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

蘇展

我國建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展促使傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑施工模式逐漸向著預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和裝配施工方向轉(zhuǎn)變。建筑工程施工方式產(chǎn)生根源性的變革，必須要對裝配式建筑工程施工過程中產(chǎn)生的質(zhì)量問題進(jìn)行有效控制。本文以BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)合下的裝配式建筑全過程質(zhì)量管理作為研究內(nèi)容，簡單分析BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對裝配式建筑在設(shè)計(jì)和施工階段頻繁暴露出的問題，就BIM+物聯(lián)網(wǎng)在構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸以及施工等各個(gè)階段的管理工作要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

與傳統(tǒng)的工程構(gòu)件現(xiàn)場澆筑生產(chǎn)方式相比，裝配式建筑可以由工廠生產(chǎn)工程施工指定的各種預(yù)制構(gòu)件，意味著裝配式建筑在構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量、施工速度等方面都有著明顯的優(yōu)勢。裝配式建筑的出現(xiàn)和發(fā)展使得建筑行業(yè)施工方式從傳統(tǒng)的濕作業(yè)逐漸向著干作業(yè)方向發(fā)展。在施工方法上出現(xiàn)的根源性轉(zhuǎn)變要求相關(guān)企業(yè)必須要革新有關(guān)建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提高施工管理工作水平。在住建部出臺的有關(guān)建筑行業(yè)信息化發(fā)展的相關(guān)文件中明確提出，可以將 BIM技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到裝配式建筑的全生命周期管理工作中，確保參與工程建設(shè)的各方能夠?qū)芾砉ぷ鞑粩噙M(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)一步強(qiáng)化裝配式建筑生命周期的質(zhì)量管理工作水平。在這種背景下，本文通過分析BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑工程全過程質(zhì)量管理工作要點(diǎn)，為后續(xù)裝配式建筑工程的質(zhì)量管理工作現(xiàn)代化、智能化發(fā)展提供參考。

一、BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1. BIM技術(shù)

BIM技術(shù)實(shí)際上就是現(xiàn)代建筑行業(yè)慣用的模型建造技術(shù)，需要以現(xiàn)場調(diào)查的各項(xiàng)工程項(xiàng)目信息作為出發(fā)點(diǎn)，建立三維的建筑工程模型，可以在建筑工程項(xiàng)目施工的整個(gè)生命周期中廣泛應(yīng)用，并且可以將各項(xiàng)建筑工程信息進(jìn)行集成處理，全面克服傳統(tǒng)現(xiàn)場構(gòu)件澆筑生產(chǎn)方法的缺陷和弊端。與傳統(tǒng)的施工模式相比，BIM技術(shù)可以通過各項(xiàng)工程數(shù)據(jù)的搜集建立有關(guān)工程的三維模型，確保相關(guān)人員能夠?qū)ㄖこ痰娜繀^(qū)域及施工信息進(jìn)行全方位分析。此外，在我國建筑行業(yè)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的過程中，有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電、內(nèi)部裝修等各個(gè)專業(yè)都可以借用BIM技術(shù)進(jìn)行不同施工專業(yè)之間的數(shù)據(jù)有效溝通和交流，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的施工工作能夠得到有效協(xié)調(diào)，在規(guī)定的施工周期內(nèi)保質(zhì)保量完成工程建設(shè)。

2. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

以目前我國物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展來看，物聯(lián)網(wǎng)射頻識別技術(shù)，也就是人們最為熟悉的RFID技術(shù)發(fā)展相對較為成熟，這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用的過程中需要將芯片放置到需要識別的對象內(nèi)部，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)關(guān)聯(lián)芯片以及識別的具體對象，借此收集、處理與識別對象相關(guān)的數(shù)據(jù)、信息。一般而言，物聯(lián)網(wǎng)的射頻識別系統(tǒng)具體可以分為電子標(biāo)簽、讀寫器、微型天線和信息處理系統(tǒng)四個(gè)組成部分。電子標(biāo)簽是一個(gè)包括芯片和耦合元件形成的編碼唯一特征明顯的信號發(fā)送器，可以在識別對象的表面和內(nèi)部區(qū)域植入，對各種識別對象的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集、儲存。讀寫器則可以借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和芯片進(jìn)行連接、通信，確保相關(guān)的數(shù)據(jù)信息能夠在讀取之后第一時(shí)間傳輸?shù)巾攲討?yīng)用系統(tǒng)中。微型天線一般分布在電子標(biāo)簽內(nèi)部，主要是負(fù)責(zé)將識別對象的信息進(jìn)行發(fā)射。最終的信息處理系統(tǒng)是以各個(gè)行業(yè)的具體需求作為出發(fā)點(diǎn)形成的集成信息管理應(yīng)用軟件。

