IPD模式下BIM5D在裝配式建筑質量管理中的應用

文/廣東水利電力職業(yè)技術學院 范如君

隨著我國建筑產業(yè)化的提升，建筑業(yè)面臨技術路徑、市場模式等變革，其中建造技術路徑變革即大力發(fā)展裝配式建筑。2016年國務院辦公廳印發(fā)《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》文件，指出要優(yōu)化部品部件生產、提升裝配式施工水平。在全國裝配化建筑已經取得突破性進展的同時，建筑企業(yè)的BIM技術應用成為建筑業(yè)信息化的重要內容。本文提出在IPD模式下利用BIM5D技術進行裝配式工程質量的協(xié)同管理，從而提高裝配式建筑工程質量。

1 IPD模式下裝配式建筑工程質量管理特點

1.1 IPD管理模式

IPD（Integrated Project Delivery）即集成化項目管理模式，是一種利用團隊成員的知識和專業(yè)技能，通過新技術應用，讓所有團隊成員更好地發(fā)揮最大潛力，以實現(xiàn)團隊成員在整個建設項目全生命周期價值最大化的交付方式[1]。美國建筑師協(xié)會(AIA)提出的項目整合交付模式IPD是結合BIM技術的建筑項目執(zhí)行模式，其理論重點在于應用BIM技術輔助專業(yè)協(xié)同整合，提升項目整合效益，進而達到精確控管時間與成本的目標。在此前提下，施工團隊、設計團隊等建筑項目成員與業(yè)主在信息透明開放的環(huán)境中從設計階段開始參與，以獲取更精確的設計成果。在IPD管理模式下，項目參與方通過共同合作提高項目工作效率，取得最佳成果。

1.2 IPD模式下裝配式建筑工程質量管理特征

1.2.1 項目各方在早期階段介入

裝配式建筑指工廠化生產的部品部件在施工現(xiàn)場通過組裝和連接而成的建筑。在裝配式建筑IPD模式中，項目各主要方在項目早期階段介入，組成IPD跨部門團隊，在項目開始時組建并對建筑全生命周期進行項目管理。IPD團隊由各參與方共同組成，各參與方分別提供不同的重要資源，以提高工作效率，保障項目順利實施。如施工方在設計階段介入可有效減少項目實施過程中的錯誤，提高項目工作效率。

1.2.2 技術水平要求高

工程項目主要參與者在裝配式建筑工程前期介入，對IPD項目的實施提出協(xié)同技術支持要求。而BIM5D建筑信息模型利用數(shù)據(jù)的開放性及信息交互性，實現(xiàn)可視化狀態(tài)下對項目設計、建造、運營過程進行交流決策。BIM5D技術推動了裝配式建筑向綠色建造發(fā)展的進程，裝配式建造需在構件驗收、安裝、運輸、儲存、施工等環(huán)節(jié)識別構件信息，提高信息輸入正確率，及時更新信息平臺數(shù)據(jù)。利用建模計算可分析構件與建筑整體耦合度，甄別裝配設計是否合理，提高裝配式建筑質量。

1.2.3 注重項目質量過程控制

IPD模式包括計劃與控制、決策、技術評審、設計、實施、文檔管理、質量控制、物料管理、軟硬件設計、技術管理及管道管理等。項目參與者多方協(xié)作及BIM技術的支持使項目實現(xiàn)協(xié)同質量管理，了解建筑產品的建造過程，時時動態(tài)監(jiān)控項目的建造過程。如施工單位可提前參與設計，可避免施工過程中因設計出現(xiàn)的質量問題，節(jié)約成本和提高效率。

1.2.4 滿足業(yè)主要求

項目參與方在可行性研究階段提前進入，確定項目目標和計劃，使施工和設計工作同時進行。借助Revit、RFID等集成BIM軟件的實施應用，項目各參與方通過模型模擬提前獲知項目成果，為項目協(xié)同質量管理提供技術支持。

1.2.5 注重團隊協(xié)作

業(yè)主與設計方、咨詢方、承包方分別簽訂合同，清晰界定各方責任義務，各方利益緊密相聯(lián)。IPD團隊中各方針對工程質量缺陷和隱患良好溝通合作，減少質量事故發(fā)生。裝配式建設工程項目在質量達標情況下驗收合格，各方獲得相應利益，從而調動各方進行質量控制和共同協(xié)作的主動性。

2 裝配式建筑施工質量存在的問題

我國工廠化裝配式建筑包括3種模式：鋼筋混凝土預制裝配式建筑（PC）；鋼結構預制裝配式建筑，部品化率為30%～40%；全鋼結構預制裝配式建筑，部品化率為80%～90%，部品在工廠內制作并裝修到位。

