BIM技術在裝配式建筑工程質量管理中的應用

沈勇，楊海平，曹國軍，陳劍

（1.浙江潮遠建設有限公司，浙江 杭州 311241；2.浙江同濟科技職業學院 建筑工程學院，浙江 杭州 311231）

1 前言

近些年，裝配式建筑以其標準化的設計、工業化的生產、裝配化的施工和信息化的管理等特點，大大提高了建筑質量及建造效率，符合當前協調、綠色的發展理念，也大大促進了我國建筑工業化的發展進程[1]。但不可否認的是盡管近些年裝配式建筑發展迅猛，但我國依舊處于裝配式建筑發展的初級階段[2]，尤其在裝配式建筑工程質量上尚未形成完整、成熟的管理體系，這也成為了裝配式建筑大力推廣進程中的其中一個薄弱環節[3]?？偟膩碚f，目前裝配式建筑工程在質量管理方面存在較大的提升空間，搭建一套滿足裝配式建筑工程建設的質量管理體系，對于裝配式建筑的平穩快速發展具有重要意義。

BIM 技術的核心思想在于通過將建筑實體工程轉化為信息化模型，從而實現信息化的管理[4]。本文針對裝配式建筑工程質量管理的短板，以浙江省杭州市某實際工程項目為例，依托BIM 技術在信息化和協同化方面的優勢，探索其在裝配式建筑工程質量管理中的應用，并對其應用效果進行評價，以期為其他類似工程依靠BIM 技術進行質量管理提供借鑒，進一步推動我國裝配式建筑的發展。

2 工程概況

本文的裝配式建筑工程項目為住宅項目，位于浙江省杭州市，總建筑面積為110036.97m2，共8 幢。其中，1#、3#、5#、6#、7#、8#的3 層以上采用預制疊合板和預制樓梯構件；2#和4#的3 層以上采用了預制疊合板、預制樓梯和預制剪力墻構件，并在3 層處設置過渡層，實現從3 層以下的現澆結構向3 層以上的裝配式結構進行轉換。本工程具體信息如表1所示。

表1 本工程具體信息表

該工程為杭州市重點建設項目，由于工期緊、施工工藝較為復雜，因此要求各道工序緊密銜接，一旦出現偏差就難以按時完工。然而由于其體量大、施工組織難度大等問題，如果以傳統的施工管理手段恐難實現業主及政府對于該工程質量的期望。所以在該工程項目實施過程中全程引入BIM 技術，探索構建基于BIM 技術的裝配式建筑質量管理體系，從而達到甚至超過預期質量目標。

3 BIM技術在裝配式建筑工程質量管理中的應用

本項目專門成立了一支由參建各方組成的BIM 專項小組，依據前期編制好的施工質量控制準則，依托BIM 技術及平臺對該項目的前期設計、構件生產和運輸、構件裝配、質量驗收等全流程進行質量監管及追蹤，從而達到預期質量目標。

3.1 BIM技術在前期設計階段的質量管理

裝配式建筑采用的是將預制構件直接運到現場進行拼接的模式[5]，假如構件在設計上出現尺寸或洞口等位置偏差，現場無法對構件進行應急處置則只得進行重新制作，極大影響工程進度。為盡量避免這類情況的發生，BIM 小組在前期先參照圖紙對該工程項目進行翻模，在翻模的過程中發現圖紙問題及時與設計院進行溝通修改，并從實際施工的角度對設計方案提出優化建議，從而為項目的實施把好第一道質量關。圖1所示為BIM 小組在Revit 軟件上對2#樓進行的三維建模。

圖1 2#樓三維模型

之后，BIM 小組負責人將暖通、管線等模型全部整合至一個rvt.文件中，并利用Navisworks 軟件進行碰撞檢查。如圖2 所示為本項目在碰撞檢查中發現管線與疊合板存在碰撞，遂立即召集相關專業負責人對原有設計進行優化，通過調整位置或預留洞口的方式避免碰撞。

