裝配式建筑BIM信息化建造系統(tǒng)及質量管理措施

殷吉強

（重慶市武隆區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設委員會，重慶 408500）

0 引言

長期以來，國內建筑領域一般采用粗放管理的傳統(tǒng)建筑施工方式。伴隨國內建設行業(yè)的逐漸發(fā)展與施工技術的不斷提升，裝配式建筑逐漸受到工程技術領域，甚至社會各界的廣泛關注[1-3]。與傳統(tǒng)建筑施工相比，裝配式建筑的作業(yè)地點已經(jīng)從室外建設現(xiàn)場擴展至室內構件廠家。

現(xiàn)今，建設項目體量逐漸變大、結構型式愈加復雜，工程建設全過程質量管理的需求及風險控制也變得愈加重要。由于施工作業(yè)范圍的擴展，裝配式建筑建設全過程質量管理的線性流程不可避免地轉變?yōu)榉蔷€性及并行管理模式，其發(fā)展亟需信息化程度和施工技能的提升。合理促進裝配式建筑信息化建造系統(tǒng)的實現(xiàn)與革新，解決施工場所不同導致的質量管理模式差異問題，將成為推動裝配式建筑行業(yè)發(fā)展的關鍵[4]。

由于裝配式建筑獲得政府及建設部門的積極評價和推廣，相關科研院所及大型建筑企業(yè)均深入開展了裝配式建筑BIM信息化建造及質量管理的研究。吳國芳[5]基于現(xiàn)代信息技術，進行了適用于建筑領域的信息化集成建造系統(tǒng)研發(fā)，提出了計算機集成建造系統(tǒng)的相關概念。夏海兵等[6]基于實際工程應用，將BIM技術引入裝配式建筑施工全周期，并對信息化模型成果進行了系統(tǒng)剖析。李天華等[7]通過BIM技術的深入探索，將無線射頻識別（RFID）技術與裝配式建筑現(xiàn)場管理相結合，形成項目全過程管理的有機聯(lián)合。王要武、曹洋等[8-9]分析了建筑行業(yè)智慧建設的發(fā)展趨勢，提出了基于BIM信息化的智慧施工思路，提升了裝配式建筑的安全管理效率和水平。齊寶庫等[10]深入分析了裝配式結構的拼裝質量控制因素，構建了裝配式作業(yè)質量評價系統(tǒng)與評估方法，并分析了不同評價`因素對質量管理的貢獻率。

雖然國內借助BIM新技術開展裝配式施工管理已有較多先例，但是基于BIM平臺實踐裝配式建筑建造系統(tǒng)及質量管理的探索仍然不足。在當前技術及研究背景的基礎上，有必要開展專門應用于建造流程的計算機集成系統(tǒng)研究，探索將BIM信息化模型的強大優(yōu)勢與裝配式建筑現(xiàn)場質量管理相結合的新途徑。

1 基于BIM的裝配式建筑建造系統(tǒng)

裝配式結構是由廠制配件在現(xiàn)場拼裝而成，其形成的關鍵是各主要構件的工業(yè)化預制[11]。與傳統(tǒng)制造業(yè)的集成理念相似，可以把裝配式建筑的形成過程概括為設計、加工、運輸、拼裝、養(yǎng)護等多個要素，對比傳統(tǒng)工業(yè)的管理與制造流程，形成基于BIM化的集成建造體系，以便提升裝配式建筑的信息化建設程度。

1.1 BIM集成管理系統(tǒng)總體框架

BIM集成管理系統(tǒng)應當在充分考慮裝配式建筑建設過程的同時，與現(xiàn)場施工的管理結構相適應。此外，還應當具備信息化建設的功能。

考慮裝配式建筑的建設過程，將各關鍵參與部門根據(jù)其總體功能，按照設計計算、部件加工、倉儲物流、工地拼裝四部分進行分類。建筑結構的安全運營是實現(xiàn)其使用功能的基礎，因此，施工過程的質量管理是各階段不可缺少的重要保障。為體現(xiàn)裝配式建筑信息化功能，不可缺少以系統(tǒng)技術為核心的支撐環(huán)境，如信息傳輸線路和數(shù)據(jù)存儲體系。BIM集成管理系統(tǒng)的總體框架構成如圖1所示。裝配式結構功能組成可劃分為關鍵系統(tǒng)和支持系統(tǒng)。

