BIM技術在裝配式建筑施工質量管理中的應用研究

肖陽

摘要：通過分析我國裝配式建筑發展歷程以及國內學者對其研究的基礎上，總結出裝配式建筑施工質量管理中存在的問題。利用BIM技術的五大特點，詳細闡述了將BIM基于應用于裝配式建筑施工質量管理的優勢，并從預制構件的質量管理、施工現場的質量管理兩方面，提出BIM技術在裝配式建筑施工質量管理中的應用設計，有效解決施工過程中的質量問題。為如何提高裝配式建筑的質量管理效率和提升裝配式建筑施工質量開辟了新的思路。

Abstract： Based on the analysis of the development process of the prefabricated construction in China and the research of the domestic scholars， the problems existing in the construction quality management of the prefabricated construction are summarized. Based on the five characteristics of BIM technology， this paper elaborates the advantages of applying BIM to the quality management of prefabricated building， and presents the application and design of BIM technology in the construction quality management of prefabricated building from the aspects of quality control of prefabricated components and quality management of construction site， to effectively solve the quality problems in the construction process. It opens up new ideas for improving the quality management efficiency of the prefabricated building and enhancing the quality of the prefabricated building construction.

關鍵詞：BIM技術；裝配式建筑；施工質量管理；預制構件

Key words： BIM technology；aprefabricated construction；construction quality management；prefabricated components

中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0104-04

0 引言

新中國成立后，建筑工業化的建設開始起步，并且隨著經濟的發展和社會的進步，裝配式建筑也獲得了長遠的發展，其發展歷程大致經歷了三個階段。

第一階段始于20世紀50年代，直到80年代，我國在建筑中采用了大量的預制空心樓板、預制屋面板、吊車梁、預制屋面梁、大板建筑等，但是由于我國建筑尚處于發展初期，尤其是裝配式建筑在該階段發展一直受阻。突出表現在兩方面，一是過度追求成本的低廉，過度追求生產數量和建設速度等，從而在該階段出現了大批質量不達標的建筑；二是由于我國國情特殊，文革時期經濟發展處于停滯狀態，裝配式建筑的發展也因此受阻，可以說我國建筑工業化直到改革開放才正式步入正軌。

第二階段為進入90年代后，由于預制裝配式建筑的技術還不是十分完善，建筑工業化水平較低，在這個階段建筑業存在各種各樣的問題，包括延性較差、承載能力較低、構件跨度小等，這些問題的存在嚴重阻礙了我國建筑業的發展，再加上在這個階段現澆混凝土技術正在流行，其應用十分廣泛，客觀上縮小了裝配式建筑的應用范圍[1]。

第三階段為近十年來，我國經濟在近年來發展迅速，尤其是房地產業，呈蓬勃發展之態，人們越來越熱衷于房地產，對建筑物不僅需求更大，也提出了更高的要求。不僅如此，近年來，隨著預制構件加工精度和質量的提升及裝配式建筑施工相關管理和施工技術的提高，再加上勞動力成本的提升，為裝配式建筑施工的發展和應用提供了有力條件，實踐發現裝配式建筑不僅符合“五節一環保”的要求，其效果和質量更佳，因此，未來裝配式建筑將存在巨大的市場應用前景。當前我國多個知名建筑企業都意識到了預制裝配式建筑的良好市場應用前景，紛紛對此開展了研究和實踐，包括上海瑞安集團、中建三局、上海萬科集團等知名建筑企業。

裝配式建筑相較于現澆式混凝土建筑具有更多優勢，兩者的施工方式更是不同。裝配式施工方式中各構件配件都是由專門的工廠負責進行生產的，包括建筑結構的梁、板、柱、墻等，構配件完成后直接被運輸到工地現場，然后進行安裝。但與此同時，施工方式的巨大改變，勢必會影響到施工的其他環節，為保證施工的正常開展，其它的施工環節也必須與時俱進的進行有利改革，比如培養相應的裝配式建筑施工所需人才、引進相應的裝配式建筑施工設備和機械及做好相應的技術交底工作。此外，施工管理模式也是裝配式建筑中的重中之重，應與時俱進，積極做好和相關部門的溝通交流工作，從管理制度上確保裝配式建筑的施工質量達標。

