基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術研究

文／張方平、謝青生、朱建斌、劉勇 中國建筑第五工程局有限公司 湖南長沙 410004

引言：

近年來，裝配式建筑的頂層設計提速，國家提出大力推廣裝配式建筑的目標[1]。裝配式建筑是用工業化的生產方式來建造住宅，是將住宅的部分或全部構件在工廠預制完成，然后運輸到施工現場，將構件通過可靠的連接方式組裝而建成的住宅[2]。裝配式建筑具有效率高、精度高、質量高、工業化程度高、標準化程度高、建筑抗震性能高、節能性能高、使用面積大等優點。而隨著物聯網等新興信息技術的發展，在理論上已經可以實時、精確、高效地交換和共享工程建造過程中的大量信息，建筑行業數字化智慧建造已成為必然的發展趨勢。與傳統項目相比，裝配式建筑設計與施工更注重對質量、成本、工期、效果與環保的綜合評價，在深化設計、構件制作、施工吊裝過程中，尤其需要系統綜合集成，物聯網技術已成為提升建造品質的重要手段。

為了對裝配式建筑PC 構件設計、生產、倉儲、運輸、安裝以及拆除等進行全生命周期信息化管理，進而有效縮減工程期限，使工程的項目管理成本降低，各個環節之間有科學合理的銜接，提高建筑質量，本文依托中建五局承建的永豐雅苑項目，研究基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術。永豐雅苑項目位于贛江新區直管區大國工匠技能人才中心園區內，是園區內唯一的安置小區。該項目由1 層地下室、15 棟高層住宅、1 棟幼兒園、4 棟商業用房及相關附屬設施組成，總建筑面積256748.72 m2，地下室建筑面積57235.98 m2。工程總投資約104607.6萬元，占地面積66761.83 m2。該項目高層住宅為裝配式建筑，裝配率達30%，預制混凝土構件（PC 構件）類型包含預制疊合板、預制樓梯、輕質隔墻以及預制空調板。為此，永豐雅苑項目能夠為基于物聯網技術的PC 構件數字化施工管控提供充足的研究載體及數據支撐，保證研究的順利進行。

物聯網技術是通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何真實世界的物體與互聯網相連接，真實世界的物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。物聯網技術起源于傳媒領域，是信息科技產業的第三次革命。PC 構件是指在工廠中通過標準化、機械化方式加工生產的混凝土制品。與之相對應的傳統現澆混凝土需要工地現場制模、現場澆注和現場養護，混凝土預制件被廣泛應用于建筑、交通、水利等領域，在國民經濟中扮演重要的角色。

1、PC 構件施工過程存在問題分析

1.1 施工組織問題

裝配式構件是在預制構件工廠生產完成后統一運送至施工現場進行吊裝施工的，整個過程中參與單位包含設計單位、裝配式深化設計單位、施工單位、監理單位、建設單位。由于參建單位多，參與人員也多，整個施工組織難度較大。過程中可能出現的問題包括信息傳遞不暢、PC構件生產及進場順序錯誤及進場時間不及時等問題。

造成這些問題的主要原因有以下幾點：

（1）預制構件排產及供貨清單與施工現場不對應。預制構件生產廠家通常是依據施工單位提供的月進度計劃來排產的，如果預制構件廠家在生產之前沒有和施工單位詳細了解現場進度，則所擬定的供貨清單也將是不符合施工現場實際需求。

（2）預制構件運輸時間長。預制構件生產完成后，一般是要放置到養護室養護至齡期，然后由專業的運輸單位統一運送至施工現場。而預制構件運輸一般是根據路程遠近和時間綜合收費的，運輸過程中，存在運輸單位不積極配合施工單位的情況，導致預制構件進場不及時，最終影響施工進度。

