基于BIM的裝配式建筑質(zhì)量鏈管理優(yōu)化研究

周弋楠 胡和蟬 劉學瑜 林泳言 馮興興

摘 要：在追求可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下，我國建筑應告別粗放式發(fā)展，順應綠色有機的發(fā)展趨勢。裝配式建筑雖符合這一需求，但也存在一些質(zhì)量問題。為了進一步研究質(zhì)量問題及其解決方法，筆者提出裝配式質(zhì)量鏈的概念，并按全過程的邏輯順序?qū)⑵浞譃樯a(chǎn)鏈、倉儲鏈和施工鏈，旨在充分運用BIM技術(shù)，解決裝配式建筑在構(gòu)件生產(chǎn)階段、倉儲階段、施工階段中存在的質(zhì)量問題，進而實現(xiàn)對裝配式質(zhì)量鏈管理的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量鏈;管理;BIM;裝配式建筑

一、BIM技術(shù)及裝配式質(zhì)量鏈概述

（一）裝配式質(zhì)量鏈主要內(nèi)容

裝配式建筑，指按標準化設(shè)計建造的預制構(gòu)配件，在工廠進行生產(chǎn)制造完成后將成品運送至施工現(xiàn)場安裝拼接，從而完成建筑實體構(gòu)建的一種建筑生產(chǎn)模式[1]，并且在具有施工中有更為簡便、污染性低、施工工期短等優(yōu)點。

裝配式建筑的質(zhì)量形成相較于傳統(tǒng)建筑來說更為復雜，它不是由一個個獨立的單元勾連而成，更像是環(huán)環(huán)相扣的鏈條，彼此之間互為影響。多個要素共同努力，才能形成一個嚴謹?shù)馁|(zhì)量鏈條[2]。

裝配式建筑的質(zhì)量鏈，可以按總體行進進程分為生產(chǎn)鏈、倉儲鏈及施工鏈。三個鏈塊環(huán)環(huán)相扣，互相影響，關(guān)注各個鏈塊的質(zhì)量管理問題，提出針對性的解決方案，能夠使裝配式建筑質(zhì)量鏈聯(lián)系得更加緊密，更利于管理。

（二）BIM技術(shù)主要內(nèi)容

BIM，即Building Information Modeling的簡稱，是指基于先進三維數(shù)字設(shè)計解決方案所構(gòu)建的可視化數(shù)字建筑模型。它使工程在各階段都能夠進一步節(jié)省能源和成本、減少污染和提高效率。

BIM在裝配式建筑的質(zhì)量鏈管理中有著無法估量的地位。通過BIM技術(shù)對裝配現(xiàn)場進行模擬，可以進行虛擬施工，合理布置施工現(xiàn)場，保證合理的吊裝范圍和安全經(jīng)濟的構(gòu)件堆放位置;預知裝配要點，彌補裝配時工人技術(shù)上的不成熟。同時，便于將施工計劃與施工進度展開對比，加強各方對工程的檢測和協(xié)作，降低裝配式建筑的發(fā)生質(zhì)量問題的可能性，從而減少因裝配質(zhì)量問題返工的可能性。

二、裝配式建筑質(zhì)量鏈管理存在的問題

（一）構(gòu)件生產(chǎn)階段存在的問題

1.設(shè)計圖紙存在的問題

無法確定構(gòu)件的點位，導致繪圖效率低下，影響構(gòu)件廠的生產(chǎn)安排;圖紙標注不清、信息缺少、標注不一致;相鄰部位鋼筋設(shè)計不合理，安裝不準確;預埋件、孔洞、線盒、鋼筋等圖元存在相互碰撞的問題[3]。

2.生產(chǎn)過程存在的問題

生產(chǎn)過程存在的問題主要有缺乏專業(yè)工人隊伍、原材料復檢與構(gòu)件制品不符合規(guī)范、生產(chǎn)環(huán)境管理不完善。許多生產(chǎn)企業(yè)在構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)和質(zhì)量驗收方面缺乏明確標準。

綜上，裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)階段經(jīng)常出現(xiàn)成品出現(xiàn)裂紋、孔洞定位不準、尺寸信息不準確等質(zhì)量問題。后期投入施工及驗收階段也逐漸暴露出板筋板縫質(zhì)量差、零件尺寸不符合實際施工要求、隱蔽連接處完工驗收難等問題[4]。

（二）成品構(gòu)件運輸與倉儲階段存在的問題

1.成品構(gòu)件運輸問題

從以往來看，此階段常被忽視或草率制訂方案[5]。往往由于路況勘察不到位、路面崎嶇不平、各類預制構(gòu)件尺寸相差較大等，給預制構(gòu)件的安全運輸帶來了諸多風險[2]。

