基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑工程質(zhì)量管理研究

王海平 吳艷君

江西省地質(zhì)局能源地質(zhì)大隊(duì) 江西 南昌 330200

我國(guó)建筑行業(yè)主要采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑方式，這種建筑方式需要施工現(xiàn)場(chǎng)配置大量作業(yè)人員，產(chǎn)生的建筑垃圾也比較多，處理難度比較大。當(dāng)前，隨著社會(huì)的發(fā)展人工成本增加，傳統(tǒng)建造方式不可避免會(huì)受到人工成本影響，同時(shí)在綠色建筑理念下傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工，也不滿足環(huán)保要求，而裝配式建筑既能夠保證建筑產(chǎn)品質(zhì)量，也能夠促進(jìn)金融行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色持續(xù)發(fā)展，因此各地政府開始積極推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展。裝配式建筑與BMP技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，最能夠保質(zhì)保量完成設(shè)計(jì)到施工整個(gè)工作，也能夠提高建筑管理水平，對(duì)于建筑行業(yè)整體發(fā)展具有重要價(jià)值。

1 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

BIM指的是建筑信息模型，其是基于建筑物數(shù)字化信息而構(gòu)建的一種三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型，在整個(gè)項(xiàng)目工程中用周期范圍內(nèi)應(yīng)用，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算模擬、碰撞檢測(cè)、管線布置以及智能管控等工作，被施工各方交換共享信息，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)管理以及建筑后續(xù)維護(hù)等工作開展提供保障[1]。BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)際上是動(dòng)態(tài)連續(xù)的應(yīng)用過程。在此期間可以實(shí)時(shí)對(duì)建筑工程的環(huán)境和狀態(tài)變化進(jìn)行信息采集，感知以及監(jiān)控，但是當(dāng)前采用的人工測(cè)量和報(bào)表化管理工作模式導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用無法充分發(fā)揮效果。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，截屏接著定位裝置、視頻前端、智能傳感器、二維碼以及RFID標(biāo)簽等技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)持續(xù)收集感知監(jiān)控建筑的環(huán)境變化以及狀態(tài)變化，利用互聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)參數(shù)收集起來上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的可追溯動(dòng)態(tài)記錄，形成靜態(tài)BIM模型，也可以對(duì)其中的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，不斷優(yōu)化模型[2]。通過合理連接物、人和BIM模型，可以在建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中體現(xiàn)分散和孤立的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)其展開觀察和分析評(píng)估其中所產(chǎn)生的關(guān)系，進(jìn)而調(diào)整收工方案。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)二者結(jié)合起來可以實(shí)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)的聯(lián)通，也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)體的連通，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作和管理，二者相輔相成，BIM技術(shù)為建筑工程管理提供了未來保障，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則能夠?yàn)榻ㄖこ坦芾硖峁┲墒侄?，其發(fā)揮的價(jià)值值得重視。

2 我國(guó)裝配式建筑工程質(zhì)量管理現(xiàn)狀分析

2.1 構(gòu)件問題

當(dāng)前我國(guó)的裝備是構(gòu)建，無論是在設(shè)計(jì)上還是在生產(chǎn)上都處于初級(jí)階段，尤其是關(guān)于預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)，并沒有作出明確規(guī)范，因此在構(gòu)建設(shè)計(jì)時(shí)，不同專業(yè)之間的協(xié)同程度不夠，導(dǎo)致所涉及的構(gòu)件尺寸、點(diǎn)位、鋼筋、線管等方面存在不合理之處。而設(shè)計(jì)人員與生產(chǎn)人員之間的溝通程度不夠，導(dǎo)致構(gòu)件在設(shè)計(jì)和拆分上不合理，成品與設(shè)計(jì)之間存在較大偏差，商品與實(shí)際需求也不相同，鄰近構(gòu)件安裝不夠精準(zhǔn)，構(gòu)件拼裝過程中容易出現(xiàn)縫隙過大或折斷等問題，不僅會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件返廠或報(bào)廢現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致成本和工期增加，甚至?xí)?dǎo)致質(zhì)量問題和安全問題[3]。另外預(yù)制構(gòu)件數(shù)量比較大，規(guī)格不同，薄厚也存在差異，廠商在集中生產(chǎn)后會(huì)運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)地，而運(yùn)輸路程相對(duì)比較遠(yuǎn)，環(huán)境也比較復(fù)雜，運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)構(gòu)件由于擺放不規(guī)范相互碰撞等問題而引發(fā)的變形，斷裂，脫落現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)構(gòu)建性能和工程質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。與此同時(shí)，預(yù)制構(gòu)件在強(qiáng)度和規(guī)格方面也不滿足要求，一旦面對(duì)復(fù)雜的施工環(huán)境，在技術(shù)人員和管理人員缺乏的背景下，構(gòu)件容易堆放不夠科學(xué)，保護(hù)不到位，造成位移、銹蝕等問題，既對(duì)構(gòu)件質(zhì)量產(chǎn)生了不利影響，也對(duì)后續(xù)安裝和工程質(zhì)量產(chǎn)生了不良影響[4]。

