基于BIM的裝配整體式混凝土建筑結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

陳 闖 周英博 吳 展 馮家旺 張少鵬

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

裝配式結(jié)構(gòu)是我國(guó)建筑行業(yè)在持續(xù)發(fā)展中衍生的一種全新建筑結(jié)構(gòu)形式，相比傳統(tǒng)的磚混建筑，此類建筑具有能耗低、環(huán)保性能顯著等優(yōu)勢(shì)，可以為居民提供一種更加健康、舒適的居住、生活環(huán)境。但由于此類建筑的起步與發(fā)展較晚，因此，相關(guān)的施工研究成果較少，甚至部分地區(qū)的裝配式結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展仍處于低潮，為實(shí)現(xiàn)對(duì)該建筑形式的推廣，提高裝配式建筑工程質(zhì)量，下述將開(kāi)展面向施工質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)研究。

1 混凝土建筑工程實(shí)例

1.1 建筑概況（表1）

表1 混凝土建筑工程概況

1.2 建筑特點(diǎn)

本工程為典型的裝配式建筑工程，工程項(xiàng)目具有體量龐大、施工質(zhì)量控制難度高等特點(diǎn)，整體結(jié)構(gòu)中不僅有預(yù)制構(gòu)件，也有現(xiàn)澆構(gòu)件，需要在施工中做好各個(gè)單元的配合。

預(yù)制件的結(jié)構(gòu)材料包括鋼筋、預(yù)埋鋼板、支撐鋼、吊鉤、吊環(huán)、焊條等，施工中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范中的具體規(guī)定，進(jìn)行原材料的選擇。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 及以上，混凝土中氯離子濃度最高為0.05%。預(yù)制件內(nèi)部的鋼筋連接采用機(jī)械方式連接，輔助焊接、綁扎方式搭接。施工中，所有預(yù)制件采用垂直和平臥的方式進(jìn)行搬運(yùn)，剪力墻、疊合梁、板采用平臥方式運(yùn)輸，不規(guī)則型預(yù)制混凝土構(gòu)件采用直立方式運(yùn)輸，可根據(jù)運(yùn)輸條件，對(duì)易碰撞的地方進(jìn)行邊角防護(hù)。在混凝土剪力墻的施工上，采用波紋管進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接。在現(xiàn)場(chǎng)安裝PC部件時(shí)，必須做好構(gòu)件的固定，以避免施工中構(gòu)件掉落出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安全事故。對(duì)此建筑工程的預(yù)制件吊裝方式進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1。在此項(xiàng)目招標(biāo)時(shí)，甲方明確提出了采用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃與工程建設(shè)。

圖1 此建筑工程的預(yù)制件吊裝方式

2 基于BIM 的裝配整體式混凝土建筑結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 設(shè)計(jì)工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)上述裝配整體式混凝土建筑結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目，在對(duì)其施工質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，首先按照指標(biāo)間接性、獨(dú)立性、系統(tǒng)性和可量化性的原則，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。施工質(zhì)量受多種因素的影響，應(yīng)著重選擇影響因素，對(duì)影響施工質(zhì)量的因素進(jìn)行篩選[1]。選擇的指標(biāo)應(yīng)具有自己的特征，易于區(qū)別于其他指標(biāo)，而且指標(biāo)本身具有鮮明的特征，有利于評(píng)估對(duì)象的鑒別[2]。設(shè)計(jì)的指標(biāo)要有實(shí)用價(jià)值，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行量化收集，也可以將定性的評(píng)估轉(zhuǎn)化成量化的，便于實(shí)施。建筑工程質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)是一個(gè)由多層次、多要素組成的綜合評(píng)價(jià)體系，其指標(biāo)是整個(gè)工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)要素，這些要素相互關(guān)聯(lián)，相互獨(dú)立，形成一個(gè)整體[3]。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是由上至下、由大到小層層遞進(jìn)，構(gòu)成一套完整的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。在上述原則基礎(chǔ)上，結(jié)合圖2 所示的施工質(zhì)量檢驗(yàn)流程，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖2 工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)流程示意圖

結(jié)合施工質(zhì)量檢驗(yàn)流程，檢驗(yàn)批為最小施工質(zhì)檢單位，其檢驗(yàn)直接關(guān)系到分項(xiàng)工程質(zhì)量。根據(jù)上述流程得出，所有檢驗(yàn)批當(dāng)中所包含的影響最終施工質(zhì)量的因素有：材料質(zhì)量、制造精度、觀感質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