國外裝配式建筑已發展成熟，國內學者對裝配式建筑的研究起步較晚，但是近年來隨著建筑工業化進程的加快，我國學者對此的研究也在逐步增多。關于國內外裝配式混凝土建筑的發展概況蔣勤儉進行過論述[2]，關于我國裝配式建筑的發展現狀李濱進行過注重探討[3]。吳水根，柏建韋針對裝配式建筑的建筑結構部品進行了質量評價[4]；整體裝配式框架結構的施工質量控制方面張立進行過闡述[5]；王龍主要分析了裝配整體式鋼筋混凝土住宅質量監控體系[6]；關于裝配式建筑施工中質量評估指標體系的建立及其評估方法齊寶庫等開展過重點分析[7]；夏海兵等將BIM技術引入裝配式建筑的全過程[8]，且在分析實際項目的具體實施情況的基礎上，重點介紹了BIM技術應用于裝配式建筑的成果；李天華等[9]在BIM技術的基礎上，在裝配式建筑施工管理中應用到了RFID，構建了裝配式建筑全壽命周期的應用架構，如此便形成了有效的裝配式建筑管理模式，大大提高了其管理水平和管理質量。endprint

1 裝配式建筑施工質量管理存在的問題

當前我國的裝配式施工質量中還存在一些不盡如人意的地方，比如：

①構配件的生產和應用過程中還存在諸多不完善之處，包括生產過程中存在質量不達標問題、使用過程中檢驗、保養和堆放等存在操作不規范之處等，不僅影響了構配件的質量，更嚴重威脅到了裝配式建筑質量。

②施工準備工作不充分。由于裝配式施工在我國的發展時間有限，目前為止我國對裝配式施工的應用并不十分完備，尤其缺少必要的預見性，多數施工項目中都存在施工準備工作不充分問題，包括設備準備不足、物資準備不足、相關人員準備不足等，嚴重威脅到了裝配式建筑質量。

③人為因素。對于任何施工而言，人為因素都是重要的影響質量的因素之一，一旦施工人員和機械操作存在不符合規定之處，尤其是在一些建筑的關鍵部位，若由于人為因素使得構配件存在損壞或不合規定之處，很容易引發建筑中的各類質量問題，甚至導致安全事故的出現。

④施工項目涉及部門眾多，因此，在具體施工中施工方應和相關部門的管理協調部門積極溝通和交流，相互監督和牽制，絕不互相隱瞞和包庇。

2 BIM技術應用于裝配式建筑施工質量管理的優勢

BIM是一個不斷收集信息并將信息視覺化的一個過程，在該過程中建立一個平臺，負責收集相關信息并將信息加以展示，其具有五大特點，分別是模擬性、協調性、優化性、可視化、可出圖性，BIM與裝配式建筑體系都是基于構件形成的，在裝配式建筑的質量管理中引入BIM技術具有十分重要的現實意義。

2.1 提升了質量管理效率

裝配式建筑與其他建筑形式不同，在裝配式建筑中加入BIM，其信息表達方式會出現較大變化，過去項目的信息表達方式主要是通過紙質存儲和傳遞，而紙質不僅容易損壞，而且效率極低，很容易出現“信息孤島”問題。且裝配式建筑對構配件的精確度要求極高，若簡單的通過二維圖紙進行傳遞，不僅會在一個項目中出現大量圖紙，不利于組織查找，還很難實現建筑項目質量目標，極難較為直觀的理解相關信息。而BIM的加入不同，它可以構建一個數字化的信息模型，實現三維可視化，不僅儲存和傳遞更為便捷，而且理解起來更為直觀，且通過三維模型展示，可將各構配件的各項精確參數直接的展示出來，更容易滿足構配件的精確度要求，從而杜絕了各類由于信息誤解造成的質量隱患，大大提高了項目的質量管理效率。

2.2 模擬施工控制質量

施工單位采用BIM技術還能夠模擬分析施工方案，把時間和3D模型緊密聯系起來，形成4D施工模型，將每個施工階段的建筑外觀都用模型展示出來，然后將其和實際施工外觀對照，對施工施工質量進行實時跟蹤，分析比較兩者的區別，從而判斷施工中是否存在質量問題。利用BIM技術的建筑信息模型，我們能夠準確地知道各構配件的尺寸、類型等各項參數，所有相關人員和部門都能夠快速的獲悉相關信息，不存在“信息孤島”現象，且安裝流程也透明公開，大大提高了其安裝質量和工作效率。

