基于BIM+物聯網技術的裝配式建筑工程質量管理研究

王海平 吳艷君

江西省地質局能源地質大隊 江西 南昌 330200

我國建筑行業主要采用傳統的現澆建筑方式，這種建筑方式需要施工現場配置大量作業人員，產生的建筑垃圾也比較多，處理難度比較大。當前，隨著社會的發展人工成本增加，傳統建造方式不可避免會受到人工成本影響，同時在綠色建筑理念下傳統現澆施工，也不滿足環保要求，而裝配式建筑既能夠保證建筑產品質量，也能夠促進金融行業實現綠色持續發展，因此各地政府開始積極推進裝配式建筑發展。裝配式建筑與BMP技術和物聯網技術結合起來，最能夠保質保量完成設計到施工整個工作，也能夠提高建筑管理水平，對于建筑行業整體發展具有重要價值。

1 BIM+物聯網技術概述

BIM指的是建筑信息模型，其是基于建筑物數字化信息而構建的一種三維虛擬現實模型，在整個項目工程中用周期范圍內應用，該技術能夠實現計算模擬、碰撞檢測、管線布置以及智能管控等工作，被施工各方交換共享信息，系統設計，現場管理以及建筑后續維護等工作開展提供保障[1]。BIM技術的應用實際上是動態連續的應用過程。在此期間可以實時對建筑工程的環境和狀態變化進行信息采集，感知以及監控，但是當前采用的人工測量和報表化管理工作模式導致BIM技術應用無法充分發揮效果。而隨著物聯網技術的發展和應用，截屏接著定位裝置、視頻前端、智能傳感器、二維碼以及RFID標簽等技術，能夠實時持續收集感知監控建筑的環境變化以及狀態變化，利用互聯網將相關參數收集起來上傳到數據庫中，進而實現連續的可追溯動態記錄，形成靜態BIM模型，也可以對其中的信息進行實時更新，不斷優化模型[2]。通過合理連接物、人和BIM模型，可以在建筑三維虛擬現實模型中體現分散和孤立的現場數據，對其展開觀察和分析評估其中所產生的關系，進而調整收工方案。由此可見，物聯網與BIM技術二者結合起來可以實現虛擬和現實的聯通，也能夠實現數據和實體的連通，進行現場操作和管理，二者相輔相成，BIM技術為建筑工程管理提供了未來保障，而物聯網技術則能夠為建筑工程管理提供之成手段，其發揮的價值值得重視。

2 我國裝配式建筑工程質量管理現狀分析

2.1 構件問題

當前我國的裝備是構建，無論是在設計上還是在生產上都處于初級階段，尤其是關于預制構件的設計，生產和質量監測技術，并沒有作出明確規范，因此在構建設計時，不同專業之間的協同程度不夠，導致所涉及的構件尺寸、點位、鋼筋、線管等方面存在不合理之處。而設計人員與生產人員之間的溝通程度不夠，導致構件在設計和拆分上不合理，成品與設計之間存在較大偏差，商品與實際需求也不相同，鄰近構件安裝不夠精準，構件拼裝過程中容易出現縫隙過大或折斷等問題，不僅會出現構件返廠或報廢現象，也會導致成本和工期增加，甚至會導致質量問題和安全問題[3]。另外預制構件數量比較大，規格不同，薄厚也存在差異，廠商在集中生產后會運輸到場地，而運輸路程相對比較遠，環境也比較復雜，運輸過程中容易出現構件由于擺放不規范相互碰撞等問題而引發的變形，斷裂，脫落現象，進而對構建性能和工程質量產生不良影響。與此同時，預制構件在強度和規格方面也不滿足要求，一旦面對復雜的施工環境，在技術人員和管理人員缺乏的背景下，構件容易堆放不夠科學，保護不到位，造成位移、銹蝕等問題，既對構件質量產生了不利影響，也對后續安裝和工程質量產生了不良影響[4]。

2.2 施工問題

裝配式建筑施工時，預制構件在安裝上也容易存在質量問題。構件要想準確安裝，就需要確保購進吊裝位置，準確，但是混凝土構件本身結構和形狀都比較獨特，因此在吊裝施工時面臨的困難也比較大，水平構件安裝則容易受到支模以及構件本身質量的影響，豎向構件安裝容易受到墊塊、支模和構件質量影響，這些影響因素導致構件和構件之間以及構件和鋼筋直接難以良好銜接，特別是豎向構件的鋼筋定位精確度要求高，而施工現場所涉及的鋼筋數量也比較多，導致安裝難度增加，影響了構件安裝質量[5]。

