基于BIM的裝配式建筑精益化質量控制研究

竇慧娟，李新樂

(大連民族大學 土木工程學院，遼寧 大連 116650)

裝配式建筑具有節能環保、縮短工期、控制成本、方便施工等優點，符合國家建筑產業現代化的發展要求。2016年國務院提出大力發展裝配式建筑，并確定“力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%[1]”的目標。裝配式建筑已成為建筑業發展的主要方向，具有廣闊的市場應用前景。

裝配式建筑是由預制部件在工地裝配而成的建筑。和傳統施工相比，裝配式建筑的施工方法、施工場所及參與主體都發生了變化。裝配式建筑將構件先預制，后拼裝的施工方法，使其施工場所擴大到預制構件生產廠和施工裝配現場。同時構件生產商也成為裝配式建筑的參與主體。這些變化導致傳統質量控制體系無法保證裝配式建筑工程的質量。探索適應裝配式建筑的質量控制措施成為當務之急。

近年已有學者對裝配式建筑質量管理體系和BIM技術在工程管理中的應用進行了研究。曹江紅等[2]構建了基于BIM的施工階段裝配式建筑質量管理體系。吳水根等[3]、齊寶庫等[4]進一步對具體裝配式建筑的施工質量進行了評估。文獻[5-7]將BIM等新技術應用于工程管理過程或裝配式構件生產和運輸階段的管理，說明了將BIM等新技術應用于工程管理的價值。已有研究成果為裝配式建筑的質量管理提供了有益的參考，但僅對建設過程某個階段的質量控制措施進行了分析。只有在裝配式建筑全生命周期各個階段，各參與主體共享建筑信息并協同質量管理，才能確保裝配式建筑的質量安全。所以，本文利用BIM技術的協同優勢和精益化管理理念，來研究裝配式建筑在項目立項、設計、構件生產、施工和項目運營階段的質量控制措施。

1 BIM技術應用于裝配式建筑質量管理的優勢

《2016-2020建筑業信息化發展綱要》指出了建筑業管理信息化的發展方向，并提出要深入研究BIM、物聯網等技術的創新應用。BIM技術具有三維可視化、信息收集動態化、管理工作協同性的特點[2],將其應用于裝配式建筑質量管理，具有以下優勢：

(1)提升建筑信息傳達效率。傳統管理過程中，信息傳遞主要依賴于設計圖紙、合同和書面指令等文件。參建各方人員對文件的理解偏差或指令延遲，導致設計、生產和安裝之間的信息傳遞不暢，使各建設過程脫節，成為裝配式建筑質量問題的主要原因。BIM技術和互聯網結合可以為參與者提供信息共享平臺。更新的建筑信息通過BIM平臺可實時查看，使信息溝通更快捷，從而避免信息傳遞錯誤導致的質量問題。

(2)搭建多方協同的管理平臺。質量控制過程不規范是裝配式構件質量問題的根本原因。如在質量管理中，重視施工階段、忽略預制構件生產階段。構件的生產質量依靠構件生產廠自檢控制，缺乏有效的質量監督，易造成裝配式預制構件不達標和現場無法安裝的質量問題。基于系統管理的思想，裝配式建筑質量管理應貫穿全生命周期。項目立項、設計、生產運輸、施工安裝和運營階段的參與方，都應成為裝配式建筑的質量管理主體。BIM共享云平臺的建立，能夠協同設計、協同管理，為參與方搭建了共同管理的平臺，便于將裝配式建筑生產的各個階段納入到質量管理體系，實現裝配式建筑全生命周期質量管理。且BIM與物聯網等技術結合，還可對現場施工作業產品進行追溯，明確質量責任。

(3)有利于精益化施工管理。粗放化的傳統管理方式是導致構件安裝不合格的管理原因。裝配式建筑先預制、后安裝的施工方法，要求預制構件的生產和安裝部位預留的尺寸要“嚴絲合縫”。構件生產和施工中，任何超出容許范圍的誤差都會導致構件安裝不合格。將精益化管理思想貫穿裝配式建筑質量管理全過程，可以很好的解決這一問題。

BIM云平臺為各參與方提供了準確的建筑信息，是精益化質量管理的基礎，為裝配式建筑質量精益化管理的開展提供了支持。

2 裝配式建筑精益化質量管理的實現方法

“精益化”思想源自豐田公司的一種管理哲學。精益化管理的核心理念是: 最大程度的降低各種資源損耗率，以量化、流程化、標準化及協同化作為主要管理特征，以期用最小的資源投入獲得最大的價值輸出[8-9]。將精益化思想運用到質量管理中，可有效的解決傳統粗放式管理帶來的各種質量問題。在裝配式建筑質量管理過程中采用精益化管理的理念，通過以下幾個方面來實現，精益化質量控制模型如圖1。