目前裝配式建筑施工質量受人員、機械、物料、工藝、環(huán)境、標準制度等多方因素制約。由于建筑工程本身建設周期長，涉及利益責任方較多，各利益責任方對于工程質量控制缺少有效呼應和協(xié)同。同時，管理人員不熟悉質量控制的相關標準和規(guī)范、質量管理信息化水平較低、項目質量信息不能有效傳遞共享等均對質量管理的產生影響。

1）構配件生產和使用過程中存在需改進之處 構配件的標準化程度及生產流水線應用程度低導致質量不達標，信息化程度低造成倉儲物流混亂，施工現(xiàn)場進度滯后導致構配件存放不規(guī)范等均對裝配式建筑質量產生影響。

2）裝配式建筑施工準備工作不充分 目前裝配式建筑施工缺少預見性，部分項目施工準備工作不足，如缺乏人員的培訓與組織、機械設備及現(xiàn)場材料的堆放準備、運輸車輛的設計制作及運輸路線等，對裝配式建筑的質量產生影響。

3）施工過程中的人為因素 人員技術水平、決策能力、作業(yè)能力、控制能力等都直接或間接影響各類構件的生產制作，易出現(xiàn)質量隱患或缺陷。

3 IPD模式下的BIM5D

3.1 BIM5D

BIM5D（三維建模+進度維+造價維）以BIM平臺為核心，集成土建、機電、鋼構、幕墻等各專業(yè)模型，并以集成模型為載體，關聯(lián)施工進度、合同、成本、質量、安全、圖紙、物料等信息，利用BIM模型形象直觀、可計算分析的特點，為項目的進度、成本管控、物料管理等提供數(shù)據(jù)支撐，協(xié)助管理人員有效決策和精細管理，從而達到減少施工變更、縮短工期、成本控制、提升質量的目的[2]。BIM5D將整個項目的經濟指標、進度指標、質量安全等重要信息形象地展示在網頁端，為項目施工總包、分包、業(yè)主、監(jiān)理等各參與方提供實時監(jiān)控平臺。

3.2 BIM5D與IPD的關系

IPD集成項目交付模式是從項目交付及契約角度出發(fā)，為克服傳統(tǒng)項目因各專業(yè)分割所導致的一系列問題而提出的更好實現(xiàn)業(yè)主價值的管理和實踐體系。BIM5D是科技發(fā)展到一定階段而必然出現(xiàn)的解決項目數(shù)字化及全生命周期信息化的技術手段，解決項目全過程管理的成本和效率問題[3]。BIM5D夯實了IPD模式的應用條件與基礎，IPD集成一體化思想是BIM5D手段的核心目的和意義。

1）IPD項目管理模式為BIM5D技術提供了發(fā)展平臺 IPD模式下，BIM5D可通過BIM模型對進度、預算、資源、施工組織等進行集成化管理，模擬施工過程，及時提供進度、物資、計量、成本等核心數(shù)據(jù)，提升溝通和決策效率。BIM5D以建筑項目全生命周期的信息整合為核心，整個項目的參與者參與共創(chuàng)、共享、共管信息，達到項目各階段、各部門的信息高度同步和協(xié)調一致。

2）BIM5D為IPD項目管理模式提供技術支持 BIM5D可協(xié)同完成IPD設計施工任務，進行IPD項目的成本、進度、質量、安全、物資等控制，并對IPD項目進行運營和維護。BIM5D使IPD團隊協(xié)同工作更便捷，溝通更通暢，使項目參與方更好理解任務，權責清晰，使IPD項目管理模式得以實現(xiàn)。

3.3 IPD模式下BIM5D技術應用于裝配式建筑工程質量協(xié)同管理的優(yōu)勢

3.3.1 BIM5D技術可提高建筑設計的前瞻性、精準性

利用BIM5D技術可提高裝配式建筑協(xié)同設計效率、降低設計誤差，優(yōu)化預制構件生產流程，改善預制構件庫存管理、模擬優(yōu)化施工流程，實現(xiàn)裝配式建筑運維階段的質量和能耗管理[4]。

1）方案設計階段進行3D構件拆分設計 在預制裝配式建筑方案設計階段建立BIM模型，不同的預制構配件在模型平臺上進行預拆分，初步確定構件外形尺寸，為工廠生產、運輸、吊裝等工序提供前期準備。

2）完成碰撞檢測 在施工圖階段進行機電、管線的碰撞檢測，檢查設計中預制構件上預留孔洞、預埋線盒等是否正確、準確。通過BIM模型對建筑不同預制構件、部位、節(jié)點進行預拼裝，保證實際安裝準確無誤，減少返工。

