基于BIM 技術的裝配式建筑施工階段質量管理分析與研究

楊傳福，陳先軍

（阜陽職業技術學院，安徽阜陽 236031）

0 引言

裝配式建筑是將產品參數和技術方法交于工廠，經過工廠預先加工，再在工地上進行安裝的建筑。加強裝配式結構質量控制和管理是提高裝配式建筑施工效率及質量的有效舉措，屬于促進建筑業持續發展的有效途徑。目前，BIM 技術是提高裝配式建筑設計及施工質量的有效技術手段，可對裝配式建筑施工過程進行全方位管理及控制，避免傳統人工管理方式下出現質量問題，從而達到提高裝配式建筑施工質量控制效果。為此，裝配式建筑施工質量控制要全面引進BIM 技術，并結合建筑施工實際情況突出BIM 技術應用優勢。

1 裝配式建筑發展面臨的問題

在裝配式建筑中，存在臨時支撐體系及構件間碰撞等管理問題。如臨時支護結構，在施工中起到關鍵作用，其不僅是樓板、預制梁、預制柱、墻板等的支護結構，更是在吊裝之前有效支撐結構的重要手段，但地基、地形不平整、高度差異，為臨時支撐體系帶來了極大安全隱患，比如支撐點所受重力不一樣，會造成巨大危險。又如，構件之間碰撞問題，因裝配房屋設計圖紙，難以判定構件組裝時發生的碰撞，僅靠熟練施工技術和豐富經驗，導致構件碰撞不確定性較大，且容易發生安全隱患，如吊點破壞、構件開裂等，致使墻體坍塌，裝配式建筑整體質量大打折扣，造成安全事故。

2 BIM 技術在裝配式建筑中的優勢

BIM 技術在使用時會構建出完整三維模型，可以模擬整個建筑生命周期。在建造完成時，將這些信息整理成完整數據庫，為日后同類工程建設打下堅實基礎。RFID 技術是近年來逐步在建筑中使用的一種非接觸、可遠程讀取的無線電波通訊技術，因施工期間所處環境條件非常苛刻，所以室內環境變化莫測。隨著技術發展和裝配式建筑使用范圍越來越廣泛，RFID 技術在建筑結構識別、施工資料收集等領域中得到了廣泛應用。從施工安全問題成因角度分析，主要有兩個方面：其一，在設計時過于注重結構構件設計，未考慮施工現場具體情況，也未考慮施工中各種特殊情況，從而造成了一定危險。其二，由于工程進度超出預定時間，為加快進度而出現了一系列安全隱患。然而，應用BIM 模型可以比較不同設計方案，并在設計階段進行后期模擬，為工程施工提供較好資料支持，最大限度防止發生施工事故，避免出現安全隱患。如今，BIM 技術和 RFID 技術相結合，可在最短時間內將現場情況反饋至信息中心，從而有效解決人工信息傳遞問題。

3 BIM 技術在裝配式建筑施工階段的應用

3.1 施工準備階段，利用BIM 技術進行施工場地布置

由于受場地空間制約，如若裝配式建筑施工場地規劃設計不合理，將會對后期吊裝工作造成很大影響。因此，如何科學地劃分裝配式建筑各種預制件與特定施工區域具有十分重要的意義。在應用BIM 技術布置裝配式建筑施工場地時，應從三個方面進行優化：

1）優化設計塔吊布置方案。在裝配式建筑施工中，塔吊是十分關鍵的施工機械，其使用效率將直接影響到整個工程施工進度。通過總結既往經驗，可以看出在塔吊布置不當時，往往會出現構件二次倒運現象，這不但會對工程的進度產生極大影響，而且還會威脅工程安全。因此，必須合理選擇塔吊型號，加強現場安裝布置。首先，確定吊臂膀是否滿足部件裝載車輛要求，以確定設備型號。其次，根據設備覆蓋面要求、輸電線路間安全間距要求等因素，對塔吊安裝位置進行優化設計[1]。在此基礎上，展開各方布置案BIM 仿真，進行比較和分析，確定最佳方案。

2）優化預制件存放。裝配式建筑施工過程中各類構件在預設儲存場地中需符合建筑施工整體要求，優化利用存放場地，考慮實際狀況，優先解決設備和材料存放場地問題，避免預制件存放不當，導致裝配時建筑施工過程交通擁堵。在具體實踐時，可采取BIM 軟件展開模擬優化，以提高預制件存放合理性。

3）優化布置運輸路徑。在將預制件從工廠運送至建筑工地后，需全面考慮其運輸路線，并對其是否符合卸貨要求、吊裝要求及是否會對其他作業產生影響進行全面分析。通過 BIM 軟件，對工程場地展開全方位仿真，以達到最佳方案布局，從而合理確定最佳倉庫位置和運輸設備運行路徑，預防發生工程質量問題。

3.2 施工過程中，利用BIM 技術開展施工質量管理

為實現全過程管理，BIM 技術可從設計階段進行整合。一方面，在設計階段對構件進行編碼，再采用“清單管理”方式，對構件展開信息化處理，形成一份清單，其中包括構件各種信息，并標明要求，以便日后施工質量管理。在此基礎上，利用BIM 模型進行仿真，對一些二維圖紙難以展示及難以識別的部分進行仿真交底。另一方面，發揮 BIM 技術優勢，為質量過程信息追溯、定位、施工整改等提供數據支撐，并結合國際IFC 標準等建立裝配式建筑施工質量管理標準，為施工企業長遠發展提供可靠保證。