(1)建筑信息共享化。BIM云平臺為各個參建單位提供了可共享建筑信息的平臺和基礎，準確的建筑信息是裝配式建筑質量規范化管理的前提。參建各方按照權限讀取建筑信息，完成各自工作并保證工程質量。同時參建方要及時做好建筑數據的維護和更新，以確保平臺數據的真實準確。例如設計階段設計變更資料、生產階段構件生產信息、裝配階段構件安裝信息和運維階段維修保養記錄都應及時上傳更新。

(2)構件設計標準化。標準化設計可以提高各混凝土拆分構件的設計精度，優化設計方案，完善設計信息。可避免不合理拆分和不完整設計，從源頭上控制裝配式建筑的質量。

(3)構件生產工業化。裝配式構件標準化設計，有利于預制構件廠標準化生產和規范化生產流程的建立，實現模板定型化、材料定量化和生產自動化。生產工業化便于控制裝配式構件的產品質量，提高生產效率，降低工程成本。

(4)構件裝配程序化。基于BIM的裝配式構件安裝模擬，可以模擬構件吊裝、就位、臨時支撐及連接的全過程，確定構件裝配過程的質量控制點。在標準化設計的構件安裝時，制定規范化的施工流程，按照施工程序進行吊裝連接，可以提高效率，減少質量通病。

(5)材料度量精細化。在構件工廠化生產時，所采用的原材料質量、數量、模板尺寸要準確，以保證構件強度，控制構件誤差，尤其是預埋件、預留洞口等細微構件的誤差，才能保證構件裝配的精準性。

(6)維護保養持續化。裝配式建筑投入使用后，建筑運維企業基于BIM云平臺的建筑信息可制定檢查維修計劃，定期進行相關部位特別是各種管線的檢查維護，發現問題及時處理修補，以保證建筑的正常使用。

3 基于BIM的裝配式建筑全生命周期精益化質量控制措施

基于BIM技術信息及時和管理協同的優勢，以BIM搭建共享信息平臺，貫徹精益化的管理理念，在裝配式建筑各階段的質量管理措施如圖2。

圖2 裝配式建筑全生命周期質量管理措施

3.1 項目立項階段的質量管理措施

工程實體的質量是決策、設計、施工等各方面各環節工作質量的綜合反映。項目決策立項階段雖然不形成工程實體，但項目方案的優劣對后期工程的質量起到關鍵的影響。在項目可行性研究中，通過BIM技術對擬建項目建模，利用其工程量計算功能計算不同方案的工程量并大致估算工程造價，利用三維漫游功能對項目的外形、空間布局、結構進行比對。從而綜合選定技術可行、經濟合理的方案。

3.2 項目設計階段的質量控制措施

(1)BIM模型協同設計。BIM協同設計的優勢有利于設計各專業間的信息共享。可避免傳統CAD設計圖中各專業之間的信息孤立，從而實現各個專業共享配合。有效避免設計信息傳遞錯誤帶來的質量隱患。

模型協同設計實時對模型進行處理更新并保持數據的完整，為數據保存、文件交互等提供了最簡單的操作方式，是模型整合和信息完善的重要環節。例如，某項目把Revit軟件中的建筑模型與Revit-MEP安裝管道之間的模型協同，共享模型信息，一處更改，處處更新，實現對模型整體的控制協調。

(2)BIM 碰撞檢測及深化設計。在傳統二維圖紙設計中，由于各專業設計缺乏協同性及圖紙不夠直觀，即使設計經驗豐富的人員，也會有一些難以發現的碰撞點。造成工程返工及質量隱患。BIM技術將不同專業整合到同一模型中，利用軟件進行碰撞檢測，查找范圍全面，碰撞點位置精確。通過對碰撞點進行深化設計，減少施工過程的碰撞隱患，提高工程施工質量和效率。

(3)標準化設計。標準化設計、工廠化生產和裝配式施工是裝配式建筑的顯著特點及要求。標準化設計可有效提高設計效率和精度，促進裝配式建筑構件生產的工廠化和自動化，可保證構件安裝質量。

利用Revit建模軟件的“族”功能，可實現裝配式建筑構件的標準化設計。“族 ”是具有相同屬性構件模型的集合。Revit軟件自帶一些常用構件及設備的標準族文件，還可利用族編輯器將裝配式構件拆分并優化設計，建立自有的標準化裝配式構件族庫。裝配式建筑設計時，可以在標準構件庫中“選”和“拼”所需構件，快速建立設計項目的BIM模型。族庫中標準化的構件模型包括了詳細的設計信息，可避免由于設計信息不完善導致的質量隱患，為構件生產和裝配提供信息支持。

