BIM技術在裝配式建筑施工質量管理中的應用研究

李 政 浙江省建工集團有限責任公司工程師

管 華 浙江省建工集團有限責任公司助理工程師

裝配式建筑屬于新型結構，采用這種建筑方式能夠節省40%左右的材料，且可減少70%的建筑垃圾，滿足城市建設需求。通過對比傳統建筑與裝配式建筑，BIM 技術對施工人員的需求低，能縮短施工周期，對居民的影響也較小，在未來建筑行業的發展過程中具有重要作用。

1 裝配式建筑應用及頂層規劃

我國裝配式建筑主要應用于沿海城市，如比較具有代表性的上海百葉中心、敦煌文博會主場館以及雄安市民服務中心等項目。而在國外預制拼裝結構開展的過程中，地區所用的材料及主要的應用如圖1 所示。《工業化建筑評價標準》（GB/T 51129—2015）中明確指出要在2016 年有效推廣裝配式建筑的意見，隨后中華人民共和國住房和城鄉建設部又發布《建筑產業現代化發展綱要》，計劃到2020 年裝配式建筑占新建建筑的比例能夠達到20%以上，2025 年能夠達到50%以上。此外，2016 年國務院先后出臺多項政策，主要強調未來需要采用因地制宜的方式有效發展裝配式木結構、混凝土結構等裝配式建筑，政府報告中明確指出需要全力發展裝配式建筑以及鋼結構建筑，而這些頂層規劃有助于推動我國建筑產業的快速轉型升級，對推動我國城市建設具有重要意義。

圖1 國外預制拼裝結構與材料應用

2 裝配式建筑施工存在的質量管理問題

我國裝配式建筑施工發展相對較晚，施工質量管理中仍存在一些問題。一是生產的過程中構配件使用并不完善，涉及生產質量不達標、堆放方式不規范等內容，嚴重影響了構配件的使用效率和質量，對裝配式建筑質量產生了嚴重影響。二是施工工作準備不充分。受我國裝配式施工發展的影響，當前我國施工應用并不完善，體現在缺乏必要預見性，導致很多項目存在施工工作準備不充分等問題，對裝配式建筑的質量產生了嚴重影響。三是人為因素。項目施工容易受人為因素的影響，若在施工的過程中存在操作不當等現象，尤其在關鍵部位，容易引發建筑質量不達標等問題，甚至還會出現安全事故[1]。四是項目施工涉及部門較多，聯動性差，導致部門之間的溝通不及時，未能起到相互制約、相互監督以及相互協調等作用。

3 裝配式建筑質量管理中應用BIM 技術的優勢

本文在研究的過程中分析了《2016—2020 年建筑業信息化發展綱要》，其中明確指出了信息化發展的方向，且在綱要中指出需要使用物聯網和BIM 技術等創新型技術。分析BIM 技術可知，其主要具有信息收集動態化、三維可視化以及管理協同化等特征，將該技術應用在裝配式建筑中具有較多應用優勢。

3.1 滿足建筑信息傳達效率提升需要

傳統信息傳遞的方式主要依賴于圖紙設計合同以及書面指令等，導致相關工作人員對于信息的理解出現了延遲或者偏差，使得設計、生產以及安裝等環節之間的信息出現傳遞不暢等現象，這也引發了建設各環節出現脫節問題，對裝配式建筑質量產生較大影響[2]。

3.2 促進多方搭建管理平臺

分析裝配式構建出現質量問題的原因發現，質量控制不規范是其重要原因。如果僅重視施工階段而忽略預制構件的生產過程，且質量控制僅僅依靠生產商自檢，而未采取科學的質量監督，則容易引發構建不達標的問題。因此，在裝配式建筑質量管理過程中，應將系統管理思想有效融入全生命周期中，使其貫穿于項目立項、設計、生產、運輸以及安裝等各環節，通過這種方式來確立質量管理主體。此外，通過構建BIM 信息共享平臺能夠滿足多方協同管理的需要，促使多方共同管理，進而有效將裝配式建筑生產的相關環節納入管理體系中，滿足全生命周期的管理需求[3]。同時，有效將物聯網和BIM 技術高效融合，有效追溯現場施工作業產品，進而明確質量責任。

