BIM技術(shù)在裝配式建筑工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用

沈勇，楊海平，曹國軍，陳劍

（1.浙江潮遠(yuǎn)建設(shè)有限公司，浙江 杭州 311241；2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 311231）

1 前言

近些年，裝配式建筑以其標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計、工業(yè)化的生產(chǎn)、裝配化的施工和信息化的管理等特點，大大提高了建筑質(zhì)量及建造效率，符合當(dāng)前協(xié)調(diào)、綠色的發(fā)展理念，也大大促進(jìn)了我國建筑工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程[1]。但不可否認(rèn)的是盡管近些年裝配式建筑發(fā)展迅猛，但我國依舊處于裝配式建筑發(fā)展的初級階段[2]，尤其在裝配式建筑工程質(zhì)量上尚未形成完整、成熟的管理體系，這也成為了裝配式建筑大力推廣進(jìn)程中的其中一個薄弱環(huán)節(jié)[3]。總的來說，目前裝配式建筑工程在質(zhì)量管理方面存在較大的提升空間，搭建一套滿足裝配式建筑工程建設(shè)的質(zhì)量管理體系，對于裝配式建筑的平穩(wěn)快速發(fā)展具有重要意義。

BIM 技術(shù)的核心思想在于通過將建筑實體工程轉(zhuǎn)化為信息化模型，從而實現(xiàn)信息化的管理[4]。本文針對裝配式建筑工程質(zhì)量管理的短板，以浙江省杭州市某實際工程項目為例，依托BIM 技術(shù)在信息化和協(xié)同化方面的優(yōu)勢，探索其在裝配式建筑工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行評價，以期為其他類似工程依靠BIM 技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量管理提供借鑒，進(jìn)一步推動我國裝配式建筑的發(fā)展。

2 工程概況

本文的裝配式建筑工程項目為住宅項目，位于浙江省杭州市，總建筑面積為110036.97m2，共8 幢。其中，1#、3#、5#、6#、7#、8#的3 層以上采用預(yù)制疊合板和預(yù)制樓梯構(gòu)件；2#和4#的3 層以上采用了預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯和預(yù)制剪力墻構(gòu)件，并在3 層處設(shè)置過渡層，實現(xiàn)從3 層以下的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)向3 層以上的裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本工程具體信息如表1所示。

表1 本工程具體信息表

該工程為杭州市重點建設(shè)項目，由于工期緊、施工工藝較為復(fù)雜，因此要求各道工序緊密銜接，一旦出現(xiàn)偏差就難以按時完工。然而由于其體量大、施工組織難度大等問題，如果以傳統(tǒng)的施工管理手段恐難實現(xiàn)業(yè)主及政府對于該工程質(zhì)量的期望。所以在該工程項目實施過程中全程引入BIM 技術(shù)，探索構(gòu)建基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑質(zhì)量管理體系，從而達(dá)到甚至超過預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用

本項目專門成立了一支由參建各方組成的BIM 專項小組，依據(jù)前期編制好的施工質(zhì)量控制準(zhǔn)則，依托BIM 技術(shù)及平臺對該項目的前期設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)和運輸、構(gòu)件裝配、質(zhì)量驗收等全流程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)管及追蹤，從而達(dá)到預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)。

3.1 BIM技術(shù)在前期設(shè)計階段的質(zhì)量管理

裝配式建筑采用的是將預(yù)制構(gòu)件直接運到現(xiàn)場進(jìn)行拼接的模式[5]，假如構(gòu)件在設(shè)計上出現(xiàn)尺寸或洞口等位置偏差，現(xiàn)場無法對構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)急處置則只得進(jìn)行重新制作，極大影響工程進(jìn)度。為盡量避免這類情況的發(fā)生，BIM 小組在前期先參照圖紙對該工程項目進(jìn)行翻模，在翻模的過程中發(fā)現(xiàn)圖紙問題及時與設(shè)計院進(jìn)行溝通修改，并從實際施工的角度對設(shè)計方案提出優(yōu)化建議，從而為項目的實施把好第一道質(zhì)量關(guān)。圖1所示為BIM 小組在Revit 軟件上對2#樓進(jìn)行的三維建模。