圖1 BIM集成管理系統(tǒng)總體框架

在BIM集成管理系統(tǒng)總體框架下，開展裝配式結構設計施工過程的整體創(chuàng)新，提出有關BIM集成系統(tǒng)的裝配式建筑作業(yè)流程，如圖2所示。

圖2 基于BIM化的裝配式建設流程

1.2 關鍵系統(tǒng)設計

關鍵系統(tǒng)對應為裝配式建筑實施的關鍵流程，分別是設計計算模塊、加工預制模塊、運輸保障模塊和施工管理模塊。

（1）設計計算系統(tǒng)

設計計算是裝配式建筑建設流程的最初階段，構件的連接、碰撞設計均以BIM模型搭建為基礎?；诙嘟K端設備支持的BIM平臺程序，能夠實現(xiàn)跨專業(yè)實時、協(xié)作設計如圖3所示，模型信息囊括建筑全生命周期的全部參數(shù)，并可通過受力模擬、拼裝碰撞等方式對不同專業(yè)的設計情況進行校核及優(yōu)化，形成高效率的一體化協(xié)同設計系統(tǒng)。

圖3 BIM平臺協(xié)同設計示意

（2）加工預制系統(tǒng)

拼裝部件是裝配式結構的組成單元，加工預制系統(tǒng)就是對部件的工廠量化實施前期統(tǒng)籌。加工預制系統(tǒng)根據(jù)設計計算系統(tǒng)提出的部件模型進行配套分析，對所需的材料性質、形狀及數(shù)量列支計劃，并進行廠商精細化量產，確保各部位構件不出現(xiàn)生產誤差。

（3）運輸保障系統(tǒng)

運輸保障系統(tǒng)是承接構件廠商與施工現(xiàn)場的關鍵，對拼裝部件及零件的物流及倉儲實施監(jiān)控，確保運輸信息的實時查證。在拼裝部件出廠前，對所有構件分別置入ID芯片或張貼信息二維碼，以便讀取信息編碼，根據(jù)既有計劃分類、儲運，滿足現(xiàn)場施工的合理取用要求，達到構件儲運信息化的目標。

（4）施工管理系統(tǒng)

施工管理系統(tǒng)是建設管理的末端系統(tǒng)，對接前期的設計規(guī)劃，并與運輸保障系統(tǒng)連接。施工管理系統(tǒng)通過對構件的拼裝施工控制實現(xiàn)過程質量保障，并及時進行現(xiàn)場信息采集及監(jiān)測分析，最終目的是確保拼裝部件的施工質量。

1.3 支持系統(tǒng)設計

支持系統(tǒng)是對關鍵系統(tǒng)提供支撐服務的輔助模塊，具體包括數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是實現(xiàn)不同關鍵系統(tǒng)、不同企業(yè)信息與數(shù)據(jù)共享、交換的接口，以信息存儲、調用和控制為主要功能，主要是保證不同分模塊的數(shù)據(jù)資料在標準化、本地化原則下，達成數(shù)據(jù)的傳遞和共享，確保數(shù)據(jù)的安全性、一致性、易維護性。

網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)基于非封閉的網(wǎng)絡通信條件，是支撐總體框架的網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)，具備交互性和集成性，能夠突破地域范圍的約束，完成對信息資源的共享?；诟采w所有工程參建方的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)集成平臺，能滿足建設項目全生命周期中各實施單位的基本需求。

2 BIM在裝配式建筑質量管理中的應用

2.1 基于BIM質量管理的特點

BIM模型可將外部關聯(lián)信息歸攏，并實現(xiàn)三維視覺化效果[12]。作為一個信息聯(lián)合展示平臺，BIM模型具備動態(tài)更新、協(xié)同管理的顯著特點，可以將裝配式建筑的任何構件拆解、碰撞，實現(xiàn)在裝配式建筑全生命周期質量管理中的應用，并展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。