2.3 質量責任追溯

在裝配式建筑施工中引入BIM技術，并將其和物聯網進行有機融合，通過移動設備，如平板電腦、手機等結合RFID技術、云端技術，施工指導人員能夠遠程控制和指揮遠在千里之外的實際操作人員，對施工過程進行監管。同時通過將施工相關參數上傳到物聯網上，相關人員能夠便捷迅速查閱到相關施工信息，且通過實時記錄各施工環節，還能夠實現對施工全過程的質量監督和責任追溯。

2.4 對現場質量做到實時有效控制

在裝配式建筑施工中應用BIM模型，可實現對質量管理的實時有效控制，因為該技術能夠將施工期間發生的所有問題記錄下來，并通過網絡真實快速地反映到模型中，相關工作人員可通過觀察模型及時的覺察到施工中可能存在的問題，從而快速找到應對之法，可實現對工程質量的實時動態監控。

3 BIM技術在施工質量管理中的應用設計

基于上述中裝配式施工中存在的問題，在施工質量管理中BIM技術的初步應用設計如下：

3.1 預制構件的質量管理

3.1.1 構件生產

裝配式建筑對構件的精確度要求較高，因此，構件的生產環節對于裝配式建筑而言意義重大，它不僅是其全生命周期中的重要環節，更是連接其設計和施工的關鍵環節。構件的生產流程是先設計后進入工廠生產，但在正式開始生產之前，設計可能存在多次變更，這就要求設計和生產人員保持及時高效的溝通和交流，設計和生產雙方人員都必須就設計意圖達成一致。然而傳統的設計意圖多通過圖紙傳遞，設計人員在交底時無法將自身設計意圖真正地傳遞給相關的生產人員，很容易出現由于雙方理解不夠導致的錯誤，且設計一旦變更，由于所涉及環節眾多，失誤更是在所難免，極容易引發雙方爭執，不僅影響兩方的良性溝通和交流，還耽誤了生產的工期。

利用BIM技術，實現生產廠家與設計院在模型上的實時對接，不僅造價和工期大大縮減了，而且極大程度上提高了準確性。生產廠家只需提取和更新BIM模型，就能夠實時掌握設計人員的設計意圖和構件的相關參數，十分有利于構件的批量生產。不僅如此，利用BIM模型，相關廠家能夠直接調取預制構件的幾何尺寸、材料種類、數量、工藝要求等信息，根據構件生產中對原材料的需求情況，制定相應的原材料采購計劃與構件生產計劃，減少待工、待料的情況發生，此外，施工單位還能夠隨時獲悉構件的生產進度情況，甚至加以監督和控制。

3.1.2 構件運輸

除了生產環節，構件運輸環節對會影響到預制構件的質量管理，在具體的構建運輸中應注意兩個問題，分別是時間和空間。首先，受到當地法律條規的約束或者路途中可能存在的各類偶發事故，預制構件可能無法及時運往施工現場。所以考慮到運輸時間的問題，應根據現場的施工進度與對構件的需求情況，提前規劃好運輸時間。由于一些預制構件尺寸巨大甚至異形，如果由于運輸過程中發生意外導致構件損壞，不僅會影響施工進度，也會造成成本損失。所以考慮到運輸空間的問題，應提前根據構件尺寸類型安排運輸卡車，規劃運輸車次與路線，做好周密的計劃安排，實現構件在施工現場零積壓。endprint

要解決以上兩個問題，就需要BIM技術的信息控制系統與構件信息系統進行結合，實現信息共享。利用RFID技術根據現場的實際施工進度，將信息反饋給構件信息系統，管理人員通過構件信息系統的信息能夠及時了解進度與構件庫存情況，并且實時反映到系統中，提前完成堆放等作業。在運輸過程中，利用BIM技術相關軟件根據實際環境進行模擬裝載運輸，以盡量避免實際裝載過程中出現的問題。

3.1.3 構件庫存管理

裝配式建筑施工工程中預制構件的儲存極為重要，它牽涉到多個問題，包括堆放場地加固、塔吊旋轉半徑范圍、車輛運輸路線規劃等，且它環節還需要和其它施工環節密切配合。礙于場地的限制，施工現場預制構件的堆放存量不能過多，因此，一定要控制好構件進場數量。在具體的儲存預制構件管理過程中由于分類堆放、出入庫統計等工作涉及大量的人力和物力，很容易出現各類問題，影響到最終的工作質量。