在上述基礎(chǔ)上，針對(duì)分部分項(xiàng)工程，確定各個(gè)子工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。以鋼筋分部分項(xiàng)工程為例，其指標(biāo)包含鋼筋原材料、鋼筋安裝、鋼筋連接、預(yù)埋件安裝等[4]；以混凝土分部分項(xiàng)工程為例，其指標(biāo)包含混凝土原材料、試件取樣與留置、施工縫施工、混凝土養(yǎng)護(hù)等；以現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)分部分項(xiàng)工程為例，其指標(biāo)包含外觀質(zhì)量和位置尺寸偏差等[5]。

2.2 基于BIM的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

在完成對(duì)工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)后，結(jié)合BIM模型確定各個(gè)指標(biāo)權(quán)重，用金字塔模型把問(wèn)題從上到下層層遞進(jìn)分析。根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的特點(diǎn)和目標(biāo)，把評(píng)價(jià)指標(biāo)分為不同的評(píng)估因子，根據(jù)各因子間的水平、垂直關(guān)系，將各因子進(jìn)行歸類、合并，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模式[6]。將評(píng)價(jià)指標(biāo)中的第一個(gè)指標(biāo)與AHP 的準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)，第二個(gè)指標(biāo)與AHP 的方案層相對(duì)應(yīng)。根據(jù)上述論述，構(gòu)建如表2所示的判斷矩陣。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣

在表2 基礎(chǔ)上，結(jié)合判斷矩陣標(biāo)度為各個(gè)指標(biāo)賦值。再對(duì)判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)合BIM 模型與矩陣?yán)碚摚舸嬖贏ξ=λξ，其中ξ取值不為0，則稱λ為A的特征值，ξ為A的所屬的λ特征值，進(jìn)一步得出：

當(dāng)矩陣具有完全一致性時(shí)，特征根均為零。當(dāng)矩陣不具備完全一致性，則存在下述關(guān)系：

在上述公式基礎(chǔ)上，對(duì)指標(biāo)的一致性度量，引入CI值，若CI值越大，則說(shuō)明一致性越差，權(quán)重劃分越不合理；反之若CI值越小，則說(shuō)明一致性越好，權(quán)重劃分越合理。CI值可通過(guò)下述公式得出：

利用上述計(jì)算得出結(jié)果對(duì)指標(biāo)權(quán)重分配是否可以檢驗(yàn)，依次完成權(quán)重劃分。

2.3 轉(zhuǎn)化指標(biāo)

在對(duì)裝配整體式混凝土建筑結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量進(jìn)行全面評(píng)價(jià)前，應(yīng)注意評(píng)估指標(biāo)的統(tǒng)一性。在選擇指標(biāo)時(shí)，部分指標(biāo)數(shù)值越大，反映質(zhì)量越好；部分指標(biāo)數(shù)值越小，反映質(zhì)量越好；部分指標(biāo)為正，部分指標(biāo)為負(fù)。在指標(biāo)處理上要遵循統(tǒng)一的趨勢(shì)，確保各指標(biāo)具有可比性。在評(píng)價(jià)時(shí)，各個(gè)指標(biāo)可能會(huì)有不同的單位，為了消除這些因素的影響，必須對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一的處理，或?qū)⒏鱾€(gè)指標(biāo)中的單位都剔除掉，從而避免因指標(biāo)單位不同而產(chǎn)生的評(píng)估誤差[7]。總結(jié)出三種指標(biāo)轉(zhuǎn)化方式：一是對(duì)定性指標(biāo)的量化；二是對(duì)反比例影響因素和中度影響因素指標(biāo)的正向化處理；三是量化指標(biāo)的無(wú)量綱化。將上述設(shè)計(jì)的指標(biāo)中模板、鋼筋、混凝土、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和預(yù)制結(jié)構(gòu)作為一級(jí)指標(biāo)，將分部分項(xiàng)工程中包含的各個(gè)影響質(zhì)量的因素作為二級(jí)指標(biāo)[8]。在評(píng)價(jià)時(shí)，引入模糊綜合評(píng)價(jià)，對(duì)質(zhì)量的評(píng)價(jià)以評(píng)語(yǔ)的形式展現(xiàn)，將質(zhì)量劃分為優(yōu)秀、良好、合格和不合格共四個(gè)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)集合為V，則上述四個(gè)等級(jí)依次對(duì)應(yīng)集合中的V1、V2、V3和V4。

