1、BIM 技 术 在装 配 式 建 筑施 工 质 量 管理 中 的应用研究 肖阳 刘为 武 汉 工程 大 学 摘 要： 通过分析我国装配式建筑发展历程以及国内学者对其研究的基础上, 总结出装 配式建筑施工质量管理中存在的问题。 利用 BIM 技术的五大特点, 详细阐述了将 BIM 基于应用于装配式建筑施工质量管理的优势, 并从预制构件的质量管理、 施 工现场的质量管理两方面, 提出BIM 技术在装配式建筑施工质量管理中的应用 设计, 有效解决施工过程中的质量问题。 为如何提高装配式建筑的质量管理效率 和提升装配式建筑施工质量开辟了新的思路。 关键词 ： BIM 技术; 装配式建筑; 施工质量管理
2、; 预制构件; 作 者简 介： 肖阳 (1993-) , 男, 湖北孝感人, 硕士, 研究方向为工程管理。 基 金： 研究生教育创新 基 金 (CX2016041) Application of BIM Technology in the Construction Quality Management of Prefabricated Construction XIAO Yang LIU Wei Wuhan Institute of Technology; Abstract ： Based on the analysis of the development process of the pr
3、efabricated construction in China and the research of the domestic scholars, the problems existing in the construction quality management of the prefabricated construction are summarized. Based on the five characteristics of BIM technology, this paper elaborates the advantages of applying BIM to the
4、 quality management of prefabricated building, and presents the application and design of BIM technology in the construction quality management of prefabricated building from the aspects of quality control of prefabricated components and quality management of construction site, to effectively solve
5、the quality problems in the construction process. It opens up new ideas for improving the quality management efficiency of the prefabricated building and enhancing the quality of the prefabricated building construction. Keyword ： BIM technology; aprefabricated construction; construction quality mana
6、gement; prefabricated components; 0 引言 新中国成立后, 建筑工业化的建设开始起步, 并且随着经济的发展和社会的进 步, 装配式建筑也获得了长远的发展, 其发展历程大致经历了三个阶段。 第一阶段始于20 世纪 50 年代, 直到80 年代, 我国在建筑中采用了大量的预制 空心楼板、 预制屋面板、 吊车梁、 预制屋面梁、 大板建筑等, 但是由于我国建筑 尚处于发展初期, 尤其是装配式建筑在该阶段发展一直受阻。 突出表现在两方面, 一是过度追求成本的低廉, 过度追求生产数量和建设速度等, 从而在该阶段出 现了大批质量不达标的建筑;二是由于我国国情特殊, 文革时期
7、经济发 展处于停 滞状态, 装配式建筑的发展也因此受阻, 可以说我国建筑工业化直到改革开放 才正式步入正轨。 第二阶段为进入90 年代后, 由于预制装配式建筑的技术还不是十分完善, 建筑 工业化水平较低, 在这个阶段建筑业存在各种各样的问题, 包括延性较差、 承载 能力较低、 构件跨度小等, 这些问题的存在严重阻碍了我国建筑业的发展, 再加 上在这个阶段现浇混凝土技术正在流行, 其应用十分广泛, 客观上缩小了装配 式建筑的应用范围1 。 第三阶段为近十年来, 我国经济在近年来发展迅速, 尤其是房地产业, 呈蓬勃 发展之态, 人们越来越热衷于房地产, 对建筑物不仅需求更大, 也提出了更高 的要求
