基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑施工階段質(zhì)量管理分析與研究

楊傳福，陳先軍

（阜陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽阜陽(yáng) 236031）

0 引言

裝配式建筑是將產(chǎn)品參數(shù)和技術(shù)方法交于工廠，經(jīng)過(guò)工廠預(yù)先加工，再在工地上進(jìn)行安裝的建筑。加強(qiáng)裝配式結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制和管理是提高裝配式建筑施工效率及質(zhì)量的有效舉措，屬于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展的有效途徑。目前，BIM 技術(shù)是提高裝配式建筑設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量的有效技術(shù)手段，可對(duì)裝配式建筑施工過(guò)程進(jìn)行全方位管理及控制，避免傳統(tǒng)人工管理方式下出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，從而達(dá)到提高裝配式建筑施工質(zhì)量控制效果。為此，裝配式建筑施工質(zhì)量控制要全面引進(jìn)BIM 技術(shù)，并結(jié)合建筑施工實(shí)際情況突出BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1 裝配式建筑發(fā)展面臨的問(wèn)題

在裝配式建筑中，存在臨時(shí)支撐體系及構(gòu)件間碰撞等管理問(wèn)題。如臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，在施工中起到關(guān)鍵作用，其不僅是樓板、預(yù)制梁、預(yù)制柱、墻板等的支護(hù)結(jié)構(gòu)，更是在吊裝之前有效支撐結(jié)構(gòu)的重要手段，但地基、地形不平整、高度差異，為臨時(shí)支撐體系帶來(lái)了極大安全隱患，比如支撐點(diǎn)所受重力不一樣，會(huì)造成巨大危險(xiǎn)。又如，構(gòu)件之間碰撞問(wèn)題，因裝配房屋設(shè)計(jì)圖紙，難以判定構(gòu)件組裝時(shí)發(fā)生的碰撞，僅靠熟練施工技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致構(gòu)件碰撞不確定性較大，且容易發(fā)生安全隱患，如吊點(diǎn)破壞、構(gòu)件開(kāi)裂等，致使墻體坍塌，裝配式建筑整體質(zhì)量大打折扣，造成安全事故。

2 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的優(yōu)勢(shì)

BIM 技術(shù)在使用時(shí)會(huì)構(gòu)建出完整三維模型，可以模擬整個(gè)建筑生命周期。在建造完成時(shí)，將這些信息整理成完整數(shù)據(jù)庫(kù)，為日后同類(lèi)工程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。RFID 技術(shù)是近年來(lái)逐步在建筑中使用的一種非接觸、可遠(yuǎn)程讀取的無(wú)線電波通訊技術(shù)，因施工期間所處環(huán)境條件非?？量蹋允覂?nèi)環(huán)境變化莫測(cè)。隨著技術(shù)發(fā)展和裝配式建筑使用范圍越來(lái)越廣泛，RFID 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)識(shí)別、施工資料收集等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。從施工安全問(wèn)題成因角度分析，主要有兩個(gè)方面：其一，在設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)于注重結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，未考慮施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況，也未考慮施工中各種特殊情況，從而造成了一定危險(xiǎn)。其二，由于工程進(jìn)度超出預(yù)定時(shí)間，為加快進(jìn)度而出現(xiàn)了一系列安全隱患。然而，應(yīng)用BIM 模型可以比較不同設(shè)計(jì)方案，并在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行后期模擬，為工程施工提供較好資料支持，最大限度防止發(fā)生施工事故，避免出現(xiàn)安全隱患。如今，BIM 技術(shù)和 RFID 技術(shù)相結(jié)合，可在最短時(shí)間內(nèi)將現(xiàn)場(chǎng)情況反饋至信息中心，從而有效解決人工信息傳遞問(wèn)題。

3 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備階段，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工場(chǎng)地布置

由于受場(chǎng)地空間制約，如若裝配式建筑施工場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)對(duì)后期吊裝工作造成很大影響。因此，如何科學(xué)地劃分裝配式建筑各種預(yù)制件與特定施工區(qū)域具有十分重要的意義。在應(yīng)用BIM 技術(shù)布置裝配式建筑施工場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)從三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

1）優(yōu)化設(shè)計(jì)塔吊布置方案。在裝配式建筑施工中，塔吊是十分關(guān)鍵的施工機(jī)械，其使用效率將直接影響到整個(gè)工程施工進(jìn)度。通過(guò)總結(jié)既往經(jīng)驗(yàn)，可以看出在塔吊布置不當(dāng)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件二次倒運(yùn)現(xiàn)象，這不但會(huì)對(duì)工程的進(jìn)度產(chǎn)生極大影響，而且還會(huì)威脅工程安全。因此，必須合理選擇塔吊型號(hào)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安裝布置。首先，確定吊臂膀是否滿(mǎn)足部件裝載車(chē)輛要求，以確定設(shè)備型號(hào)。其次，根據(jù)設(shè)備覆蓋面要求、輸電線路間安全間距要求等因素，對(duì)塔吊安裝位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。在此基礎(chǔ)上，展開(kāi)各方布置案BIM 仿真，進(jìn)行比較和分析，確定最佳方案。