圖2 碰撞檢查

通過翻模和碰撞檢查對設計進行優化后便進入深化設計階段。在綜合考慮構件生產、運輸、現場裝配等實際情況的基礎上，裝配式建筑深化設計師可直接在BIM 三維模型上進行構件的拆分和深化設計。由于構件的精度直接影響后期裝配的質量，甚至很大程度上決定了整個工程質量[6]，因此要求在前期設計階段BIM 模型具有足夠的精度，才能用來指導構件的生產及裝配。圖3 所示為本項目2#樓標準層預制構件的拆分情況，圖4為標準層某墻板的深化設計圖。

圖3 2#樓標準層預制構件拆分圖

圖4 標準層某墻板深化設計圖

3.2 BIM技術在構件生產和運輸階段的質量管理

進入到構件生產環節，構件廠技術人員通過BIM 平臺下載本項目的BIM三維模型及各構件的深化設計圖，并通過相關軟件一鍵提取構件數據，進而開始模具的設計加工。BIM 專項小組會根據施工現場實際情況提前將構件需求計劃上傳至BIM 平臺，構件廠在收到需求計劃后便可安排生產計劃，做好及時銜接。

在正式的構件生產環節，主要通過BIM 平臺對原材料、生產工藝以及質量驗收做好質量管控。當原材料通過進場驗收后，相關人員需先將驗收資料上傳至BIM 平臺留底后方可進入后續生產環節。BIM 專項小組利用IFC 標準的軟件互導規范將已有的BIM 三維模型以IFC 格式導出，然后利用渲染軟件進行構件生產的動畫模擬（圖5），進而將圖紙結合動畫對工人進行技術交底，確保工人對生產工藝流程領悟透徹，尤其是對預埋件種類和位置精準掌握。開始生產后，工人及時將過程數據錄入平臺供各參建方及時查閱數據，對生產質量進行監管。當生產過程中遇到質量問題時，工人及時將相關信息上傳至BIM 平臺，BIM 小組可會同設計、生產、施工相關技術人員共同商討處理意見，將每個質量問題落實到位。圖6 所示為某塊疊合板構件出現飛邊質量缺陷時在BIM平臺上進行處置。

圖5 基于BIM的構件生產模擬動畫

圖6 BIM平臺協同處理構件質量問題

在構件的運輸階段，首先提前對運輸的車輛及運輸的路線進行模擬，選擇最優項。接著構件廠會同監理單位對出廠構件進行質量驗收，并將驗收證明上傳BIM 平臺。在構件內預埋有RFID 芯片，參建各方可通過BIM 平臺實時查詢構件數量、規格、位置等，實現全過程監管。圖7 所示為實時查詢構件運輸過程中當前所處位置。

圖7 BIM平臺實時查詢構件所處位置

3.3 BIM技術在構件裝配階段的質量管理

對于整個工程的質量而言，構件本身的質量是基礎，而構件裝配的質量則是關鍵[7]，如果裝配位置出現較大偏差甚至錯誤，則會對工程的整體質量造成嚴重后果。

在構件正式裝配之前，首先BIM 小組會先在Navisworks 中模擬各種吊裝及安裝方案，從中選擇最優方案并編制施工組織設計及專項施工方案。此外，根據模擬情況同時在BIM 平臺上標注各流程的質量控制要點，供管理人員在實際施工過程中重點把控。圖8為2#樓的模擬施工。

圖8 2#樓施工模擬

構件進場時，由施工單位相關人員對構件進行進場驗收，并通過移動端將驗收記錄及驗收結果上傳至BIM 平臺。在進行構件堆放時，BIM 小組提前利用BIM 場布軟件對施工現場進行場地布置，確保卸車與吊運方便，節省工期。圖9 所示為本項目的模擬場布，以2#樓為例，2#樓標準層共有墻板88 塊、疊合板62 塊、樓梯8 段，因堆場有限，將大部分墻板堆放于堆場內，其余墻板及樓梯放置于2#、3#樓中間區域，疊合板則采用進場后直接吊運的方式，堆場內只留有一處堆放少量備用疊合板，以防吊運損壞或進場出現時間誤差等情況發生。

