基于BIM的裝配式建筑精益化質(zhì)量控制研究

竇慧娟，李新樂

(大連民族大學 土木工程學院，遼寧 大連 116650)

裝配式建筑具有節(jié)能環(huán)保、縮短工期、控制成本、方便施工等優(yōu)點，符合國家建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展要求。2016年國務院提出大力發(fā)展裝配式建筑，并確定“力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%[1]”的目標。裝配式建筑已成為建筑業(yè)發(fā)展的主要方向，具有廣闊的市場應用前景。

裝配式建筑是由預制部件在工地裝配而成的建筑。和傳統(tǒng)施工相比，裝配式建筑的施工方法、施工場所及參與主體都發(fā)生了變化。裝配式建筑將構(gòu)件先預制，后拼裝的施工方法，使其施工場所擴大到預制構(gòu)件生產(chǎn)廠和施工裝配現(xiàn)場。同時構(gòu)件生產(chǎn)商也成為裝配式建筑的參與主體。這些變化導致傳統(tǒng)質(zhì)量控制體系無法保證裝配式建筑工程的質(zhì)量。探索適應裝配式建筑的質(zhì)量控制措施成為當務之急。

近年已有學者對裝配式建筑質(zhì)量管理體系和BIM技術在工程管理中的應用進行了研究。曹江紅等[2]構(gòu)建了基于BIM的施工階段裝配式建筑質(zhì)量管理體系。吳水根等[3]、齊寶庫等[4]進一步對具體裝配式建筑的施工質(zhì)量進行了評估。文獻[5-7]將BIM等新技術應用于工程管理過程或裝配式構(gòu)件生產(chǎn)和運輸階段的管理，說明了將BIM等新技術應用于工程管理的價值。已有研究成果為裝配式建筑的質(zhì)量管理提供了有益的參考，但僅對建設過程某個階段的質(zhì)量控制措施進行了分析。只有在裝配式建筑全生命周期各個階段，各參與主體共享建筑信息并協(xié)同質(zhì)量管理，才能確保裝配式建筑的質(zhì)量安全。所以，本文利用BIM技術的協(xié)同優(yōu)勢和精益化管理理念，來研究裝配式建筑在項目立項、設計、構(gòu)件生產(chǎn)、施工和項目運營階段的質(zhì)量控制措施。

1 BIM技術應用于裝配式建筑質(zhì)量管理的優(yōu)勢

《2016-2020建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》指出了建筑業(yè)管理信息化的發(fā)展方向，并提出要深入研究BIM、物聯(lián)網(wǎng)等技術的創(chuàng)新應用。BIM技術具有三維可視化、信息收集動態(tài)化、管理工作協(xié)同性的特點[2],將其應用于裝配式建筑質(zhì)量管理，具有以下優(yōu)勢：

(1)提升建筑信息傳達效率。傳統(tǒng)管理過程中，信息傳遞主要依賴于設計圖紙、合同和書面指令等文件。參建各方人員對文件的理解偏差或指令延遲，導致設計、生產(chǎn)和安裝之間的信息傳遞不暢，使各建設過程脫節(jié)，成為裝配式建筑質(zhì)量問題的主要原因。BIM技術和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合可以為參與者提供信息共享平臺。更新的建筑信息通過BIM平臺可實時查看，使信息溝通更快捷，從而避免信息傳遞錯誤導致的質(zhì)量問題。

(2)搭建多方協(xié)同的管理平臺。質(zhì)量控制過程不規(guī)范是裝配式構(gòu)件質(zhì)量問題的根本原因。如在質(zhì)量管理中，重視施工階段、忽略預制構(gòu)件生產(chǎn)階段。構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量依靠構(gòu)件生產(chǎn)廠自檢控制，缺乏有效的質(zhì)量監(jiān)督，易造成裝配式預制構(gòu)件不達標和現(xiàn)場無法安裝的質(zhì)量問題。基于系統(tǒng)管理的思想，裝配式建筑質(zhì)量管理應貫穿全生命周期。項目立項、設計、生產(chǎn)運輸、施工安裝和運營階段的參與方，都應成為裝配式建筑的質(zhì)量管理主體。BIM共享云平臺的建立，能夠協(xié)同設計、協(xié)同管理，為參與方搭建了共同管理的平臺，便于將裝配式建筑生產(chǎn)的各個階段納入到質(zhì)量管理體系，實現(xiàn)裝配式建筑全生命周期質(zhì)量管理。且BIM與物聯(lián)網(wǎng)等技術結(jié)合，還可對現(xiàn)場施工作業(yè)產(chǎn)品進行追溯，明確質(zhì)量責任。

