【《基于BIM的桥梁工程施工质量管理探究的基础理论及探究》8800字】

基于BIM的桥梁工程施工质量管理研究的基础理论及研究综述目录TOC\o"1-3"\h\u4770基于BIM的桥梁工程施工质量管理研究的基础理论及研究综述 1235051.1质量管理理论 1323231.1.1质量管理的概念 140601.1.2质量管理的发展历程 2223861.1.3质量管理的方法——PDCA循环 356311.2BIM技术理论 5151261.1.1BIM技术的概念 519261.1.2BIM技术的特点 754531.1.3BIM技术的应用价值 9246171.3BIM在PDCA质量管理中的优势 10314051.3.1加强了数据来源的准确性 10293821.3.2提升了信息沟通的及时性 10186251.3.3保障了决策的科学性 1131831.4研究综述 12120841.4.1BIM在施工质量过程控制方面的研究 123561.4.2BIM在施工质量管理优势方面的研究 1339751.4.3研究综述评述 141.1质量管理理论1.1.1质量管理的概念质量管理的定义质量管理是指“在质量方面指挥和控制组织的协调的活动[5]12”。质量管理分为检验、质量控制、质量保证和战略质量管理4个阶段[6]。桥梁BIM施工质量管理是指“基于BIM技术或平台所开展的桥梁工程施工阶段的质量管理”的简称。与质量管理有关的重要概念一是质量的概念。狭义的质量就是指产品的质量。广义上，质量是指满足要求（或潜在要求）的产品、过程或服务的特性的总和。ISO9000:2005对质量的定义：“一组固有特性满足要求的能力[5]4”。二是工程质量概念。工程项目质量“由项目范围内的所有单项工程质量及其他工程质量所构成[7]”。工程项目质量构成：可用性、可靠性、经济性、安全性、协调性[8]。三是质量策划概念。质量策划[5]13的定义是：作为质量管理的一部分，它致力于制定质量目标，规定实现质量目标所必需的操作过程和相关资源。一般围绕四个阶段进行质量策划：计划和确定项目、产品设计和开发、工艺设计和开发、产品和工艺验证[9]。四是质量控制概念。质量控制的定义是：“质量管理的一部分，致力于满足质量要求[10]”。具体理解可以是为了满足质量要求这一目的，针对产品的形成过程所采取的一系列措施，通常包括专业技术和管理技术。五是质量保证概念。质量保证的定义是：“质量管理的一部分，致力于提供质量要求得到满足的信任[11]”。具体理解是在产品形成过程中的特定质量控制活动提供指定证据的过程。六是质量改进概念。质量改进[12]的理解是：为了给组织或顾客提供更多的利益，组织内部采取各种措施来提供利益和效率的活动和过程。1.1.2质量管理的发展历程质量管理的发展大致可分为三个阶段[13]。如图2-1所示：图2-1质量管理发展的三个阶段资料来源：自行整理绘制（1）质量检验阶段20世纪初，泰勒制度[14]首次将计划和执行进行分开管理，同时出现了“专职检验”的新思路，这就要求企业必须有专人甚至专业团队对质量进行把控和检验工作，这样就出现了质量管理部门。当时对质量的控制仅仅局限于检查，也就是一对一筛选不合格产品。弊端也是显而易见：一是缺少预防，二是不具有系统性，100%的检验工作量太大。（2）统计质量控制阶段统计质量控制方法更强调过程，提出了预防的理念。统计质量控制阶段的起源人物可以算是休哈特，他在1924年提出产品质量的6σ法，也就是后来的“质量控制图”和“预防缺陷”的理论。但是，统计质量控制的真正落实是二战时期，为了解决军需用品而不能进行破坏性试验，就需要做好事先控制的工作，美国国防部公布了《美国战时质量管理标准》，强制要求生产军需品的各企业实行统计质量控制。20世纪50年代初期，统计质量控制的使用达到高峰。（3）全面质量管理阶段随着时代的进步，科学技术的发展，全面质量管理应运而生。20世纪60年代美国科学家菲利浦·克劳斯比（Crosbyism）的“零缺陷”正式被提出，并在美国推行零缺陷运动。零缺陷的特点在于摆脱了事后检查的依赖思想，而把重点放在预防上。我们国家在1978年开始推行全面质量管理活动，并且，中国政府于1983年在全国范围内推广质量奖[15]。此后，国内外学者纷纷对质量管理提出了更加深入的研究，1979年，Crosby[16]Saad、Siha[17]和Caliego[18]分别对质量管理成熟度划分为五阶段模型。