在裝配式建筑施工中，充分利用 BIM 技術多維可視化、施工模擬和全參數化優點，將 BIM 軟件多種功能加以結合，構建多維安全監控模型，即可確保深施工中動態預警效果。在 BIM安全監控系統中，可以構建多個變形監控系統，再加上基坑位移、基坑內力、基坑變形等相關數據，將這些數據和模型結合在一起，以確保對相關數據進行預警。此外，在 RFID 安全監控系統中，當基坑周邊地面發生不均勻沉降等情況時，會有警報聲響起。將相應模型資料導入 BIM 模型，能直觀地反映出各監控區域危險源和風險源變化情況，從而合理判斷施工風險級別，合理地監控施工時變形應力趨勢[2]。

3.3 施工過程中，利用BIM 技術進行可視化模擬

在裝配式建筑工程中，施工環節十分重要。若不加強管理，工程質量則很難達到設計要求。因此，在正式開工前，相關負責人可以利用 BIM 技術，對整個工程進行可視化模擬，并根據施工中可能出現的問題，將所有設計參數都錄入到數據模型中，讓管理者可以隨時觀察到模型中存在的問題，并及時發現問題，對其進行改進[3]。如若在仿真過程中，發現眾多問題，則可以進行修正，并將修改后的數據錄入到模型中，檢驗設計方案合理性。

4 BIM 技術在裝配式建筑施工階段的應用案例分析

4.1 工程概況

某裝配式建筑工程分一期地塊和二期地塊，案例項目屬于二期建設項目。地塊呈正方形，東西長350m，南北長285m，基地地勢平整，地質優良。此項目建筑單體采取預制裝配整體式剪力墻，下面針對BIM 技術在裝配式建筑施工階段的質量控制實踐進行研究（圖1）。

圖1 裝配式建筑質量控制架構圖

4.2 裝配式建筑質量控制中BIM 技術應用要點

首先，在構件設計階段，運用 BIM 技術對構件深化設計質量進行監控，以保證構件正確性和可生產性，并確保構件擺放位置不會出現任何差錯和疏漏。結合工程裝配特征及PC 構件歸納建模規律，建立PC 構件及預留洞口和外露鋼筋等要素位置關系，并展開碰撞檢測。基于“簡便、可識別、可持續”的特性，以及預制件工藝管理要求，構建預制件代碼系統，其中第一字段是項目名代碼，第二字段按部件類型分為一個大類，而第三字段則用來識別同一類型不同部件，第四字段是完整元件數目，其賦予每一個 PC 元件獨特識別ID，例如002-01-001-0001，并將其與RFID 芯片結合，嵌入到 PC 元件中，這樣即可避免PC 元件擺放精度問題，提供更精確數據（圖2、圖3）。

圖2 裝配式建筑PC 構件

圖3 裝配式建筑構件過程跟蹤

其次，生產運輸階段應用BIM 技術管控。以該項目為例，在工程設計階段，對各單元構件進行詳細建模，該實例模型級別為LOD400，并進行分解仿真，構件生產單位可通過該模型直接了解構件數量、尺寸、混凝土、鋼筋、防護層厚度等有關構件的基本屬性。通過 BIM 協同管理平臺和 RFID 技術，采集構件詳細信息，保證整個生產過程可追溯性[4]。

最后，現場安裝階段的BIM 技術管理及控制。裝配式建筑施工現場質量控制主要是質量驗收、施工方案模擬及可視化技術交底等。在此工程中，為了保證組裝過程中使用的部件質量，需嚴格檢查。通過 RFID 標簽掃描，可以將檢測質量信息與 BIM系統中驗收質量進行比較，從而降低因管理人員級別差異而出現的風險，從而大大提高產品驗收效率。建筑工程模擬利用 BIM直觀三維動畫指導復雜的組裝施工，可對現有工程進行可行性論證，并對其進行優化和改進。同時，通過仿真模擬，可以預先發現工程方案的問題，在施工過程中產生的沖突，使各個部門和構件之間協調一致，從而減少工程損失。在仿真完成后，施工單位在仿真時對模型進行標注，并制作相應質量控制表。施工經理根據所產生的質量控制表，對施工過程中的各個環節進行控制。該階段裝配式建筑質量監控系統可以及時地對模型質量檢查和隱患進行及時更新，從而實現各個部門和管理者針對質量控制策略進行交流[5]。

5 結語

綜上所述，裝配式建筑在當代社會已得到廣泛關注，具有巨大發展潛力，可以為建筑業注入新鮮活力。將BIM 技術運用于裝配式建筑施工質量管理中，可有效提高施工工作效率和質量，從而提高施工單位經濟效益。因此，施工單位應加強對 BIM技術的研究，提高BIM 在裝配式建筑工程中的運用效率，使其得到充分利用，進而為促進建筑業持續健康發展提供強勁支持。