圖1 2#樓三維模型

之后，BIM 小組負(fù)責(zé)人將暖通、管線等模型全部整合至一個rvt.文件中，并利用Navisworks 軟件進(jìn)行碰撞檢查。如圖2 所示為本項目在碰撞檢查中發(fā)現(xiàn)管線與疊合板存在碰撞，遂立即召集相關(guān)專業(yè)負(fù)責(zé)人對原有設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)整位置或預(yù)留洞口的方式避免碰撞。

圖2 碰撞檢查

通過翻模和碰撞檢查對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化后便進(jìn)入深化設(shè)計階段。在綜合考慮構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、現(xiàn)場裝配等實際情況的基礎(chǔ)上，裝配式建筑深化設(shè)計師可直接在BIM 三維模型上進(jìn)行構(gòu)件的拆分和深化設(shè)計。由于構(gòu)件的精度直接影響后期裝配的質(zhì)量，甚至很大程度上決定了整個工程質(zhì)量[6]，因此要求在前期設(shè)計階段BIM 模型具有足夠的精度，才能用來指導(dǎo)構(gòu)件的生產(chǎn)及裝配。圖3 所示為本項目2#樓標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制構(gòu)件的拆分情況，圖4為標(biāo)準(zhǔn)層某墻板的深化設(shè)計圖。

圖3 2#樓標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制構(gòu)件拆分圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)層某墻板深化設(shè)計圖

3.2 BIM技術(shù)在構(gòu)件生產(chǎn)和運輸階段的質(zhì)量管理

進(jìn)入到構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)，構(gòu)件廠技術(shù)人員通過BIM 平臺下載本項目的BIM三維模型及各構(gòu)件的深化設(shè)計圖，并通過相關(guān)軟件一鍵提取構(gòu)件數(shù)據(jù)，進(jìn)而開始模具的設(shè)計加工。BIM 專項小組會根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況提前將構(gòu)件需求計劃上傳至BIM 平臺，構(gòu)件廠在收到需求計劃后便可安排生產(chǎn)計劃，做好及時銜接。

在正式的構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要通過BIM 平臺對原材料、生產(chǎn)工藝以及質(zhì)量驗收做好質(zhì)量管控。當(dāng)原材料通過進(jìn)場驗收后，相關(guān)人員需先將驗收資料上傳至BIM 平臺留底后方可進(jìn)入后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。BIM 專項小組利用IFC 標(biāo)準(zhǔn)的軟件互導(dǎo)規(guī)范將已有的BIM 三維模型以IFC 格式導(dǎo)出，然后利用渲染軟件進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)的動畫模擬（圖5），進(jìn)而將圖紙結(jié)合動畫對工人進(jìn)行技術(shù)交底，確保工人對生產(chǎn)工藝流程領(lǐng)悟透徹，尤其是對預(yù)埋件種類和位置精準(zhǔn)掌握。開始生產(chǎn)后，工人及時將過程數(shù)據(jù)錄入平臺供各參建方及時查閱數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管。當(dāng)生產(chǎn)過程中遇到質(zhì)量問題時，工人及時將相關(guān)信息上傳至BIM 平臺，BIM 小組可會同設(shè)計、生產(chǎn)、施工相關(guān)技術(shù)人員共同商討處理意見，將每個質(zhì)量問題落實到位。圖6 所示為某塊疊合板構(gòu)件出現(xiàn)飛邊質(zhì)量缺陷時在BIM平臺上進(jìn)行處置。

