基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)研究

文／張方平、謝青生、朱建斌、劉勇 中國建筑第五工程局有限公司 湖南長沙 410004

引言：

近年來，裝配式建筑的頂層設(shè)計(jì)提速，國家提出大力推廣裝配式建筑的目標(biāo)[1]。裝配式建筑是用工業(yè)化的生產(chǎn)方式來建造住宅，是將住宅的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，將構(gòu)件通過可靠的連接方式組裝而建成的住宅[2]。裝配式建筑具有效率高、精度高、質(zhì)量高、工業(yè)化程度高、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、建筑抗震性能高、節(jié)能性能高、使用面積大等優(yōu)點(diǎn)。而隨著物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)的發(fā)展，在理論上已經(jīng)可以實(shí)時(shí)、精確、高效地交換和共享工程建造過程中的大量信息，建筑行業(yè)數(shù)字化智慧建造已成為必然的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)項(xiàng)目相比，裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工更注重對質(zhì)量、成本、工期、效果與環(huán)保的綜合評價(jià)，在深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、施工吊裝過程中，尤其需要系統(tǒng)綜合集成，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為提升建造品質(zhì)的重要手段。

為了對裝配式建筑PC 構(gòu)件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、倉儲、運(yùn)輸、安裝以及拆除等進(jìn)行全生命周期信息化管理，進(jìn)而有效縮減工程期限，使工程的項(xiàng)目管理成本降低，各個(gè)環(huán)節(jié)之間有科學(xué)合理的銜接，提高建筑質(zhì)量，本文依托中建五局承建的永豐雅苑項(xiàng)目，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)。永豐雅苑項(xiàng)目位于贛江新區(qū)直管區(qū)大國工匠技能人才中心園區(qū)內(nèi)，是園區(qū)內(nèi)唯一的安置小區(qū)。該項(xiàng)目由1 層地下室、15 棟高層住宅、1 棟幼兒園、4 棟商業(yè)用房及相關(guān)附屬設(shè)施組成，總建筑面積256748.72 m2，地下室建筑面積57235.98 m2。工程總投資約104607.6萬元，占地面積66761.83 m2。該項(xiàng)目高層住宅為裝配式建筑，裝配率達(dá)30%，預(yù)制混凝土構(gòu)件（PC 構(gòu)件）類型包含預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、輕質(zhì)隔墻以及預(yù)制空調(diào)板。為此，永豐雅苑項(xiàng)目能夠?yàn)榛谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)字化施工管控提供充足的研究載體及數(shù)據(jù)支撐，保證研究的順利進(jìn)行。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何真實(shí)世界的物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，真實(shí)世界的物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起源于傳媒領(lǐng)域，是信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命。PC 構(gòu)件是指在工廠中通過標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化方式加工生產(chǎn)的混凝土制品。與之相對應(yīng)的傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土需要工地現(xiàn)場制模、現(xiàn)場澆注和現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)，混凝土預(yù)制件被廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)中扮演重要的角色。

1、PC 構(gòu)件施工過程存在問題分析

1.1 施工組織問題

裝配式構(gòu)件是在預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)完成后統(tǒng)一運(yùn)送至施工現(xiàn)場進(jìn)行吊裝施工的，整個(gè)過程中參與單位包含設(shè)計(jì)單位、裝配式深化設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位。由于參建單位多，參與人員也多，整個(gè)施工組織難度較大。過程中可能出現(xiàn)的問題包括信息傳遞不暢、PC構(gòu)件生產(chǎn)及進(jìn)場順序錯(cuò)誤及進(jìn)場時(shí)間不及時(shí)等問題。

造成這些問題的主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）預(yù)制構(gòu)件排產(chǎn)及供貨清單與施工現(xiàn)場不對應(yīng)。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家通常是依據(jù)施工單位提供的月進(jìn)度計(jì)劃來排產(chǎn)的，如果預(yù)制構(gòu)件廠家在生產(chǎn)之前沒有和施工單位詳細(xì)了解現(xiàn)場進(jìn)度，則所擬定的供貨清單也將是不符合施工現(xiàn)場實(shí)際需求。

