基于BIM+物聯網技術的裝配式建筑全過程質量管理研究

蘇展

我國建筑行業的現代化發展促使傳統的現場澆筑施工模式逐漸向著預制構件生產和裝配施工方向轉變。建筑工程施工方式產生根源性的變革，必須要對裝配式建筑工程施工過程中產生的質量問題進行有效控制。本文以BIM+物聯網技術聯合下的裝配式建筑全過程質量管理作為研究內容，簡單分析BIM技術和物聯網技術，針對裝配式建筑在設計和施工階段頻繁暴露出的問題，就BIM+物聯網在構件的設計、生產、運輸以及施工等各個階段的管理工作要點進行了分析。

與傳統的工程構件現場澆筑生產方式相比，裝配式建筑可以由工廠生產工程施工指定的各種預制構件，意味著裝配式建筑在構件的生產質量、施工速度等方面都有著明顯的優勢。裝配式建筑的出現和發展使得建筑行業施工方式從傳統的濕作業逐漸向著干作業方向發展。在施工方法上出現的根源性轉變要求相關企業必須要革新有關建筑構件的設計、生產、運輸等各個環節的關鍵技術，進一步提高施工管理工作水平。在住建部出臺的有關建筑行業信息化發展的相關文件中明確提出，可以將 BIM技術以及物聯網技術引入到裝配式建筑的全生命周期管理工作中，確保參與工程建設的各方能夠對管理工作不斷進行協調，進一步強化裝配式建筑生命周期的質量管理工作水平。在這種背景下，本文通過分析BIM+物聯網技術的裝配式建筑工程全過程質量管理工作要點，為后續裝配式建筑工程的質量管理工作現代化、智能化發展提供參考。

一、BIM技術和物聯網技術概述

1. BIM技術

BIM技術實際上就是現代建筑行業慣用的模型建造技術，需要以現場調查的各項工程項目信息作為出發點，建立三維的建筑工程模型，可以在建筑工程項目施工的整個生命周期中廣泛應用，并且可以將各項建筑工程信息進行集成處理，全面克服傳統現場構件澆筑生產方法的缺陷和弊端。與傳統的施工模式相比，BIM技術可以通過各項工程數據的搜集建立有關工程的三維模型，確保相關人員能夠對建筑工程的全部區域及施工信息進行全方位分析。此外，在我國建筑行業持續高質量發展的過程中，有關建筑結構、機電、內部裝修等各個專業都可以借用BIM技術進行不同施工專業之間的數據有效溝通和交流，確保各個環節的施工工作能夠得到有效協調，在規定的施工周期內保質保量完成工程建設。

2. 物聯網技術

以目前我國物聯網的技術發展來看，物聯網射頻識別技術，也就是人們最為熟悉的RFID技術發展相對較為成熟，這項技術在應用的過程中需要將芯片放置到需要識別的對象內部，利用網絡技術關聯芯片以及識別的具體對象，借此收集、處理與識別對象相關的數據、信息。一般而言，物聯網的射頻識別系統具體可以分為電子標簽、讀寫器、微型天線和信息處理系統四個組成部分。電子標簽是一個包括芯片和耦合元件形成的編碼唯一特征明顯的信號發送器，可以在識別對象的表面和內部區域植入，對各種識別對象的信息進行實時收集、儲存。讀寫器則可以借助網絡技術和芯片進行連接、通信，確保相關的數據信息能夠在讀取之后第一時間傳輸到頂層應用系統中。微型天線一般分布在電子標簽內部，主要是負責將識別對象的信息進行發射。最終的信息處理系統是以各個行業的具體需求作為出發點形成的集成信息管理應用軟件。

考慮到物聯網技術涉及的范圍相對廣闊，通常可以分為感知、網絡和應用三個層次結構，具體組成如圖1所示。感知層主要是負責對各項識別對象的數據和信息進行搜集，一般包括了無線傳感器、攝像機和設備識別技術。網絡層主要是將感知層收集而來的各項數據和信息經過初步處理后傳輸，具體又可以分為WiFi和藍牙兩種技術。應用層則是包括了各個行業建立的適應行業發展的應用系統，一般需要將行業之間的各種數據進行歸并處理，從而形成符合行業的發展需求的個性化技術應用解決方案。

