基于BIM的裝配式建筑質量鏈管理優化研究

周弋楠 胡和蟬 劉學瑜 林泳言 馮興興

摘 要：在追求可持續發展的大環境下，我國建筑應告別粗放式發展，順應綠色有機的發展趨勢。裝配式建筑雖符合這一需求，但也存在一些質量問題。為了進一步研究質量問題及其解決方法，筆者提出裝配式質量鏈的概念，并按全過程的邏輯順序將其分為生產鏈、倉儲鏈和施工鏈，旨在充分運用BIM技術，解決裝配式建筑在構件生產階段、倉儲階段、施工階段中存在的質量問題，進而實現對裝配式質量鏈管理的優化。

關鍵詞：質量鏈;管理;BIM;裝配式建筑

一、BIM技術及裝配式質量鏈概述

（一）裝配式質量鏈主要內容

裝配式建筑，指按標準化設計建造的預制構配件，在工廠進行生產制造完成后將成品運送至施工現場安裝拼接，從而完成建筑實體構建的一種建筑生產模式[1]，并且在具有施工中有更為簡便、污染性低、施工工期短等優點。

裝配式建筑的質量形成相較于傳統建筑來說更為復雜，它不是由一個個獨立的單元勾連而成，更像是環環相扣的鏈條，彼此之間互為影響。多個要素共同努力，才能形成一個嚴謹的質量鏈條[2]。

裝配式建筑的質量鏈，可以按總體行進進程分為生產鏈、倉儲鏈及施工鏈。三個鏈塊環環相扣，互相影響，關注各個鏈塊的質量管理問題，提出針對性的解決方案，能夠使裝配式建筑質量鏈聯系得更加緊密，更利于管理。

（二）BIM技術主要內容

BIM，即Building Information Modeling的簡稱，是指基于先進三維數字設計解決方案所構建的可視化數字建筑模型。它使工程在各階段都能夠進一步節省能源和成本、減少污染和提高效率。

BIM在裝配式建筑的質量鏈管理中有著無法估量的地位。通過BIM技術對裝配現場進行模擬，可以進行虛擬施工，合理布置施工現場，保證合理的吊裝范圍和安全經濟的構件堆放位置;預知裝配要點，彌補裝配時工人技術上的不成熟。同時，便于將施工計劃與施工進度展開對比，加強各方對工程的檢測和協作，降低裝配式建筑的發生質量問題的可能性，從而減少因裝配質量問題返工的可能性。

二、裝配式建筑質量鏈管理存在的問題

（一）構件生產階段存在的問題

1.設計圖紙存在的問題

無法確定構件的點位，導致繪圖效率低下，影響構件廠的生產安排;圖紙標注不清、信息缺少、標注不一致;相鄰部位鋼筋設計不合理，安裝不準確;預埋件、孔洞、線盒、鋼筋等圖元存在相互碰撞的問題[3]。

2.生產過程存在的問題

生產過程存在的問題主要有缺乏專業工人隊伍、原材料復檢與構件制品不符合規范、生產環境管理不完善。許多生產企業在構件設計、生產和質量驗收方面缺乏明確標準。

綜上，裝配式構件的生產階段經常出現成品出現裂紋、孔洞定位不準、尺寸信息不準確等質量問題。后期投入施工及驗收階段也逐漸暴露出板筋板縫質量差、零件尺寸不符合實際施工要求、隱蔽連接處完工驗收難等問題[4]。

（二）成品構件運輸與倉儲階段存在的問題

1.成品構件運輸問題

從以往來看，此階段常被忽視或草率制訂方案[5]。往往由于路況勘察不到位、路面崎嶇不平、各類預制構件尺寸相差較大等，給預制構件的安全運輸帶來了諸多風險[2]。

2.成品構件堆放問題

預制構件堆放位置不合理會造成二次搬運，既增加運輸成本又拖慢施工進度，增大了構件損壞的可能性[6]。預制構件存放的場地排水系統差、排水不暢且地面有積水，都會使得構件在積水的侵蝕下強度降低甚至損壞。