2.2 施工問題

裝配式建筑施工時(shí)，預(yù)制構(gòu)件在安裝上也容易存在質(zhì)量問題。構(gòu)件要想準(zhǔn)確安裝，就需要確保購(gòu)進(jìn)吊裝位置，準(zhǔn)確，但是混凝土構(gòu)件本身結(jié)構(gòu)和形狀都比較獨(dú)特，因此在吊裝施工時(shí)面臨的困難也比較大，水平構(gòu)件安裝則容易受到支模以及構(gòu)件本身質(zhì)量的影響，豎向構(gòu)件安裝容易受到墊塊、支模和構(gòu)件質(zhì)量影響，這些影響因素導(dǎo)致構(gòu)件和構(gòu)件之間以及構(gòu)件和鋼筋直接難以良好銜接，特別是豎向構(gòu)件的鋼筋定位精確度要求高，而施工現(xiàn)場(chǎng)所涉及的鋼筋數(shù)量也比較多，導(dǎo)致安裝難度增加，影響了構(gòu)件安裝質(zhì)量[5]。

3 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上裝配式建筑工程質(zhì)量管理應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)有資料和上述問題分析，本研究針對(duì)具體項(xiàng)目工程，利用BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展裝配式建筑質(zhì)量管理工作，并總結(jié)相關(guān)成果，以供參考。

3.1 項(xiàng)目概況

本研究以東部地區(qū)某裝配式建筑為案例，該建筑屬于高層住宅區(qū)，共8棟，采用筏板基礎(chǔ)，屬于剪力墻結(jié)構(gòu)，共27層，其中地下樓層3層，整個(gè)建筑的裝配率不低于50%，主體部分采用裝配式構(gòu)件，主要包括了預(yù)制疊合板，預(yù)制外墻，預(yù)制樓梯，預(yù)制空調(diào)板以及預(yù)制疊合梁等。該項(xiàng)目利用BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。設(shè)計(jì)裝配式混凝土建筑。

3.2 應(yīng)用

3.2.1 設(shè)計(jì)管理

裝配式建筑設(shè)計(jì)工作涉及了方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以及深化設(shè)計(jì)等內(nèi)容。這一階段的重點(diǎn)在于保證預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量，相對(duì)于一般建筑設(shè)計(jì)而言有著明顯區(qū)別及質(zhì)量管理，重點(diǎn)也在于利用BIM技術(shù)來構(gòu)建模型進(jìn)行各專業(yè)的碰撞檢測(cè)，及時(shí)修裝碰撞點(diǎn)，同時(shí)利用BIM技術(shù)來檢查施工圖紙的管線設(shè)計(jì)情況，解決其中的碰撞點(diǎn)，并預(yù)留孔洞，同時(shí)利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量管理，能夠有效解決構(gòu)件安裝時(shí)發(fā)生的管線鋪設(shè)所產(chǎn)生的沖突問題。另外，這一階段是構(gòu)建BIM+物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)的關(guān)鍵時(shí)期，也是裝配式建筑實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的主要階段，利用BIM設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行重點(diǎn)構(gòu)件視頻識(shí)別標(biāo)記，可以為后續(xù)施工和工程管理提供保障[6]。

在設(shè)計(jì)階段，采用BIM進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，通過BIM模型拆分預(yù)制構(gòu)件，明確其外形尺寸，確保拆分相同，提高其重復(fù)性，將拆分之后得到的設(shè)計(jì)方案交給業(yè)主進(jìn)行審核，并與業(yè)主、設(shè)計(jì)方、構(gòu)建生產(chǎn)廠家、運(yùn)輸方等不同主體協(xié)同起來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。得到的設(shè)計(jì)方案結(jié)合各參建方的相關(guān)要求標(biāo)記好構(gòu)件數(shù)據(jù)。治愈方案中關(guān)于構(gòu)件的模型，則需要按照生產(chǎn)、堆放、運(yùn)輸以及吊裝等施工要求來優(yōu)化構(gòu)件尺寸，同時(shí)保證節(jié)點(diǎn)連接符合要求，采用BIM軟件開展碰撞試驗(yàn)，防止實(shí)際施工時(shí)存在矛盾[7]。該項(xiàng)目通過BIM建模軟件來構(gòu)建三維立體模型，同時(shí)進(jìn)行管線碰撞檢查，如圖1所示，明確管線碰撞點(diǎn)，進(jìn)而不斷調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，而在模型構(gòu)建完成后需要碰撞檢查各專業(yè)模型，發(fā)現(xiàn)其中的碰撞點(diǎn)，并解決圖紙中存在的問題，以免后續(xù)施工變更，這樣可以節(jié)省工程造價(jià)，而根據(jù)碰撞報(bào)告依次處理問題并提出解決措施，提前做好管道問題避讓工作，優(yōu)化地下室進(jìn)空高度和吊頂高度，提高建筑空間利用率。而在確定深化方案之后，需要對(duì)構(gòu)件拆分模型進(jìn)行確定，標(biāo)記構(gòu)件模型相關(guān)信息，構(gòu)成BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，以便生產(chǎn)調(diào)取。