圖5 基于BIM的構(gòu)件生產(chǎn)模擬動畫

圖6 BIM平臺協(xié)同處理構(gòu)件質(zhì)量問題

在構(gòu)件的運輸階段，首先提前對運輸?shù)能囕v及運輸?shù)穆肪€進(jìn)行模擬，選擇最優(yōu)項。接著構(gòu)件廠會同監(jiān)理單位對出廠構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量驗收，并將驗收證明上傳BIM 平臺。在構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋有RFID 芯片，參建各方可通過BIM 平臺實時查詢構(gòu)件數(shù)量、規(guī)格、位置等，實現(xiàn)全過程監(jiān)管。圖7 所示為實時查詢構(gòu)件運輸過程中當(dāng)前所處位置。

圖7 BIM平臺實時查詢構(gòu)件所處位置

3.3 BIM技術(shù)在構(gòu)件裝配階段的質(zhì)量管理

對于整個工程的質(zhì)量而言，構(gòu)件本身的質(zhì)量是基礎(chǔ)，而構(gòu)件裝配的質(zhì)量則是關(guān)鍵[7]，如果裝配位置出現(xiàn)較大偏差甚至錯誤，則會對工程的整體質(zhì)量造成嚴(yán)重后果。

在構(gòu)件正式裝配之前，首先BIM 小組會先在Navisworks 中模擬各種吊裝及安裝方案，從中選擇最優(yōu)方案并編制施工組織設(shè)計及專項施工方案。此外，根據(jù)模擬情況同時在BIM 平臺上標(biāo)注各流程的質(zhì)量控制要點，供管理人員在實際施工過程中重點把控。圖8為2#樓的模擬施工。

圖8 2#樓施工模擬

構(gòu)件進(jìn)場時，由施工單位相關(guān)人員對構(gòu)件進(jìn)行進(jìn)場驗收，并通過移動端將驗收記錄及驗收結(jié)果上傳至BIM 平臺。在進(jìn)行構(gòu)件堆放時，BIM 小組提前利用BIM 場布軟件對施工現(xiàn)場進(jìn)行場地布置，確保卸車與吊運方便，節(jié)省工期。圖9 所示為本項目的模擬場布，以2#樓為例，2#樓標(biāo)準(zhǔn)層共有墻板88 塊、疊合板62 塊、樓梯8 段，因堆場有限，將大部分墻板堆放于堆場內(nèi)，其余墻板及樓梯放置于2#、3#樓中間區(qū)域，疊合板則采用進(jìn)場后直接吊運的方式，堆場內(nèi)只留有一處堆放少量備用疊合板，以防吊運損壞或進(jìn)場出現(xiàn)時間誤差等情況發(fā)生。

圖9 基于BIM的現(xiàn)場模擬場布

借助BIM 三維模型及圖紙對施工人員進(jìn)行裝配技術(shù)交底，并按照既定的施工組織設(shè)計及施工專項方案進(jìn)行裝配。施工人員及監(jiān)理工程師及時將施工過程中的數(shù)據(jù)上傳至BIM 平臺中，利用BIM 平臺對裝配的全過程進(jìn)行實時質(zhì)量監(jiān)管。同時，重點關(guān)注BIM 平臺中設(shè)置的質(zhì)量控制要點，做到重點防控，預(yù)防返工或返修情形發(fā)生。例如在進(jìn)行安裝模擬時發(fā)現(xiàn)部分疊合板短邊出筋會與底部墻體連梁的主筋存在交叉的情況，故施工流程調(diào)整為先臨時固定連梁主筋，在安裝疊合板時先抽出連梁主筋，待疊合板安裝完成之后再重新固定連梁主筋，在BIM平臺中做到實時管控。