8、。 不仅如此, 近年来, 随着预制构件加工精度和质量的提升及装配式建筑 施工相关管理和施工技术的提高, 再加上劳动力成本的提升, 为装配式建筑施 工的发展和应用提供了有力条件, 实践发现装配式建筑不仅符合 “五节一环 保 ”的要求, 其效果和质量更佳, 因此, 未来装配式建筑将存在巨大的市场应 用前景。 当前我国多个知名建筑企业都意识到了预制装配式建筑的良好市场应用 前景, 纷纷对此开展了研究和 实践, 包括上海瑞安集团、 中建三局、 上海万科集 团等知名建筑企业。 装配式建筑相较于现浇式混凝土建筑具有更多优势, 两者的施工方式更是不同。 装配式施工方式中各构件配件都是由专门的工厂负责进行生产
9、的, 包括建筑结 构的梁、板、柱、墙等, 构配件完成后直接被运输到工地现场, 然后进行安装。 但与此同时, 施工方式的巨大改变, 势必会影响到施工的其他环节, 为保证施 工的正常开展, 其它的施工环节也必须与时俱进的进行有利改革, 比如培养相 应的装配式建筑施工所需人才、 引进相应的装配式建筑施工设备和机械及做好相 应的技术交底工 作。 此外, 施工管理模式也是装配式建筑中的重中之重, 应与时 俱进, 积极做好和相关部门的沟通交流工作, 从管理制度上确保装配式建筑的 施工质量达标。 国外装配式建筑已发展成熟, 国内学者对装配式建筑的研究起步较晚, 但是近 年来随着建筑工业化进程的加快, 我国学
10、者对此的研究也在逐步增多。 关于国内 外装配式混凝土建筑的发展概况蒋勤俭进行过论述2, 关于我国装配式建筑的 发展现状李滨进行过注重探讨3。吴水根, 柏建韦针对装配式建筑的建筑结构 部品进行了质量评价4;整体装配式框架结构的施工质量控制方面张立进行过 阐述5;王龙主要分析了装配整体式钢筋混凝土住宅质量监控体系6;关于装 配式建筑施工中质量评估指标体系的建立及其评估方法齐宝库等开展过重点分 析7;夏海兵等将 BIM 技术引入装配式建筑的全过程8, 且在分析实际项目的 具体实施情况的基础上, 重点介绍了BIM 技术应用于装配式建筑的成果;李天华 等9在BIM 技术的基 础上, 在装配式建筑施工管理
11、中应用到了RFID, 构建了装 配式建筑全寿命周期的应用架构, 如此便形成了有效的装配式建筑管理模式, 大大提高了其管理水平和管理质量。 1 装配式建筑施工质 量管理存在的问题 当前我国的装配式施工质量中还存在一些不尽如人意的地方, 比如: (1) 构配件的生产和应用过程中还存在诸多不完善之处, 包括生产过程中存在 质量不达标问题、 使用过程中检验、 保养和堆放等存在操作不规范之处等, 不仅 影响了构配件的质量, 更严重威胁到了装配式建筑质量。 (2) 施工准备工作不充分。 由于装配式施工在我国的发展时间有限, 目前为止我 国对装配式施工的应用并不十分完备, 尤其缺少必要的预见性, 多数施工项
12、目 中都存在施工准备工作不充 分问题, 包括设备准备不足、 物资准备不足、 相关人 员准备不足等, 严重威胁到了装配式建筑质量。 (3) 人为因素。对于任何施工而言, 人为因素都是重要的影响质量的因素之一, 一旦施工人员和机械操作存在不符合规定之处, 尤其是在一些建筑的关键部位, 若由于人为因素使得构配件存在损坏或不合规定之处, 很容易引发建筑中的各 类质量问题, 甚至导致安全事故的出现。 (4) 施工项目涉及部门众多, 因此, 在具体施工中施工方应和相关部门的管理 协调部门积极沟通和交流, 相互监督和牵制, 绝不互相隐瞒和包庇。 2 BIM 技术应 用于装 配式建筑施工质量管理的优势 BIM
13、 是一个不断收集信息并将信息视觉化的一个过程, 在该过程中建立一个平 台, 负责收集相关信息并将信息加以展示, 其具有五大特点, 分别是模拟性、 协 调性、 优化性、 可视化、 可出图性, BIM 与装配式建筑体系都是基于构件形成的, 在装配式建筑的质量管理中引入 BIM 技术具有十分重要的现实意义。 2.1 提升 了质量 管理 效率 装配式建筑与其他建筑形式不同, 在装配式建筑中加入 BIM, 其信息表达方式 会出现较大变化, 过去项目的信息表达方式主要是通过纸质存储和传递, 而纸 质不仅容易损 坏, 而且效率极低, 很容易出现 “信息孤岛”问题。 且装配式建筑 对构配件的精确度要求极高,
14、若简单的通过二维图纸进行传递, 不仅会在一个 项目中出现大量图纸, 不利于组织查找, 还很难实现建筑项目质量目标, 极难 较为直观的理解相关信息。 而 BIM 的加入不同, 它可以构建一个数字化的信息模 型, 实现三维可视化, 不仅储存和传递更为便捷, 而且理解起来更为直观, 且 通过三维模型展示, 可将各构配件的各项精确参数直接的展示出来, 更容易满 足构配件的精确度要求, 从而杜绝了各类由于信息误解造成的质量隐患, 大大 提高了项目 的质量管理效率。 2.2 模拟 施工控 制质 量 施工单位采用BIM 技术还能够模拟分析施工方案, 把时间和3D 模型紧密联系起 来, 形成 4D 施工模型,