2）優(yōu)化預(yù)制件存放。裝配式建筑施工過(guò)程中各類(lèi)構(gòu)件在預(yù)設(shè)儲(chǔ)存場(chǎng)地中需符合建筑施工整體要求，優(yōu)化利用存放場(chǎng)地，考慮實(shí)際狀況，優(yōu)先解決設(shè)備和材料存放場(chǎng)地問(wèn)題，避免預(yù)制件存放不當(dāng)，導(dǎo)致裝配時(shí)建筑施工過(guò)程交通擁堵。在具體實(shí)踐時(shí)，可采取BIM 軟件展開(kāi)模擬優(yōu)化，以提高預(yù)制件存放合理性。

3）優(yōu)化布置運(yùn)輸路徑。在將預(yù)制件從工廠運(yùn)送至建筑工地后，需全面考慮其運(yùn)輸路線，并對(duì)其是否符合卸貨要求、吊裝要求及是否會(huì)對(duì)其他作業(yè)產(chǎn)生影響進(jìn)行全面分析。通過(guò) BIM 軟件，對(duì)工程場(chǎng)地展開(kāi)全方位仿真，以達(dá)到最佳方案布局，從而合理確定最佳倉(cāng)庫(kù)位置和運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行路徑，預(yù)防發(fā)生工程質(zhì)量問(wèn)題。

3.2 施工過(guò)程中，利用BIM 技術(shù)開(kāi)展施工質(zhì)量管理

為實(shí)現(xiàn)全過(guò)程管理，BIM 技術(shù)可從設(shè)計(jì)階段進(jìn)行整合。一方面，在設(shè)計(jì)階段對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼，再采用“清單管理”方式，對(duì)構(gòu)件展開(kāi)信息化處理，形成一份清單，其中包括構(gòu)件各種信息，并標(biāo)明要求，以便日后施工質(zhì)量管理。在此基礎(chǔ)上，利用BIM 模型進(jìn)行仿真，對(duì)一些二維圖紙難以展示及難以識(shí)別的部分進(jìn)行仿真交底。另一方面，發(fā)揮 BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為質(zhì)量過(guò)程信息追溯、定位、施工整改等提供數(shù)據(jù)支撐，并結(jié)合國(guó)際IFC 標(biāo)準(zhǔn)等建立裝配式建筑施工質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，為施工企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供可靠保證。

在裝配式建筑施工中，充分利用 BIM 技術(shù)多維可視化、施工模擬和全參數(shù)化優(yōu)點(diǎn)，將 BIM 軟件多種功能加以結(jié)合，構(gòu)建多維安全監(jiān)控模型，即可確保深施工中動(dòng)態(tài)預(yù)警效果。在 BIM安全監(jiān)控系統(tǒng)中，可以構(gòu)建多個(gè)變形監(jiān)控系統(tǒng)，再加上基坑位移、基坑內(nèi)力、基坑變形等相關(guān)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)和模型結(jié)合在一起，以確保對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警。此外，在 RFID 安全監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)基坑周邊地面發(fā)生不均勻沉降等情況時(shí)，會(huì)有警報(bào)聲響起。將相應(yīng)模型資料導(dǎo)入 BIM 模型，能直觀地反映出各監(jiān)控區(qū)域危險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)源變化情況，從而合理判斷施工風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，合理地監(jiān)控施工時(shí)變形應(yīng)力趨勢(shì)[2]。

3.3 施工過(guò)程中，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行可視化模擬

在裝配式建筑工程中，施工環(huán)節(jié)十分重要。若不加強(qiáng)管理，工程質(zhì)量則很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，在正式開(kāi)工前，相關(guān)負(fù)責(zé)人可以利用 BIM 技術(shù)，對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行可視化模擬，并根據(jù)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，將所有設(shè)計(jì)參數(shù)都錄入到數(shù)據(jù)模型中，讓管理者可以隨時(shí)觀察到模型中存在的問(wèn)題，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)[3]。如若在仿真過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)眾多問(wèn)題，則可以進(jìn)行修正，并將修改后的數(shù)據(jù)錄入到模型中，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案合理性。