圖1 建筑碰撞檢測(cè)

3.2.2 生產(chǎn)管理

裝配式預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)時(shí)整個(gè)過程實(shí)行的是流水線生產(chǎn)模式，這一階段的質(zhì)量控制集中在生產(chǎn)精度上，其精度若是不符合要求就會(huì)導(dǎo)致吊裝裝配工作質(zhì)量受到影響，因此在構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)需要加強(qiáng)精度質(zhì)量管理，利用BIM模型優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，重點(diǎn)控制預(yù)制構(gòu)件尺寸、預(yù)留孔洞、鋼筋綁扎、預(yù)留拉筋等質(zhì)量。一方面，利用RFID技術(shù)來獲取預(yù)制構(gòu)件相關(guān)數(shù)據(jù)形成信息數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的追溯質(zhì)量管理，同時(shí)將相關(guān)的治療信息共享到BIM信息平臺(tái)中[8]。另一方面利用bm5D技術(shù)統(tǒng)一構(gòu)件模具生產(chǎn)、加工、裝車和吊裝，確保構(gòu)件加工和裝配準(zhǔn)確。

在生產(chǎn)階段，該項(xiàng)目首先利用BIM進(jìn)行協(xié)同管理，也就是為了避免構(gòu)件質(zhì)量出現(xiàn)問題，需要構(gòu)件廠根據(jù)施工進(jìn)度安排生產(chǎn)作業(yè)，并協(xié)同運(yùn)輸方和施工方共同管理，提前了解進(jìn)度和施工情況，協(xié)調(diào)好運(yùn)輸方案，通過BIM平臺(tái)做好各方協(xié)調(diào)管理工作。其次，存取構(gòu)件數(shù)據(jù)，利用二維碼來標(biāo)記構(gòu)件，統(tǒng)計(jì)入庫(kù)和出庫(kù)信息，并實(shí)時(shí)傳輸信息至數(shù)據(jù)庫(kù)中明確構(gòu)建生產(chǎn)信息，做好二維碼信息標(biāo)記工作，以便使用移動(dòng)終端進(jìn)行掃碼提取，該項(xiàng)目采用二維碼識(shí)別技術(shù)來標(biāo)記預(yù)制構(gòu)件，既能夠提高構(gòu)件數(shù)據(jù)存取質(zhì)量和效率，也能夠方便調(diào)取相關(guān)信息。

3.2.3 運(yùn)輸管理

裝配式建筑中預(yù)制構(gòu)件在完成生產(chǎn)后進(jìn)入運(yùn)輸階段，對(duì)于該階段的質(zhì)量管理主要集中在運(yùn)輸過程中的質(zhì)量控制上，需要避免構(gòu)件出現(xiàn)裂紋和預(yù)留鋼筋損壞等現(xiàn)象。利用RFID技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤追溯構(gòu)件運(yùn)輸質(zhì)量，控制好運(yùn)輸過程的構(gòu)建質(zhì)量，而要想達(dá)到這一目的，則需要在出廠前對(duì)構(gòu)件進(jìn)行發(fā)貨檢驗(yàn)確認(rèn)和進(jìn)廠檢驗(yàn)，利用BIM項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確保運(yùn)輸不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題。