3.3 有助于實施精細化管理

在傳統構建安裝中，粗放型管理是安裝不合格的原因，裝配式建筑采用的生產模式為“先預制、后安裝”，這實際上就需要在構件的生產過程中尺寸嚴絲合縫。因為構件在生產過程中的任何環節出現誤差都會引發質量不合格問題，所以需要在質量管理中有效融入精細化管理，通過實施這種管理方式有效解決安裝出現的問題。此外，在BIM 平臺的應用中，能夠使各方提供比較精準的信息，這實際也是精細化管理的基礎，能夠為裝配式建筑質量提供保障。

4 裝配式建筑施工中應用BIM技術的質量管理措施

在裝配式建筑的質量管理中，有效借助BIM 技術平臺能夠實現信息共享，滿足質量提升的需求。相關階段質量管理措施如圖2 所示。

圖2 裝配式建筑全生命周期質量管理措施

4.1 立項階段質量管理

通過分析實體工程，呈現出來的質量是決策、設計以及施工等環節的重要體現，雖然在立項階段沒有工程實體，但所采用項目方案的優劣性容易對后期的工程質量產生較大影響[4]。因此，在項目的可行性研究中可以應用BIM 技術對項目實施建模，并有效借助工程量計算功能計算出不同工程量所需要的工程造價，同時有效采用三維漫游功能對比相關項目的外形、結構以及空間布局，通過這種方式選擇具有可行性的技術，擬定經濟合理的方案。

4.2 設計階段質量控制

4.2.1 協同設計BIM 模型

在BIM 模型設計中有效采用協同設計的措施，能夠規避傳統圖紙設計中的信息孤立問題，滿足信息共享需要，避免因設計信息錯誤帶來質量問題。在模型設計的過程中，需要對模型的數據進行及時更新，保障數據的完整性，將這些數據有效儲存起來，實現文件交互等操作方式，這實際也是整理完整信息的重要環節[5]。比如，一個項目有效協同REvit 軟件中的建筑模型和REvit—MEP 安裝管道，進而實現信息共享，更改某處數據信息，需要對數據全面更新，通過這種方式實現模型的整體協調。

4.2.2 BIM 碰撞檢測及深化設計

傳統二維圖紙設計存在圖紙設計不直觀、缺乏設計協同性等問題，即使是經驗比較豐富的設計人員，在設計的過程中也很難找到設計碰撞點，容易埋下隱患。在該模型中有效融入BIM 技術，可借助軟件來碰撞檢測，滿足查找范圍全面性和碰撞位置精準等需求，并對碰撞點進行深入研究，進而降低工程在施工過程中的隱患，強化工程施工質量的全面提升。

4.2.3 標準化設計

裝配式建筑可具有工廠生產、標準化設計以及裝配式施工等特點，通過采用標準化設計方式能夠提高設計精確度和效率，滿足裝配式建筑構件的自動化和工廠化設計需求，保障構件的安裝質量。在裝配式構件的設計中，可以采用Revit建模軟件中的“族”功能對構件進行標準化設計。

在Revit 軟件中，自帶比較常見的設備以及構件等標準族文件，且在優化和拆分構件的過程中可以借助族編輯器有效構建標準化裝配式構建族庫。

而在設計環節中，通過借助標準構庫中“選”和“拼”需要的構件，有效構建能夠滿足項目設計的BIM 模型。族庫中的標準化構件模型涉及了設計信息，能夠有效地避免因設計信息不完善而導致的質量隱患，給構件的生產以及裝配提供信息基礎。

4.2.4 其他設計質量提高措施

在借助BIM 模型做虛擬漫游的過程中，設計者可以采用“親身體驗”的方式來對比不同的方案。在此基礎上，有效利用其他輔助分析軟件，能夠給不同的建筑設計提供數據支撐。例如，在公共建筑設計中，通過對熱能進行分析，結合主要的分析結果數據有效選擇合理的圍護材料；分析住宅光照時需要判斷建筑設計能否滿足采光需求等[6]。因此，在建筑設計的過程中，采用這些設計輔助功能可以滿足建筑結構設計的適用性以及舒適度需求，進而有利于提升設計質量。通過分析BIM 模型能夠準確傳遞信息的特點，在設計過程中可借助BIM模型輔助設計交底，能夠滿足參建單位更好的理解設計意圖，進而能夠在生產、安裝和施工等環節中落實設計思想，提高工程質量。