3.4 BIM技術(shù)在質(zhì)量驗收階段的質(zhì)量管理

進(jìn)入質(zhì)量驗收階段，BIM 小組配合質(zhì)檢人員借助BIM 平臺共同完成質(zhì)量驗收工作。質(zhì)檢人員通過BIM 平臺查閱已有的構(gòu)件進(jìn)場驗收報告、隱蔽工程驗收報告等材料，同時將現(xiàn)場觀察或測量得到的數(shù)據(jù)通過移動端錄入BIM 平臺，并最終在BIM 平臺上給出驗收意見。驗收過程如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，同樣也是在BIM 平臺中進(jìn)行處理。例如2#樓在質(zhì)量驗收時發(fā)現(xiàn)第4 標(biāo)準(zhǔn)層編號為DBS-C2J-4-2 的疊合板出現(xiàn)裂縫質(zhì)量問題，質(zhì)檢人員拍照上傳至BIM 平臺，并配上相關(guān)文字說明，之后該問題通過BIM 平臺自動發(fā)送至施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人及監(jiān)理單位負(fù)責(zé)人的移動端，相關(guān)負(fù)責(zé)人通過移動端給出處置方案并指定該質(zhì)量問題跟蹤人員，直至解決后相關(guān)處置過程和結(jié)果均上傳至BIM 平臺中，形成一個閉環(huán)，如圖10所示。

圖10 BIM平臺進(jìn)行質(zhì)量問題上報處理

4 實施效果

本項目使用BIM 技術(shù)及BIM 平臺對整個項目進(jìn)行質(zhì)量管理的實施效果主要如下所示。

質(zhì)量控制要點的提前制定。利用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查、生產(chǎn)階段的動畫模擬、各種吊裝及裝配方案的模擬等，充分借助BIM 模型可視化的特點，可提前制定整個項目各階段的質(zhì)量控制要點，盡可能降低質(zhì)量問題出現(xiàn)的概率。

預(yù)制構(gòu)件的全過程跟蹤。通過BIM平臺可實時查看各預(yù)制構(gòu)件從設(shè)計到生產(chǎn)、運輸最后裝配、質(zhì)量驗收過程中的各項資料記錄，實現(xiàn)各預(yù)制構(gòu)件在整個項目實施過程中的全過程質(zhì)量跟蹤。

質(zhì)量問題的閉環(huán)管控。當(dāng)質(zhì)檢人員上傳質(zhì)量問題時，所有參建各方相關(guān)人員可通過移動端在BIM 平臺中提出處理意見，而且能在平臺中指定質(zhì)量問題的跟蹤人員，處理后的結(jié)果也會上傳至BIM 平臺進(jìn)行存檔，實現(xiàn)質(zhì)量問題從發(fā)現(xiàn)到上報、處置、跟蹤、整改完成的閉環(huán)管理，確保每個質(zhì)量問題落到實處。

質(zhì)量管理資料的集中歸檔。在項目實施的各個環(huán)節(jié)，相關(guān)人員均可通過移動端及時上傳照片、文字等過程性材料，例如構(gòu)件出廠質(zhì)量檢驗單、構(gòu)件進(jìn)場質(zhì)量檢驗單、隱蔽工程驗收單等，大大減少了整理資料耗費的時間，并且部分模板性材料可由BIM 平臺自動形成，確保了真實性，提高效率。

5 總結(jié)

當(dāng)前，我國正在大力推廣環(huán)保、節(jié)能、高效的裝配式建筑，雖然發(fā)展速度很快但裝配式建筑仍處于初級階段，對應(yīng)的質(zhì)量管理手段和體系尚未成熟。本文以浙江省杭州市某裝配式工程項目為例，梳理總結(jié)了基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑工程質(zhì)量管理體系，詳細(xì)描述了BIM 技術(shù)在裝配式建筑前期設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)和運輸、構(gòu)件裝配、質(zhì)量驗收等全流程的應(yīng)用，并對實施效果進(jìn)行了總結(jié)?？偟膩碚f，基于BIM 技術(shù)的裝配式工程項目質(zhì)量管理體系是可行的，且非常具有實際應(yīng)用價值，今后可為同類型項目提供借鑒。