考慮到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及的范圍相對廣闊，通?？梢苑譃楦兄?、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，具體組成如圖1所示。感知層主要是負(fù)責(zé)對各項(xiàng)識別對象的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行搜集，一般包括了無線傳感器、攝像機(jī)和設(shè)備識別技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)層主要是將感知層收集而來的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息經(jīng)過初步處理后傳輸，具體又可以分為WiFi和藍(lán)牙兩種技術(shù)。應(yīng)用層則是包括了各個(gè)行業(yè)建立的適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的應(yīng)用系統(tǒng)，一般需要將行業(yè)之間的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并處理，從而形成符合行業(yè)的發(fā)展需求的個(gè)性化技術(shù)應(yīng)用解決方案。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)組成

二、裝配式建筑在設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題分析

1. 設(shè)計(jì)問題

從裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)看來，構(gòu)件類型的設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)模具的類型都會對生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)形成的構(gòu)件生產(chǎn)方案產(chǎn)生一定程度的影響。如果構(gòu)件的類型和模具的類型數(shù)量相對較多，一般都會拉低整個(gè)構(gòu)件的生產(chǎn)效率，同時(shí)構(gòu)件原有的流水線生產(chǎn)優(yōu)勢也會遭到削弱。此外，如果施工方對于鋼筋的控制和預(yù)埋件的預(yù)留等多方面的情況考慮不夠全面，同樣會對構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致后續(xù)的裝配式工程構(gòu)件生產(chǎn)、裝配環(huán)節(jié)將會出現(xiàn)工期延誤的問題。

如果參與裝配式建筑工程生產(chǎn)以及施工的其他主體并未在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入探討，將會使得構(gòu)件的尺寸、重量和運(yùn)輸車輛型號出現(xiàn)不匹配的問題，不僅會明顯拉低裝配式建筑構(gòu)件的運(yùn)輸效率，同時(shí)運(yùn)輸車輛的使用率以及裝配式構(gòu)件裝卸過程中的構(gòu)件破損率也會受到影響。

如若設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中尚未綜合考慮滿足裝配施工的各項(xiàng)條件，再加之裝配式施工現(xiàn)場空間有限，且作業(yè)難度相對較高，對于裝配式構(gòu)件的尺寸也存在著一定的要求，起吊設(shè)備這類適用機(jī)械的承載能力相對有限，如果構(gòu)件的質(zhì)量明顯超過了起吊設(shè)備的承載能力，吊裝環(huán)節(jié)必然會出現(xiàn)質(zhì)量問題。

2. 施工問題

在之前裝配式構(gòu)件工廠流水線生產(chǎn)中，生產(chǎn)人員通常是以設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行鋼筋下料、鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)等環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)工人的專業(yè)水平參差不齊的情況下，整個(gè)生產(chǎn)質(zhì)量無法得到有效的管控。在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)中，各種信息都是由現(xiàn)場人員在紙質(zhì)文件上填寫產(chǎn)品生產(chǎn)的信息，各項(xiàng)信息也都是在事后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在這種情況下，加工廠的生產(chǎn)和庫存信息都處于一種封閉狀態(tài)，參與裝配式建筑工程建設(shè)的其他主體無法了解構(gòu)件的具體生產(chǎn)狀況，導(dǎo)致參與工程建設(shè)的各方主體的信息獲取呈現(xiàn)出明顯的滯后性。