2.4 質(zhì)量綜合評(píng)估

在完成對(duì)指標(biāo)的轉(zhuǎn)化后，在對(duì)裝配整體式混凝土建筑結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，具體步驟為：

第一步，設(shè)置施工質(zhì)量評(píng)價(jià)因素集合U，將各個(gè)因素按照屬性劃分為多個(gè)評(píng)價(jià)因子集Ui；

第二步，完成一級(jí)評(píng)價(jià)。針對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)因素分別給出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，并得到模糊評(píng)價(jià)矩陣Ri，Ri={rijk}。rijk表示同一評(píng)價(jià)等級(jí)總數(shù)與給出評(píng)價(jià)意見(jiàn)專家人數(shù)比值；

第三步，完成二級(jí)評(píng)價(jià)。重復(fù)一級(jí)評(píng)價(jià)步驟，在二級(jí)評(píng)價(jià)中將Ui作為因素，而不是因素集。對(duì)各個(gè)Ui給出權(quán)重系數(shù)。對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果歸一化處理，根據(jù)隸屬度最大原則得到評(píng)價(jià)結(jié)果。若需要對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果定量化，可將各個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)進(jìn)行向量轉(zhuǎn)化，以此使最終評(píng)價(jià)結(jié)果更直觀易懂。

3 實(shí)證分析

3.1 軟硬件配置

BIM系列軟件對(duì)計(jì)算機(jī)的配置有較高的要求，例如配置Revit需要大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存；3DMax、Lumion等圖形圖像處理軟件，對(duì)計(jì)算機(jī)的CPU要求較高。因此，在測(cè)試該方法時(shí)，必須配備高版本的專用計(jì)算機(jī)，配置參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 配置參數(shù)

建設(shè)工程的信息建模要分專業(yè)、階段，每個(gè)專業(yè)的模型和階段模型的精確度都有很大的差別，因此，在軟件上，需要采用了成熟配置，以便于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理。配置內(nèi)容見(jiàn)表4。

表4 軟件配置

3.2 評(píng)價(jià)過(guò)程

在項(xiàng)目施工前，要對(duì)建筑質(zhì)量進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)所需的資料進(jìn)行分類，以此為依據(jù)劃分項(xiàng)目屬性信息，使構(gòu)造的BIM模型具備建筑特性。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)理人員對(duì)結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量信息進(jìn)行收集，利用移動(dòng)裝置對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行分析，并通過(guò)多媒體、表格、圖片等形式對(duì)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度、質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收記錄可以錄入到表格中，質(zhì)量問(wèn)題可以直接通過(guò)交互渠道反饋。

通過(guò)BIM模型，將施工質(zhì)量信息輸入到模型中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程質(zhì)量的綜合控制。對(duì)質(zhì)量問(wèn)題較大的，用彩色標(biāo)識(shí)，并由監(jiān)理工程師發(fā)出通知，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收后，將合格信息錄入BIM模型，消除不合格標(biāo)志。對(duì)此過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖3。

圖3 基于BIM的建筑質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)

評(píng)價(jià)中，由專家配合監(jiān)理人員對(duì)該工程項(xiàng)目的質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，根據(jù)多方面評(píng)價(jià)結(jié)果，該項(xiàng)目的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)秀-V1”。

在此基礎(chǔ)上，按照本文設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合該工程項(xiàng)目的實(shí)際施工進(jìn)展，參照評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行工程質(zhì)量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述研究，得到如下結(jié)論：根據(jù)圖4 建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，多個(gè)分項(xiàng)工程按照本文設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)后的質(zhì)量等級(jí)均為“優(yōu)秀-V1”，說(shuō)明使用本文方法對(duì)該工程進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)秀-V1”。將此評(píng)價(jià)結(jié)果與專家、監(jiān)理人員評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行匹配，發(fā)現(xiàn)該結(jié)果與專家評(píng)價(jià)結(jié)果一致，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)中得到的結(jié)果精準(zhǔn)度較高。