3）進行施工交底與模擬吊裝 利用BIM技術虛擬展示各施工工藝，可進行施工交底，幫助施工人員更好地理解設計，使技術交底更直觀。同時還可模擬吊裝過程，幫助施工人員了解構配件的不同放置位置及吊裝點、吊具，提高施工實際操作效率，使各部門間的溝通更高效。

4）進行施工場地管理 基于BIM的5D動態(tài)施工控制可對施工場地進行三維布置，綜合考慮材料碼放、車輛周轉及臨時用水用電布置，可讓項目管理人員對項目整體布置有更直觀的印象，方便對施工單位及工人進行交底，實現(xiàn)對業(yè)主進行數(shù)字化模型的直觀匯報。

5）施工動態(tài)管理 傳統(tǒng)的質量控制通過質量方案識別控制點，質檢員現(xiàn)場對控制點進行拍照記錄，手工分類整理，組織專題會議，最后進行整改跟蹤。而利用BIM5D進行質量管理時，通過質量方案識別控制點，質檢員現(xiàn)場使用智能手機BIM5D客戶端對控制點進行記錄，上傳云端服務器，計算機數(shù)據(jù)整理，組織專題會議，并通過云端數(shù)據(jù)進行跟蹤整改，形成項目質量的大數(shù)據(jù)留存，相關人員在項目節(jié)點進行總結整理，制定相應方案。監(jiān)理方對可能存在的質量隱患實時監(jiān)控和管理，減少由于對項目質量控制要點和質量缺陷認識不足，導致關鍵工序不能順利驗收。業(yè)主方可根據(jù)模型對可能發(fā)生的質量問題做好資金和進度規(guī)劃，減少因質量問題而影響工程進度和成本增加。

3.3.2 BIM5D可提高工程質量協(xié)同管理效率，實現(xiàn)最大利益

1）提升質量管理效率 在IPD下，各參與方關注工程質量，減少因質量問題而增加工程量及成本。裝配式建筑對構配件的精確度要求極高，若通過圖紙傳遞，不利于組織查找，還很難實現(xiàn)建筑項目質量目標。在裝配式建筑中加入BIM5D，其信息表達方式更直觀，減少了質量隱患，提高項目質量管理效率。

2）項目各參與方早期介入 在BIM5D技術支撐下，設計方可提前參與項目決策，進行合理設計。施工方也可提前進入設計階段，了解施工中應關注的質量控制要點和要求，更全面地對施工作業(yè)班組進行技術交底，減少因不熟悉設計而產生的質量問題。

3）實現(xiàn)質量管理的有效控制 利用IPD模式及BIM5D技術可強化工程質量的事前、事中與事后控制，實現(xiàn)質量管理的有效控制。施工前利用BIM可視化對管理人員及班組進行技術交底，使復雜節(jié)點更清晰，明確各工序的質量控制要點；結合二維碼存儲功能，將技術交底張貼在現(xiàn)場對應部位，方便現(xiàn)場查看，使技術交底多元化，提升交底效果。施工過程中，管理人員利用移動終端記錄現(xiàn)場施工質量、安全問題，拍照上傳至云平臺，明確責任人和責任班組，限時整改，整改后及時反饋并驗收，對問題進行追蹤管理。通過BIM5D管理平臺導入質量管理數(shù)據(jù)，編制質量問題周報，對整改情況、責任人、責任班組進行總結匯報，逐條分析原因，提出下一階段的質量與安全解決方案，確保質量與安全隱患及時解決。通過創(chuàng)建二維碼構件庫，將構件責任人、檢測員、表面平整度、垂直度等實測實量信息錄入平臺，方便現(xiàn)場溝通查閱，及時分析偏差原因，制定下一階段質量控制措施。通過建立基于BIM5D的質量協(xié)同管理體系，以BIM技術為手段，事前、事中及事后對質量管理進行信息化監(jiān)督和控制，實現(xiàn)質量管理數(shù)字化，為企業(yè)提供協(xié)同管理的質量保障體系，在多方監(jiān)督和協(xié)同實時管理作用下，提升裝配式建筑品質。

BIM5D技術的三維可視化特點能準確再現(xiàn)各專業(yè)的空間布局，實現(xiàn)三維校審，減少了工程變更。在物資管理中，根據(jù)BIM5D中的數(shù)據(jù)、現(xiàn)場情況及市場情況提前準備下個生產周期所需物資資料，保證現(xiàn)場施工進度，減少過度物資準備造成的浪費，加強了項目管理能力，更好實現(xiàn)IPD模式下團隊的最大利益。

