精益建造理念在裝配式住宅建筑項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)用研究

胡冰

（上海遠(yuǎn)東水運(yùn)工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司）

1 引言

邁入21世紀(jì)，隨著國家對(duì)建筑工業(yè)化與信息化方面發(fā)展的期望以及“低碳經(jīng)濟(jì)、綠色建筑”發(fā)展理念的提出，裝配式作為一種工業(yè)化的綠色建造方式，重新成為建筑領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)，裝配式住宅將成為未來我國住宅工程發(fā)展趨勢。

與現(xiàn)澆式住宅相比，裝配式住宅的建造過程是一項(xiàng)更為復(fù)雜的需要統(tǒng)籌兼顧多主體、多目標(biāo)和多元素的系統(tǒng)工程[1]。在其項(xiàng)目管理上，眾多國內(nèi)學(xué)者引入了精益建造，并將其與BIM等數(shù)字化、信息化手段結(jié)合。寇園園等[2]基于BIM技術(shù)深入分析其在裝配式建筑的成本、質(zhì)量、安全和進(jìn)度四方面的施工精細(xì)化管理優(yōu)勢及具體應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的智能化和精細(xì)化的施工管理。蘇康等[3]以國內(nèi)較早開展的精益住宅項(xiàng)目--九洲花園58#為例，從精益組織、工序模塊化和信息平臺(tái)等三方面介紹該項(xiàng)目精益建造實(shí)施情況，表明精益建造在流程優(yōu)化、減少浪費(fèi)和施工指導(dǎo)方面取得了良好成效。本文以上港星江灣項(xiàng)目為例，從精益建造理念出發(fā)，探索其在設(shè)計(jì)和施工階段項(xiàng)目質(zhì)量管理上的實(shí)踐應(yīng)用。

2 精益建造理念

精益建造源自日本豐田汽車的精益生產(chǎn)理論，由芬蘭學(xué)者Koskela引入建筑業(yè)，是一種綜合性的生產(chǎn)管理理論。從理念上看是貫穿建筑項(xiàng)目全生命周期，目標(biāo)是過程浪費(fèi)最小化、客戶價(jià)值最大化、建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化。其基本理論為TVF生產(chǎn)理論，包括生產(chǎn)轉(zhuǎn)換理論、生產(chǎn)流程理論和價(jià)值理論，主張生產(chǎn)有效原則，倡導(dǎo)消除非增值活動(dòng)避免浪費(fèi)，滿足顧客需求的同時(shí)，消除價(jià)值損失以實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化[4]。

與傳統(tǒng)模式相比，精益建造將項(xiàng)目視作一個(gè)具有復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、非線性特點(diǎn)的過程，采用拉動(dòng)式生產(chǎn)方式，讓各方參與到流程改善中，根據(jù)后道工序或后交接方的需求對(duì)前者提出控制要求，減少等待浪費(fèi)；注重項(xiàng)目整體優(yōu)化和增值，重視項(xiàng)目持續(xù)改進(jìn)；相對(duì)更好的短期計(jì)劃和控制，強(qiáng)調(diào)工作流連續(xù)；重視人的主觀能動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)合作。

3 項(xiàng)目應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

星江灣項(xiàng)目地處上海市寶山區(qū)淞南鎮(zhèn)，總建筑面積40.95萬㎡，其中裝配式商品住宅建筑面積16.3萬㎡，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制實(shí)心剪力墻體系，采用套筒灌漿連接；裝配式人才公寓建筑面積4.8萬㎡，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制保溫疊合外掛墻板(PCTF)體系，結(jié)構(gòu)主體受力部分仍為現(xiàn)澆鋼筋混凝土；單體預(yù)制率大于40%。項(xiàng)目基于精益建造理念，運(yùn)用BIM技術(shù)建造信息化管理平臺(tái)，通過工法實(shí)驗(yàn)樓建造、灌漿施工管理等措施，將部分設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)前置，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，逐步形成適應(yīng)本項(xiàng)目的裝配式住宅項(xiàng)目施工管理模式，為精益建造高品質(zhì)項(xiàng)目打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 項(xiàng)目管理組織

項(xiàng)目組織的精益理念是開展項(xiàng)目建造活動(dòng)的信念基石。在本項(xiàng)目的精益建造管理組織中，業(yè)主項(xiàng)目管理方作為主導(dǎo)，下設(shè)工程管理部、設(shè)計(jì)管理部等7個(gè)部門，采用矩陣制組織架構(gòu)，制定一系列管理制度。

