在最短的時間內(nèi)與不同專業(yè)溝通，及時調(diào)整BIM模型，并利用優(yōu)化的BIM模型為BIM應(yīng)用的下一階段做準(zhǔn)備.工程項目移交圖紙應(yīng)定期更新和更換，圖紙中遇到的問題應(yīng)及時整理，明確材料消耗，進行細(xì)致的三維可視化管理.我們應(yīng)該在創(chuàng)建BIM模型的同時充分利用設(shè)計階段的初始化數(shù)據(jù)，對計算機界面指導(dǎo)進行整合，利用CAD電子圖紙、3D設(shè)計、XTEEL以及其他對接軟件，在其中導(dǎo)入模型并改進BIM技術(shù)流程，從而提高工作效率.

圖紙問題報告和聯(lián)合審查表明，不同專業(yè)的員工利用BIM技術(shù)構(gòu)建的三維建筑模式直觀管理建筑，發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免后期再加工造成的工期延誤和材料浪費，同時與甲方和設(shè)計部門溝通.BIM模型檢測還可以快速有效地發(fā)現(xiàn)問題，對問題的調(diào)查和分析有很大的幫助.

基坑施工應(yīng)用:基坑支撐與維護BIM模型的整體建立，能夠讓施工人員直觀地了解基坑維護情況以及施工前基坑的整體情況，從而準(zhǔn)確地預(yù)測復(fù)雜地區(qū)出現(xiàn)的施工困難的可能性，有助于施工困難的解決與維護.

管道布局的自動優(yōu)化: BIM系統(tǒng)有著很強的計算能力以及分析能力.通過建立管道布局模型和預(yù)先設(shè)置一些規(guī)則，BIM軟件可以圍繞管道自由彎曲，以滿足項目的實際需要.與傳統(tǒng)的管道布局相比，它可以大大提高工作效率.

基于結(jié)構(gòu)測量的碰撞檢測:基于結(jié)構(gòu)測量的碰撞檢測位于BIM模型構(gòu)建階段，不同于設(shè)計階段的碰撞檢測.BIM模型可以結(jié)合現(xiàn)場實際情況和施工技術(shù)進行多次改進，以深化設(shè)計方案.根據(jù)甲方、監(jiān)理單位和分包商的意見，施工計劃應(yīng)不斷調(diào)整，包括管架的調(diào)整.當(dāng)結(jié)構(gòu)施工出現(xiàn)偏差時，可以利用結(jié)構(gòu)擾動來分析結(jié)構(gòu)并進行實時檢查.

信息數(shù)據(jù)庫管理:在BIM模型的基礎(chǔ)上利用BIM系統(tǒng)與項目相關(guān)的信息進行整合，并上傳到BIM系統(tǒng)云管理中心，形成集人員、材料和機械數(shù)據(jù)整合的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫.項目管理人員利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，根據(jù)實際項目進度和計劃進度及時調(diào)整安排，并準(zhǔn)備相應(yīng)的資金.同時，通過BIM軟件MC系統(tǒng)的授權(quán)賬戶分配，項目經(jīng)理可以隨時查詢和更新項目建設(shè)數(shù)量數(shù)據(jù)，從而共享整個過程，通過共享BIM模型數(shù)據(jù)庫有效準(zhǔn)確地計算成本，保護項目成本、施工企業(yè)的質(zhì)量管理和控制，從而達到項目成本控制的目的.通過使用數(shù)據(jù)的真實性、及時性、一致性和可追溯性，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的協(xié)調(diào)、共享和信息管理，以滿足現(xiàn)場施工管理的要求.

工程項目虛擬仿真動畫:根據(jù)早期建立的BIM模型，與3D MAX等軟件動畫技術(shù)結(jié)合，再加上BIM虛擬場景和現(xiàn)場真實布局，制作項目動畫預(yù)覽項目總體施工細(xì)節(jié)、進度以及施工難點及技術(shù).

BIM質(zhì)量管理流程:如圖2所示，根據(jù)現(xiàn)場情況制定基于BIM技術(shù)的質(zhì)量管理流程，通過BIM系統(tǒng)聯(lián)合共享機制，對現(xiàn)場質(zhì)量狀況進行反饋，實現(xiàn)管理人員與現(xiàn)場人員之間的有效信息流動.項目部和現(xiàn)場技術(shù)人員可以用過BIM例會來商討企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)成以及質(zhì)量管理體系的運行，保證了質(zhì)量管理效率.