（2）預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸時(shí)間長。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)完成后，一般是要放置到養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至齡期，然后由專業(yè)的運(yùn)輸單位統(tǒng)一運(yùn)送至施工現(xiàn)場。而預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸一般是根據(jù)路程遠(yuǎn)近和時(shí)間綜合收費(fèi)的，運(yùn)輸過程中，存在運(yùn)輸單位不積極配合施工單位的情況，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場不及時(shí)，最終影響施工進(jìn)度。

1.2 PC 構(gòu)件安裝問題

在PC 構(gòu)件吊裝過程中，常出現(xiàn)構(gòu)件拼接不上，尺寸偏差較大的情況。這種問題出現(xiàn)的主要原因有兩個(gè)，一是PC 構(gòu)件吊裝工人操作水平不足，吊裝過程中沒有嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工過程管控，或者是對每塊裝配式構(gòu)件的安裝位置不清楚，導(dǎo)致PC 構(gòu)件位置錯(cuò)誤；二是PC 構(gòu)件本來就存在尺寸偏差或者尺寸錯(cuò)誤，導(dǎo)致現(xiàn)場施工是安裝不到位。

1.3 PC 構(gòu)件設(shè)計(jì)變更問題

在建筑工程施工過程中，通常存在設(shè)計(jì)優(yōu)化的情況，此時(shí)需要通過設(shè)計(jì)變更的形勢來為現(xiàn)場施工提供調(diào)整的依據(jù)。然后，由于PC 構(gòu)件生產(chǎn)是存在超前量的，過多的設(shè)計(jì)變更會增加PC 構(gòu)件生產(chǎn)廠家以及施工單位的信息更新難度，容易導(dǎo)致施工過程出現(xiàn)問題。

2、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

在設(shè)計(jì)階段，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并結(jié)合施工可行性、成本等方面進(jìn)行多維度分析，對比評估多種可實(shí)行方案，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)制方案。在生產(chǎn)、運(yùn)輸階段，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集PC 構(gòu)件圖紙、原材料合格證、生產(chǎn)過程中的現(xiàn)場照片以及產(chǎn)品入庫出庫的具體時(shí)間和檢驗(yàn)人員，確保整個(gè)運(yùn)輸過程，包括材料的進(jìn)場是可查、可控以及可追溯的，保證所有的構(gòu)件是合格的。在吊裝階段，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)施監(jiān)控，對于PC 構(gòu)件實(shí)現(xiàn)施工過程多角度的信息采集和分析處理，一旦出現(xiàn)異常狀況就可以第一時(shí)間進(jìn)行修補(bǔ)完善。

2.2 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程圖

2.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備：根據(jù)PC 構(gòu)件施工實(shí)際情況擬定PC 構(gòu)件吊裝實(shí)施方案，并做好技術(shù)交底及安全教育。

（2）材料準(zhǔn)備：裝配式構(gòu)件分包單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙預(yù)制裝配式構(gòu)件，并安排構(gòu)件提前進(jìn)場驗(yàn)收及堆放。

（3）現(xiàn)場準(zhǔn)備：PC 構(gòu)件吊裝施工需使用塔吊、裝配式構(gòu)件專用吊具、手動吊葫蘆、撬棍、靠尺、防墜器、鋼筋扎鉤等工具設(shè)備，施工前要做好準(zhǔn)備。

