BIM技術(shù)在裝配式建筑施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用研究

李 政 浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司工程師

管 華 浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司助理工程師

裝配式建筑屬于新型結(jié)構(gòu)，采用這種建筑方式能夠節(jié)省40%左右的材料，且可減少70%的建筑垃圾，滿足城市建設(shè)需求。通過對比傳統(tǒng)建筑與裝配式建筑，BIM 技術(shù)對施工人員的需求低，能縮短施工周期，對居民的影響也較小，在未來建筑行業(yè)的發(fā)展過程中具有重要作用。

1 裝配式建筑應(yīng)用及頂層規(guī)劃

我國裝配式建筑主要應(yīng)用于沿海城市，如比較具有代表性的上海百葉中心、敦煌文博會主場館以及雄安市民服務(wù)中心等項(xiàng)目。而在國外預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)開展的過程中，地區(qū)所用的材料及主要的應(yīng)用如圖1 所示?！豆I(yè)化建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51129—2015）中明確指出要在2016 年有效推廣裝配式建筑的意見，隨后中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部又發(fā)布《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》，計(jì)劃到2020 年裝配式建筑占新建建筑的比例能夠達(dá)到20%以上，2025 年能夠達(dá)到50%以上。此外，2016 年國務(wù)院先后出臺多項(xiàng)政策，主要強(qiáng)調(diào)未來需要采用因地制宜的方式有效發(fā)展裝配式木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等裝配式建筑，政府報(bào)告中明確指出需要全力發(fā)展裝配式建筑以及鋼結(jié)構(gòu)建筑，而這些頂層規(guī)劃有助于推動我國建筑產(chǎn)業(yè)的快速轉(zhuǎn)型升級，對推動我國城市建設(shè)具有重要意義。

圖1 國外預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)與材料應(yīng)用

2 裝配式建筑施工存在的質(zhì)量管理問題

我國裝配式建筑施工發(fā)展相對較晚，施工質(zhì)量管理中仍存在一些問題。一是生產(chǎn)的過程中構(gòu)配件使用并不完善，涉及生產(chǎn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、堆放方式不規(guī)范等內(nèi)容，嚴(yán)重影響了構(gòu)配件的使用效率和質(zhì)量，對裝配式建筑質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。二是施工工作準(zhǔn)備不充分。受我國裝配式施工發(fā)展的影響，當(dāng)前我國施工應(yīng)用并不完善，體現(xiàn)在缺乏必要預(yù)見性，導(dǎo)致很多項(xiàng)目存在施工工作準(zhǔn)備不充分等問題，對裝配式建筑的質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。三是人為因素。項(xiàng)目施工容易受人為因素的影響，若在施工的過程中存在操作不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，尤其在關(guān)鍵部位，容易引發(fā)建筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，甚至還會出現(xiàn)安全事故[1]。四是項(xiàng)目施工涉及部門較多，聯(lián)動性差，導(dǎo)致部門之間的溝通不及時(shí)，未能起到相互制約、相互監(jiān)督以及相互協(xié)調(diào)等作用。

3 裝配式建筑質(zhì)量管理中應(yīng)用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢

本文在研究的過程中分析了《2016—2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，其中明確指出了信息化發(fā)展的方向，且在綱要中指出需要使用物聯(lián)網(wǎng)和BIM 技術(shù)等創(chuàng)新型技術(shù)。分析BIM 技術(shù)可知，其主要具有信息收集動態(tài)化、三維可視化以及管理協(xié)同化等特征，將該技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑中具有較多應(yīng)用優(yōu)勢。

3.1 滿足建筑信息傳達(dá)效率提升需要

傳統(tǒng)信息傳遞的方式主要依賴于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)合同以及書面指令等，導(dǎo)致相關(guān)工作人員對于信息的理解出現(xiàn)了延遲或者偏差，使得設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及安裝等環(huán)節(jié)之間的信息出現(xiàn)傳遞不暢等現(xiàn)象，這也引發(fā)了建設(shè)各環(huán)節(jié)出現(xiàn)脫節(jié)問題，對裝配式建筑質(zhì)量產(chǎn)生較大影響[2]。