通過將BIM技術結合RFID技術應用在裝配式建筑項目中，上述構件庫存管理中存在的問題將迎刃而解，RFID芯片能夠存儲各預制構件安裝部位及用途信息等構件信息，相關人員只需讀取該芯片，即可快速便捷的獲取相關構件信息，不僅解決了上述問題，還大大提高了庫存管理效率，降低了庫存成本。

3.2 施工現場的質量管理

3.2.1 施工仿真模擬

裝配式建筑施工不僅施工工藝復雜，而且機械化程度高，對安全防護存在較高要求，因此在正式開始施工前應先利用BIM技術進行施工仿真模擬，同時依據仿真模式結果可進一步優化施工方案和施工流程，確保構件準確定位，從而實現高質量的安裝。不僅如此，通過施工仿真模擬，還能夠將施工可能存在的安全隱患更多的暴露出來，便于施工單位未雨綢繆的采取預防措施，將質量安全事故盡可能的降低和杜絕。

3.2.2 清單式質量控制

為確定施工質量控制部位，即檢查對象需要對施工單元或構件編號，稱為構件ID識別碼，以便于在BIM模型中調用基本信息，同時保存檢查結果。在施工階段的質量控制，首先是收集與分析建筑物的相關數據，包括：質量要求、工作分解結構的工作包、工作進度等。建筑物本體的質量要求主要由設計文件、企業標準及驗收規范構成。施工的技術措施，如腳手架、模板及支架等也由相應的企業標準與驗收規范規定。BIM模型建立后，建筑物的物理和功能特性已通過數據形式包含其中，通過工作分解結構，可以將建筑本體與施工技術措施的質量要求進行分解，通過對這些有層次結構工作分解結構工作包的定義，建筑物形成過程整體的質量要求可分解成為一個個建筑構件的質量要求。這些定義的信息與建筑模型和施工進度計劃相聯系，不僅整個建筑物有了明晰的質量構成和建筑物構件數量，在構成建筑的構件層次上，每個構件也有了各自明確的質量要求與參數，同時因為結合了施工進度，可以以這些建筑構件的質量控制要求為導向，完成按建筑構件工序劃分的質量控制清單。

建造現場的質量數據采集是施工中質檢員必須完成的工作，BIM生成的清單，從建筑構件以及施工工序的層次明示了建筑構件需要滿足的質量信息。通過清單中載明的構件ID，質檢員可獲得該構件在模型中的具體方位，按照清單順序及構件部位實施檢查和進行建筑構件的質量信息采集，將結果填入清單表中，同時還可以采集包括工序進行時間、環境溫濕度、施工班組、施工所用設備、施工方法、檢查工具和（或）檢測設備編號等信息，并及時進行數據錄入。

飛速發展的移動技術為BIM模型的質量數據采集提供了新途徑，通過BIM模型建立模塊：質量控制清單模塊、地理位置信息模塊、數據庫模塊。所有相關數據存儲在一個單一的數據庫中，形成基于地理位置信息的質量控制清單，經與局域網或與移動設備（如：智能手機或平板電腦）連接的通信網絡，質檢員能將BIM模型與施工現場結合成一個整體，基于位置信息，實時向數據庫發出數據請求，在移動設備上生成特定部位且需要的質量控制清單用于質量控制，采集到的數據也由此無線網絡自動提交到建筑信息數據庫中，BIM模型提供設計的質量數據，質檢員采集并返回施工的質量數據。從數據層面，BIM模型增添了新維度，設計數據和施工數據從虛擬和現實角度表示了建筑物的質量信息。施工中，可以通過數據的量化分析，判斷施工過程是否處于統計控制狀態，當處于受控狀態后，也可以通過數據趨勢，采取措施保持過程所處的狀態。

4 結語

在裝配式建筑施工過程中，質量控制是裝配式建筑順利推廣與應用的重要環節。本論文研究了BIM技術應用于裝配式建筑施工質量管理的方法，從預制構件的質量管理、施工現場的質量管理兩個方面完成了BIM技術對裝配式建筑質量管理的應用設計。預制構件的質量管理包括構件生產、運輸、庫存管理，施工現場的質量管理包括施工仿真模擬與清單式質量控制，做到質量信息實時傳遞，工程質量動態管理，有效協調工廠與現場質量管理的地域差，滿足裝配式建筑工程。項目各利益相關者對質量的要求和管理。本論文通過BIM技術對裝配式建筑施工質量管理進行了初步研究，后續研究應根據我國裝配式建筑具體發展特點和實際需求，爭取構建基于BIM更深入和完善的施工質量管理方法。

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