3 BIM+物聯網技術基礎上裝配式建筑工程質量管理應用

根據現有資料和上述問題分析，本研究針對具體項目工程，利用BIM技術和互聯網技術開展裝配式建筑質量管理工作，并總結相關成果，以供參考。

3.1 項目概況

本研究以東部地區某裝配式建筑為案例，該建筑屬于高層住宅區，共8棟，采用筏板基礎，屬于剪力墻結構，共27層，其中地下樓層3層，整個建筑的裝配率不低于50%，主體部分采用裝配式構件，主要包括了預制疊合板，預制外墻，預制樓梯，預制空調板以及預制疊合梁等。該項目利用BIM+物聯網技術。設計裝配式混凝土建筑。

3.2 應用

3.2.1 設計管理

裝配式建筑設計工作涉及了方案設計、初步設計、施工圖紙設計以及深化設計等內容。這一階段的重點在于保證預制構件質量，相對于一般建筑設計而言有著明顯區別及質量管理，重點也在于利用BIM技術來構建模型進行各專業的碰撞檢測，及時修裝碰撞點，同時利用BIM技術來檢查施工圖紙的管線設計情況，解決其中的碰撞點，并預留孔洞，同時利用BIM技術進行設計工作的質量管理，能夠有效解決構件安裝時發生的管線鋪設所產生的沖突問題。另外，這一階段是構建BIM+物聯網信息平臺的關鍵時期，也是裝配式建筑實現質量控制的主要階段，利用BIM設計圖紙進行重點構件視頻識別標記，可以為后續施工和工程管理提供保障[6]。

在設計階段，采用BIM進行深化設計，通過BIM模型拆分預制構件，明確其外形尺寸，確保拆分相同，提高其重復性，將拆分之后得到的設計方案交給業主進行審核，并與業主、設計方、構建生產廠家、運輸方等不同主體協同起來進行優化設計。得到的設計方案結合各參建方的相關要求標記好構件數據。治愈方案中關于構件的模型，則需要按照生產、堆放、運輸以及吊裝等施工要求來優化構件尺寸，同時保證節點連接符合要求，采用BIM軟件開展碰撞試驗，防止實際施工時存在矛盾[7]。該項目通過BIM建模軟件來構建三維立體模型，同時進行管線碰撞檢查，如圖1所示，明確管線碰撞點，進而不斷調整設計圖紙，優化設計方案，而在模型構建完成后需要碰撞檢查各專業模型，發現其中的碰撞點，并解決圖紙中存在的問題，以免后續施工變更，這樣可以節省工程造價，而根據碰撞報告依次處理問題并提出解決措施，提前做好管道問題避讓工作，優化地下室進空高度和吊頂高度，提高建筑空間利用率。而在確定深化方案之后，需要對構件拆分模型進行確定，標記構件模型相關信息，構成BIM數據庫，以便生產調取。

圖1 建筑碰撞檢測

3.2.2 生產管理

裝配式預制構件在生產時整個過程實行的是流水線生產模式，這一階段的質量控制集中在生產精度上，其精度若是不符合要求就會導致吊裝裝配工作質量受到影響，因此在構件生產時需要加強精度質量管理，利用BIM模型優化設計圖紙，重點控制預制構件尺寸、預留孔洞、鋼筋綁扎、預留拉筋等質量。一方面，利用RFID技術來獲取預制構件相關數據形成信息數據庫，進而實現對構件的追溯質量管理，同時將相關的治療信息共享到BIM信息平臺中[8]。另一方面利用bm5D技術統一構件模具生產、加工、裝車和吊裝，確保構件加工和裝配準確。

在生產階段，該項目首先利用BIM進行協同管理，也就是為了避免構件質量出現問題，需要構件廠根據施工進度安排生產作業，并協同運輸方和施工方共同管理，提前了解進度和施工情況，協調好運輸方案，通過BIM平臺做好各方協調管理工作。其次，存取構件數據，利用二維碼來標記構件，統計入庫和出庫信息，并實時傳輸信息至數據庫中明確構建生產信息，做好二維碼信息標記工作，以便使用移動終端進行掃碼提取，該項目采用二維碼識別技術來標記預制構件，既能夠提高構件數據存取質量和效率，也能夠方便調取相關信息。