此外，負(fù)責(zé)運(yùn)輸裝配式建筑構(gòu)件的主體如果不夠了解構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)和裝配施工企業(yè)的具體進(jìn)度，在運(yùn)輸計(jì)劃制定的過程中，運(yùn)輸計(jì)劃和生產(chǎn)裝備計(jì)劃不協(xié)調(diào)問題的發(fā)生概率則會明顯提升。運(yùn)輸方在選擇運(yùn)輸車輛和裝配式構(gòu)件裝卸方案時(shí)，因?yàn)閷ρb配式構(gòu)件的信息了解不夠全面，導(dǎo)致運(yùn)輸空間的使用以及運(yùn)輸車輛內(nèi)部空間的利用率相對較低，一旦參與工程建設(shè)的主體工作計(jì)劃出現(xiàn)變化，因?yàn)槿狈ρb配式構(gòu)件的追蹤管理，計(jì)劃調(diào)整的難度會進(jìn)一步增加。

三、基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的裝配式建筑全過程管理對策

1. 構(gòu)件設(shè)計(jì)階段的管理

以目前裝配式混凝土建筑工程的施工建設(shè)來看，設(shè)計(jì)階段具體可以分為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)等多個(gè)層面。預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)質(zhì)量是整個(gè)設(shè)計(jì)階段的核心因素，并且與傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計(jì)階段存在著較大的區(qū)別。對于裝配式混凝土建筑工程設(shè)計(jì)階段而言，其質(zhì)量管理工作需要借助BIM技術(shù)建立工程的具體模型，配合建筑、機(jī)電、管線等專業(yè)工程模型的全方位碰撞檢查，及時(shí)修正其中的各種問題。同時(shí)，相關(guān)單位需要利用BIM技術(shù)進(jìn)行前期的施工圖紙管線碰撞檢查，將管線存在的碰撞問題重點(diǎn)解決，合理的確定預(yù)留孔洞在建筑工程中的分布位置及其尺寸。有關(guān)裝配式建筑工程的設(shè)計(jì)階段也是BIM+物聯(lián)網(wǎng)信息平臺建立的關(guān)鍵階段，是整個(gè)裝配式建筑工程全過程質(zhì)量控制的起始環(huán)節(jié)，需要在BIM設(shè)計(jì)圖紙上對于重點(diǎn)構(gòu)件進(jìn)行射頻標(biāo)識RFID標(biāo)簽的標(biāo)記，以此為后續(xù)施工和管理工作環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。

2. 構(gòu)件生產(chǎn)階段的管理

目前用于裝配式建筑工程施工的各項(xiàng)預(yù)制構(gòu)件都已經(jīng)實(shí)行了全過程流水線的生產(chǎn)。生產(chǎn)階段實(shí)施的質(zhì)量控制工作主要是需要對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行管理，如果構(gòu)件的生產(chǎn)精度無法滿足工程建設(shè)的要求，后續(xù)的吊裝裝配施工質(zhì)量將會受到直接影響。在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的質(zhì)量管理工作需要相關(guān)人員以BIM建筑工程模型作為出發(fā)點(diǎn)，對于設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深化，確保預(yù)制構(gòu)件的尺寸、孔洞的位置等方面都能夠得到合理管控。簡單而言，相關(guān)人員需要利用RFID標(biāo)簽提取有關(guān)預(yù)制構(gòu)件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，借此建立完善的數(shù)據(jù)信息庫，對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯管控，并且這些數(shù)據(jù)質(zhì)量信息也需要在BIM信息平臺中進(jìn)行共享。此外，管理人員也可以借助BIM技術(shù)統(tǒng)一有關(guān)構(gòu)件的生產(chǎn)、加工、裝車運(yùn)輸和現(xiàn)場吊裝工作計(jì)劃，以此避免因?yàn)闃?gòu)件尚未完成加工或者是裝車順序失誤對后續(xù)的施工進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生影響。