2.1.1 跨專業(yè)溝通信息化，提高質量管理效率

裝配式部件的安裝、連接精度要求較高，僅經(jīng)由二維圖件表達結構信息，難以直觀理解，對項目質量目標的實現(xiàn)存在不利影響。采用紙媒、電話交流等傳統(tǒng)溝通方式，易導致參建各方的無效交流，引起“信息孤島”現(xiàn)象。通過BIM技術構建信息化平臺，能夠有效避免因信息誤解而出現(xiàn)的質量問題，不同專業(yè)的人員溝通更為便捷、智能。

2.1.2 注重現(xiàn)場質量控制，做到實時有效管理

通過BIM技術進行質量管理，現(xiàn)場出現(xiàn)的任何質量問題都可由控制人員實時記錄并反饋至BIM平臺，允許各協(xié)作單位、部門及時掌握現(xiàn)場質量狀態(tài)及不穩(wěn)定因素，以實現(xiàn)對裝配構件工廠加工及現(xiàn)場拼裝的全程動態(tài)監(jiān)控，達到規(guī)避施工質量風險的目的。

2.1.3 加強分包協(xié)調作業(yè)，降低總包管理難度

裝配式建筑往往是基于項目總包管理模式，由不同的分包團隊協(xié)作開展完成。總包企業(yè)負責各專業(yè)分包的施工協(xié)調及質量管控，并對其施工的作業(yè)質量承擔主要責任。采用BIM技術進行質量管理，可以通過完善的共享管理平臺，簡化分包單位間的質量溝通過程，降低總包單位的管理難度。

2.2 BIM在質量管理中的應用

質量管理作為裝配式建筑項目運營實踐的系統(tǒng)進程，對不同的實施階段的質量要求具有一定的差異化?；贐IM平臺的輔助管理包含三方面內容：前期綱領性管理；中期控制性管理；后期歸納性管理。

2.2.1 前期綱領性管理

確保工程施工高質量運行，必須在項目建設開始前，依據(jù)相關法律法規(guī)和標準規(guī)程、建設協(xié)議及施工組織要求編制項目質量計劃與控制準則。采用BIM平臺開展項目輔助質量管理，可以將構配件加工、運輸、存放及組裝等各過程的質量控制標準輸入BIM信息庫，構成完善的質量管理數(shù)據(jù)庫，便于提前預防、重點開展，為后期作業(yè)起到提綱挈領的作用。

2.2.2 中期控制性管理

中期控制性管理是在裝配式建筑設計文件形成后，對構建預制到構件拼裝等過程涉及的人員及物料開展質量管理。因為施工場所的差異，這階段的管理分為兩部分：其一是工廠構件預制的質量管理，其二是現(xiàn)場構件拼裝的質量管理。

（1）生產廠商的質量管理

工廠預制是裝配式構件質量保障的關鍵，要確保所有配件均能在現(xiàn)場準確安裝，不出現(xiàn)錯漏和碰撞。應當在加工前將二維圖紙借助BIM模型進行深化，通過三維可視化技術提前預測和消除現(xiàn)場可能出現(xiàn)的沖突，并將所需構件的資料和要求通過BIM平臺反饋至加工廠，降低構件信息由于傳遞過程流失而出現(xiàn)質量問題的可能。生產廠商的質量管理流程詳見圖4。

圖4 生產廠商的質量管理流程

（2）施工現(xiàn)場的質量管理

圖5為施工現(xiàn)場的質量管理流程。裝配式建筑施工前，采用對BIM平臺增加時間維度和質量維度的方法構建5D模型，然后針對性地開展全過程施工分析，借此發(fā)現(xiàn)施工中的質量問題和質量要點。通過模擬識別的質量控制點，能夠提醒施工現(xiàn)場重點開展質量監(jiān)控，減少構件拼裝過程中因技術問題而引起的質量隱患。