圖9 基于BIM的現場模擬場布

借助BIM 三維模型及圖紙對施工人員進行裝配技術交底，并按照既定的施工組織設計及施工專項方案進行裝配。施工人員及監理工程師及時將施工過程中的數據上傳至BIM 平臺中，利用BIM 平臺對裝配的全過程進行實時質量監管。同時，重點關注BIM 平臺中設置的質量控制要點，做到重點防控，預防返工或返修情形發生。例如在進行安裝模擬時發現部分疊合板短邊出筋會與底部墻體連梁的主筋存在交叉的情況，故施工流程調整為先臨時固定連梁主筋，在安裝疊合板時先抽出連梁主筋，待疊合板安裝完成之后再重新固定連梁主筋，在BIM平臺中做到實時管控。

3.4 BIM技術在質量驗收階段的質量管理

進入質量驗收階段，BIM 小組配合質檢人員借助BIM 平臺共同完成質量驗收工作。質檢人員通過BIM 平臺查閱已有的構件進場驗收報告、隱蔽工程驗收報告等材料，同時將現場觀察或測量得到的數據通過移動端錄入BIM 平臺，并最終在BIM 平臺上給出驗收意見。驗收過程如發現質量問題，同樣也是在BIM 平臺中進行處理。例如2#樓在質量驗收時發現第4 標準層編號為DBS-C2J-4-2 的疊合板出現裂縫質量問題，質檢人員拍照上傳至BIM 平臺，并配上相關文字說明，之后該問題通過BIM 平臺自動發送至施工單位技術負責人及監理單位負責人的移動端，相關負責人通過移動端給出處置方案并指定該質量問題跟蹤人員，直至解決后相關處置過程和結果均上傳至BIM 平臺中，形成一個閉環，如圖10所示。

圖10 BIM平臺進行質量問題上報處理

4 實施效果

本項目使用BIM 技術及BIM 平臺對整個項目進行質量管理的實施效果主要如下所示。

質量控制要點的提前制定。利用BIM 技術進行碰撞檢查、生產階段的動畫模擬、各種吊裝及裝配方案的模擬等，充分借助BIM 模型可視化的特點，可提前制定整個項目各階段的質量控制要點，盡可能降低質量問題出現的概率。

預制構件的全過程跟蹤。通過BIM平臺可實時查看各預制構件從設計到生產、運輸最后裝配、質量驗收過程中的各項資料記錄，實現各預制構件在整個項目實施過程中的全過程質量跟蹤。

質量問題的閉環管控。當質檢人員上傳質量問題時，所有參建各方相關人員可通過移動端在BIM 平臺中提出處理意見，而且能在平臺中指定質量問題的跟蹤人員，處理后的結果也會上傳至BIM 平臺進行存檔，實現質量問題從發現到上報、處置、跟蹤、整改完成的閉環管理，確保每個質量問題落到實處。

質量管理資料的集中歸檔。在項目實施的各個環節，相關人員均可通過移動端及時上傳照片、文字等過程性材料，例如構件出廠質量檢驗單、構件進場質量檢驗單、隱蔽工程驗收單等，大大減少了整理資料耗費的時間，并且部分模板性材料可由BIM 平臺自動形成，確保了真實性，提高效率。

5 總結

當前，我國正在大力推廣環保、節能、高效的裝配式建筑，雖然發展速度很快但裝配式建筑仍處于初級階段，對應的質量管理手段和體系尚未成熟。本文以浙江省杭州市某裝配式工程項目為例，梳理總結了基于BIM 技術的裝配式建筑工程質量管理體系，詳細描述了BIM 技術在裝配式建筑前期設計、構件生產和運輸、構件裝配、質量驗收等全流程的應用，并對實施效果進行了總結?？偟膩碚f，基于BIM 技術的裝配式工程項目質量管理體系是可行的，且非常具有實際應用價值，今后可為同類型項目提供借鑒。