圖2 BIM質(zhì)量控制流程圖

質(zhì)量標(biāo)簽配方:質(zhì)量標(biāo)簽分為質(zhì)量通病和模型項目以及技術(shù)審查三類.在施工中的各種質(zhì)量問題中最為常見的就是質(zhì)量問題.模型項目是指具有優(yōu)秀實踐的過程方法.技術(shù)評審是指對重要施工方案的現(xiàn)場跟蹤評審，也可以為不同類型的質(zhì)量標(biāo)簽分配其獨特的顏色屬性，以便于管理者識別質(zhì)量問題并進行統(tǒng)計后分析.

質(zhì)量和安全協(xié)同管理: IBAN移動終端應(yīng)用程序積累并形成相關(guān)的質(zhì)量、安全和進度數(shù)據(jù)庫，并與BIM模型項目部相關(guān)聯(lián).現(xiàn)場施工管理人員使用智能終端手機(移動設(shè)備)的拍照和攝像功能.項目現(xiàn)場的施工人員可以隨時使用IBAN軟件拍攝現(xiàn)場的各種情況，并標(biāo)記相應(yīng)的位置、問題原因等信息，隨時通過網(wǎng)絡(luò)上傳到BIM企業(yè)云服務(wù)器，實現(xiàn)與項目經(jīng)理的資源共享，通過建立現(xiàn)場質(zhì)量和安全照片數(shù)據(jù)庫，管理者可以隨時隨地使用計算機了解項目現(xiàn)場的進度，發(fā)現(xiàn)問題，及時有效地反饋信息，防患于未然，及時消除可能導(dǎo)致施工事故的安全隱患，避免工程事故的發(fā)生.

2.4 基于BIM技術(shù)的基坑開挖過程

2.4.1 基坑開挖項目匯總

在基坑開挖施工前，首先根據(jù)理想的BIM工作流程，對整個項目的施工工作進行匯總.

(1)在勘測的前期階段，集取地形數(shù)據(jù)，并結(jié)合BIM軟件，創(chuàng)建地形數(shù)據(jù)基本模型；(2)結(jié)合BIM軟件技術(shù)，對項目進行預(yù)調(diào)查和地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取，從而創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)模型；(3)預(yù)調(diào)查，獲取周圍建筑物和地下管線等設(shè)施的數(shù)據(jù)，并使用BIM軟件建立施工現(xiàn)場模型；(4)引入地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)模型和施工現(xiàn)場模型數(shù)據(jù)，對基坑支護系統(tǒng)進行初步設(shè)計； (5)制定土方開挖的整體施工方案設(shè)計；(6)根據(jù)土方開挖施工方案，進行了工程模擬，以了解樁基位移、支撐結(jié)構(gòu)變形和地形變形對周圍設(shè)施(相鄰建筑物和管道等)的影響；(7)根據(jù)基坑工程的環(huán)境模擬，了解地下水位和應(yīng)力場的變化及其對周圍設(shè)施(如鄰近建筑物和管道)的影響；(8)根據(jù)模擬結(jié)果，調(diào)整土方開挖施工方案，直至滿足要求；(9)依據(jù)土方開挖設(shè)計數(shù)據(jù)以及地形數(shù)據(jù)進行項目的土方計算；(10)根據(jù)支撐系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，得到混凝土和鋼筋的計算數(shù)據(jù)；(11)根據(jù)各種計算數(shù)據(jù)編制成本預(yù)算；(12)根據(jù)以上設(shè)計模型,獲得各種施工圖；(13)制定長期環(huán)境監(jiān)測計劃，了解建筑物的各種沉降數(shù)據(jù)，并為設(shè)施運行提供必要的參數(shù)；(14)根據(jù)各種沉降數(shù)據(jù)建立沉降預(yù)警系統(tǒng).

2.4.2 BIM建模仿真步驟

在總結(jié)基坑開挖工程的基礎(chǔ)上，初步建立了BIM基坑開挖和運輸?shù)氖┕つM單元計劃圖.如圖3所示，進而展開BIM建模仿真.

圖3 BIM基坑挖運的施工圖

(1)確定施工作業(yè)的BIM模擬步驟

1)施工進度計劃的前期數(shù)據(jù)收集以及編制

2)建立基于Autodesk的Revit現(xiàn)場模型

3)施工現(xiàn)場機械布局模型的初步設(shè)計以及施工過程中4D可視化仿真制作.