圖1 物聯網體系結構組成

二、裝配式建筑在設計和施工環節出現的問題分析

1. 設計問題

從裝配式建筑構件的生產看來，構件類型的設計以及設計模具的類型都會對生產企業已經形成的構件生產方案產生一定程度的影響。如果構件的類型和模具的類型數量相對較多，一般都會拉低整個構件的生產效率，同時構件原有的流水線生產優勢也會遭到削弱。此外，如果施工方對于鋼筋的控制和預埋件的預留等多方面的情況考慮不夠全面，同樣會對構件的生產質量產生影響，導致后續的裝配式工程構件生產、裝配環節將會出現工期延誤的問題。

如果參與裝配式建筑工程生產以及施工的其他主體并未在設計環節進行深入探討，將會使得構件的尺寸、重量和運輸車輛型號出現不匹配的問題，不僅會明顯拉低裝配式建筑構件的運輸效率，同時運輸車輛的使用率以及裝配式構件裝卸過程中的構件破損率也會受到影響。

如若設計人員在設計工作中尚未綜合考慮滿足裝配施工的各項條件，再加之裝配式施工現場空間有限，且作業難度相對較高，對于裝配式構件的尺寸也存在著一定的要求，起吊設備這類適用機械的承載能力相對有限，如果構件的質量明顯超過了起吊設備的承載能力，吊裝環節必然會出現質量問題。

2. 施工問題

在之前裝配式構件工廠流水線生產中，生產人員通常是以設計圖紙為基礎進行鋼筋下料、鋼筋網的鋪設等環節，在生產工人的專業水平參差不齊的情況下，整個生產質量無法得到有效的管控。在裝配式構件生產中，各種信息都是由現場人員在紙質文件上填寫產品生產的信息，各項信息也都是在事后進行統計。在這種情況下，加工廠的生產和庫存信息都處于一種封閉狀態，參與裝配式建筑工程建設的其他主體無法了解構件的具體生產狀況，導致參與工程建設的各方主體的信息獲取呈現出明顯的滯后性。

此外，負責運輸裝配式建筑構件的主體如果不夠了解構件生產企業和裝配施工企業的具體進度，在運輸計劃制定的過程中，運輸計劃和生產裝備計劃不協調問題的發生概率則會明顯提升。運輸方在選擇運輸車輛和裝配式構件裝卸方案時，因為對裝配式構件的信息了解不夠全面，導致運輸空間的使用以及運輸車輛內部空間的利用率相對較低，一旦參與工程建設的主體工作計劃出現變化，因為缺乏對裝配式構件的追蹤管理，計劃調整的難度會進一步增加。

三、基于BIM+物聯網的裝配式建筑全過程管理對策

1. 構件設計階段的管理

以目前裝配式混凝土建筑工程的施工建設來看，設計階段具體可以分為方案設計、初步設計、施工圖設計和深化設計等多個層面。預制構件的設計質量是整個設計階段的核心因素，并且與傳統的建筑工程設計階段存在著較大的區別。對于裝配式混凝土建筑工程設計階段而言，其質量管理工作需要借助BIM技術建立工程的具體模型，配合建筑、機電、管線等專業工程模型的全方位碰撞檢查，及時修正其中的各種問題。同時，相關單位需要利用BIM技術進行前期的施工圖紙管線碰撞檢查，將管線存在的碰撞問題重點解決，合理的確定預留孔洞在建筑工程中的分布位置及其尺寸。有關裝配式建筑工程的設計階段也是BIM+物聯網信息平臺建立的關鍵階段，是整個裝配式建筑工程全過程質量控制的起始環節，需要在BIM設計圖紙上對于重點構件進行射頻標識RFID標簽的標記，以此為后續施工和管理工作環節奠定基礎。