2.成品構(gòu)件堆放問題

預制構(gòu)件堆放位置不合理會造成二次搬運，既增加運輸成本又拖慢施工進度，增大了構(gòu)件損壞的可能性[6]。預制構(gòu)件存放的場地排水系統(tǒng)差、排水不暢且地面有積水，都會使得構(gòu)件在積水的侵蝕下強度降低甚至損壞。

3.成品構(gòu)件的保存與養(yǎng)護

在現(xiàn)場保護工作中，因為無法對建筑工程所有預制構(gòu)件進行合理保存與必要養(yǎng)護，從而造成預制構(gòu)件不同程度開裂、銹蝕等損壞。此外，在實際實施中，施工現(xiàn)場相對復雜，人員相對密集，構(gòu)件擺放不規(guī)范且位置不固定，無專人管理，并且缺乏嚴格的制度體系。

（三）施工階段存在的問題

1.節(jié)點連接問題

目前，國內(nèi)在裝配式建筑的施工階段最常使用的連接構(gòu)件節(jié)點的方式為灌漿套筒連接技術(shù)，其存在兩方面的缺陷：一方面，注漿質(zhì)量不符合施工質(zhì)量標準，施工所用漿料質(zhì)量不合格、漿料比重不準確以及注漿操作不當，導致預制成品構(gòu)件與漿料層之間出現(xiàn)裂縫，墊層發(fā)生位置偏移，灌漿孔出現(xiàn)堵塞等問題;另一方面，套筒位置偏差影響鋼筋的施工，一旦出現(xiàn)較大的偏移誤差，鋼筋就無法順利通過套筒，進而無法實現(xiàn)兩個預制構(gòu)件的連接，因而預制構(gòu)件必須再加工。

2.構(gòu)件安裝規(guī)范問題

構(gòu)件安裝規(guī)范問題是影響建筑質(zhì)量問題的另外一個因素。在施工過程當中，構(gòu)件安裝常出現(xiàn)下列幾個方面的弊端：一是因為施工中吊裝裝備精度低，安裝過程當中墻板的接縫位置會呈現(xiàn)偏差，使接縫位置的寬度或深度不滿足施工標準;二是轉(zhuǎn)角板厚度薄、體積大，構(gòu)件易形變，故在現(xiàn)實施工中易導致轉(zhuǎn)角處斷裂的發(fā)生;三是在部分預制裝配式建筑中，因疊合板跨度較大，一旦施工不當，其撓度超過自身剛度，就會出現(xiàn)裂縫，甚至斷裂。

三、基于BIM的裝配式建筑質(zhì)量鏈管理優(yōu)化

（一）BIM技術(shù)在生產(chǎn)鏈階段的管理優(yōu)化

1.構(gòu)件規(guī)范化

一方面，可以利用BIM技術(shù)能精確計算和統(tǒng)計材料工程量的特點，將材料匯總表、施工方法一覽表等所需表格一站式導出，同時利用BIM構(gòu)建的三維模型來實現(xiàn)交底作業(yè)的可視化，以解決隱蔽節(jié)點竣工驗收難的問題，促進構(gòu)件的規(guī)范化生產(chǎn)[7];另一方面，可以利用BIM技術(shù)構(gòu)件拆分的功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計生產(chǎn)的過程中，通過分析不同相關(guān)參數(shù)對相關(guān)構(gòu)件進行拆分，并綜合考慮構(gòu)件的加工、運輸?shù)跹b及后期的現(xiàn)場裝配等多方因素，在生產(chǎn)的過程中就做好構(gòu)件的埋件、預留孔洞尺寸對照等工作。

通過以上兩個方面，對批量生產(chǎn)的預制構(gòu)件進行規(guī)范化，以提高構(gòu)件的合格率和預制構(gòu)件的質(zhì)量，實現(xiàn)構(gòu)件的規(guī)范化。

2.碰撞檢查

將構(gòu)建模型導入BIM碰撞實驗軟件，檢查構(gòu)件之間是否存在沖突或矛盾，精確定位預留孔洞，得到碰撞實驗報告，從而采取“利用BIM軟件構(gòu)建參數(shù)族庫，直接對參數(shù)族修改更新，優(yōu)化設(shè)計”或“直接對碰撞點的參數(shù)進行修改”的方法來解決檢查暴露出的碰撞點。碰撞點修改后，利用BIM技術(shù)及時深化和優(yōu)化圖紙、對裝配式構(gòu)件進行重新排版、對需要標識的構(gòu)件嚴格按照構(gòu)件規(guī)范化原則進行系統(tǒng)編號，并將優(yōu)化后的模型反饋廠家，將問題解決在構(gòu)件加工之前[8]。