15、 将每个施工阶段的建筑外观都用模型展示出来, 然后将 其和实际施工外观对照, 对施工施工质量进行实时跟踪, 分析比较两者的区别, 从而判断施工中是否存在质量问题。 利用 BIM 技术的建筑信息模型, 我们能够准 确地知道各构配件的尺寸、 类型等各项参数, 所有相关人员和部门都能够快速的 获悉相关信息, 不存在 “信息孤岛”现象, 且安装流程也透明公开, 大大提高 了其安装质量和工作效率 。 2.3 质量 责任追 溯 在装配式建筑施工中引入 BIM 技术, 并将其和物联网进行有机融合, 通过移动 设备, 如平板电脑、手机等结合 RFID 技术、云端技术, 施工指导人员能够远程 控制和指挥远在千里
16、之外的实际操作人员, 对施工过程进行监管。 同时通过将施 工相关参数上传到物联网上, 相关人员能够便捷迅速查阅到相关施工信息, 且 通过实时记录各施工环节, 还能够实现对施工全过程的质量监督和责任追溯。 2.4 对现 场质量 做到 实时 有效 控制 在装配式建筑施工中应用 BIM 模型, 可实现对质量管理的实时有效控制, 因为 该技术能够 将施工期间发生的所有问题记录下来, 并通过网络真实快速地反映 到模型中, 相关工作人员可通过观察模型及时的觉察到施工中可能存在的问题, 从而快速找到应对之法, 可实现对工程质量的实时动态监控。 3 BIM 技术在 施工质 量管理中的应用设计 基于上述中装配式
17、施工中存在的问题, 在施工质量管理中 BIM 技术的初步应用 设计如下: 3.1 预制 构件的 质量 管理 3.1.1 构件生 产 装配式建筑对构件的精确度要求较高, 因此, 构件的生产环节对于装配式建筑 而言意义重大, 它不仅是其全生命周期中的重要环节, 更是连接其设计和施工 的关键环节。 构件的生产流程是先设计后进入工厂生产, 但在正式开始生产之前, 设计可能存在多次变更, 这就要求设计和生产人员保持及时高效的沟通和交流, 设计和生产双方人员都必须就设计意图达成一致。 然而传统的设计意图多通过图 纸传递, 设计人员在交底时无法将自身设计意图真正地传递给相关的生产人员, 很容易出现由于双方理
18、解不够导致的错误, 且设计一旦变更, 由于所涉及环节 众多, 失误更是在所难免, 极容易引发双方争执, 不仅影响两方的良性沟通和 交流, 还耽误了生产的工期。 利用BIM 技术, 实现生产厂家与设计院在模 型上的实时对接, 不仅造价和工期 大大缩减了, 而且极大程度上提高了准确性。 生产厂家只需提取和更新 BIM 模型, 就能够实时掌握设计人员的设计意图和构件的相关参数, 十分有利于构件的批 量生产。不仅如此, 利用BIM 模型, 相关厂家能够直接调取预制构件的几何尺 寸、 材料种类、 数量、 工 艺要求等信息, 根据构件生产中对原材料的需求情况, 制 定相应的原材料采购计划与构件生产计划,
19、减少待工、待料的情况发生, 此外, 施工单位还能够随时获悉构件的生产进度情况, 甚至加以监督和控制。 3.1.2 构件运 输 除了生产环节, 构件运输环节对会影响到预制构件的质量管理, 在具体的构建 运输中应注意两个问题, 分别是时间和空间。 首先, 受到当地法律条规的约束或 者路途中可能存在的各类偶发事故, 预制构件可能无法及时运往施工现场。 所以 考虑到运输时间的问题, 应根据现场的施工进度与对构件的需求情况, 提前规 划好运输时间。 由于一些预制构件尺寸巨大甚至异形, 如果由于运输过程中发生 意外导致构件损坏, 不仅会影响施工进度, 也会造成成本损失。 所以考虑到运输 空间的问题, 应提
20、前根据构件尺寸类型安排运输卡车, 规划运输车次与路线, 做好周密的计划安排, 实现构件在施工现场零积压。 要解决以上两个问题, 就需要BIM 技术的信息控制系统与构件信息系统进行结 合, 实现信息共享。利用 RFID 技术根据现场的实际施工进度, 将信息反馈给构 件信息系统, 管理人员通过构件信息系统的信息能够及时了解进度与构件库存 情况, 并且实时反映到系统中, 提前完成堆放等作业。 在运输过程中, 利用BIM 技术相关软件根据实际环境进行模拟装载运输, 以尽量避免实际装载过程中出 现的问题。 3.1.3 构件库 存管 理 装配式建筑施工工程中预制构件的储存极为重要, 它牵涉到多个问题, 包
