基于質量鏈的PC構件質量管理研究

申金山，陳雯甜，陳偲苑，邸賀磊，張 藝

(鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450046)

1 引 言

裝配式建筑是實現以標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能化應用等為主要特征的建筑產業現代化的主要路徑,而主要由工廠預制的混凝土構件(PC)在施工現場拼裝而成的裝配式混凝土結構是裝配式建筑的主要結構形式之一。PC構件作為裝配式混凝土結構建筑的核心部件，其質量的有效控制和管理是保證裝配式建筑質量安全的關鍵[1]。因此研究PC構件的質量管理問題具有重要的現實意義和工程實踐價值。

質量鏈概念由加拿大哥倫比亞大學學者Troczynski[2]于1996年首次提出。國外學者Forbes[3]的研究表明精益施工技術不僅能夠提高建筑工程質量鏈運行性能，還能降低施工成本。Zlata[4]認為以項目為導向的施工企業質量鏈管理中，供應商、加工者和客戶是主要參與主體。Gary[5]從項目生命周期的角度來思考質量鏈，并且強調識別關鍵質量節點和進行質量檢查記錄或評審結果的重要性。我國學者烏云娜[6]從質量鏈管理視角研究了大型復雜項目多個參建方的情況，并提出工程建設項目質量層級分解方法。盧鍵[7]基于SCOR模型分析了工業化住宅項目質量鏈上核心企業與其他企業的質量管理范圍并構建了質量鏈運作的激勵機制。何苗[8]基于質量鏈相關理論對建筑工程項目分別從縱向質量鏈管理、橫向質量鏈管理角度探究了質量管理系統的構建。羅昊[9]等學者從裝配式建筑質量的形成特征入手，提出裝配式建筑質量鏈的概念和結構，構建了裝配式建筑質量鏈管理模型，并討論了BIM在質量鏈管理中的應用問題。王銀輝[10]基于質量鏈理論，從高鐵“四電”工程項目接口管理、工程過程和信息共享三個方面提出了工程質量鏈協同管理的方法。

隨著建筑工業化的不斷深入，眾多學者已將工業生產中的質量鏈管理思想引入裝配式建筑質量管理中。質量鏈將影響質量的全部過程連接成一個整體的質量功能構架，系統地展示了各組件之間的質量關系，包括質量鏈模型構建、關鍵鏈識別、質量持續改進、耦合效應等，通過對質量的持續改進來保證產品的最佳質量。目前，基于質量鏈管理的研究大都關注于整個建筑工程項目在建造過程中的宏觀質量問題，從微觀角度進一步對具體的質量主體進行系統研究仍較為缺乏。本文以質量鏈管理理論作為理論支撐，從形成和影響PC構件質量的設計、生產、儲運、吊裝這四個階段入手，構建裝配式建筑PC構件質量鏈模型，利用主成分分析法對質量關鍵節點進行識別，并針對每個階段的關鍵質量鏈節點提出相應的質量保障措施和建議。

2 PC構件質量鏈結構分析及模型構建

2.1 PC構件質量鏈工序流程分析

首先基于WBS對預制構件質量鏈涉及的設計、生產、儲運、吊裝這四個階段的主要工作內容進行分解，在此基礎上，通過研究文獻和技術方案，對分解的工序進行篩選，定位各階段的有效工作并進行整合，每個階段的具體內容如下。

2.1.1設計階段

目前，裝配式建筑PC構件的設計主要體現在深化設計階段。PC構件的深化設計是在傳統建筑結構設計的基礎上，增加對PC構件在生產及吊裝環節的延伸設計。按深化設計內容劃分，一般包括構件拆分設計、構件詳圖設計和生產模具設計。拆分設計是針對PC構件生產和吊裝的實際需求，在設計圖紙中拆分出可供生產及裝配施工的單個預制部件，繪制出拆分構件的布置圖和節點圖。構件詳圖設計在深化設計階段工作量最大，主要包括構件尺寸、配筋、預留預埋布置圖等，工廠根據構件詳圖結合生產工藝等，生產出鋼質或其他材質的模具。

2.1.2生產階段

PC構件的生產一般是在專門的構件生產車間完成的，常見的PC構件有墻、梁、板、柱、樓梯等。根據不同項目的生產要求或者生產車間設備的不同等，PC構件的生產方式可能存在一些差異，但工序流程基本相同，其生產工藝流程如圖1所示。