以上方法不僅可以降低傳統(tǒng)2D模式的錯、漏、碰、缺等現(xiàn)象的出現(xiàn)，還能提高施工效率和質(zhì)量、縮短工期。

（二）BIM技術(shù)在運輸與倉儲階段的管理優(yōu)化

1.路線優(yōu)化減少損壞

第一，根據(jù)BIM模型預制構(gòu)件的詳細參數(shù)，選擇滿足構(gòu)件尺寸和承載能力要求的運輸機械，減少構(gòu)件與運輸車輛、構(gòu)件之間的碰撞和摩擦[9]。第二，運用BIM技術(shù)，在確定最優(yōu)路線和備用路線的前提下，對已有數(shù)據(jù)進行分析，提前確定運輸途中需要下車檢查的點，減少不必要的檢查次數(shù)和運輸時間，降低預制構(gòu)件損壞的可能性。

2.位置模擬減少二次搬運

一方面，運用BIM軟件，在建立相應三維場地模型后，對已建立的模型進行可視化和參數(shù)化分析，在明確運輸?shù)缆返那疤嵯拢瑢龅刂械氖┕^(qū)域、生活區(qū)域、加工區(qū)域等進行統(tǒng)籌規(guī)劃，從而擬出若干個構(gòu)件存放的位置。另一方面，依據(jù)便于吊裝施工、安全適用等相關(guān)原則，以及起吊機械的位置、作業(yè)區(qū)范圍等，對預制構(gòu)件存放的位置進行三維模擬布置，確定滿足條件的構(gòu)件存放位置，同時保證構(gòu)件堆放場地平坦、無大面積積水且承載能力滿足要求，以減少二次搬運和構(gòu)件損壞。

3.數(shù)據(jù)整合人員調(diào)度（BIM方便我們查閱構(gòu)件信息以及錄入）

利用BIM平臺高度信息集成的特點，導入相關(guān)模型、錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)集成，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)度相應的人員。例如，按照吊裝次序確定構(gòu)件的存放規(guī)律及堆放層數(shù)、構(gòu)件的進場順序及進場數(shù)量，并根據(jù)這些信息部署人員，確定人員的使用及調(diào)度情況，明確相關(guān)責任及義務，同時減少無關(guān)工人在此區(qū)間內(nèi)的逗留及休息等，從而減少構(gòu)件被損壞的可能性。

（三）BIM技術(shù)在施工鏈階段的管理優(yōu)化

1.平面布置模擬

利用BIM可以根據(jù)施工機械設(shè)備的規(guī)模、設(shè)備的運行范圍、施工平面布置的要點及布置技術(shù)等的特點，模擬施工現(xiàn)場的真實場景，優(yōu)化現(xiàn)場機械設(shè)備及材料的布置，從而實現(xiàn)施工現(xiàn)場各個專業(yè)以及施工機械設(shè)備的協(xié)調(diào)，提高施工質(zhì)量。同時，利用BIM可視化技術(shù)對現(xiàn)場水電管線布置進行模擬，預測因管線布置不當而引起的各種安全質(zhì)量問題，優(yōu)化現(xiàn)場水電管線布置，提高施工現(xiàn)場安全性。

2.大型機械設(shè)備運作模擬

利用BIM技術(shù)，提前在施工現(xiàn)場模擬大型機械設(shè)備的安裝和拆卸過程，及時發(fā)現(xiàn)大型機械設(shè)備可能出現(xiàn)的各種問題，并制訂問題的解決方案。確保預留構(gòu)件節(jié)點能正常連接，避免因節(jié)點無法連接造成構(gòu)件再加工而耽擱工期，提高裝配式建筑的施工效率，加快施工進度。

3.構(gòu)件吊裝模擬

通過BIM技術(shù)，施工人員可以模仿并察看預制構(gòu)件的全部吊裝過程，重復確認吊裝流程，對吊裝位置進行精確規(guī)劃，確定吊裝過程是否符合施工的相關(guān)規(guī)定和要求、現(xiàn)場部署是否合理、是否會對吊裝帶來不好的影響。施工人員可以通過這些環(huán)節(jié)提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免吊裝作業(yè)不當造成的構(gòu)件開裂或斷裂，降低對工程質(zhì)量和工期的影響。

四、結(jié)語

裝配式建筑具有綠色、節(jié)能、環(huán)保等特點，在追求可持續(xù)發(fā)展道路的推動下，將會得到更為廣泛的利用。于是，解決裝配式建筑質(zhì)量的問題是重中之重。

在建筑行業(yè)迅速發(fā)展的大背景下，要取得革新就必須與時俱進。裝配式建筑質(zhì)量的優(yōu)化必將融入BIM技術(shù)，裝配式建筑和BIM技術(shù)的相互促進將使雙方價值最大化，提升我國建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展水平。

參考文獻：

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