3.2 促進(jìn)多方搭建管理平臺

分析裝配式構(gòu)建出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量控制不規(guī)范是其重要原因。如果僅重視施工階段而忽略預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程，且質(zhì)量控制僅僅依靠生產(chǎn)商自檢，而未采取科學(xué)的質(zhì)量監(jiān)督，則容易引發(fā)構(gòu)建不達(dá)標(biāo)的問題。因此，在裝配式建筑質(zhì)量管理過程中，應(yīng)將系統(tǒng)管理思想有效融入全生命周期中，使其貫穿于項(xiàng)目立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸以及安裝等各環(huán)節(jié)，通過這種方式來確立質(zhì)量管理主體。此外，通過構(gòu)建BIM 信息共享平臺能夠滿足多方協(xié)同管理的需要，促使多方共同管理，進(jìn)而有效將裝配式建筑生產(chǎn)的相關(guān)環(huán)節(jié)納入管理體系中，滿足全生命周期的管理需求[3]。同時(shí)，有效將物聯(lián)網(wǎng)和BIM 技術(shù)高效融合，有效追溯現(xiàn)場施工作業(yè)產(chǎn)品，進(jìn)而明確質(zhì)量責(zé)任。

3.3 有助于實(shí)施精細(xì)化管理

在傳統(tǒng)構(gòu)建安裝中，粗放型管理是安裝不合格的原因，裝配式建筑采用的生產(chǎn)模式為“先預(yù)制、后安裝”，這實(shí)際上就需要在構(gòu)件的生產(chǎn)過程中尺寸嚴(yán)絲合縫。因?yàn)闃?gòu)件在生產(chǎn)過程中的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差都會引發(fā)質(zhì)量不合格問題，所以需要在質(zhì)量管理中有效融入精細(xì)化管理，通過實(shí)施這種管理方式有效解決安裝出現(xiàn)的問題。此外，在BIM 平臺的應(yīng)用中，能夠使各方提供比較精準(zhǔn)的信息，這實(shí)際也是精細(xì)化管理的基礎(chǔ)，能夠?yàn)檠b配式建筑質(zhì)量提供保障。

4 裝配式建筑施工中應(yīng)用BIM技術(shù)的質(zhì)量管理措施

在裝配式建筑的質(zhì)量管理中，有效借助BIM 技術(shù)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享，滿足質(zhì)量提升的需求。相關(guān)階段質(zhì)量管理措施如圖2 所示。

圖2 裝配式建筑全生命周期質(zhì)量管理措施

4.1 立項(xiàng)階段質(zhì)量管理

通過分析實(shí)體工程，呈現(xiàn)出來的質(zhì)量是決策、設(shè)計(jì)以及施工等環(huán)節(jié)的重要體現(xiàn)，雖然在立項(xiàng)階段沒有工程實(shí)體，但所采用項(xiàng)目方案的優(yōu)劣性容易對后期的工程質(zhì)量產(chǎn)生較大影響[4]。因此，在項(xiàng)目的可行性研究中可以應(yīng)用BIM 技術(shù)對項(xiàng)目實(shí)施建模，并有效借助工程量計(jì)算功能計(jì)算出不同工程量所需要的工程造價(jià)，同時(shí)有效采用三維漫游功能對比相關(guān)項(xiàng)目的外形、結(jié)構(gòu)以及空間布局，通過這種方式選擇具有可行性的技術(shù)，擬定經(jīng)濟(jì)合理的方案。

4.2 設(shè)計(jì)階段質(zhì)量控制

4.2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)BIM 模型

在BIM 模型設(shè)計(jì)中有效采用協(xié)同設(shè)計(jì)的措施，能夠規(guī)避傳統(tǒng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中的信息孤立問題，滿足信息共享需要，避免因設(shè)計(jì)信息錯誤帶來質(zhì)量問題。在模型設(shè)計(jì)的過程中，需要對模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)更新，保障數(shù)據(jù)的完整性，將這些數(shù)據(jù)有效儲存起來，實(shí)現(xiàn)文件交互等操作方式，這實(shí)際也是整理完整信息的重要環(huán)節(jié)[5]。比如，一個(gè)項(xiàng)目有效協(xié)同REvit 軟件中的建筑模型和REvit—MEP 安裝管道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息共享，更改某處數(shù)據(jù)信息，需要對數(shù)據(jù)全面更新，通過這種方式實(shí)現(xiàn)模型的整體協(xié)調(diào)。