圖1 PC構件生產工藝流程

2.1.3儲運階段

PC構件生產商根據現場施工裝配需求所生產的PC構件，經檢驗合格后運送到堆放區進行堆放。在工程實踐中構件生產工廠與施工現場之間存在一定的距離，因此還需要借助運輸工具將構件由生產場地向施工現場進行運送。

2.1.4吊裝階段

PC構件的吊裝貫穿裝配式建筑的整個施工過程，是施工生產的關鍵環節。當構件被起吊到合理的高度和要求的位置后，便需要結合專業的施工人員對下落狀態的構件進行位置的調整并進行臨時固定，構件經準確位置校正后進行最后的固定。

2.2 PC構件質量鏈參與主體界定

從PC構件所有參與質量活動的行為主體來看，可將構件的行為主體分為直接參與主體和間接參與主體兩類[11]。直接參與主體是指直接參與PC構件的設計、生產、運輸、吊裝工作，并對構件的最終質量起重要影響作用的單位，包括構件設計方、生產方、運輸方和施工方。間接參與主體是指對直接參與主體實施間接的質量管理工作，或者對參與各方的質量行為進行監督檢查的單位，一般包括建設單位、監理單位和政府。本文所構建的PC構件質量鏈，是構件的設計、生產、運輸、吊裝整個過程連續質量活動的集合，為此將構件的直接參與主體作為質量鏈的研究對象。

2.3 裝配式建筑PC構件質量鏈的構建

PC構件的質量鏈取決于各相鄰階段、前后連續的各過程質量特性，不同參與主體、階段或工序所形成的質量特性不斷進行傳遞和累計，形成環環相扣的鏈條[12]。因此，本文以工序質量和參與主體為研究對象，并借助兩種質量診斷理論構建質量鏈模型來驗證PC構件在全生命周期過程中的質量演變過程。此模型是研究質量鏈的基本模型，能夠形象地展示出PC構件質量鏈的形成過程及質量鏈上各個環節的質量構成，為后續質量鏈關鍵節點的識別提供指導。

2.3.1模型構建的理論基礎——兩種質量診斷理論

兩種質量診斷理論是由張公緒教授[13]1982年提出的。他認為生產線上每道工序之間互相關聯，上道工序對下道工序是有影響的(上影)，因此每道工序都存在著以下兩種質量：

(1)工序分質量。分質量是該工序本身的固有質量，它與上影無關。工序的分質量一般與人員、機器、原料、方法、環境(4M1E)這些因素密切相關，體現出該工序的工作特點。

(2)工序總質量。總質量為工序綜合質量，是分質量與上影二者的綜合。

2.3.2質量鏈模型的建立

為了解決裝配式建筑PC構件在供應環節的各級質量特性對最終構件質量影響的積累和傳遞問題，確保PC構件質量目標的實現，本文基于兩種質量診斷理論，通過對預制構件工序流程及參與主體的梳理，建立了裝配式建筑PC構件質量鏈模型，如圖2所示。

圖2 PC構件質量鏈模型

2.3.3模型分析

本文所構建的PC構件質量鏈是一個以構件的設計、生產、儲運、吊裝環節為主體的串聯結構多級制造過程。例如，在上述模型中將“設計工序”環節所含的構件拆分設計、構件詳圖設計、生產模具設計設置為設計環節的鏈節點，其質量受4M1E這些因素共同影響，構成了設計環節的各項活動所形成的分質量，而設計環節的總質量則是由這些分質量及上一級上影所構成的質量的總和。

由此可見，在PC構件質量鏈的各環節中，每個環節的質量都是最終總質量的一個部分，且前一環節的質量輸出將轉化為后一環節的質量輸入，直接影響著后一環節的質量。在質量鏈管理過程中，有必要以各環節為分段標準，識別其質量形成過程中的關鍵鏈節點，以便明確在質量形成的過程中，質量鏈上的各個參與主體的主要責任，從而達到降低成本、提高質量管理效率的目的。

3 PC構件質量鏈關鍵鏈節點識別

根據質量鏈相關理論，識別關鍵鏈節點是進行質量鏈管理的基礎和核心。識別和選擇PC構件關鍵鏈節點要注重質量形成的過程、關鍵質量特性，只有識別出質量鏈上的瓶頸或薄弱環節，才能有針對性地提出PC構件質量鏈管理策略，實現對PC構件質量的有效管理與控制。