4.3 構件生產質量控制

在生產過程中引發的構件質量問題主要是由設計信息不健全以及管理不精細所引發，采用標準化設計能夠滿足信息完整性需求，同時采用BIM 平臺能夠滿足信息共享需要，在生產階段可以完整讀取構件信息。

4.3.1 BIM 構件生產模擬

預制構件的生產模擬可以有效借助BIM 模型，通過該模型來明確質量控制的核心工序。構件設計和生產的過程中可以設置好見證點和待檢點，把控好生產流程，保障構件質量。構件運輸環節需要借助BIM 模型，主要涉及了構件疊放數量、裝車臨時固定方案以及支點位置等，通過這種方式降低在運輸構件過程中構件形變以及開裂的概率。

4.3.2 自動化生產

預制構件生產的過程中，采用產業化生產的方式能夠降低生產成本。自動化生產需要以標準化設計為前提，借助BIM 技術，可以滿足生產效率的提高，降低成本。比較成熟的自動化生產線可以提高產品的生產效率，甚至還能消除產品質量隱患。

4.3.3 應用新技術

預制構件生產過程中，可以借助射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，將RFID 芯片有效植入預制構件中，且采用RFID 對管理系統進行有效跟蹤，滿足預制構件的定位需求，可以提高構件查找、管理和運輸位置追蹤的準確性。此外，還可以借助RFID 對相關信息進行儲存和交換，保障構件的信息讀取需求，進而有效記錄預制構件的生產、設計以及運維等信息，這是質量管理以及責任追溯的重要保障。

同時，構件成品出廠前采用三維數字掃描技術對其掃描，獲取構件的預留孔洞、尺寸以及預埋構件等信息，把這些信息導入BIM 模型，并有效對比成品以及設計信息，進而查找具有誤差的構件，通過這種方式可以提高產品質量。

4.4 構件安裝階段質量管理

4.4.1 發揮BIM 模擬作用

在實施混凝土構件連接和吊裝的過程中，容易引發構件開裂、碰撞脫落、安全事故以及接縫較大等現象。因此，采用BIM 技術的可視化來模擬吊裝、連接以及錨固等過程，可以通過這種方式查看構件在連接時相互之間的關系，對潛在的風險進行預判，并針對性制定安裝施工方案。

4.4.2 應用BIM 可視化施工方案交底

在現場施工方案交底的過程中，可充分借助BIM 可視化特征，有效分析吊裝以及連接過程中需要注意的事項，通過這種方式來強化質量管理，能夠滿足作業人員對各環節的作業精準度需求，促進現場構件精確安裝的需要。

4.4.3 物聯網技術應用

在現場管理環節中，各方人員可以借助BIM 平臺獲取構件信息，還可以借助自身的管理權限和物聯網平臺，有效將指令發布到BIM 平臺，能夠提高質量管理水平。比如，現場監理發現施工存在質量問題時，可以借助設備掃描的方式來獲取RFID 芯片信息，有效使用物聯網上傳構件的圖像資料，同時需要將質量問題以及需要采用的處理要求上傳至BIM 平臺中，待施工單位讀取相關信息后及時采取措施進行整改，并將整改結果和處理結果上傳至平臺中。通過采用這種BIM 平臺和物聯網技術能夠及時解決質量問題，有效簡化處理流程，滿足預制構件提高質量的需求。

4.5 構件運維階段質量管理

建筑運營維護單位主要以物管或者建筑單位為主，這些單位可以借助BIM平臺有效獲取資料，進而針對性制定維護計劃并將其上傳到平臺中。結合制定的計劃定期開展維護管理工作，尤其是對管線和設備的高效維護，同時需要有效更新建筑的信息狀態，以此為安全使用裝配式建筑提供保障。

5 結語

在裝配式建筑施工質量管理中，本文主要采用三維可視化、BIM 技術以及信息收集動態化等方式進行研究，搭建BIM 信息共享平臺，有效地將精細化管理措施應用到質量管理中，進而在立項、設計以及施工等環節中有針對性地實施質量管理措施，提高裝配式建筑施工質量的同時，可為此類建筑的建設提供研究思路。