21、括堆 放场地 加固、 塔吊旋转半径范围、 车辆运输路线规划等, 且它环节还需要和其它 施工环节密切配合。碍于场地的限制, 施工现场预制构件的堆放存量不能过多, 因此, 一定要控制好构件进场数量。 在具体的储存预制构件管理过程中由于分类 堆放、 出入库统计等工作涉及大量的人力和物力, 很容易出现各类问题, 影响到 最终的工作质量。 通过将BIM 技术结合 RFID 技术应用在装配式建筑项目中, 上述构件库存管理中 存在的问题将迎刃而解, RFID 芯片能够存储各预制构件安装部位及用途信息等 构件信息, 相关人员只需读取该芯片, 即可快速便捷的获取相 关构件信息, 不 仅解决了上述问题, 还大大提
22、高了库存管理效率, 降低了库存成本。 3.2 施工 现场的 质量 管理 3.2.1 施工仿 真模 拟 装配式建筑施工不仅施工工艺复杂, 而且机械化程度高, 对安全防护存在较高 要求, 因此在正式开始施工前应先利用 BIM 技术进行施工仿真模拟, 同时依据 仿真模式结果可进一步优化施工方案和施工流程, 确保构件准确定位, 从而实 现高质量的安装。 不仅如此, 通过施工仿真模拟, 还能够将施工可能存在的安全 隐患更多的暴露出来, 便于施工单位未雨绸缪的采取预防措施, 将质量安全事 故尽可能的降 低和杜绝。 3.2.2 清单式 质量 控制 为确定施工质量控制部位, 即检查对象需要对施工单元或构件编号
23、, 称为构件 ID 识别码, 以便于在 BIM 模型中调用基本信息, 同时保存检查结果。在施工阶 段的质量控制, 首先是收集与分析建筑物的相关数据, 包括:质量要求、工作分 解结构的工作包、 工作进度等。 建筑物本体的质量要求主要由设计文件、 企业标 准及验收规范构成。 施工的技术措施, 如脚手架、 模板及支架等也由相应的企业 标准与验收规范规定。BIM 模型建立后, 建筑物的物理和功能特性已通过数据形 式包含其中, 通过工作分解结构, 可以将建筑本体与施工技术措施的质量要求 进行分解, 通过对这些有层次结构工作分解结构工作包的定义, 建筑物形成过 程整体的质量要求可分解成为一个个建筑构件的质
24、量要求。 这些定义的信息与建 筑模型和施工进度计划相联系, 不仅整个建筑物有了明晰的质量构成和建筑物 构件数量, 在构成建筑的构件层次上, 每个构件也有了各自明确的质量要求与 参数, 同时因为结合了施工进度, 可以以这些建筑构件的质量控制要求为导向, 完成按建筑构件工序划分的质量控制清单。 建造现场的质量数据采集是施工中质检员必须完成的工作, BIM 生成的清单, 从 建筑构件以及施工工序的层次明示了建筑构件需要满足的质量信息。 通过清单中 载明的构件ID, 质检员可获得该构件在模型中的具体方位, 按照清单顺序及构 件部位实施检查和进行建筑构件的质量信息采集, 将结果填入清单表中, 同时还可以
25、采集包括工序进行时间、 环境温湿度、 施工班组、 施工所用设备、 施工方 法、检查工具和 (或) 检测设备编号等信息, 并及时进行数据录入。 飞速发展的移动技术为BIM 模型的质量数据采集提供了新途径, 通过BIM 模型建 立模块: 质量控制清单模块、地理位置信息模块、数据库模块。所有相关数据存 储在一个单 一的数据库中, 形成基于地理位置信息的质量控制清单, 经与局域 网或与移动设备 (如:智能手机或平板电脑) 连接的通信网络, 质检员能将 BIM 模型与施工现场结合成一个整体, 基于位置信息, 实时向数据库发出数据请求, 在移动设备上生成特定部位且需要的质量控制清单用于质量控制, 采集到的
26、数 据也由此无线网络自动提交到建筑信息数据库中, BIM 模型提供设计的质量数据, 质检员采集并返回施工的质量数据。从数据层面, BIM 模型增添了新维度, 设计 数据和施工数据从虚拟和现实角度表示了建筑物的质量信息。 施工中, 可以通过 数据的量化分析, 判断施工过程是否处于统计控制状态, 当处于受控状态后, 也可以通过数据趋势, 采取措施保持过程所处的状态。 4 结语 在装配式建筑施工过程中, 质量控制是装配式建筑顺利推广与应用的重要环节。 本论文研究了BIM 技术应用于装配式建筑施工质量管理的方法, 从预制构件的 质量管理、 施工现场的质量管理两个方面完成了 BIM 技术对装配式建筑质量
27、管理 的应用设计。 预制构件的质量管理包括构件生产、 运输、 库存管理, 施工现场的 质量管理包括施工仿真模拟与清单式质量控制, 做到质量信息实时传递, 工程 质量动态管理, 有效协调工厂与现场质量管理的地域差, 满足装配式建筑工程。 项目各利益相关者对质量的要求和管理。 本论文通过 BIM 技术对装配式建筑施工 质量管理进行了初步研究, 后续研究应根据我国装配式建筑具体发展特点和实 际需求, 争取构建基于 BIM 更深入和完善的施工质量管理方法。 参考文献 1 纪博雅, 戚振强, 金占勇.BIM 技术在建筑运营管理中的应用研究 以北 京奥运会奥运村项目为例J.北京建筑工程学院学报, 2014
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