業(yè)主方負(fù)責(zé)傳達(dá)明確的項(xiàng)目質(zhì)量要求，項(xiàng)目整體組織“方向明確、權(quán)責(zé)一致”。積極推行并踐行“技術(shù)先行、樣板開路、典型施工、持續(xù)改進(jìn)”的理念，運(yùn)用BIM技術(shù)、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)工具，在建造過程中系統(tǒng)規(guī)劃、提高生產(chǎn)效率、減少浪費(fèi)，項(xiàng)目質(zhì)量受控合格，達(dá)到精益管理目標(biāo)。在本項(xiàng)目裝配式住宅質(zhì)量管理中的應(yīng)用思路如圖1所示。

圖1 精益建造在裝配式住宅項(xiàng)目質(zhì)量管理應(yīng)用思路

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化管理

標(biāo)準(zhǔn)化管理是精益管理的支柱，通過進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理來促進(jìn)項(xiàng)目的精益管理。為達(dá)到精細(xì)化管理目的，需要進(jìn)行流程標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)裝配式住宅項(xiàng)目管理的全過程進(jìn)行價(jià)值鏈分析，細(xì)化管理的單元；進(jìn)行拉動(dòng)式生產(chǎn)管理，運(yùn)用可靠技術(shù)手段，保持設(shè)計(jì)和施工階段各節(jié)點(diǎn)目標(biāo)實(shí)施的緊密銜接，通過不斷縮小等待時(shí)間和提前準(zhǔn)備，最大限度減少浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)按目標(biāo)計(jì)劃施工。在設(shè)計(jì)和施工階段，將工作流程模塊化，合理安排每個(gè)建造環(huán)節(jié)，規(guī)范工人操作和管理，形成標(biāo)準(zhǔn)化施工程序，達(dá)到保質(zhì)、安全、高效的施工效果。

3.4 精益設(shè)計(jì)

裝配式住宅的精益設(shè)計(jì)模式強(qiáng)調(diào)需求管理和設(shè)計(jì)工作協(xié)同，總設(shè)計(jì)和部分專業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、施工整合[5]。本項(xiàng)目采用圍合式布局，預(yù)制構(gòu)件大量非標(biāo)，房型繁多復(fù)雜，機(jī)電點(diǎn)位眾多，管線布局復(fù)雜。傳統(tǒng)線性模式設(shè)計(jì)需要各專業(yè)設(shè)計(jì)獨(dú)立完成再進(jìn)行交流溝通，容易產(chǎn)生信息孤島的情況，不利于數(shù)據(jù)及信息的整合。而BIM技術(shù)以其可視性、模擬性、協(xié)同性、可追溯性和持續(xù)優(yōu)化等特點(diǎn)，在裝配式住宅項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。本項(xiàng)目結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀和實(shí)際進(jìn)度要求，采用二維平面協(xié)同設(shè)計(jì)結(jié)合BIM三維論證的模式[6]。

在滿足裝配式建筑、綠色建筑、建筑節(jié)能等要求的情況下，厘清項(xiàng)目定位、規(guī)模、成本指標(biāo)，結(jié)合建筑美學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，參考日照等模擬分析，采用模塊化單元設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場考慮施工組織設(shè)計(jì)流程。

在專項(xiàng)設(shè)計(jì)階段，因項(xiàng)目裝配式住宅涉及專業(yè)眾多，首先梳理設(shè)計(jì)工作界面。比如主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含部分裝飾專業(yè)內(nèi)容，以入戶門為界，室內(nèi)部分以室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)院圖紙為準(zhǔn)。其次，圍繞住宅核心功能，以框架形式展開，統(tǒng)一建筑柱網(wǎng)尺寸，關(guān)注戶型設(shè)計(jì)及功能布局合理性的協(xié)同設(shè)置，建立BIM初級(jí)模型查看效果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，降低施工難度，保證滿足安全、保溫、防水、耐久等性能要求和質(zhì)量要求。

在深化設(shè)計(jì)階段，裝配式住宅設(shè)計(jì)基于標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫，基本單元是預(yù)制構(gòu)件，而本項(xiàng)目存在大量非標(biāo)構(gòu)件，更加注重運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行模型構(gòu)建和碰撞檢測。通過精細(xì)化BIM建模，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場施工條件，模擬拆解構(gòu)件信息。將土建、機(jī)電、幕墻等各專業(yè)的設(shè)計(jì)方案以3D模型的形式集成，直觀確定各專業(yè)設(shè)計(jì)沖突問題。調(diào)整不合理劃分、碰撞線路以及幕墻埋件點(diǎn)位等，更好地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和施工，確保項(xiàng)目質(zhì)量。