2. 構件生產階段的管理

目前用于裝配式建筑工程施工的各項預制構件都已經實行了全過程流水線的生產。生產階段實施的質量控制工作主要是需要對預制構件的生產進度進行管理，如果構件的生產精度無法滿足工程建設的要求，后續的吊裝裝配施工質量將會受到直接影響。在預制構件生產階段的質量管理工作需要相關人員以BIM建筑工程模型作為出發點，對于設計圖紙進行深化，確保預制構件的尺寸、孔洞的位置等方面都能夠得到合理管控。簡單而言，相關人員需要利用RFID標簽提取有關預制構件的各項數據，借此建立完善的數據信息庫，對預制構件的生產進度數據進行追溯管控，并且這些數據質量信息也需要在BIM信息平臺中進行共享。此外，管理人員也可以借助BIM技術統一有關構件的生產、加工、裝車運輸和現場吊裝工作計劃，以此避免因為構件尚未完成加工或者是裝車順序失誤對后續的施工進度和質量產生影響。

3. 構件運輸階段的管理

在完成裝配式建筑建設所需的各項預制構件生產工作之后，運輸階段的質量管控主要是需要維護在運輸過程中預制構件的質量指標始終滿足工程建設的要求，預防混凝土構件的裂紋和鋼筋損壞的問題的發生。管理人員可以利用之前在混凝土構件和預留鋼筋中設置的RFID標簽對其運輸質量進行跟蹤管理，以此避免運輸過程中因為管理工作實施不到位帶來的構件質量問題。在貨物出廠之前，需要生產廠家的質量檢驗人員進行全方位檢驗，并且在確認其數據質量之后，由施工現場的相關人員進行進場檢驗，并與數據庫的各項數據綜合進行對比，及時發現并解決存在的構件質量問題。

4. 構件施工階段的管理

BIM+物聯網技術所形成的裝配式建筑全過程質量管理控制工作，在進入施工階段之后，需要從預制構件的進場、吊裝、試安裝等環節實施全面管控工作。預制構件在從生產廠家運輸到施工現場之后，現場管理需要針對預制構件的外觀質量、產品合格證和質量檢驗報告等資料進行全方位的核驗，并利用BIM信息共享平臺和產品出廠前的RFID標簽信息進行比對，發掘在運輸過程中出現的各種構件質量問題。在經過檢驗完全合格之后，可以將其存儲在之前預留的堆放場地。在進行構件吊裝之前，需要相關施工人員嚴格遵循單位制定的吊裝工程施工規范，避免因為吊裝施工操作不規范帶來的構件裂紋或者是碰撞問題。相關人員需要利用BIM技術在正式吊裝之前進行預制構件的試安裝，針對預制構件安裝后的拼裝位置、拼裝節點、結構構造形式等內容進行進一步的審核，避免在吊裝施工過程中出現的構件沖突問題。為了保障吊裝施工過程中相關人員的技術操作符合規范文件的要求，管理人員可以利用BMI可視化技術進行技術交底工作，利用BIM5D技術進行工程的施工模擬，合理控制各種施工的關鍵節點和隱蔽的質量缺陷，事先制定出完善的工程解決方案。在進入構件安裝的混凝土澆筑、灌漿和安裝施工之后，可以利用物聯網傳感器進行實時監控，并且最終的構件施工結果需要以工程的預期結果進行比對，保障各構件的施工質量可以符合既定的要求。

四、總結

總而言之，基于BIM+物聯網技術的裝配式建筑全過程質量管理是后續我國裝配式建筑工程行業發展的主要方向，可以利用BIM技術和物聯網技術實現質量管理工作的全過程、智能化發展?；贐IM技術和互聯網技術的全過程質量管理工作可以覆蓋裝配式建筑工程預制構件的設計、生產、運輸、施工等多個環節，從源頭上保障構件質量貼合工程建設的要求。在今后我國裝配式建筑工程全過程質量管理工作持續發展完善的過程中，各單位都需要建立利用BIM+物聯網技術的信息化管理平臺，并規定各管理人員的具體工作職責，配合施工技術和管理人員培訓工作的不斷強化，確保相關人員能夠合理地掌握BIM和物聯網技術的應用要點，實現各項數據信息的實時收集、監控，及時發現在工程施工建設過程中出現的各種質量問題，提高裝配式建筑工程的施工效率以及質量。