(3)有利于精益化施工管理。粗放化的傳統(tǒng)管理方式是導致構(gòu)件安裝不合格的管理原因。裝配式建筑先預制、后安裝的施工方法，要求預制構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝部位預留的尺寸要“嚴絲合縫”。構(gòu)件生產(chǎn)和施工中，任何超出容許范圍的誤差都會導致構(gòu)件安裝不合格。將精益化管理思想貫穿裝配式建筑質(zhì)量管理全過程，可以很好的解決這一問題。

BIM云平臺為各參與方提供了準確的建筑信息，是精益化質(zhì)量管理的基礎，為裝配式建筑質(zhì)量精益化管理的開展提供了支持。

2 裝配式建筑精益化質(zhì)量管理的實現(xiàn)方法

“精益化”思想源自豐田公司的一種管理哲學。精益化管理的核心理念是: 最大程度的降低各種資源損耗率，以量化、流程化、標準化及協(xié)同化作為主要管理特征，以期用最小的資源投入獲得最大的價值輸出[8-9]。將精益化思想運用到質(zhì)量管理中，可有效的解決傳統(tǒng)粗放式管理帶來的各種質(zhì)量問題。在裝配式建筑質(zhì)量管理過程中采用精益化管理的理念，通過以下幾個方面來實現(xiàn)，精益化質(zhì)量控制模型如圖1。

(1)建筑信息共享化。BIM云平臺為各個參建單位提供了可共享建筑信息的平臺和基礎，準確的建筑信息是裝配式建筑質(zhì)量規(guī)范化管理的前提。參建各方按照權限讀取建筑信息，完成各自工作并保證工程質(zhì)量。同時參建方要及時做好建筑數(shù)據(jù)的維護和更新，以確保平臺數(shù)據(jù)的真實準確。例如設計階段設計變更資料、生產(chǎn)階段構(gòu)件生產(chǎn)信息、裝配階段構(gòu)件安裝信息和運維階段維修保養(yǎng)記錄都應及時上傳更新。

(2)構(gòu)件設計標準化。標準化設計可以提高各混凝土拆分構(gòu)件的設計精度，優(yōu)化設計方案，完善設計信息?？杀苊獠缓侠聿鸱趾筒煌暾O計，從源頭上控制裝配式建筑的質(zhì)量。

(3)構(gòu)件生產(chǎn)工業(yè)化。裝配式構(gòu)件標準化設計，有利于預制構(gòu)件廠標準化生產(chǎn)和規(guī)范化生產(chǎn)流程的建立，實現(xiàn)模板定型化、材料定量化和生產(chǎn)自動化。生產(chǎn)工業(yè)化便于控制裝配式構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低工程成本。

(4)構(gòu)件裝配程序化?；贐IM的裝配式構(gòu)件安裝模擬，可以模擬構(gòu)件吊裝、就位、臨時支撐及連接的全過程，確定構(gòu)件裝配過程的質(zhì)量控制點。在標準化設計的構(gòu)件安裝時，制定規(guī)范化的施工流程，按照施工程序進行吊裝連接，可以提高效率，減少質(zhì)量通病。

(5)材料度量精細化。在構(gòu)件工廠化生產(chǎn)時，所采用的原材料質(zhì)量、數(shù)量、模板尺寸要準確，以保證構(gòu)件強度，控制構(gòu)件誤差，尤其是預埋件、預留洞口等細微構(gòu)件的誤差，才能保證構(gòu)件裝配的精準性。

(6)維護保養(yǎng)持續(xù)化。裝配式建筑投入使用后，建筑運維企業(yè)基于BIM云平臺的建筑信息可制定檢查維修計劃，定期進行相關部位特別是各種管線的檢查維護，發(fā)現(xiàn)問題及時處理修補，以保證建筑的正常使用。

3 基于BIM的裝配式建筑全生命周期精益化質(zhì)量控制措施

基于BIM技術信息及時和管理協(xié)同的優(yōu)勢，以BIM搭建共享信息平臺，貫徹精益化的管理理念，在裝配式建筑各階段的質(zhì)量管理措施如圖2。

圖2 裝配式建筑全生命周期質(zhì)量管理措施

3.1 項目立項階段的質(zhì)量管理措施

工程實體的質(zhì)量是決策、設計、施工等各方面各環(huán)節(jié)工作質(zhì)量的綜合反映。項目決策立項階段雖然不形成工程實體，但項目方案的優(yōu)劣對后期工程的質(zhì)量起到關鍵的影響。在項目可行性研究中，通過BIM技術對擬建項目建模，利用其工程量計算功能計算不同方案的工程量并大致估算工程造價，利用三維漫游功能對項目的外形、空間布局、結(jié)構(gòu)進行比對。從而綜合選定技術可行、經(jīng)濟合理的方案。