3.1 質量鏈中主要質量因素的選取

為了科學有效地篩選出影響PC構件質量的因素，本文通過文獻研究、實地調研等方法，結合PC構件質量鏈的工序特點，整理出裝配式建筑質量鏈設計、生產、運輸、吊裝4個主體環節上26個主要質量影響因素，見表1。

表1 裝配式建筑PC構件質量影響因素統計

3.2 數據來源

3.2.1問卷調查

在匯總整理出裝配式建筑PC構件主要質量影響因素的基礎上，通過問卷調查，采用李克特五級量表法對上述26個影響因素進行打分，其中每個題項分5個等級，從“1”到“5”影響程度逐級遞增。此次調查共發放問卷200份，有效回收144份，有效回收率為72%。

對調查對象進行信息統計。被調查對象的學歷中，博士占9.7%，碩士占45.1%，本科占36.8%，專科及以下占8.3%；工作單位性質，建設單位占11.1%，施工單位占29.1%，構件生產單位占9.7%，設計單位占12.5%，高校及科研機構占25%，政府及其他管理單位占12.5%；從事建筑行業及研究年限，4年及以下占16.7%，5～10年占34.7%，11～16年占29.2%，17年及以上占19.4%。

3.2.2數據信度分析

本文利用SPSS26.0 對問卷數據進行信度分析，得到問卷的信度系數 Cronbach’s α 為0.930，表明本問卷條款設計良好，信度較高；經過 Bartlett 檢驗表明，其KMO值為0.733，大于0.6；顯著性水平P值為0.00，小于0.05。說明本問卷數據具有較高的可靠性和一致性，并且適合進行主成分分析。

3.3 基于主成分分析的關鍵鏈節點識別

3.3.1提取主成分

主成分分析法主要是利用降維的思想，將原來較多的變量重新組合成一組新的互相無關的幾個較少的綜合變量，這些綜合變量既能保留原始變量的大多數信息，同時也更加清晰地反映出指標體系中的權重，使得評價指標體系更加客觀。基于主成分分析的方法識別PC構件質量鏈關鍵節點，借助SPSS26.0對問卷數據進行分析，得到變量總方差解釋表，提取出影響原始指標特征值λ>1時的主成分，共得到符合要求的6個主成分結果，如表2所示。

表2 總方差解釋表

3.3.2主成分結果分析

在通過變量總方差解釋表得到6個主成分后，繼續借助SPSS對其進行分析，能夠得到每個主成分中各原始標量所占權重(成分矩陣)，根據每個主成分中對應的原始變量權重從大到小排列，從中找到影響比較大的初始變量，并保留下來。通過對數據進行排序，在第一主成分中，混凝土、鋼筋等原材料質量、模具的拼裝及固定、鋼筋加工、混凝土澆筑、模具的材質這些指標所占權重較大，主要涉及PC構件的生產階段。在第二主成分中，預制構件拆分深化設計、構件詳圖設計、構件生產制作方案及工藝設計所占權重較大，這些指標可歸結為構件的設計因素。第三、第四主成分中，工人吊裝技術交底及操作技術培訓、預制構件現場堆放情況、起吊設備及吊裝成品保護、構件連接固定技術所占權重較大，可歸結為構件的吊裝因素。在第五、第六主成分中，構件運輸及裝卸方案、構件運輸固定及保護措施所占權重較大，可歸結為影響構件質量的儲運因素。

結合表2總方差解釋表中的初始特征值方差百分比可知，主成分一到六對原始變量信息貢獻率逐漸遞減，每個環節中的關鍵質量鏈節點又以各自環節中占其主要權重的指標為主，經整理后具體數據如表3所示。

表3 關鍵質量鏈節點識別結果

根據以上分析，裝配式建筑PC構件質量鏈中各環節的重要程度依次為：生產階段、設計階段、吊裝階段、儲運階段。首先生產階段直接影響裝配式建筑PC構件質量。PC構件的生產環節具有制造業的特點，PC構件生產線作為PC構件產品最終成型的環節，在生產過程中具有工序復雜、產品數量大、成品種類多、過程信息多、工作人員協同要求高的特點，因此可以視為PC構件質量控制中最重要的一環。其次是設計階段，制造業質量管理的實踐也證明，產品設計階段的質量管理是整個質量管理的關鍵。許多產品的質量問題并不是產生于制造過程中，而是由于設計不良造成的，因此強化構件詳圖設計和構件拆分深化設計是提高PC構件產品質量的重要步驟。最后吊裝階段和儲運階段對質量鏈的影響同樣不可小覷。因此，針對四個階段的關鍵質量鏈節點應采取有效措施，以確保PC構件質量鏈質量穩定可靠。