(4)保證設計質量的其他措施。利用BIM模型進行虛擬漫游，設計者可“親身體驗”比較不同的設計方案。輔助其他功能分析軟件，可為不同用途的建筑設計提供數據支持。例如對公共建筑進行熱能分析，根據分析結果選用合適的圍護材料；對住宅進行光照分析，判定建筑設計是否滿足當地采光要求等。利用這些輔助功能，能夠提高建筑結構設計的舒適度和適用性，從而提高設計質量。

基于BIM模型直觀準確傳遞信息的特點，設計方可利用BIM模型輔助設計交底，便于參建單位理解設計意圖，在構件生產、安裝和施工環節更好的貫徹設計思想，保證工程質量。

3.3 裝配式建筑構件生產過程質量控制措施

構件生產階段質量問題主要由設計信息不全和生產過程管理不精細造成。標準化設計可提供完整的設計信息。BIM云平臺信息共享為構件生產階段讀取完整的構件信息提供了可能，構件生產過程中的質量控制流程如圖3。

圖3 構件生產過程中的質量控制流程

(1)BIM構件生產模擬。利用BIM模型可模擬預制構件的生產過程，明確生產過程的質量控制點及關鍵工序。在構件生產時，通過設置待檢點和見證點，嚴格控制生產流程，確保構件質量。通過BIM技術模擬構件運輸，取得包括裝車臨時固定方案、構件疊放數量及支點位置等資料，減少構件運輸不規范帶來的構件開裂、變形等問題。

(2)自動化生產。Jiang Lei[10]在研究調查基礎上指出產業化生產是降低裝配式建筑生產成本的重要途徑。標準化設計是自動化生產的前提，利用BIM技術推行標準化設計，為自動化生產線建立提供了可能，有利于提高生產效率，降低生產成本。成熟的自動化生產線生產的產品合格率高，能極大地消除質量隱患。

(3)新技術的采用。利用射頻識別技術(RFID)[7]，將RFID芯片植入預制構件，利用RFID追蹤管理系統,可快速定位預制構件，便于構件管理、查找及構件運輸過程的位置追蹤。還可利用FRID進行快速信息交換和存儲，讀取預制構件的信息，記錄預制構件的設計、生產及運維信息，便于質量管理及責任追溯。

此外，可利用三維數字掃描技術對構件成品出廠前進行掃描，得到成品構件的尺寸及預留孔洞、預埋構件信息，并將信息導入BIM模型中，通過成品和設計信息比對，找出超過誤差的構件，控制不合格產品出廠。

3.4 構件安裝階段質量管理措施

(1)利用BIM模擬施工，優化構件安裝方案。混凝土構件吊裝和構件連接過程復雜，易發生構件碰撞脫落、構件開裂、接縫過大等質量及安全事故。利用BIM技術可視化的特點，模擬預制混凝土構件吊裝、臨時錨固和構件連接過程，通過BIM模型可查看復雜連接構件之間的相互關系，預先判斷風險因素，制定構件安裝專項施工方案。

(2)基于BIM的可視化施工方案交底。利用BIM可視化的優點進行現場施工方案交底，明確吊裝和連接過程中的注意事項，可提高作業人員的作業精準度，有利于指導現場構件精確安裝到位。

(3)基于物聯網技術的質量管理。現場管理各方人員基于BIM云平臺讀取構件信息的同時，還可根據自身管理權限，通過物聯網發布指令到BIM云平臺，提升質量問題處理的效率。例如，當現場監理工程師發現施工質量隱患，可通過設備掃描并讀取構件FRID芯片信息，利用物聯網上傳構件的圖像資料，將質量問題及處理要求共享至BIM云平臺，施工單位讀取相關信息和指令后及時整改，整改完畢上傳整改過程資料及處理結果。通過物聯網及BIM云平臺提高了質量問題的處理效率，簡化了處理流程，并且留存了構件質量管理過程的第一手管理資料。

3.5 構件運維階段質量管理措施

建設單位或物業管理公司負責建筑運營維護，通過BIM云平臺讀取裝配式建筑的資料，制定相應的維護計劃上傳至管理平臺，根據計劃定期進行維護，特別是設備及管線維護。并及時更新建筑狀態信息,保證裝配式建筑的安全使用。

4 結 語

本文利用BIM技術的三維可視化、信息收集動態化、管理工作協同性的優勢，利用BIM搭建的共享平臺，將精益化管理思想應用于裝配式建筑全生命周期質量管理。研究了裝配式建筑項目立項、設計、施工、安裝及運營維護階段具體的質量管理控制措施，為裝配式建筑質量控制研究提供了新思路。