本項(xiàng)目還應(yīng)用技術(shù)規(guī)格書作為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化手段之一，其內(nèi)容涵蓋精裝修、綜合機(jī)電、門窗、幕墻、消防、暖通、電梯等九個(gè)專業(yè)的產(chǎn)品功能、性能標(biāo)準(zhǔn)以及施工要點(diǎn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等詳細(xì)說明、規(guī)定。技術(shù)規(guī)格書明確傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖，貼近施工流程和節(jié)點(diǎn)，用以輔佐施工，避免因材料設(shè)備不定型導(dǎo)致施工返工，降低了驗(yàn)收難度，保證了施工質(zhì)量。

3.5 精益施工管理

3.5.1 BIM智慧工地平臺(tái)

在本項(xiàng)目裝配式預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)運(yùn)輸及施工安裝階段，為解決信息數(shù)據(jù)較多查找不便、交互落后、不夠直觀理解等問題，業(yè)主方協(xié)同BIM咨詢、主體設(shè)計(jì)方、PC深化方與施工方等相關(guān)參建方，建立BIM智慧工地云平臺(tái)。智慧工地平臺(tái)綜合運(yùn)用了BIM、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息化、精細(xì)化管理。

在平臺(tái)搭建時(shí)，利用項(xiàng)目圖紙?zhí)崛〉膱D紙信息和BIM模型提取的工序工藝信息實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段與施工階段的無縫銜接，并確定構(gòu)件物料追蹤流程的各個(gè)節(jié)點(diǎn)及負(fù)責(zé)人。在構(gòu)配件生產(chǎn)管理中，每個(gè)構(gòu)配件生產(chǎn)完成后都配有唯一的二維碼，以電子表單的形式單獨(dú)記錄，可通過手持終端掃描二維碼提供該構(gòu)配件相關(guān)信息，以便下階段運(yùn)輸和安裝。相比常見裝配式項(xiàng)目使用的RFID，二維碼具有靈活方便、投入低的優(yōu)勢。在安裝管理中，構(gòu)件以三維立體形式用不同顏色區(qū)分當(dāng)前狀態(tài)以及位置信息，實(shí)時(shí)共享施工狀態(tài)，便于各參建方跟蹤檢查，實(shí)現(xiàn)安裝現(xiàn)場虛擬化、可視化的多方協(xié)同管理。利用BIM智慧工地云平臺(tái)對(duì)每個(gè)構(gòu)配件建檔記錄（“一件一檔”），進(jìn)一步提升了構(gòu)件信息的豐富性與可追溯性，有利于項(xiàng)目質(zhì)量跟蹤管理，解決了傳統(tǒng)建造方式的信息孤島問題，進(jìn)一步提高精益施工管理水平。

3.5.2 工法樣板樓建造

項(xiàng)目在建設(shè)施工過程前期秉持“頂層設(shè)計(jì)，典型試驗(yàn)，樣板開路，全面推廣”的精益建造理念，在施工現(xiàn)場采用1:1的模型建造工法實(shí)驗(yàn)樓，探究預(yù)制構(gòu)件鋼套筒灌漿施工工藝、外掛石材預(yù)埋件與預(yù)制構(gòu)件、門窗及幕墻等重要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和做法（見圖2）。尤其重點(diǎn)關(guān)注機(jī)電管線碰撞模擬，原則上設(shè)備管線減少平面交叉，豎向管線集中布置。因項(xiàng)目采用精裝修交付，包含新風(fēng)、空調(diào)、給排水、強(qiáng)弱電等多個(gè)專業(yè)，管線密集，通過BIM進(jìn)行優(yōu)化，現(xiàn)場實(shí)際模擬，減少管線之間碰撞、管線與PC之間碰撞，有效驗(yàn)證深化設(shè)計(jì)的合理性。

圖2 工作陽臺(tái)BIM模擬與樣板建造

堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向，對(duì)存在比例不協(xié)調(diào)、不美觀、點(diǎn)位設(shè)置、局部功能布局不合理、管線碰撞及其他施工不便等問題，建立設(shè)計(jì)問題清單、施工工藝問題清單，發(fā)現(xiàn)問題170余條，設(shè)計(jì)單位根據(jù)問題清單對(duì)圖紙進(jìn)行修改，避免后續(xù)返工造成浪費(fèi)。制定裝配式建筑施工、檢測和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)化流程制度，并形成安全質(zhì)量樣板引路工作手冊(cè)等標(biāo)準(zhǔn)化文件，明確過程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，為項(xiàng)目質(zhì)量管理提供技術(shù)支持。