3. 構(gòu)件運(yùn)輸階段的管理

在完成裝配式建筑建設(shè)所需的各項(xiàng)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工作之后，運(yùn)輸階段的質(zhì)量管控主要是需要維護(hù)在運(yùn)輸過程中預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量指標(biāo)始終滿足工程建設(shè)的要求，預(yù)防混凝土構(gòu)件的裂紋和鋼筋損壞的問題的發(fā)生。管理人員可以利用之前在混凝土構(gòu)件和預(yù)留鋼筋中設(shè)置的RFID標(biāo)簽對其運(yùn)輸質(zhì)量進(jìn)行跟蹤管理，以此避免運(yùn)輸過程中因?yàn)楣芾砉ぷ鲗?shí)施不到位帶來的構(gòu)件質(zhì)量問題。在貨物出廠之前，需要生產(chǎn)廠家的質(zhì)量檢驗(yàn)人員進(jìn)行全方位檢驗(yàn)，并且在確認(rèn)其數(shù)據(jù)質(zhì)量之后，由施工現(xiàn)場的相關(guān)人員進(jìn)行進(jìn)場檢驗(yàn)，并與數(shù)據(jù)庫的各項(xiàng)數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行對比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決存在的構(gòu)件質(zhì)量問題。

4. 構(gòu)件施工階段的管理

BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所形成的裝配式建筑全過程質(zhì)量管理控制工作，在進(jìn)入施工階段之后，需要從預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場、吊裝、試安裝等環(huán)節(jié)實(shí)施全面管控工作。預(yù)制構(gòu)件在從生產(chǎn)廠家運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之后，現(xiàn)場管理需要針對預(yù)制構(gòu)件的外觀質(zhì)量、產(chǎn)品合格證和質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告等資料進(jìn)行全方位的核驗(yàn)，并利用BIM信息共享平臺和產(chǎn)品出廠前的RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行比對，發(fā)掘在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的各種構(gòu)件質(zhì)量問題。在經(jīng)過檢驗(yàn)完全合格之后，可以將其存儲在之前預(yù)留的堆放場地。在進(jìn)行構(gòu)件吊裝之前，需要相關(guān)施工人員嚴(yán)格遵循單位制定的吊裝工程施工規(guī)范，避免因?yàn)榈跹b施工操作不規(guī)范帶來的構(gòu)件裂紋或者是碰撞問題。相關(guān)人員需要利用BIM技術(shù)在正式吊裝之前進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的試安裝，針對預(yù)制構(gòu)件安裝后的拼裝位置、拼裝節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式等內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的審核，避免在吊裝施工過程中出現(xiàn)的構(gòu)件沖突問題。為了保障吊裝施工過程中相關(guān)人員的技術(shù)操作符合規(guī)范文件的要求，管理人員可以利用BMI可視化技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交底工作，利用BIM5D技術(shù)進(jìn)行工程的施工模擬，合理控制各種施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和隱蔽的質(zhì)量缺陷，事先制定出完善的工程解決方案。在進(jìn)入構(gòu)件安裝的混凝土澆筑、灌漿和安裝施工之后，可以利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且最終的構(gòu)件施工結(jié)果需要以工程的預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比對，保障各構(gòu)件的施工質(zhì)量可以符合既定的要求。

四、總結(jié)

總而言之，基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑全過程質(zhì)量管理是后續(xù)我國裝配式建筑工程行業(yè)發(fā)展的主要方向，可以利用BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理工作的全過程、智能化發(fā)展?；贐IM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全過程質(zhì)量管理工作可以覆蓋裝配式建筑工程預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等多個(gè)環(huán)節(jié)，從源頭上保障構(gòu)件質(zhì)量貼合工程建設(shè)的要求。在今后我國裝配式建筑工程全過程質(zhì)量管理工作持續(xù)發(fā)展完善的過程中，各單位都需要建立利用BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化管理平臺，并規(guī)定各管理人員的具體工作職責(zé)，配合施工技術(shù)和管理人員培訓(xùn)工作的不斷強(qiáng)化，確保相關(guān)人員能夠合理地掌握BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)收集、監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在工程施工建設(shè)過程中出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題，提高裝配式建筑工程的施工效率以及質(zhì)量。