裝配式建筑BIM信息化建造系統及質量管理措施

殷吉強

（重慶市武隆區住房和城鄉建設委員會，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建筑施工方式。伴隨國內建設行業的逐漸發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]。與傳統建筑施工相比，裝配式建筑的作業地點已經從室外建設現場擴展至室內構件廠家。

現今，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為非線性及并行管理模式，其發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的實現與革新，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發展的關鍵[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研發，提出了計算機集成建造系統的相關概念。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場管理相結合，形成項目全過程管理的有機聯合。王要武、曹洋等[8-9]分析了建筑行業智慧建設的發展趨勢，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，構建了裝配式作業質量評價系統與評估方法，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研究，探索將BIM信息化模型的強大優勢與裝配式建筑現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

裝配式結構是由廠制配件在現場拼裝而成，其形成的關鍵是各主要構件的工業化預制[11]。與傳統制造業的集成理念相似，可以把裝配式建筑的形成過程概括為設計、加工、運輸、拼裝、養護等多個要素，對比傳統工業的管理與制造流程，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集成管理系統總體框架

BIM集成管理系統應當在充分考慮裝配式建筑建設過程的同時，與現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。為體現裝配式建筑信息化功能，不可缺少以系統技術為核心的支撐環境，如信息傳輸線路和數據存儲體系。BIM集成管理系統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和支持系統。

圖1 BIM集成管理系統總體框架

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

圖2 基于BIM化的裝配式建設流程

1.2 關鍵系統設計

關鍵系統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

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。基于多終端設備支持的BIM平臺程序，能夠實現跨專業實時、協作設計如圖3所示，模型信息囊括建筑全生命周期的全部參數，并可通過受力模擬、拼裝碰撞等方式對不同專業的設計情況進行校核及優化，形成高效率的一體化協同設計系統。

圖3 BIM平臺協同設計示意

（2）加工預制系統

拼裝部件是裝配式結構的組成單元，加工預制系統就是對部件的工廠量化實施前期統籌。加工預制系統根據設計計算系統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生產誤差。

（3）運輸保障系統

運輸保障系統是承接構件廠商與施工現場的關鍵，對拼裝部件及零件的物流及倉儲實施監控，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，根據既有計劃分類、儲運，滿足現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

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

1.3 支持系統設計

支持系統是對關鍵系統提供支撐服務的輔助模塊，具體包括數據存儲系統與網絡傳輸系統。

數據存儲系統是實現不同關鍵系統、不同企業信息與數據共享、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據資料在標準化、本地化原則下，達成數據的傳遞和共享，確保數據的安全性、一致性、易維護性。

網絡傳輸系統基于非封閉的網絡通信條件，是支撐總體框架的網絡通訊系統，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。基于覆蓋所有工程參建方的網絡管理系統集成平臺，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模型可將外部關聯信息歸攏，并實現三維視覺化效果[12]。作為一個信息聯合展示平臺，BIM模型具備動態更新、協同管理的顯著特點，可以將裝配式建筑的任何構件拆解、碰撞，實現在裝配式建筑全生命周期質量管理中的應用，并展現出極大的優勢。

2.1.1 跨專業溝通信息化，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存在不利影響。采用紙媒、電話交流等傳統溝通方式，易導致參建各方的無效交流，引起“信息孤島”現象。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的質量問題，不同專業的人員溝通更為便捷、智能。

2.1.2 注重現場質量控制，做到實時有效管理

通過BIM技術進行質量管理，現場出現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，允許各協作單位、部門及時掌握現場質量狀態及不穩定因素，以實現對裝配構件工廠加工及現場拼裝的全程動態監控，達到規避施工質量風險的目的。

2.1.3 加強分包協調作業，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作開展完成。總包企業負責各專業分包的施工協調及質量管控，并對其施工的作業質量承擔主要責任。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進程，對不同的實施階段的質量要求具有一定的差異化。基于BIM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，依據相關法律法規和標準規程、建設協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據庫，便于提前預防、重點開展，為后期作業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場準確安裝，不出現錯漏和碰撞。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場可能出現的沖突，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）施工現場的質量管理

圖5為施工現場的質量管理流程。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，借此發現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，能夠提醒施工現場重點開展質量監控，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驗總結。將BIM技術應用于裝配式建筑質量管理中，可以在發現質量問題后，及時上傳到BIM數據庫中進行分析處理，方便日后追責與經驗歸納。借助BIM數據庫中同類問題的相關經驗，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據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，根據施工環境及作業要求，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的挑戰。根據BIM信息化發展特點，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據傳遞的準確性和高效性，必須采取適當的技術手段予以保障。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、記錄數據是實現技術保障的基礎。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 經濟措施

根據工程建設的實際開展情況，制定針對性的經濟措施，提出資金供需計劃，是從經濟上保證全過程質量管理順利實施的關鍵。此外，在經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濟與工期控制，基于BIM平臺的裝配式建造系統及質量管理的探索仍然不足。

本文對比傳統工業的集成理念，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。通過歸納傳統工業的管理與制造流程，分析歸納了BIM集成管理系統的總體框架，根據各分系統在集成體系中的作用，劃分為關鍵系統與支持系統兩部分，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、經濟措施等方面探索將BIM信息化模型的優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生概率。基于BIM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，實現跨部門、跨專業的質量動態管理。