1.2 PC 構件安裝問題

在PC 構件吊裝過程中，常出現構件拼接不上，尺寸偏差較大的情況。這種問題出現的主要原因有兩個，一是PC 構件吊裝工人操作水平不足，吊裝過程中沒有嚴格按照規范及設計的質量控制標準進行施工過程管控，或者是對每塊裝配式構件的安裝位置不清楚，導致PC 構件位置錯誤；二是PC 構件本來就存在尺寸偏差或者尺寸錯誤，導致現場施工是安裝不到位。

1.3 PC 構件設計變更問題

在建筑工程施工過程中，通常存在設計優化的情況，此時需要通過設計變更的形勢來為現場施工提供調整的依據。然后，由于PC 構件生產是存在超前量的，過多的設計變更會增加PC 構件生產廠家以及施工單位的信息更新難度，容易導致施工過程出現問題。

2、基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術

2.1 技術原理

在設計階段，基于物聯網技術，并結合施工可行性、成本等方面進行多維度分析，對比評估多種可實行方案，優選出經濟合理的預制方案。在生產、運輸階段，利用物聯網技術采集PC 構件圖紙、原材料合格證、生產過程中的現場照片以及產品入庫出庫的具體時間和檢驗人員，確保整個運輸過程，包括材料的進場是可查、可控以及可追溯的，保證所有的構件是合格的。在吊裝階段，通過物聯網技術實現實施監控，對于PC 構件實現施工過程多角度的信息采集和分析處理，一旦出現異常狀況就可以第一時間進行修補完善。

2.2 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程圖

2.3 施工技術要點

2.3.1 施工準備

（1）技術準備：根據PC 構件施工實際情況擬定PC 構件吊裝實施方案，并做好技術交底及安全教育。

（2）材料準備：裝配式構件分包單位根據設計圖紙預制裝配式構件，并安排構件提前進場驗收及堆放。

（3）現場準備：PC 構件吊裝施工需使用塔吊、裝配式構件專用吊具、手動吊葫蘆、撬棍、靠尺、防墜器、鋼筋扎鉤等工具設備，施工前要做好準備。

2.3.2 基于物聯網技術的PC 構件吊裝

（1）PC 構件生產、編碼

根據建筑結構設計圖紙及裝配式構件深化圖紙的特點，對每一塊PC 構件進行編碼，形成唯一標識碼，PC構件生產完成后，將標識碼對應的二維碼貼在PC 構件上。二維碼包含PC 構件的名稱、安裝部位、尺寸、生產時間等信息，施工現場采用移動設備掃描二維碼后，該PC 構件的相應信息應能顯示出來，見圖2。

圖2 PC 構件編碼

（2）PC 構件運輸

PC 構件通常有預制外墻、預制樓梯、預制陽臺板、疊合板等。PC 預制外墻板若采用豎立式放置運輸，傾角應大于80°，與車接觸部位墊軟布。其余疊合板、預制樓梯、預制陽臺板等構件可采用平放方式進行運輸，疊放層數不超過6 層。PC 構件運輸過程中應對PC 構件進行護角保護。

（3）PC 構件驗收及堆放

①進場驗收

預制構件現場驗收：預制構件現場驗收為進場后的構件觀感質量和幾何尺寸、成品構件的產品合格證和有關資料。構件圖紙編號與實際構件的一致性檢查。對預制構件在明顯部位標明的生產日期、構件型號、生產單位和構件生產單位驗收標志進行檢查。對構件上的預埋件、粗糙面、外漏鋼筋、預留洞的規格、位置和數量是否符合設計圖紙的標準進行全面檢查。

預制構件檢查不滿足設計和規范要求的構件應進行退場處理。對于存在允許范圍內缺陷的構件應進行原因分析和修補處理并記錄在案且需對該構件整個安裝、使用過程進行跟蹤觀察記錄。

預制構件進場檢查控制標準除滿足國家相關規定外還應滿足下表1 要求：(單位mm)