4.2.2 BIM 碰撞檢測及深化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)存在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不直觀、缺乏設(shè)計(jì)協(xié)同性等問題，即使是經(jīng)驗(yàn)比較豐富的設(shè)計(jì)人員，在設(shè)計(jì)的過程中也很難找到設(shè)計(jì)碰撞點(diǎn)，容易埋下隱患。在該模型中有效融入BIM 技術(shù)，可借助軟件來碰撞檢測，滿足查找范圍全面性和碰撞位置精準(zhǔn)等需求，并對碰撞點(diǎn)進(jìn)行深入研究，進(jìn)而降低工程在施工過程中的隱患，強(qiáng)化工程施工質(zhì)量的全面提升。

4.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

裝配式建筑可具有工廠生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)以及裝配式施工等特點(diǎn)，通過采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方式能夠提高設(shè)計(jì)精確度和效率，滿足裝配式建筑構(gòu)件的自動化和工廠化設(shè)計(jì)需求，保障構(gòu)件的安裝質(zhì)量。在裝配式構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，可以采用Revit建模軟件中的“族”功能對構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

在Revit 軟件中，自帶比較常見的設(shè)備以及構(gòu)件等標(biāo)準(zhǔn)族文件，且在優(yōu)化和拆分構(gòu)件的過程中可以借助族編輯器有效構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化裝配式構(gòu)建族庫。

而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，通過借助標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)庫中“選”和“拼”需要的構(gòu)件，有效構(gòu)建能夠滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)的BIM 模型。族庫中的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模型涉及了設(shè)計(jì)信息，能夠有效地避免因設(shè)計(jì)信息不完善而導(dǎo)致的質(zhì)量隱患，給構(gòu)件的生產(chǎn)以及裝配提供信息基礎(chǔ)。

4.2.4 其他設(shè)計(jì)質(zhì)量提高措施

在借助BIM 模型做虛擬漫游的過程中，設(shè)計(jì)者可以采用“親身體驗(yàn)”的方式來對比不同的方案。在此基礎(chǔ)上，有效利用其他輔助分析軟件，能夠給不同的建筑設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。例如，在公共建筑設(shè)計(jì)中，通過對熱能進(jìn)行分析，結(jié)合主要的分析結(jié)果數(shù)據(jù)有效選擇合理的圍護(hù)材料；分析住宅光照時(shí)需要判斷建筑設(shè)計(jì)能否滿足采光需求等[6]。因此，在建筑設(shè)計(jì)的過程中，采用這些設(shè)計(jì)輔助功能可以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的適用性以及舒適度需求，進(jìn)而有利于提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過分析BIM 模型能夠準(zhǔn)確傳遞信息的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中可借助BIM模型輔助設(shè)計(jì)交底，能夠滿足參建單位更好的理解設(shè)計(jì)意圖，進(jìn)而能夠在生產(chǎn)、安裝和施工等環(huán)節(jié)中落實(shí)設(shè)計(jì)思想，提高工程質(zhì)量。

4.3 構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量控制

在生產(chǎn)過程中引發(fā)的構(gòu)件質(zhì)量問題主要是由設(shè)計(jì)信息不健全以及管理不精細(xì)所引發(fā)，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)能夠滿足信息完整性需求，同時(shí)采用BIM 平臺能夠滿足信息共享需要，在生產(chǎn)階段可以完整讀取構(gòu)件信息。

4.3.1 BIM 構(gòu)件生產(chǎn)模擬

預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)模擬可以有效借助BIM 模型，通過該模型來明確質(zhì)量控制的核心工序。構(gòu)件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程中可以設(shè)置好見證點(diǎn)和待檢點(diǎn)，把控好生產(chǎn)流程，保障構(gòu)件質(zhì)量。構(gòu)件運(yùn)輸環(huán)節(jié)需要借助BIM 模型，主要涉及了構(gòu)件疊放數(shù)量、裝車臨時(shí)固定方案以及支點(diǎn)位置等，通過這種方式降低在運(yùn)輸構(gòu)件過程中構(gòu)件形變以及開裂的概率。

4.3.2 自動化生產(chǎn)

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的過程中，采用產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方式能夠降低生產(chǎn)成本。自動化生產(chǎn)需要以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為前提，借助BIM 技術(shù)，可以滿足生產(chǎn)效率的提高，降低成本。比較成熟的自動化生產(chǎn)線可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，甚至還能消除產(chǎn)品質(zhì)量隱患。