3.2 項目設計階段的質(zhì)量控制措施

(1)BIM模型協(xié)同設計。BIM協(xié)同設計的優(yōu)勢有利于設計各專業(yè)間的信息共享?？杀苊鈧鹘y(tǒng)CAD設計圖中各專業(yè)之間的信息孤立，從而實現(xiàn)各個專業(yè)共享配合。有效避免設計信息傳遞錯誤帶來的質(zhì)量隱患。

模型協(xié)同設計實時對模型進行處理更新并保持數(shù)據(jù)的完整，為數(shù)據(jù)保存、文件交互等提供了最簡單的操作方式，是模型整合和信息完善的重要環(huán)節(jié)。例如，某項目把Revit軟件中的建筑模型與Revit-MEP安裝管道之間的模型協(xié)同，共享模型信息，一處更改，處處更新，實現(xiàn)對模型整體的控制協(xié)調(diào)。

(2)BIM 碰撞檢測及深化設計。在傳統(tǒng)二維圖紙設計中，由于各專業(yè)設計缺乏協(xié)同性及圖紙不夠直觀，即使設計經(jīng)驗豐富的人員，也會有一些難以發(fā)現(xiàn)的碰撞點。造成工程返工及質(zhì)量隱患。BIM技術將不同專業(yè)整合到同一模型中，利用軟件進行碰撞檢測，查找范圍全面，碰撞點位置精確。通過對碰撞點進行深化設計，減少施工過程的碰撞隱患，提高工程施工質(zhì)量和效率。

(3)標準化設計。標準化設計、工廠化生產(chǎn)和裝配式施工是裝配式建筑的顯著特點及要求。標準化設計可有效提高設計效率和精度，促進裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)的工廠化和自動化，可保證構(gòu)件安裝質(zhì)量。

利用Revit建模軟件的“族”功能，可實現(xiàn)裝配式建筑構(gòu)件的標準化設計?！白?”是具有相同屬性構(gòu)件模型的集合。Revit軟件自帶一些常用構(gòu)件及設備的標準族文件，還可利用族編輯器將裝配式構(gòu)件拆分并優(yōu)化設計，建立自有的標準化裝配式構(gòu)件族庫。裝配式建筑設計時，可以在標準構(gòu)件庫中“選”和“拼”所需構(gòu)件，快速建立設計項目的BIM模型。族庫中標準化的構(gòu)件模型包括了詳細的設計信息，可避免由于設計信息不完善導致的質(zhì)量隱患，為構(gòu)件生產(chǎn)和裝配提供信息支持。

(4)保證設計質(zhì)量的其他措施。利用BIM模型進行虛擬漫游，設計者可“親身體驗”比較不同的設計方案。輔助其他功能分析軟件，可為不同用途的建筑設計提供數(shù)據(jù)支持。例如對公共建筑進行熱能分析，根據(jù)分析結(jié)果選用合適的圍護材料；對住宅進行光照分析，判定建筑設計是否滿足當?shù)夭晒庖蟮?。利用這些輔助功能，能夠提高建筑結(jié)構(gòu)設計的舒適度和適用性，從而提高設計質(zhì)量。

基于BIM模型直觀準確傳遞信息的特點，設計方可利用BIM模型輔助設計交底，便于參建單位理解設計意圖，在構(gòu)件生產(chǎn)、安裝和施工環(huán)節(jié)更好的貫徹設計思想，保證工程質(zhì)量。

3.3 裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)過程質(zhì)量控制措施

構(gòu)件生產(chǎn)階段質(zhì)量問題主要由設計信息不全和生產(chǎn)過程管理不精細造成。標準化設計可提供完整的設計信息。BIM云平臺信息共享為構(gòu)件生產(chǎn)階段讀取完整的構(gòu)件信息提供了可能，構(gòu)件生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制流程如圖3。