4 IPD模式下基于BIM5D的質量協(xié)同管理流程

相關責任方利用IPD模式早期介入、利益共享、風險共擔等原則及BIM5D技術的虛擬施工、碰撞檢驗、各維度信息傳遞等功能，提高質量控制效率、減少質量問題發(fā)生，消除各類潛在質量隱患[5]。IPD模式下基于BIM5D的工程質量協(xié)同管理流程如圖1所示。

5 IPD模式下BIM5D技術在裝配式建筑質量管理中的措施

5.1 預制構件質量管理

5.1.1 預制構件生產質量管理

在裝配式建筑中，預制構件生產是連接設計和施工的關鍵環(huán)節(jié)。在預制構件生產中利用BIM5D技術，統(tǒng)籌考慮設計、制造、安裝需求，對建筑模型進行碰撞優(yōu)化。根據(jù)模擬碰撞結果，設計人員可修改構件設計圖紙。生產廠家根據(jù)BIM5D平臺中設計方錄入的構件參數(shù)可調取預制構件材料、尺寸、數(shù)量及工藝要求等信息，對制造安裝過程進行信息跟蹤和自動化生產。施工單位也可隨時了解構件生產情況，進行管理控制協(xié)調。

圖1 IPD模式下基于BIM5D的工程質量協(xié)同管理流程

5.1.2 預制構件運輸管理

預制構件質量還受預制構件運輸環(huán)節(jié)影響。因天氣等不可抗力原因，預制構件可能無法及時運到施工現(xiàn)場，只能根據(jù)現(xiàn)場施工進度及對構件的需求提前規(guī)劃構件運輸管理和成品保護。項目部將待安裝的構件需求信息輸入BIM5D平臺系統(tǒng)，管理人員及時了解庫存情況，確保構件準時送達項目現(xiàn)場。待安裝的構件內置RFID芯片，形成構件ID碼。RFID芯片將構件信息提供給信息控制系統(tǒng)，同時將物流進度信息數(shù)據(jù)反饋至倉庫，實現(xiàn)參與方的信息共享，保證施工進度和質量。

5.1.3 預制構件存儲管理

預制構件的儲存涉及堆放場地、塔式起重機旋轉半徑范圍等問題，施工現(xiàn)場預制構件的堆放存儲量不宜過多，需對構件進場數(shù)量進行控制。在裝配式建筑項目中應用BIM5D和RFID技術可解決預制構件存儲管理困難狀況。在構件加工過程中，每個構件植入RFID芯片，錄入材料及質量管理等信息，并將信息傳輸?shù)紹IM模型。施工過程中相關人員通過BIM模型可快速獲取預制構件具體信息，從而提高預制構件的庫存管理效率。

5.2 裝配式建筑施工質量管理

5.2.1 施工模擬

施工前先利用BIM5D技術對施工工藝較復雜、機械化程度高的裝配式建筑進行施工仿真模擬，保證預制構件準確定位，實現(xiàn)裝配式建筑高質量安裝。施工單位依據(jù)施工仿真模擬中暴露的質量隱患采取預防措施，降低質量事故發(fā)生概率。

5.2.2 表單式質量管理

為確定裝配式建筑施工質量控制部位，相關人員對施工用預制構件進行編號，并在BIM5D中導入構件基本信息。BIM模型建立后，根據(jù)建筑物的物理和功能特性，分解施工技術措施的質量要求，將整體質量要求分解成每個建筑構件的質量要求，以各預制構件的質量標準為依據(jù)，形成按不同構件工序劃分的質量控制表單。

根據(jù)質量控制表單中載明的構件編號，現(xiàn)場人員掌握該構件在BIM模型中的具體位置，從而對該構件進行檢查，并采集該構件的質量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)結果錄入質量控制表單中，完成對質量監(jiān)控的實時反饋，有利于工程參與方及時掌握信息并相互溝通交流，制定相應部位或構件的質量控制措施。

6 結語

通過IPD模式下BIM5D技術功能分析得出，項目參與方可借助BIM5D技術進行項目的進度監(jiān)督、質量安全檢查，還可完成精細排布方案，精確計算構件消耗數(shù)量、規(guī)格尺寸等。同時BIM5D可進行施工模擬，模擬任意時間段的實際場地工況，便于IPD團隊相關人員及時掌握施工場地現(xiàn)場情況。IPD團隊還可通過手機端對裝配式預制構建進行跟蹤，參建各方實時了解當前預制構件所處階段，提前規(guī)避風險；通過PC端進行進度偏差分析及完工工程量自動匯總統(tǒng)計，從而完成預制構件從加工到施工吊裝完畢整個流程的質量安全管理。BIM5D模型通過時間分布、責任單位分布等各個維度展示，使IPD團隊成員宏觀了解項目的質量安全狀態(tài)，協(xié)助項目管理人員分析問題、排查隱患，確保項目正常完工。