該項(xiàng)目在運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件時(shí)，首先利用BIM進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，也就是運(yùn)輸方結(jié)合采購(gòu)計(jì)劃對(duì)采購(gòu)構(gòu)件的具體情況進(jìn)行分析，進(jìn)而制定運(yùn)輸計(jì)劃，例如車輛型號(hào)、車次、路線等，為運(yùn)輸任務(wù)的保質(zhì)保量完成提供保障[9]。同時(shí)結(jié)合車輛運(yùn)輸能力、構(gòu)件堆放特征以及路線要求規(guī)劃合理的運(yùn)輸路線，利用BIM技術(shù)編制運(yùn)輸計(jì)劃。其次，針對(duì)構(gòu)件數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯跟蹤，也就是利用二維碼識(shí)別技術(shù)來跟蹤構(gòu)件運(yùn)輸情況，通過運(yùn)輸計(jì)劃信息表中的路線、車輛信息、構(gòu)件信息、計(jì)劃路線負(fù)責(zé)人等信息采用數(shù)據(jù)平臺(tái)將運(yùn)輸跟蹤數(shù)據(jù)導(dǎo)出來，而車輛在到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后經(jīng)過運(yùn)輸方和施工方的雙重信息確認(rèn)。該項(xiàng)目通過對(duì)比構(gòu)建出庫(kù)信息以及進(jìn)場(chǎng)信息并結(jié)合車輛GPS定位來全程跟蹤運(yùn)輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程的質(zhì)量管理。

3.2.4 裝配管理

裝配階段的質(zhì)量控制重點(diǎn)在于從構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)到吊裝、安裝、施工等一系列工作中。利用BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠避免施工管理過程中存在的一些質(zhì)量問題，具體包括：預(yù)制構(gòu)件在進(jìn)場(chǎng)后需要接受進(jìn)場(chǎng)檢查，利用BIM信息共享平臺(tái)對(duì)比構(gòu)件的出場(chǎng) RFID錄入信息，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸中的質(zhì)量問題，將檢驗(yàn)通過后的構(gòu)件存放在場(chǎng)地中或是直接吊裝處理。構(gòu)件在吊裝前要根據(jù)要求進(jìn)行操作，而在施工前則需要利用BMP技術(shù)來試安裝預(yù)制構(gòu)件，復(fù)核安裝拼裝位置節(jié)點(diǎn)、形式等內(nèi)容，避免實(shí)際安裝時(shí)出現(xiàn)沖突。在實(shí)際安裝時(shí)，則利用BMP可視技術(shù)做好技術(shù)交底，通過BMP計(jì)數(shù)實(shí)行模擬施工，控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和隱蔽缺陷做好提前處理，達(dá)到精準(zhǔn)施工目的[10]。同時(shí)在構(gòu)件安裝時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器進(jìn)行施工追蹤，做到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，比較構(gòu)件施工結(jié)果，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可追溯目的。

該項(xiàng)目在裝配階段質(zhì)量管理中，首先需要利用BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)交底，確定技術(shù)交底二維碼，明確相關(guān)參數(shù)，作業(yè)人員利用二維碼掃描方式了解技術(shù)交底情況，保證施工質(zhì)量。同時(shí)項(xiàng)目結(jié)合施工方案中的工藝流程結(jié)合BIM三維模型對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三維可視化技術(shù)交底，確保施工規(guī)范化。另外利用三維模型將施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和生產(chǎn)操作區(qū)域的布局情況動(dòng)態(tài)展現(xiàn)出來，進(jìn)而分析最佳布置方案，得到預(yù)演結(jié)果，利用BIM技術(shù)確定三維場(chǎng)布，保證施工效率和質(zhì)量。在BIM5DPC端中導(dǎo)入項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，關(guān)聯(lián)好進(jìn)度計(jì)劃和相關(guān)模型之后開展模擬檢查，不斷完善進(jìn)度計(jì)劃，組織施工，縮短工期。同時(shí)利用手機(jī)端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量拍照上傳，結(jié)合模型中的治療問題發(fā)生部位落實(shí)整改人員和整改期限，限期整改，整改完成后拍照回復(fù)交由人員負(fù)責(zé)審核，驗(yàn)收合格后才能夠刪除質(zhì)量問題[11]。其次，預(yù)制構(gòu)件在進(jìn)場(chǎng)之后需要由質(zhì)檢人員來核對(duì)出廠標(biāo)簽，檢查外觀質(zhì)量，若是發(fā)現(xiàn)問題需要與生產(chǎn)單位及時(shí)溝通并反饋，解決質(zhì)量問題，而合格構(gòu)件則可以使用RFID手持讀寫器來讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，上傳到平臺(tái)中進(jìn)行，手機(jī)對(duì)比檢查運(yùn)輸過程中是否存在質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)裝配式建筑在設(shè)計(jì)和施工過程中存在質(zhì)量問題，這些問題主要體現(xiàn)在構(gòu)件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸方面以及安裝方面，針對(duì)這些問題，本研究采用BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)裝備是建筑進(jìn)行質(zhì)量管理，從設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段到裝配階段整個(gè)過程要構(gòu)建提出了相應(yīng)的管理措施，充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)有效管控構(gòu)件質(zhì)量，保證裝配式建筑工程質(zhì)量。