2.3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件吊裝

（1）PC 構(gòu)件生產(chǎn)、編碼

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙及裝配式構(gòu)件深化圖紙的特點(diǎn)，對每一塊PC 構(gòu)件進(jìn)行編碼，形成唯一標(biāo)識碼，PC構(gòu)件生產(chǎn)完成后，將標(biāo)識碼對應(yīng)的二維碼貼在PC 構(gòu)件上。二維碼包含PC 構(gòu)件的名稱、安裝部位、尺寸、生產(chǎn)時(shí)間等信息，施工現(xiàn)場采用移動設(shè)備掃描二維碼后，該P(yáng)C 構(gòu)件的相應(yīng)信息應(yīng)能顯示出來，見圖2。

圖2 PC 構(gòu)件編碼

（2）PC 構(gòu)件運(yùn)輸

PC 構(gòu)件通常有預(yù)制外墻、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺板、疊合板等。PC 預(yù)制外墻板若采用豎立式放置運(yùn)輸，傾角應(yīng)大于80°，與車接觸部位墊軟布。其余疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺板等構(gòu)件可采用平放方式進(jìn)行運(yùn)輸，疊放層數(shù)不超過6 層。PC 構(gòu)件運(yùn)輸過程中應(yīng)對PC 構(gòu)件進(jìn)行護(hù)角保護(hù)。

（3）PC 構(gòu)件驗(yàn)收及堆放

①進(jìn)場驗(yàn)收

預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場驗(yàn)收：預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場驗(yàn)收為進(jìn)場后的構(gòu)件觀感質(zhì)量和幾何尺寸、成品構(gòu)件的產(chǎn)品合格證和有關(guān)資料。構(gòu)件圖紙編號與實(shí)際構(gòu)件的一致性檢查。對預(yù)制構(gòu)件在明顯部位標(biāo)明的生產(chǎn)日期、構(gòu)件型號、生產(chǎn)單位和構(gòu)件生產(chǎn)單位驗(yàn)收標(biāo)志進(jìn)行檢查。對構(gòu)件上的預(yù)埋件、粗糙面、外漏鋼筋、預(yù)留洞的規(guī)格、位置和數(shù)量是否符合設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面檢查。

預(yù)制構(gòu)件檢查不滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行退場處理。對于存在允許范圍內(nèi)缺陷的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行原因分析和修補(bǔ)處理并記錄在案且需對該構(gòu)件整個(gè)安裝、使用過程進(jìn)行跟蹤觀察記錄。

預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場檢查控制標(biāo)準(zhǔn)除滿足國家相關(guān)規(guī)定外還應(yīng)滿足下表1 要求：(單位mm)

表1 預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場檢查控制標(biāo)準(zhǔn)

②堆放

預(yù)制構(gòu)件堆放場地必須堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固，排水良好。以防塌陷、下沉而導(dǎo)致構(gòu)件傾倒或變形開裂。

構(gòu)件立放或靠放應(yīng)采用專用托架，托架應(yīng)有足夠的剛度，并需支墊穩(wěn)固防止傾倒。

現(xiàn)場存放時(shí)，應(yīng)按吊裝順序和型號分區(qū)配套存放且應(yīng)標(biāo)識明顯。存放位置應(yīng)布置在塔吊工作范圍內(nèi)。

水平分層堆放時(shí)，按型號碼垛，每垛不準(zhǔn)超過6 塊，堆垛之間宜設(shè)寬度為0.8m-1.2m 的通道，根據(jù)各種板的受力情況選擇支墊位置，最下邊一層墊木必須通長的，層與層之間墊平、墊實(shí)，各層墊木必須在一條垂直線上，見圖3。

圖3 疊合樓板堆放示意圖

（4）PC 構(gòu)件吊裝

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采用塔吊、專用吊具、手動吊葫蘆、撬棍等工具設(shè)備將裝配式構(gòu)件進(jìn)行至設(shè)計(jì)對應(yīng)部位。預(yù)制構(gòu)件吊裝就位后，應(yīng)及時(shí)校準(zhǔn)并采取臨時(shí)固定措施，見圖4。

圖4 裝配式構(gòu)件吊裝

（5）裝配式構(gòu)件預(yù)留鋼筋與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)綁扎

按照設(shè)計(jì)做法將裝配式構(gòu)件預(yù)留鋼筋與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋進(jìn)行綁扎及錨固。