3.成品構件的保存與養護

在現場保護工作中，因為無法對建筑工程所有預制構件進行合理保存與必要養護，從而造成預制構件不同程度開裂、銹蝕等損壞。此外，在實際實施中，施工現場相對復雜，人員相對密集，構件擺放不規范且位置不固定，無專人管理，并且缺乏嚴格的制度體系。

（三）施工階段存在的問題

1.節點連接問題

目前，國內在裝配式建筑的施工階段最常使用的連接構件節點的方式為灌漿套筒連接技術，其存在兩方面的缺陷：一方面，注漿質量不符合施工質量標準，施工所用漿料質量不合格、漿料比重不準確以及注漿操作不當，導致預制成品構件與漿料層之間出現裂縫，墊層發生位置偏移，灌漿孔出現堵塞等問題;另一方面，套筒位置偏差影響鋼筋的施工，一旦出現較大的偏移誤差，鋼筋就無法順利通過套筒，進而無法實現兩個預制構件的連接，因而預制構件必須再加工。

2.構件安裝規范問題

構件安裝規范問題是影響建筑質量問題的另外一個因素。在施工過程當中，構件安裝常出現下列幾個方面的弊端：一是因為施工中吊裝裝備精度低，安裝過程當中墻板的接縫位置會呈現偏差，使接縫位置的寬度或深度不滿足施工標準;二是轉角板厚度薄、體積大，構件易形變，故在現實施工中易導致轉角處斷裂的發生;三是在部分預制裝配式建筑中，因疊合板跨度較大，一旦施工不當，其撓度超過自身剛度，就會出現裂縫，甚至斷裂。

三、基于BIM的裝配式建筑質量鏈管理優化

（一）BIM技術在生產鏈階段的管理優化

1.構件規范化

一方面，可以利用BIM技術能精確計算和統計材料工程量的特點，將材料匯總表、施工方法一覽表等所需表格一站式導出，同時利用BIM構建的三維模型來實現交底作業的可視化，以解決隱蔽節點竣工驗收難的問題，促進構件的規范化生產[7];另一方面，可以利用BIM技術構件拆分的功能，在結構設計生產的過程中，通過分析不同相關參數對相關構件進行拆分，并綜合考慮構件的加工、運輸吊裝及后期的現場裝配等多方因素，在生產的過程中就做好構件的埋件、預留孔洞尺寸對照等工作。

通過以上兩個方面，對批量生產的預制構件進行規范化，以提高構件的合格率和預制構件的質量，實現構件的規范化。

2.碰撞檢查

將構建模型導入BIM碰撞實驗軟件，檢查構件之間是否存在沖突或矛盾，精確定位預留孔洞，得到碰撞實驗報告，從而采取“利用BIM軟件構建參數族庫，直接對參數族修改更新，優化設計”或“直接對碰撞點的參數進行修改”的方法來解決檢查暴露出的碰撞點。碰撞點修改后，利用BIM技術及時深化和優化圖紙、對裝配式構件進行重新排版、對需要標識的構件嚴格按照構件規范化原則進行系統編號，并將優化后的模型反饋廠家，將問題解決在構件加工之前[8]。

以上方法不僅可以降低傳統2D模式的錯、漏、碰、缺等現象的出現，還能提高施工效率和質量、縮短工期。

（二）BIM技術在運輸與倉儲階段的管理優化

1.路線優化減少損壞

第一，根據BIM模型預制構件的詳細參數，選擇滿足構件尺寸和承載能力要求的運輸機械，減少構件與運輸車輛、構件之間的碰撞和摩擦[9]。第二，運用BIM技術，在確定最優路線和備用路線的前提下，對已有數據進行分析，提前確定運輸途中需要下車檢查的點，減少不必要的檢查次數和運輸時間，降低預制構件損壞的可能性。