Wacker[19]、Shen和AI－Dabul[20]则将质量管理成熟度划分为四阶段模型。1.1.3质量管理的方法——PDCA循环进行质量控制的最基本方法是PDCA循环法。（1）PDCA循环的含义与内容P、D、C、A是质量控制工作中四项活动的英文单词首字母。分别是：Plan、Do、Check、Action，四个阶段的顺序具有严格的先后顺序，且任一环节都是不可或缺的[5]22-24。具体总结成如图2-2所示：图2-2PDCA循环具体步骤资料来源：自行整理绘制P阶段的任务主要是制定目标和方法；D阶段的任务主要是为之前制定的目标进行实施；C阶段的任务主要是对照、检查具体执行的状况；A阶段的任务主要是基于检查，总结经验。（2）PDCA循环的特点一是大环套小环，相互衔接，互相促进。在一个工程项目中，既有针对整个工程的大的PDCA循环，又有各个施工部位、各个施工工序的小的PDCA循环。小环是大环的依据，大环是小环的推进结果。如图2-3所示：二是不断上升的循环。PDCA循环是一个循序渐进的过程，每一个过程都是不断推进、不断进步的过程。每前进一个循环，都是提升的过程，经过这样的不断攀升，进而达到最终的管理目标。如图2-4所示：图2-3PDCA循环大环套小环示意图图2-4PDCA不断上升的循环示意图资料来源：自行整理绘制1.2BIM技术理论1.1.1BIM技术的概念（1）BIM技术的定义BIM[21]是英文BuildingInformationModeling的缩写。美国国家BIM标准的定义是：“BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达[22]”。具体表述应该是：“BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有资源提供可靠依据的过程[23]”。DanaK.Smith先生[24]认为BIM本质上就是这样一个机制：把数据转化成信息，从而获得知识，让我们智慧的行动。BIM包含三重含义：建筑信息模型、建筑信息模拟和建筑信息管理。即BIM的内涵包含了三个层：模型（Model），建模（Modeling）和管理（Management）。第一层次的理解：BIM的基础是三维模型。三维模型通过三维设计软件创建，三维模型中一般仅含有几何信息，不含属性信息。在这一层次，BIM中的M（Model）是一个静态的概念，强调的是三维设计成果的准确性。第二层次的理解：BIM的数据支撑是工程数据库。在这一层次，BIM中的M（Modeling）是一个动态的概念，不仅是施工阶段实体几何造型的变更，也是多维信息的打通与关联，更是施工阶段项目管理业务流程的建模。第三层理解：BIM的管理支撑是数据集成平台。在这一层次，BIM中的M（Management）是一个管理的概念，即它是最终服务于管理的工具。（2）BIM技术的核心建模软件BIM的发展，首先离不开软件的支持，核心建模软件是BIM应用的基础。下面就BIM的主要的四个门派核心建模软件进行介绍。如图2-5所示：图2-5BIM的核心建模软件资料来源：自行整理绘制（1）Autodesk公司Revit根据Autodesk公司网站统计，Revit系列软件表现最为优良，它涉及多个领域。其中包含AutoCAD、3dsMax、Ecotect、Navisworks、Inventor等，其中AutoCAD目前应用最为广泛，它是由欧特克公司开发的，基本已经覆盖整个建筑领域。Revit的具体功能有3D模型展示、冲突检测、成本估价、数量计算等，在整个建模中可依照生命周期阶段的不同进行管理并添加信息。Revit的优点：一是操作简单。具有简单的操作接口，就算是对BIM技术一无所知的建设者也能够使用。二是参数化水平高。三是Revit具有自动更新的功能。因为是双向关联，完全避免了人为的操作遗漏及错误。四是Revit与自家软件的高整合性有关系，可支持多种档案模式。（2）Bentley公司的microstation开发者全称BentleySystems[26]，最新版本MicroStationConnectEdition(V10)。它所支持的文件扩展名类型有MicroStationCellLibrary、DigitalAssetExchangeFile、MicroStationDrawingFile等。