（6）裝配式建筑連接點(diǎn)混凝土澆筑

鋼筋綁扎完成并通過隱蔽驗(yàn)收后可進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土澆筑。澆筑前，預(yù)制構(gòu)件結(jié)合面疏松部分的混凝土應(yīng)剔除并清理干凈；模板應(yīng)保證后澆混凝土部位的形狀、尺寸和位置準(zhǔn)確，并應(yīng)防止漏漿；在澆筑混凝土前應(yīng)灑水潤濕結(jié)合面，混凝土應(yīng)振搗密實(shí)。澆筑過程中需安排專門的看模人員進(jìn)行護(hù)模，一旦在澆筑過程中出現(xiàn)爆模、漏漿等情況，需及時(shí)對模板進(jìn)行整改?；炷翝仓^程中還需采用平板振動器對現(xiàn)澆部位進(jìn)行振搗，振搗過程中嚴(yán)禁野蠻施工，防止對裝配式構(gòu)件及遇水膨脹止水條的破壞。澆筑完成后，及時(shí)對現(xiàn)澆部位進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，裝配式建筑構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)連接部位應(yīng)重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)。

2.3.3 效果檢查

PC 構(gòu)件吊裝施工完成后，對預(yù)制構(gòu)件安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收。混凝土澆筑完成及拆模后，對相應(yīng)樓層進(jìn)行實(shí)測實(shí)量，檢查PC 構(gòu)件吊裝施工的質(zhì)量。

3、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)應(yīng)用

在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，本課題團(tuán)隊(duì)在中建五局永豐雅苑項(xiàng)目進(jìn)行了技術(shù)推廣應(yīng)用。

3.1 工程概況

永豐雅苑項(xiàng)目位于贛江新區(qū)直管區(qū)蔡倫路（規(guī)劃）以東、育匠路（規(guī)劃）以南、李冰路（規(guī)劃）以西、懷匠路（規(guī)劃）以北地塊內(nèi)。該項(xiàng)目由1 層地下室、2 棟23 層住宅、5 棟25 層住宅、8 棟26 層住宅，1 棟3 層社區(qū)服務(wù)中心、1 棟3 層幼兒園、1 棟4 層商業(yè)用房、3 棟2 層商業(yè)用房、1 棟開關(guān)站、1 棟垃圾收集站、5 棟門衛(wèi)室、1棟消防控制室組成，總建筑面積256461.42 m2，地下室建筑面積56342.87 m2。

3.2 應(yīng)用情況分析

永豐雅苑項(xiàng)目主要包含的裝配式PC 構(gòu)件是疊合板、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯。在PC 構(gòu)件吊裝施工過程中應(yīng)用了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)，該技術(shù)在保證建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，有效提升了PC構(gòu)件施工各階段的順暢度，參建各方信息流轉(zhuǎn)迅速，信息傳遞效率明顯提高。

結(jié)語：

針對裝配式建筑PC 構(gòu)件吊裝施工參建人員較多，信息共享不暢，施工精準(zhǔn)度不高等問題，本文依托中建五局永豐雅苑項(xiàng)目開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)研究。該技術(shù)有效提升裝配式建筑PC 構(gòu)件吊裝過程中的信息共享完整度、順暢度，提升了工程施工質(zhì)量，保障裝配式建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命，大大減少因信息溝通不到位導(dǎo)致的裝配式建筑PC 構(gòu)件吊裝施工受阻情況發(fā)生，為裝配式建筑的推廣工作奠定技術(shù)基礎(chǔ)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的PC 構(gòu)件數(shù)據(jù)化施工管控技術(shù)適用于裝配式建筑PC 構(gòu)件吊裝施工管控，如疊合板、預(yù)制樓梯、裝配式外墻等裝配式構(gòu)件的施工過程管控。