BIM技術在裝配式建筑工程質量管理中的應用

沈勇，楊海平，曹國軍，陳劍

（1.浙江潮遠建設有限公司，浙江 杭州 311241；2.浙江同濟科技職業(yè)學院 建筑工程學院，浙江 杭州 311231）

1 前言

近些年，裝配式建筑以其標準化的設計、工業(yè)化的生產、裝配化的施工和信息化的管理等特點，大大提高了建筑質量及建造效率，符合當前協調、綠色的發(fā)展理念，也大大促進了我國建筑工業(yè)化的發(fā)展進程[1]。但不可否認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程中的其中一個薄弱環(huán)節(jié)[3]?？偟膩碚f，目前裝配式建筑工程在質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的質量管理體系，對于裝配式建筑的平穩(wěn)快速發(fā)展具有重要意義。

BIM 技術的核心思想在于通過將建筑實體工程轉化為信息化模型，從而實現信息化的管理[4]。本文針對裝配式建筑工程質量管理的短板，以浙江省杭州市某實際工程項目為例，依托BIM 技術在信息化和協同化方面的優(yōu)勢，探索其在裝配式建筑工程質量管理中的應用，并對其應用效果進行評價，以期為其他類似工程依靠BIM 技術進行質量管理提供借鑒，進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 層以上采用預制疊合板和預制樓梯構件；2#和4#的3 層以上采用了預制疊合板、預制樓梯和預制剪力墻構件，并在3 層處設置過渡層，實現從3 層以下的現澆結構向3 層以上的裝配式結構進行轉換。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項目，由于工期緊、施工工藝較為復雜，因此要求各道工序緊密銜接，一旦出現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，如果以傳統的施工管理手段恐難實現業(yè)主及政府對于該工程質量的期望。所以在該工程項目實施過程中全程引入BIM 技術，探索構建基于BIM 技術的裝配式建筑質量管理體系，從而達到甚至超過預期質量目標。

3 BIM技術在裝配式建筑工程質量管理中的應用

本項目專門成立了一支由參建各方組成的BIM 專項小組，依據前期編制好的施工質量控制準則，依托BIM 技術及平臺對該項目的前期設計、構件生產和運輸、構件裝配、質量驗收等全流程進行質量監(jiān)管及追蹤，從而達到預期質量目標。

3.1 BIM技術在前期設計階段的質量管理

裝配式建筑采用的是將預制構件直接運到現場進行拼接的模式[5]，假如構件在設計上出現尺寸或洞口等位置偏差，現場無法對構件進行應急處置則只得進行重新制作，極大影響工程進度。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行翻模，在翻模的過程中發(fā)現圖紙問題及時與設計院進行溝通修改，并從實際施工的角度對設計方案提出優(yōu)化建議，從而為項目的實施把好第一道質量關。圖1所示為BIM 小組在Revit 軟件上對2#樓進行的三維建模。

圖1 2#樓三維模型

之后，BIM 小組負責人將暖通、管線等模型全部整合至一個rvt.文件中，并利用Navisworks 軟件進行碰撞檢查。如圖2 所示為本項目在碰撞檢查中發(fā)現管線與疊合板存在碰撞，遂立即召集相關專業(yè)負責人對原有設計進行優(yōu)化，通過調整位置或預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計進行優(yōu)化后便進入深化設計階段。在綜合考慮構件生產、運輸、現場裝配等實際情況的基礎上，裝配式建筑深化設計師可直接在BIM 三維模型上進行構件的拆分和深化設計。由于構件的精度直接影響后期裝配的質量，甚至很大程度上決定了整個工程質量[6]，因此要求在前期設計階段BIM 模型具有足夠的精度，才能用來指導構件的生產及裝配。圖3 所示為本項目2#樓標準層預制構件的拆分情況，圖4為標準層某墻板的深化設計圖。