Bentley主要适合基础设施以及工厂设计领域，但是该公司软件在国内应用的不是很多，但在国外尤其是英国应用较为广泛，例如英国“BIM学院”与Bentley合作共建，于2013年1月5日开办，初期规划运行期为5年。5年来，BIM学院向Crossrail的一级、二级分包商授课多达54个组织约1900多人。Bentley工作组是信息化工作团队的一个组成部分，应遵循信息化工作的一般方法。Bentley工作组的愿景是“智慧建造（BuildingSmarter）”；工作组的目标是确保信息在全生命周期内的平滑传递，保证在传递过程中的信息价值与信息完整；工作组的职责主要集中于设计阶段、施工阶段、竣工阶段的BIM信息模型应用。Bentley工作组不同于传统业务部门，它是受任务驱动的，关于BIM技术的开发与使用。具体任务包括：一是基于工业开放标准，创建规范的详细三维模型；二是确保BIM技术标准与终端用户的需求一致；三是对合同要求施加影响，便于BIM模型的交付；四是识别软件限制，进行软件选型，确保信息的完整性与质量；五是掌握如何将建模标准与资产、进度、成本保持一致。（3）NemetschekGraphisoft公司的ArchiCAD国内最广为应用的就当属于ArchiCAD。ArchiCAD最早定位全球市场，并且取得了良好的影响，曾轰动一时。但由于其仅限于建筑专业造成严重的局限性，在中国这样一个集多专业为一体的设计院体制中很难发挥其重要作用而受到限制。一般应用于德语区和美国市场。（4）Dassault公司的CATIACATIA的全称是ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication。从其诞生，CATIA相继发布了五个版本，使其界面具有更高的兼容性。由于其处理曲面异形构件的强大优势，法国达索公司（Dassault）开发的CATIA软件主要应用领域是机械没计制造。1.1.2BIM技术的特点（1）可视化（Visualization）可视化（Visualization）是BIM模型最基础的属性，是对建筑模型的直观表达。可视化通过形象的动画手段实现具体表达和沟通。这种表达方式更具体，也更有效，使接收者轻易掌握整个建筑的所有信息。这里特别强调，传统的二维CAD图纸不能算是可视化，它仅仅算是建筑信息的专业的、抽象的表达，便于把施工信息全部抽象汇集在一张图纸上，它的功能仅仅是把建筑信息表达全面、清楚，但不需要把这种表述做到通俗易懂。可视化（Visualization）作为辅助业主进行决策的重要工具，使复杂的项目更容易理解。总之，可视化是检验BIM是否真实的第一个标准。（2）协同（Coordination）协同设计[27]是BIM的另一大主要特征。在工程的建设实施过程中，需要随时进行各参建方的信息传递与交流，良好的沟通是保证项目顺利开展的前提。然而，在实际工程建设过程中，由于参建方很多，信息交流不可避免的存在交叉、滞后和曲解。这种信息传递的缺点容易造成施工进度拖延甚至错误施工的局面。所以，保证高质量的沟通是进行工程质量管理的基础。BIM协同平台运用统一的信息存储功能，将项目参建各方的数据信息统一进行存储，提供了唯一的沟通集中平台，一旦某一个部位的信息发生变化，系统将作出相应反馈，并将结果通知给各个参建单位。实现了信息交换的及时性和准确性。BIM协同平台对职责进行管理。面对工程专业复杂、体量大、专业图样数量庞大的工程。为保证本工程施工过程中BIM的有效性，对各参建单位在不同施工阶段的职责进行划分，让每个参建者明白自己在不同阶段应该承担的职责和完成的任务，与各参建单位进行有效配合，共同完成BIM的质量管理实施。（3）模拟（Simulation）BIM的模拟和我们通常所说的简单模拟是完全不同的。这种模拟并不是一种简单的可视化效果，更不仅仅是对建筑物实体的一种直观表达，传统模拟只能做一些表面工作的动漫或者漫游，对项目的具体实施并不完全具有指导性意义，却完全背离建筑物的实际轨迹，想要反映出建筑物的实际动态变化，模拟和分析是相辅相成的。传统的技术方案交底只能凭借工程师丰富的经验、完美的转述来进行，被交底的作业人员也只能凭借想象对交底内容有一定初步的画面。施工实际过程中的很多细节都不能做到面面俱到和精准预测，造成不可避免的二次返工和错误施工的现象。BIM技术通过模拟工程实施过程，提前发现问题，避免了实施过程中的不合理现象的发生。