圖5 施工現(xiàn)場的質量管理流程

2.2.3 后期歸納性管理

建設項目完成后的質量管理要以檢驗控制為主。以往的后期質量僅就單一問題提出解決措施，較少開展同類型問題的歸納和經(jīng)驗總結。將BIM技術應用于裝配式建筑質量管理中，可以在發(fā)現(xiàn)質量問題后，及時上傳到BIM數(shù)據(jù)庫中進行分析處理，方便日后追責與經(jīng)驗歸納。借助BIM數(shù)據(jù)庫中同類問題的相關經(jīng)驗，反饋到新建筑的施工過程，在項目初期及早預判可能出現(xiàn)的質量缺陷，以便及時提出相對應的防范措施，降低項目后期的出錯概率。

3 裝配式建筑質量管理的BIM技術措施

3.1 信息措施

BIM模型是基于大量構件信息的集合，借助BIM平臺進行輔助管理，重點在于信息傳遞的準確性和高效性。BIM模型信息措施的關鍵是對模型數(shù)據(jù)中具有質量缺陷的構件進行有效定位，針對拼裝構件的編碼開展有效質量管理。此外，根據(jù)施工環(huán)境及作業(yè)要求，選擇相應的質量錄入途徑，增加全過程質量管理信息的錄入準確性。

3.2 組織措施

BIM技術在裝配式結構領域的實踐尚不完善，新興的組織管理模式必將是對傳統(tǒng)的挑戰(zhàn)。根據(jù)BIM信息化發(fā)展特點，成立針對性的BIM質量部門，增強BIM管理的組織職能，促進參與人員學習新技能，尤其是采用組織措施規(guī)范拼裝構件質量信息的錄入過程，能夠通過組織保證，提高不同部門對工程建設質量的掌握程度。

3.3 技術措施

想要確保裝配式結構質量數(shù)據(jù)傳遞的準確性和高效性，必須采取適當?shù)募夹g手段予以保障。選擇適當標準對拼裝構件進行合理編碼，并利用RFID技術快速讀取、記錄數(shù)據(jù)是實現(xiàn)技術保障的基礎。適用于裝配式建筑構件的RFID設備應當具備較強的抗污染、抗老化性能，便于安裝在形狀復雜、位置特殊的構件上。此外，應當采用大容量、非接觸式的信息讀取設備，達到不同質量信息存儲的要求，并避免遮蓋物對設備的干擾。

3.4 經(jīng)濟措施

根據(jù)工程建設的實際開展情況，制定針對性的經(jīng)濟措施，提出資金供需計劃，是從經(jīng)濟上保證全過程質量管理順利實施的關鍵。此外，在經(jīng)濟上激勵參與項目的質量管理人員，制定合理適用的獎懲計劃，也是調動全員參與的積極經(jīng)濟措施。

4 結語

目前，國內裝配式建筑的建設信息化程度不高，全過程質量管理方法較落后。BIM技術在工程建設中主要用于經(jīng)濟與工期控制，基于BIM平臺的裝配式建造系統(tǒng)及質量管理的探索仍然不足。

本文對比傳統(tǒng)工業(yè)的集成理念，概括了以BIM平臺應用為主導的裝配式建筑信息化建設體系。通過歸納傳統(tǒng)工業(yè)的管理與制造流程，分析歸納了BIM集成管理系統(tǒng)的總體框架，根據(jù)各分系統(tǒng)在集成體系中的作用，劃分為關鍵系統(tǒng)與支持系統(tǒng)兩部分，并對其結構組成與設計理念予以詳細解讀。

此外，本文在當前技術及研究背景的基礎上，總結了BIM技術在裝配式建筑質量管理中的應用特點，并從信息措施、組織措施、技術措施、經(jīng)濟措施等方面探索將BIM信息化模型的優(yōu)勢與裝配式建筑施工質量管理相結合的新思路。在項目建設之初明確采用BIM技術，可以從源頭降低質量問題的發(fā)生概率?；贐IM平臺開展裝配式建筑質量管理流程，有效整合前期指導、中期控制與后期歸納三個階段的現(xiàn)場質量措施，能夠做到及時有效的傳遞質量信息，及早預判質量缺陷、提出防范措施，實現(xiàn)跨部門、跨專業(yè)的質量動態(tài)管理。