(2)前期數(shù)據(jù)搜集和施工進度

初期對數(shù)據(jù)包括全站儀和GPS測量的站點地理坐標(biāo)和矩形坑周邊的高程點的坐標(biāo)進行收集.根據(jù)基坑基本數(shù)據(jù)參數(shù)來制定施工進度計劃.

(3)BIM軟件建立場地模型的利用

根據(jù)全站儀器或GPS測量的站點高程點坐標(biāo)，使用revit站點選項創(chuàng)建站點表面模型.基坑的位置由測量的坐標(biāo)決定并標(biāo)記在二維平面中.基坑模型由建筑地板指令建立并通過Revit質(zhì)量函數(shù)創(chuàng)建各種建筑車輛創(chuàng)建模型.最后根據(jù)上述數(shù)據(jù)模型構(gòu)建土方模型.

(4)可視化現(xiàn)場施工模擬

首先，應(yīng)用Microsoft項目為土方挖掘和運輸創(chuàng)建提供詳細(xì)的工作計劃，然后通過Navisworks中的數(shù)據(jù)源選項，從Navisworks中的TimeLiner導(dǎo)入本計劃.動畫的創(chuàng)建用來捕捉挖掘機以及卡車等活動部件，模擬建筑車輛的工作.在動畫的設(shè)計過程中，為了最大限度地提高效率，需要在動畫中安排各種車輛和時間.最后，演示者在Navisworks中渲染場景，然后將場景導(dǎo)出到AVI中進行架構(gòu)模擬的4D動畫.

3 推廣基于BIM的工程項目管理的對策

3.1 國家應(yīng)盡快頒布BIM標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范并強制推行

目前，中國許多軟件公司都在開發(fā)BIM軟件，但是缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).不同公司的系統(tǒng)可能不兼容，導(dǎo)致資源浪費和行業(yè)混亂.因此，政府有必要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和指南來規(guī)范不同的BIM軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的互聯(lián).無論什么企業(yè)的BIM軟件可以在BIM平臺上相互匹配，都不需要另起爐灶.由于BIM不是一種軟件或一種軟件產(chǎn)品，不同的企業(yè)可以參照不同的BIM標(biāo)準(zhǔn)，對某一領(lǐng)域或?qū)I(yè)制定更詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)指南差異化的企業(yè)BIM軟件以國家標(biāo)準(zhǔn)進行改進，更多的項目管理提供了更加專業(yè)的服務(wù).

3.2 完善BIM信息平臺

該平臺用于將不同學(xué)科的BIM模型有機地集成為一個整體.在BIM的項目管理的基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)在項目整個生命周期中的綜合應(yīng)用，而不是某個階段或環(huán)節(jié)的局部應(yīng)用，屬于BIM的高級集成.BIM信息平臺的核心是數(shù)據(jù)信息的優(yōu)勢，能夠在不同階段共享信息，不斷整合最終信息.建立面向建設(shè)項目全生命周期的BIM信息數(shù)據(jù)平臺從而實現(xiàn)項目全生命周期的信息共享，在建設(shè)的不同階段發(fā)揮其價值.同時，構(gòu)建了以BIM技術(shù)為核心綜合交貨聯(lián)合管理框架，開創(chuàng)基于BIM的項目管理的新時代.

3.3 調(diào)整高校相應(yīng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式和完善BIM發(fā)展環(huán)境

BIM在中國的應(yīng)用越來越深入，并影響著對傳統(tǒng)建筑行業(yè)的發(fā)展.并培養(yǎng)了大量工程建設(shè)領(lǐng)域BIM應(yīng)用型人才，很多國家的許多高等院校開設(shè)了BIM相關(guān)專業(yè)課程，從而進一步促進BIM各種功能的快速發(fā)展.有鑒于此，我國高校建筑與工程管理等相關(guān)專業(yè)可以借鑒.在向中華人民共和國教育部申請的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡快建立BIM專業(yè)或BIM課程體系，以加快BIM和BIM應(yīng)用型人才的培養(yǎng).同時，為了多元化利益關(guān)系的澄清來規(guī)范BIM技術(shù)的發(fā)展，同時，對所有項目參與者的積極性進行合理的調(diào)動，從而加快BIM知識產(chǎn)權(quán)立法，也在一定程度上使合同條款更加的完善化、標(biāo)準(zhǔn)化.