因此，模拟可谓检验BIM的第三个标准。1.1.3BIM技术的应用价值（1）基于BIM的协同平台BIM通过协同平台实现了工程数据来源的统一化，解决了传统信息的存储分散、共享困难等问题。并且，BIM协同平台通过信息的动态更新，实现了工程信息的实时性，保证了各参建方获得最新的工程信息，及时准确的掌握工程动态，从而做出及时的响应。从根本上解决了传统纸质信息传递方式“信息断层”和“信息孤岛”的显著缺点问题。同时，参建各方通过协同平台进行统一工作，实现全部工作线上提交及审批，既保证了信息传输的及时性，又能保证资料保存的完整性。（2）基于BIM的工程设计传统工程设计各专业间分离，造成后期实际施工过程中的碰撞等问题不可避免。基于BIM技术的工程设计，通过实现所创建的模型之间建立紧密的逻辑关系的特点，当某一部位工程信息发生变化时，与之关联的工程信息相应的作出更新，避免了信息不统一和前后不一致造成的工程设计的冲突和不合理现象。另外，基于BIM技术的工程设计[28]，不同于传统的工程设计，责任仅仅在于设计工程师，而与施工等阶段完全脱节。BIM技术的工程设计，将项目的主要参与方都集中在一起进行设计，既保证了设计工作与实际紧密联系，又保证了设计工作考虑的全面性。基于BIM的施工及管理BIM技术平台通过可视化特点进行现场施工管理，将模型与现场施工情况进行动态对比，通过设置预警值，当现场施工情况超过模型设置值时发出警告，有利于及时发现问题并进行整改。同时能够将整改过程通过照片等形式完整的按照时间顺序存储在平台上，便于后续信息的追溯和责任的界定。BIM技术的三维模拟施工，可以在计算机上模拟整个施工过程，其优势就是能在实际施工之前完成对工程的功能和潜在问题的预测问题，同时，进行施工方案和施工方法试验的优化。1.3BIM在PDCA质量管理中的优势1.3.1加强了数据来源的准确性传统的质量控制PDCA中，使得PDCA循环中数据不完整或不准确现象严重，不能正确的指导下一环节的实施。可视化的优势在于直观准确的获得信息。可视化作为辅助业主进行决策的重要工具，不仅使复杂的项目更容易理解，而且不需要其他单位转达，缩短了信息获得的路径，加强了数据来源的准确性。另外，工程中各种工作团队使用此模型进行沟通讨论与分析，加速沟通的过程，更有助于达到信息获得的准确性。1.3.2提升了信息沟通的及时性传统的质量控制PDCA循环中，信息依靠电话、短信或联系单等手段，避免不了信息的滞后和人为因素造成的信息缺失或信息不对称现象，不能及时有效地制定出决策。BIM技术通过改变信息传递的渠道，建立完整的信息交流系统，集工程参建各方于一个统一的平台，轻易的让参建各方了解工程的情况，安排自己的工作方向，同时，BIM平台还提供了交流和沟通的方式，不再受传统直线型点对点的信息交流的局限，而是集中所有信息于同一平台，如图2-6所示，这样既保证了所有参建各方获得信息的全面性，同时也避免了信息传递过程中的损失问题。从而使项目各参与方能够更好地安排工作，实现与其他参与方的高效对接，避免不必要的信息沟通延误。图2-6BIM引入后的工作模式改变资料来源：自行整理绘制1.3.3保障了决策的科学性传统的质量控制PDCA循环中，决策者往往运用经验做出相对合理的决策，但是由于项目间的差距和决策者本身能力的限制，使得作出的决策往往不具有指导意义。BIM的模拟化是基于实际进行的表达。它集成了设计、分析和模拟三个阶段，如果某一阶段发生改变，就会有针对性地做出相应改变，在分析研究的基础上模拟出结果，方便业主进行科学的决策。机械数量的合理布置和布局方面BIM技术利用三维模拟的功能，准确判断机械的需用量，避免盲目的人工估算造成的现场机械数量过多或过少出现施工碰撞或施工中断的施工质量问题。另外，通过可视化模拟，合理布置机械的分布，避免了位置不准确影响机械的使用性能，从而影响施工质量。材料的采购及跟踪管理方面BIM的协同平台将材料供应商也纳入跟业主、施工单位等所有参建单位统一平台上，使得材料供应商能够清楚地了解工程情况，及时地做出生产材料的准备，不至于出现储存材料时间过长造成材料性能受到损失而影响工程质量的情况。另一方面，所有材料在使用前都要进行拍照上传，材料的规格、型号、生产日期及使用日期都有明确的记录，跟踪，便于随时查询，加大了质量管理力度。