4 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用案例分析

4.1 工程概況

某裝配式建筑工程分一期地塊和二期地塊，案例項(xiàng)目屬于二期建設(shè)項(xiàng)目。地塊呈正方形，東西長(zhǎng)350m，南北長(zhǎng)285m，基地地勢(shì)平整，地質(zhì)優(yōu)良。此項(xiàng)目建筑單體采取預(yù)制裝配整體式剪力墻，下面針對(duì)BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段的質(zhì)量控制實(shí)踐進(jìn)行研究（圖1）。

圖1 裝配式建筑質(zhì)量控制架構(gòu)圖

4.2 裝配式建筑質(zhì)量控制中BIM 技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

首先，在構(gòu)件設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用 BIM 技術(shù)對(duì)構(gòu)件深化設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，以保證構(gòu)件正確性和可生產(chǎn)性，并確保構(gòu)件擺放位置不會(huì)出現(xiàn)任何差錯(cuò)和疏漏。結(jié)合工程裝配特征及PC 構(gòu)件歸納建模規(guī)律，建立PC 構(gòu)件及預(yù)留洞口和外露鋼筋等要素位置關(guān)系，并展開(kāi)碰撞檢測(cè)?；凇昂?jiǎn)便、可識(shí)別、可持續(xù)”的特性，以及預(yù)制件工藝管理要求，構(gòu)建預(yù)制件代碼系統(tǒng)，其中第一字段是項(xiàng)目名代碼，第二字段按部件類(lèi)型分為一個(gè)大類(lèi)，而第三字段則用來(lái)識(shí)別同一類(lèi)型不同部件，第四字段是完整元件數(shù)目，其賦予每一個(gè) PC 元件獨(dú)特識(shí)別ID，例如002-01-001-0001，并將其與RFID 芯片結(jié)合，嵌入到 PC 元件中，這樣即可避免PC 元件擺放精度問(wèn)題，提供更精確數(shù)據(jù)（圖2、圖3）。

圖2 裝配式建筑PC 構(gòu)件

圖3 裝配式建筑構(gòu)件過(guò)程跟蹤

其次，生產(chǎn)運(yùn)輸階段應(yīng)用BIM 技術(shù)管控。以該項(xiàng)目為例，在工程設(shè)計(jì)階段，對(duì)各單元構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)建模，該實(shí)例模型級(jí)別為L(zhǎng)OD400，并進(jìn)行分解仿真，構(gòu)件生產(chǎn)單位可通過(guò)該模型直接了解構(gòu)件數(shù)量、尺寸、混凝土、鋼筋、防護(hù)層厚度等有關(guān)構(gòu)件的基本屬性。通過(guò) BIM 協(xié)同管理平臺(tái)和 RFID 技術(shù)，采集構(gòu)件詳細(xì)信息，保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可追溯性[4]。

最后，現(xiàn)場(chǎng)安裝階段的BIM 技術(shù)管理及控制。裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制主要是質(zhì)量驗(yàn)收、施工方案模擬及可視化技術(shù)交底等。在此工程中，為了保證組裝過(guò)程中使用的部件質(zhì)量，需嚴(yán)格檢查。通過(guò) RFID 標(biāo)簽掃描，可以將檢測(cè)質(zhì)量信息與 BIM系統(tǒng)中驗(yàn)收質(zhì)量進(jìn)行比較，從而降低因管理人員級(jí)別差異而出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，從而大大提高產(chǎn)品驗(yàn)收效率。建筑工程模擬利用 BIM直觀三維動(dòng)畫(huà)指導(dǎo)復(fù)雜的組裝施工，可對(duì)現(xiàn)有工程進(jìn)行可行性論證，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。同時(shí)，通過(guò)仿真模擬，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)工程方案的問(wèn)題，在施工過(guò)程中產(chǎn)生的沖突，使各個(gè)部門(mén)和構(gòu)件之間協(xié)調(diào)一致，從而減少工程損失。在仿真完成后，施工單位在仿真時(shí)對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)注，并制作相應(yīng)質(zhì)量控制表。施工經(jīng)理根據(jù)所產(chǎn)生的質(zhì)量控制表，對(duì)施工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。該階段裝配式建筑質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)可以及時(shí)地對(duì)模型質(zhì)量檢查和隱患進(jìn)行及時(shí)更新，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門(mén)和管理者針對(duì)質(zhì)量控制策略進(jìn)行交流[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式建筑在當(dāng)代社會(huì)已得到廣泛關(guān)注，具有巨大發(fā)展?jié)摿?，可以為建筑業(yè)注入新鮮活力。將BIM 技術(shù)運(yùn)用于裝配式建筑施工質(zhì)量管理中，可有效提高施工工作效率和質(zhì)量，從而提高施工單位經(jīng)濟(jì)效益。因此，施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì) BIM技術(shù)的研究，提高BIM 在裝配式建筑工程中的運(yùn)用效率，使其得到充分利用，進(jìn)而為促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供強(qiáng)勁支持。