表1 預制構件進場檢查控制標準

②堆放

預制構件堆放場地必須堅實穩固，排水良好。以防塌陷、下沉而導致構件傾倒或變形開裂。

構件立放或靠放應采用專用托架，托架應有足夠的剛度，并需支墊穩固防止傾倒。

現場存放時，應按吊裝順序和型號分區配套存放且應標識明顯。存放位置應布置在塔吊工作范圍內。

水平分層堆放時，按型號碼垛，每垛不準超過6 塊，堆垛之間宜設寬度為0.8m-1.2m 的通道，根據各種板的受力情況選擇支墊位置，最下邊一層墊木必須通長的，層與層之間墊平、墊實，各層墊木必須在一條垂直線上，見圖3。

圖3 疊合樓板堆放示意圖

（4）PC 構件吊裝

根據設計圖紙，采用塔吊、專用吊具、手動吊葫蘆、撬棍等工具設備將裝配式構件進行至設計對應部位。預制構件吊裝就位后，應及時校準并采取臨時固定措施，見圖4。

圖4 裝配式構件吊裝

（5）裝配式構件預留鋼筋與現澆混凝土結構綁扎

按照設計做法將裝配式構件預留鋼筋與現澆混凝土結構中的鋼筋進行綁扎及錨固。

（6）裝配式建筑連接點混凝土澆筑

鋼筋綁扎完成并通過隱蔽驗收后可進行現澆混凝土澆筑。澆筑前，預制構件結合面疏松部分的混凝土應剔除并清理干凈；模板應保證后澆混凝土部位的形狀、尺寸和位置準確，并應防止漏漿；在澆筑混凝土前應灑水潤濕結合面，混凝土應振搗密實。澆筑過程中需安排專門的看模人員進行護模，一旦在澆筑過程中出現爆模、漏漿等情況，需及時對模板進行整改。混凝土澆筑過程中還需采用平板振動器對現澆部位進行振搗，振搗過程中嚴禁野蠻施工，防止對裝配式構件及遇水膨脹止水條的破壞。澆筑完成后，及時對現澆部位進行養護，裝配式建筑構件與現澆混凝土結構連接部位應重點養護。

2.3.3 效果檢查

PC 構件吊裝施工完成后，對預制構件安裝質量進行檢查驗收。混凝土澆筑完成及拆模后，對相應樓層進行實測實量，檢查PC 構件吊裝施工的質量。

3、基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術應用

在基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術研究成果的基礎上，本課題團隊在中建五局永豐雅苑項目進行了技術推廣應用。

3.1 工程概況

永豐雅苑項目位于贛江新區直管區蔡倫路（規劃）以東、育匠路（規劃）以南、李冰路（規劃）以西、懷匠路（規劃）以北地塊內。該項目由1 層地下室、2 棟23 層住宅、5 棟25 層住宅、8 棟26 層住宅，1 棟3 層社區服務中心、1 棟3 層幼兒園、1 棟4 層商業用房、3 棟2 層商業用房、1 棟開關站、1 棟垃圾收集站、5 棟門衛室、1棟消防控制室組成，總建筑面積256461.42 m2，地下室建筑面積56342.87 m2。

3.2 應用情況分析

永豐雅苑項目主要包含的裝配式PC 構件是疊合板、預制空調板、預制樓梯。在PC 構件吊裝施工過程中應用了基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術，該技術在保證建筑結構安全穩定性的基礎上，有效提升了PC構件施工各階段的順暢度，參建各方信息流轉迅速，信息傳遞效率明顯提高。

結語：

針對裝配式建筑PC 構件吊裝施工參建人員較多，信息共享不暢，施工精準度不高等問題，本文依托中建五局永豐雅苑項目開展基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術研究。該技術有效提升裝配式建筑PC 構件吊裝過程中的信息共享完整度、順暢度，提升了工程施工質量，保障裝配式建筑的結構穩定性和使用壽命，大大減少因信息溝通不到位導致的裝配式建筑PC 構件吊裝施工受阻情況發生，為裝配式建筑的推廣工作奠定技術基礎。基于物聯網技術的PC 構件數據化施工管控技術適用于裝配式建筑PC 構件吊裝施工管控，如疊合板、預制樓梯、裝配式外墻等裝配式構件的施工過程管控。