安排施工和作业方面BIM技术与地理信息系统（GIS）的结合模拟施工，清楚地掌握工程所处地理环境，从而更有利于根据地理位置的特殊性或优越性进行合理地安排施工和作业。在管理环境方面，通过采用集成管理模式，从根本上改变了传统的质量管理环境，保证了决策的科学性。通过以上研究不难发现，传统质量控制方法PDCA的实施过程中存在着大量弊端之处，从而导致数据来源不准确、信息沟通不及时和决策不科学等问题，影响质量管理PDCA方法的真正实施。通过引入BIM技术，从本质上改变质量控制的方法并提高效率，以期达到理想效果。1.4研究综述BIM技术在施工质量管理方面的研究，本论文主要从BIM在施工质量过程控制和BIM在施工质量管理优势两个方面进行综述。1.4.1BIM在施工质量过程控制方面的研究王广斌73[33]通过将BIM技术引入到项目规划阶段，利用BIM技术的模拟化特点，通过结合成本管理理论，使得项目决策做到更科学和更准确，从而保证项目质量的过程控制。张洋[34]通过将IFC与BIM技术的结合构造出BIM信息化管理系统，该系统不仅解决了BIM技术的格式转化问题和存储数据问题，同时解决了数据的调取和集成的困难。为BIM在工程领域的实施奠定了良好的基础。张建平等人也发表了一篇名为《基于lFC的BIM及其数据集成平台研究》的论文，提出了基于IFC的BIM基本架构，通过创建分阶段或面向应用的子信息模型，随着工程进展扩展为面向建筑生命期的整体信息模型所开发的基于IFC的BIM数据集成平台和BIM数据库及其相应的数据保存、跟踪和扩充机制，有效解决了海量数据的存储和分布异构数据的一致和共享问题，实现了设计和施工阶段不同应用软件间的数据集成、共享和交换。何关培[35]从不同维度来研究BIM技术在我国建筑领域的发展，分析了当前建筑业应用BIM的挑战和优势，从各个阶段、参与方、层次等来分析BIM的发展趋势，为BIM的发展提供了一定的指导。同时，何关培通过具体案例，详细分析了BIM技术在造价领域等的应用过程。何清华[36]通过研究近几年我国BIM应用的一些典型案例，指出了BIM技术在我国没有能得到良好发展的原因，其主要障碍概括为两个方面。一方面是政府没有对BIM技术的应用给予足够的重视，没有统一的BIM应用标准，宣传推广力度不够，使得一些项目在可用可不用的情况下选择不用；另一方面原因是我国的工程管理特点，没有统一的信息化平台，使得BIM的应用受到局限。李亚东[37]通过具体案例进行分析，分析了BIM技术对质量管理的实施要点，并对如何进行关键数据的收集和整理进行了总结，达到了将BIM技术成功运用到质量问题处理过程中的目的。董娜[38]将BIM技术与质量管理方法PDCA循环进行结合，探索出了BIM技术在项目质量、进度、成本方面应用存在的弊端。马智亮[39]通过将BIM技术在质量验收过程中的实践，提出了质量监管系统框架。主要利用BIM技术的模拟功能，自动生成检查控制点，并在该系统中完成整改的全过程。肖梦琪[40]通过单元划分所形成的编码，运用清单进行质量控制。主要实施是通过BIM技术在验收过程中的应用，实现验收功能的自动化。张云帆[41]通过将BIM技术应用在某信息港工程上，建立了BIM团队，分析了BIM模型的具体操作过程，形成了一套完整的基于BIM的质量管理方案，并将其在具体案例中的应用效果进行了展示和分析。Ahmad和Farzad将BIM和LCA工具整合，并用于设计可持续建筑项目，模型包括了可持续材料的信息存储、BIM（3D）模块以及一个LCA模块和认证模块及成本。Seok-Neon等人提出了一种在定义工作流程和标准的情况下，分析四维建筑施工仿真系统性能的方法，并通过对比新建建筑和己有建筑的施工模拟验证。Hee和Dong研究开发了一个通用的BIM数据库结构并对老年住宅的改造项目进行进度和成本分析，该数据库可有效的减少人为错误并提供工作效率。Alcinia等人研究了BIM软件工具在建筑物维修和冲突检测方面的应用，有助于了解BIM技术在不同专业间的调解和协调功能。1.4.2BIM在施工质量管理优势方面的研究纪凡荣[42]应用工程实例阐明了BIM技术在市政工程中的优势，主要运用BIM技术的模拟化特点，在事前阶段发现设计不合理和冲突之处，杜绝了返工问题的发生，保证了实体工程的施工质量。蒋绮琢[43]通过对BIM技术的可视化研究，发现其在图纸设计中表现出明显的优势作用。尤其在钢筋的碰撞检测上，可以提早发现冲突，提高了工作效率，保证了工程质量。王彦