圖3 2#樓標準層預制構件拆分圖

圖4 標準層某墻板深化設計圖

3.2 BIM技術在構件生產和運輸階段的質量管理

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

在正式的構件生產環(huán)節(jié)，主要通過BIM 平臺對原材料、生產工藝以及質量驗收做好質量管控。當原材料通過進場驗收后，相關人員需先將驗收資料上傳至BIM 平臺留底后方可進入后續(xù)生產環(huán)節(jié)。BIM 專項小組利用IFC 標準的軟件互導規(guī)范將已有的BIM 三維模型以IFC 格式導出，然后利用渲染軟件進行構件生產的動畫模擬（圖5），進而將圖紙結合動畫對工人進行技術交底，確保工人對生產工藝流程領悟透徹，尤其是對預埋件種類和位置精準掌握。開始生產后，工人及時將過程數據錄入平臺供各參建方及時查閱數據，對生產質量進行監(jiān)管。當生產過程中遇到質量問題時，工人及時將相關信息上傳至BIM 平臺，BIM 小組可會同設計、生產、施工相關技術人員共同商討處理意見，將每個質量問題落實到位。圖6 所示為某塊疊合板構件出現飛邊質量缺陷時在BIM平臺上進行處置。

圖5 基于BIM的構件生產模擬動畫

圖6 BIM平臺協同處理構件質量問題

在構件的運輸階段，首先提前對運輸的車輛及運輸的路線進行模擬，選擇最優(yōu)項。接著構件廠會同監(jiān)理單位對出廠構件進行質量驗收，并將驗收證明上傳BIM 平臺。在構件內預埋有RFID 芯片，參建各方可通過BIM 平臺實時查詢構件數量、規(guī)格、位置等，實現全過程監(jiān)管。圖7 所示為實時查詢構件運輸過程中當前所處位置。

圖7 BIM平臺實時查詢構件所處位置

3.3 BIM技術在構件裝配階段的質量管理

對于整個工程的質量而言，構件本身的質量是基礎，而構件裝配的質量則是關鍵[7]，如果裝配位置出現較大偏差甚至錯誤，則會對工程的整體質量造成嚴重后果。

在構件正式裝配之前，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計及專項施工方案。此外，根據模擬情況同時在BIM 平臺上標注各流程的質量控制要點，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

構件進場時，由施工單位相關人員對構件進行進場驗收，并通過移動端將驗收記錄及驗收結果上傳至BIM 平臺。在進行構件堆放時，BIM 小組提前利用BIM 場布軟件對施工現場進行場地布置，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#樓標準層共有墻板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，其余墻板及樓梯放置于2#、3#樓中間區(qū)域，疊合板則采用進場后直接吊運的方式，堆場內只留有一處堆放少量備用疊合板，以防吊運損壞或進場出現時間誤差等情況發(fā)生。

圖9 基于BIM的現場模擬場布

借助BIM 三維模型及圖紙對施工人員進行裝配技術交底，并按照既定的施工組織設計及施工專項方案進行裝配。施工人員及監(jiān)理工程師及時將施工過程中的數據上傳至BIM 平臺中，利用BIM 平臺對裝配的全過程進行實時質量監(jiān)管。同時，重點關注BIM 平臺中設置的質量控制要點，做到重點防控，預防返工或返修情形發(fā)生。例如在進行安裝模擬時發(fā)現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技術在質量驗收階段的質量管理

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

圖10 BIM平臺進行質量問題上報處理

4 實施效果

本項目使用BIM 技術及BIM 平臺對整個項目進行質量管理的實施效果主要如下所示。

質量控制要點的提前制定。利用BIM 技術進行碰撞檢查、生產階段的動畫模擬、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量控制要點，盡可能降低質量問題出現的概率。

預制構件的全過程跟蹤。通過BIM平臺可實時查看各預制構件從設計到生產、運輸最后裝配、質量驗收過程中的各項資料記錄，實現各預制構件在整個項目實施過程中的全過程質量跟蹤。

質量問題的閉環(huán)管控。當質檢人員上傳質量問題時，所有參建各方相關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量問題的跟蹤人員，處理后的結果也會上傳至BIM 平臺進行存檔，實現質量問題從發(fā)現到上報、處置、跟蹤、整改完成的閉環(huán)管理，確保每個質量問題落到實處。

質量管理資料的集中歸檔。在項目實施的各個環(huán)節(jié)，相關人員均可通過移動端及時上傳照片、文字等過程性材料，例如構件出廠質量檢驗單、構件進場質量檢驗單、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

當前，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，對應的質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，梳理總結了基于BIM 技術的裝配式建筑工程質量管理體系，詳細描述了BIM 技術在裝配式建筑前期設計、構件生產和運輸、構件裝配、質量驗收等全流程的應用，并對實施效果進行了總結?？偟膩碚f，基于BIM 技術的裝配式工程項目質量管理體系是可行的，且非常具有實際應用價值，今后可為同類型項目提供借鑒。