圖3 構(gòu)件生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制流程

(1)BIM構(gòu)件生產(chǎn)模擬。利用BIM模型可模擬預制構(gòu)件的生產(chǎn)過程，明確生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制點及關鍵工序。在構(gòu)件生產(chǎn)時，通過設置待檢點和見證點，嚴格控制生產(chǎn)流程，確保構(gòu)件質(zhì)量。通過BIM技術模擬構(gòu)件運輸，取得包括裝車臨時固定方案、構(gòu)件疊放數(shù)量及支點位置等資料，減少構(gòu)件運輸不規(guī)范帶來的構(gòu)件開裂、變形等問題。

(2)自動化生產(chǎn)。Jiang Lei[10]在研究調(diào)查基礎上指出產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)是降低裝配式建筑生產(chǎn)成本的重要途徑。標準化設計是自動化生產(chǎn)的前提，利用BIM技術推行標準化設計，為自動化生產(chǎn)線建立提供了可能，有利于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。成熟的自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率高，能極大地消除質(zhì)量隱患。

(3)新技術的采用。利用射頻識別技術(RFID)[7]，將RFID芯片植入預制構(gòu)件，利用RFID追蹤管理系統(tǒng),可快速定位預制構(gòu)件，便于構(gòu)件管理、查找及構(gòu)件運輸過程的位置追蹤。還可利用FRID進行快速信息交換和存儲，讀取預制構(gòu)件的信息，記錄預制構(gòu)件的設計、生產(chǎn)及運維信息，便于質(zhì)量管理及責任追溯。

此外，可利用三維數(shù)字掃描技術對構(gòu)件成品出廠前進行掃描，得到成品構(gòu)件的尺寸及預留孔洞、預埋構(gòu)件信息，并將信息導入BIM模型中，通過成品和設計信息比對，找出超過誤差的構(gòu)件，控制不合格產(chǎn)品出廠。

3.4 構(gòu)件安裝階段質(zhì)量管理措施

(1)利用BIM模擬施工，優(yōu)化構(gòu)件安裝方案?；炷翗?gòu)件吊裝和構(gòu)件連接過程復雜，易發(fā)生構(gòu)件碰撞脫落、構(gòu)件開裂、接縫過大等質(zhì)量及安全事故。利用BIM技術可視化的特點，模擬預制混凝土構(gòu)件吊裝、臨時錨固和構(gòu)件連接過程，通過BIM模型可查看復雜連接構(gòu)件之間的相互關系，預先判斷風險因素，制定構(gòu)件安裝專項施工方案。

(2)基于BIM的可視化施工方案交底。利用BIM可視化的優(yōu)點進行現(xiàn)場施工方案交底，明確吊裝和連接過程中的注意事項，可提高作業(yè)人員的作業(yè)精準度，有利于指導現(xiàn)場構(gòu)件精確安裝到位。

(3)基于物聯(lián)網(wǎng)技術的質(zhì)量管理?，F(xiàn)場管理各方人員基于BIM云平臺讀取構(gòu)件信息的同時，還可根據(jù)自身管理權限，通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)布指令到BIM云平臺，提升質(zhì)量問題處理的效率。例如，當現(xiàn)場監(jiān)理工程師發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量隱患，可通過設備掃描并讀取構(gòu)件FRID芯片信息，利用物聯(lián)網(wǎng)上傳構(gòu)件的圖像資料，將質(zhì)量問題及處理要求共享至BIM云平臺，施工單位讀取相關信息和指令后及時整改，整改完畢上傳整改過程資料及處理結(jié)果。通過物聯(lián)網(wǎng)及BIM云平臺提高了質(zhì)量問題的處理效率，簡化了處理流程，并且留存了構(gòu)件質(zhì)量管理過程的第一手管理資料。

3.5 構(gòu)件運維階段質(zhì)量管理措施

建設單位或物業(yè)管理公司負責建筑運營維護，通過BIM云平臺讀取裝配式建筑的資料，制定相應的維護計劃上傳至管理平臺，根據(jù)計劃定期進行維護，特別是設備及管線維護。并及時更新建筑狀態(tài)信息,保證裝配式建筑的安全使用。

4 結(jié) 語

本文利用BIM技術的三維可視化、信息收集動態(tài)化、管理工作協(xié)同性的優(yōu)勢，利用BIM搭建的共享平臺，將精益化管理思想應用于裝配式建筑全生命周期質(zhì)量管理。研究了裝配式建筑項目立項、設計、施工、安裝及運營維護階段具體的質(zhì)量管理控制措施，為裝配式建筑質(zhì)量控制研究提供了新思路。