4.3.3 應(yīng)用新技術(shù)

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，可以借助射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)，將RFID 芯片有效植入預(yù)制構(gòu)件中，且采用RFID 對管理系統(tǒng)進(jìn)行有效跟蹤，滿足預(yù)制構(gòu)件的定位需求，可以提高構(gòu)件查找、管理和運(yùn)輸位置追蹤的準(zhǔn)確性。此外，還可以借助RFID 對相關(guān)信息進(jìn)行儲存和交換，保障構(gòu)件的信息讀取需求，進(jìn)而有效記錄預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)以及運(yùn)維等信息，這是質(zhì)量管理以及責(zé)任追溯的重要保障。

同時(shí)，構(gòu)件成品出廠前采用三維數(shù)字掃描技術(shù)對其掃描，獲取構(gòu)件的預(yù)留孔洞、尺寸以及預(yù)埋構(gòu)件等信息，把這些信息導(dǎo)入BIM 模型，并有效對比成品以及設(shè)計(jì)信息，進(jìn)而查找具有誤差的構(gòu)件，通過這種方式可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4.4 構(gòu)件安裝階段質(zhì)量管理

4.4.1 發(fā)揮BIM 模擬作用

在實(shí)施混凝土構(gòu)件連接和吊裝的過程中，容易引發(fā)構(gòu)件開裂、碰撞脫落、安全事故以及接縫較大等現(xiàn)象。因此，采用BIM 技術(shù)的可視化來模擬吊裝、連接以及錨固等過程，可以通過這種方式查看構(gòu)件在連接時(shí)相互之間的關(guān)系，對潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，并針對性制定安裝施工方案。

4.4.2 應(yīng)用BIM 可視化施工方案交底

在現(xiàn)場施工方案交底的過程中，可充分借助BIM 可視化特征，有效分析吊裝以及連接過程中需要注意的事項(xiàng)，通過這種方式來強(qiáng)化質(zhì)量管理，能夠滿足作業(yè)人員對各環(huán)節(jié)的作業(yè)精準(zhǔn)度需求，促進(jìn)現(xiàn)場構(gòu)件精確安裝的需要。

4.4.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

在現(xiàn)場管理環(huán)節(jié)中，各方人員可以借助BIM 平臺獲取構(gòu)件信息，還可以借助自身的管理權(quán)限和物聯(lián)網(wǎng)平臺，有效將指令發(fā)布到BIM 平臺，能夠提高質(zhì)量管理水平。比如，現(xiàn)場監(jiān)理發(fā)現(xiàn)施工存在質(zhì)量問題時(shí)，可以借助設(shè)備掃描的方式來獲取RFID 芯片信息，有效使用物聯(lián)網(wǎng)上傳構(gòu)件的圖像資料，同時(shí)需要將質(zhì)量問題以及需要采用的處理要求上傳至BIM 平臺中，待施工單位讀取相關(guān)信息后及時(shí)采取措施進(jìn)行整改，并將整改結(jié)果和處理結(jié)果上傳至平臺中。通過采用這種BIM 平臺和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠及時(shí)解決質(zhì)量問題，有效簡化處理流程，滿足預(yù)制構(gòu)件提高質(zhì)量的需求。

4.5 構(gòu)件運(yùn)維階段質(zhì)量管理

建筑運(yùn)營維護(hù)單位主要以物管或者建筑單位為主，這些單位可以借助BIM平臺有效獲取資料，進(jìn)而針對性制定維護(hù)計(jì)劃并將其上傳到平臺中。結(jié)合制定的計(jì)劃定期開展維護(hù)管理工作，尤其是對管線和設(shè)備的高效維護(hù)，同時(shí)需要有效更新建筑的信息狀態(tài)，以此為安全使用裝配式建筑提供保障。

5 結(jié)語

在裝配式建筑施工質(zhì)量管理中，本文主要采用三維可視化、BIM 技術(shù)以及信息收集動態(tài)化等方式進(jìn)行研究，搭建BIM 信息共享平臺，有效地將精細(xì)化管理措施應(yīng)用到質(zhì)量管理中，進(jìn)而在立項(xiàng)、設(shè)計(jì)以及施工等環(huán)節(jié)中有針對性地實(shí)施質(zhì)量管理措施，提高裝配式建筑施工質(zhì)量的同時(shí)，可為此類建筑的建設(shè)提供研究思路。