2.位置模擬減少二次搬運

一方面，運用BIM軟件，在建立相應三維場地模型后，對已建立的模型進行可視化和參數化分析，在明確運輸道路的前提下，對場地中的施工區域、生活區域、加工區域等進行統籌規劃，從而擬出若干個構件存放的位置。另一方面，依據便于吊裝施工、安全適用等相關原則，以及起吊機械的位置、作業區范圍等，對預制構件存放的位置進行三維模擬布置，確定滿足條件的構件存放位置，同時保證構件堆放場地平坦、無大面積積水且承載能力滿足要求，以減少二次搬運和構件損壞。

3.數據整合人員調度（BIM方便我們查閱構件信息以及錄入）

利用BIM平臺高度信息集成的特點，導入相關模型、錄入相關數據，進行數據集成，再根據這些數據調度相應的人員。例如，按照吊裝次序確定構件的存放規律及堆放層數、構件的進場順序及進場數量，并根據這些信息部署人員，確定人員的使用及調度情況，明確相關責任及義務，同時減少無關工人在此區間內的逗留及休息等，從而減少構件被損壞的可能性。

（三）BIM技術在施工鏈階段的管理優化

1.平面布置模擬

利用BIM可以根據施工機械設備的規模、設備的運行范圍、施工平面布置的要點及布置技術等的特點，模擬施工現場的真實場景，優化現場機械設備及材料的布置，從而實現施工現場各個專業以及施工機械設備的協調，提高施工質量。同時，利用BIM可視化技術對現場水電管線布置進行模擬，預測因管線布置不當而引起的各種安全質量問題，優化現場水電管線布置，提高施工現場安全性。

2.大型機械設備運作模擬

利用BIM技術，提前在施工現場模擬大型機械設備的安裝和拆卸過程，及時發現大型機械設備可能出現的各種問題，并制訂問題的解決方案。確保預留構件節點能正常連接，避免因節點無法連接造成構件再加工而耽擱工期，提高裝配式建筑的施工效率，加快施工進度。

3.構件吊裝模擬

通過BIM技術，施工人員可以模仿并察看預制構件的全部吊裝過程，重復確認吊裝流程，對吊裝位置進行精確規劃，確定吊裝過程是否符合施工的相關規定和要求、現場部署是否合理、是否會對吊裝帶來不好的影響。施工人員可以通過這些環節提前發現并解決問題，避免吊裝作業不當造成的構件開裂或斷裂，降低對工程質量和工期的影響。

四、結語

裝配式建筑具有綠色、節能、環保等特點，在追求可持續發展道路的推動下，將會得到更為廣泛的利用。于是，解決裝配式建筑質量的問題是重中之重。

在建筑行業迅速發展的大背景下，要取得革新就必須與時俱進。裝配式建筑質量的優化必將融入BIM技術，裝配式建筑和BIM技術的相互促進將使雙方價值最大化，提升我國建筑產業化的發展水平。

參考文獻：

[1]彭聰，李杏，喬亞昆.基于BIM技術的裝配式建筑建設全過程管理研究[J].住宅與房地產，2019（36）：100.

[2]黃恒振.裝配式建筑質量鏈管理研究[J].建筑經濟，2019（9）：90-94.

[3]岳慧麗，呂麗萍，殷向東，等.裝配式混凝土預制構件深化圖紙問題淺析[J].混凝土世界，2019（7）：42-45.

[4]向亞軍.裝配式建筑質量通病及防治措施研究[J].居舍，2019（25）：10.

[5]常春光，常仕琦.裝配式建筑預制構件的運輸與吊裝過程安全管理研究[J].沈陽建筑大學學報（社會科學版），2019（2）：39-45.

[6]尹羽鑫.裝配式建筑施工安全管理若干要點研究及BIM技術的應用[J].住宅與房地產，2019（3）：126.

[7]韓春濤，龍桂元，李立國.基于BIM技術的裝配式精裝修[J].工程建筑與設計，2019（20）：27-28.

[8]薛超，程相偉，蘇世凱.裝配式建筑的BIM技術應用[J].建筑技術，2018（z1）：111-112.

[9]劉杏紅，張瀚宇.基于TQM理論和BIM的裝配式建筑質量管理研究[J].建筑與經濟，2018（10）：26-31.