3.2.3 運輸管理

裝配式建筑中預制構件在完成生產后進入運輸階段，對于該階段的質量管理主要集中在運輸過程中的質量控制上，需要避免構件出現裂紋和預留鋼筋損壞等現象。利用RFID技術能夠實時跟蹤追溯構件運輸質量，控制好運輸過程的構建質量，而要想達到這一目的，則需要在出廠前對構件進行發貨檢驗確認和進廠檢驗，利用BIM項目數據庫中的數據進行對比，確保運輸不會出現質量問題。

該項目在運輸預制構件時，首先利用BIM進行數據監測，也就是運輸方結合采購計劃對采購構件的具體情況進行分析，進而制定運輸計劃，例如車輛型號、車次、路線等，為運輸任務的保質保量完成提供保障[9]。同時結合車輛運輸能力、構件堆放特征以及路線要求規劃合理的運輸路線，利用BIM技術編制運輸計劃。其次，針對構件數據進行追溯跟蹤，也就是利用二維碼識別技術來跟蹤構件運輸情況，通過運輸計劃信息表中的路線、車輛信息、構件信息、計劃路線負責人等信息采用數據平臺將運輸跟蹤數據導出來，而車輛在到達施工現場后經過運輸方和施工方的雙重信息確認。該項目通過對比構建出庫信息以及進場信息并結合車輛GPS定位來全程跟蹤運輸數據，進而實現運輸過程的質量管理。

3.2.4 裝配管理

裝配階段的質量控制重點在于從構件進場到吊裝、安裝、施工等一系列工作中。利用BIM技術和物聯網技術能夠避免施工管理過程中存在的一些質量問題，具體包括：預制構件在進場后需要接受進場檢查，利用BIM信息共享平臺對比構件的出場 RFID錄入信息，進而發現運輸中的質量問題，將檢驗通過后的構件存放在場地中或是直接吊裝處理。構件在吊裝前要根據要求進行操作，而在施工前則需要利用BMP技術來試安裝預制構件，復核安裝拼裝位置節點、形式等內容，避免實際安裝時出現沖突。在實際安裝時，則利用BMP可視技術做好技術交底，通過BMP計數實行模擬施工，控制關鍵節點和隱蔽缺陷做好提前處理，達到精準施工目的[10]。同時在構件安裝時利用物聯網傳感器進行施工追蹤，做到實時動態監控，比較構件施工結果，實現質量可追溯目的。

該項目在裝配階段質量管理中，首先需要利用BIM技術和物聯網技術實現三維技術交底，確定技術交底二維碼，明確相關參數，作業人員利用二維碼掃描方式了解技術交底情況，保證施工質量。同時項目結合施工方案中的工藝流程結合BIM三維模型對關鍵節點實現三維可視化技術交底，確保施工規范化。另外利用三維模型將施工現場環境和生產操作區域的布局情況動態展現出來，進而分析最佳布置方案，得到預演結果，利用BIM技術確定三維場布，保證施工效率和質量。在BIM5DPC端中導入項目進度計劃，關聯好進度計劃和相關模型之后開展模擬檢查，不斷完善進度計劃，組織施工，縮短工期。同時利用手機端進行現場質量拍照上傳，結合模型中的治療問題發生部位落實整改人員和整改期限，限期整改，整改完成后拍照回復交由人員負責審核，驗收合格后才能夠刪除質量問題[11]。其次，預制構件在進場之后需要由質檢人員來核對出廠標簽，檢查外觀質量，若是發現問題需要與生產單位及時溝通并反饋，解決質量問題，而合格構件則可以使用RFID手持讀寫器來讀取相關數據，上傳到平臺中進行，手機對比檢查運輸過程中是否存在質量。

4 結束語

綜上所述，當前我國裝配式建筑在設計和施工過程中存在質量問題，這些問題主要體現在構件設計、生產、運輸方面以及安裝方面，針對這些問題，本研究采用BIM技術和物聯網技術對裝備是建筑進行質量管理，從設計階段、生產階段、運輸階段到裝配階段整個過程要構建提出了相應的管理措施，充分利用現代化信息技術有效管控構件質量，保證裝配式建筑工程質量。