3.5.3 灌漿質(zhì)量管理

作為裝配式住宅結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵連接環(huán)節(jié)，本項(xiàng)目住宅預(yù)制剪力墻外墻采用套筒灌漿連接方式。套筒鋼筋采用梅花型布置，同側(cè)連接鋼筋≤600mm。套筒預(yù)制在預(yù)制墻板內(nèi)，現(xiàn)澆樓板的預(yù)留鋼筋準(zhǔn)確地插入套筒內(nèi)，并灌入高強(qiáng)度的灌漿料以實(shí)現(xiàn)受力鋼筋的應(yīng)力傳遞。

1）灌漿實(shí)操培訓(xùn)

業(yè)主方牽頭組織成立灌漿施工專項(xiàng)管理小組，協(xié)同咨詢顧問方對(duì)施工方作業(yè)人員進(jìn)行套筒灌漿理論知識(shí)培訓(xùn)，運(yùn)用BIM模擬展示施工過程，并現(xiàn)場實(shí)操模擬（見圖3）。灌漿作業(yè)人員經(jīng)培訓(xùn)及筆試、實(shí)操模擬考核合格后方可上崗。

圖3 套筒灌漿現(xiàn)場實(shí)操模擬

2）實(shí)施灌漿令制度

要求施工方和監(jiān)理方在灌漿施工前對(duì)套筒界面、連接鋼筋、風(fēng)度材料、灌漿腔連通情況等進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，簽發(fā)灌漿令后方可施工，施工過程做好記錄并保存影像資料。

3）灌漿飽滿度檢測

常見灌漿飽滿度檢測有預(yù)埋傳感器法、預(yù)埋鋼絲拉拔法、X射線膠片成像法、超聲斷層層析成像法等。通過6組模擬試件比較研究后采用預(yù)埋傳感器法（見圖4）。預(yù)埋傳感器法是基于阻尼振動(dòng)幅值衰減原理，通過檢測灌漿前后傳感器在應(yīng)力作用下振動(dòng)幅值的衰減變化，確定套筒或孔道內(nèi)部灌漿的飽滿程度。灌漿前在套筒出漿孔內(nèi)預(yù)埋傳感器，灌漿過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)補(bǔ)灌，灌漿結(jié)束5min后可再次檢測。相關(guān)研究[7]顯示，相比超聲CT檢測，傳感器反饋的振動(dòng)信號(hào)能夠真實(shí)反映構(gòu)件套筒的灌漿飽滿程度。

圖4 灌漿飽滿度檢測

3.6 管理成效

設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，應(yīng)用二維平面協(xié)同設(shè)計(jì)結(jié)合BIM三維論證模式解決專業(yè)沖突、碰撞等問題。

施工指導(dǎo)方面，運(yùn)用BIM技術(shù)，樣板建造，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)，輔佐制定施工方案；利用BIM智慧工地平臺(tái)，在裝配式構(gòu)配件的生產(chǎn)運(yùn)輸、安裝上持續(xù)優(yōu)化，做到信息實(shí)時(shí)共享，工程質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理。

質(zhì)量管理方面，基于精益建造理念和標(biāo)準(zhǔn)化管理，建立銷項(xiàng)表，對(duì)現(xiàn)場質(zhì)量問題信息收集、分析處理、完成閉環(huán)，截至目前共閉環(huán)質(zhì)量問題1200余條。

4 精益改進(jìn)建議

基于精益建造的拉動(dòng)式生產(chǎn)流程理念，充分利用數(shù)字化、信息化技術(shù)，與施工現(xiàn)場緊密結(jié)合。探索施工工序模塊化以及工序級(jí)管理，提高質(zhì)量管理精度，最大限度地優(yōu)化施工工序。充分利用智慧工地平臺(tái)，拓展其應(yīng)用功能，比如合理布置作業(yè)面、盤點(diǎn)相關(guān)物料資源，力爭資源浪費(fèi)最小化。

5 結(jié)語

本文依托裝配式住宅項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例，基于精益建造理念，通過運(yùn)用BIM技術(shù)、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化、信息化技術(shù)手段研究分析，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工指導(dǎo)、質(zhì)量管理上取得了成效，保證了項(xiàng)目整體質(zhì)量。