4 PC構件質量鏈管理措施與建議

4.1 建立健全各參與方的生產責任制

PC構件從設計、生產、運輸到吊裝整個過程涉及多方參與主體，因此，首先要強化參與主體之間的溝通與交流，明確各主體方的責任與義務。結合PC構件質量鏈關鍵鏈節點識別結果，可看出構件生產方是構件質量的首要責任主體，是質量控制的重點，設計方、施工方、運輸方次之。在此基礎上，還應該明確各參與方內部人員的責任與義務，落實自上而下的分工管理責任。通過嚴格管理，做到質量和安全人人有責，落實定人定責的管理制度，確保PC構件質量鏈的有效運行[14]。

4.2 加強對關鍵工序節點的質量管理

在PC構件從設計到吊裝過程的眾多工序中，應對關鍵工序節點的質量進行重點監督和控制，分為事前控制、事中控制和事后控制。事前控制是對PC構件的質量實行有預見性的管理，通過對構件質量控制對象的控制目標、活動條件、影響因素等進行綜合分析，確定良好的執行方案，從而減少構件質量問題的發生。比如針對構件質量不穩定的工序，或者對后續工序影響較大的工序、一些質量通病等，可以事先制定好預控方案，做好技術交底工作。事中控制主要是指在構件生產過程中，各方參與主體落實好本階段應履行的質量活動行為，以完成預定質量目標的作業任務。根據本文關鍵質量鏈節點識別結果，在設計階段的質量控制是PC構件的拆分深化設計、構件詳圖設計和構件生產制作方案及工藝設計；生產階段應注重對PC構件的主要原材料(如鋼筋、混凝土等)進場的質量檢查，從源頭上進行質量把控；再則是對混凝土澆筑模具的拼裝及固定等關鍵工序的控制；運輸階段重點是對構件運輸的固定及保護；吊裝階段應關注起吊設備及吊裝成品保護和構件連接固定技術等工序。最后PC構件質量管理的事后控制主要是針對已完成的質量活動的檢查和監控，根據檢查結果與計劃質量目標進行對比分析，進一步采取控制措施，在下一輪工序活動中及時改進。

4.3 提高信息化技術應用水平

建筑管理的信息化應用，涉及質量管理、進度管理和物流管理等多個方面。BIM(Build information modeling)技術具有可視性、協調性、模擬性、優化性等優點，PC構件的質量管理可以運用BIM技術進行標準化設計，提高設計精度；還可以通過構建BIM信息平臺，實現不同參與主體間的協同作業。BIM 數據庫中所包括的數據信息能夠貫穿于PC構件整個生命周期并持續發揮作用。結合PC構件在整個生命周期中經歷工序繁多、需產生多次位置移動的特點，基于RFID(Radio Frequency IDentification)射頻識別技術的物聯網系統，其通過非接觸式的無線電波傳遞信息的優勢，也能應用于PC構件從生產、存放、運輸到現場吊裝的全程位置追蹤和信息采集。信息化技術的運用，有助于PC構件生產活動各參與方之間協同合作，實現對構件狀態的實時追蹤和管理，并且能夠減少人為主觀因素對PC構件質量造成不利影響，在PC構件的質量管理方面起到了很大的作用。

5 結 語

PC構件作為裝配式混凝土建筑的基本部件，其質量的有效控制和管理是保證裝配式建筑質量的關鍵。本研究聚焦于裝配式建筑PC構件質量，將質量鏈理論應用到PC構件的質量管理中，在理論上可以進一步深化、拓展和完善PC構件質量管理研究的內容體系。另一方面本文結合裝配式建筑PC構件的特點，構建了串聯結構多制造過程的PC構件質量鏈模型，并針對關鍵質量控制點進行識別，提出了相應的管理策略，從而能夠有目的、有針對性地對裝配式建筑質量和安全進行監督管理。