裝配式建筑智能化質量管理綜述研究

金峙

南京市建筑工程質量安全監督站 江蘇 南京 210001

1 引言

建筑工業化是我國建筑業實現傳統產業升級的重要戰略方向。在我國推動新型建筑工業化的號召下，裝配式建筑成為建筑業實現現代化轉型升級的新方向，成為推廣建筑工業化的重要手段。裝配式生產建造技術作為實現建筑工業化的主要措施，其質量問題至關重要。但與傳統建筑相比，裝配式建筑管理區域的擴大和其固有的安裝連接問題如裝配式建筑因頻繁出現的構件安裝傾斜或變形、灌漿不密實等質量問題，導致裝配式建筑質量問題形勢嚴峻而阻礙裝配式建筑的進一步擴大發展。

因此，如何對裝配式建筑進行有效的質量管理，提升裝配式建筑質量，成為發展裝配式建筑的重點和難點。從全壽命周期的角度來看，裝配式建筑質量管理分為設計階段、施工階段和運維階段等。本研究基于此背景，確定裝配式建筑智能化質量管理的基本概念和目標，界定裝配式建筑智能化質量管理的內涵和研究范圍，總結未來裝配式建筑智能化質量管理的研究趨勢。

2 裝配式建筑智能化質量管理概述

目前應用較廣泛的基礎質量管理理論為全面質量管理理論（TQM，Total quality management）。全面質量管理理論是指以產品質量為核心，建立一套科學、嚴謹、高效的質量體系，以提供滿足用戶需求的產品或服務。全面質量管理 (TQM)是一種以質量為中心的管理方法，以所有成員的參與為基礎，旨在通過客戶滿意度和組織及社會所有成員的利益來實現成功。在TQM中，質量的概念于所有管理目標的實現有關。

在裝配式建筑領域中TQM應用較廣泛的方法有因果分析圖法和PDCA循環（Plan，Do，Check，Act）。因果分析圖法是指根據裝配式建筑的施工和安裝過程，從投入、過程和產品產出的角度來分析影響質量目標的各種因素，從而進行質量管理和控制。PDCA循環是指將質量管理分為四個階段，即Plan（計劃）、Do（執行）、Check（檢查）和Act（處理）。在質量管理活動中，要求把各項工作按照做出計劃、計劃實施、檢查實施效果，然后將成功的納入標準，不成功的留待下一循環去解決。

裝配式建筑質量管理目標通常分為三類：建筑實體質量、施工過程質量和管理系統質量。建筑物理實體質量一般是指建筑主體結構的安全、穩定，代表建筑具有良好的安全性能和配套設施齊全。施工生產過程質量是指施工過程中能保證人身安全、施工快速、節能環保、對周圍環境影響小。管理系統質量是指建筑全生命周期的質量管理服務體系，通過提前采取措施，有效解決或避免各階段的質量問題。與現場建筑施工不同，裝配式建筑的質量管理主要有兩部分：工廠預制和現場安裝。因此，除了考慮裝配式施工的物理質量外，過程質量和管理質量也應納入裝配式建筑智能化質量管理范圍。

目前，裝配式建筑質量管理依據時間順序通常分為：質量識別、分析和控制三階段。識別和分析是指在進行質量管理過程中，對質量影響因素、質量缺陷原因機理等進行識別和分析，質量控制是指在質量識別和分析的基礎上，對質量因素、缺陷產生原因制定對策以提升質量的過程。在不同階段進行質量管理其難度和效果不盡相同。智能化質量管理與傳統的質量管理其質量目標以及質量管理的時間概念是相同的，其區別在于智能化質量管理更多的研究集中于信息化技術手段對現場質量的管理影響。不同管理階段其智能化應用程度、管理難度、質量目標都會有不同，且目前對于智能化質量管理綜述的研究較少，因此，本研究旨在通過對智能化質量管理的綜述研究確定質量管理的具體過程重點和研究熱點。

3 智能化質量管理研究方法分析

3.1 BIM技術等信息化技術的深度應用

在裝配式建筑智能化質量管理中，BIM技術的應用出現頻率較高，因此本節就BIM技術在智能化質量管理中的應用進行綜述分析。

在智能化質量識別方面，BIM在質量影響因素識別和系統評價構建上，發揮重要作用并有著深入研究應用。李柄靜將施工質量相關信息進行標準化處理并納入BIM之中，之后通過Autodesk Revit軟件建立可視化評價平臺，并在模型中映射評價信息，以裝配式建筑工程項目為研究對象建立施工質量評價模型，從結構性能等四方面篩選16個評價指標因素。在實驗驗證精度合格的基礎上，利用MySQL Workbench構建施工質量評價數據庫并進一步建立數據管理系統，為后續的智能化質量識別分析評價提供了依據[1]。劉杏紅基于TQM的“PDCA循環”理念，結合BIM技術，從裝配式建筑質量管理的影響因素出發，從預制構件的角度出發，綜合考慮設計到施工階段，最終建立裝配式建筑質量管理體系框架[2]。其研究與實踐表明，基于信息技術如BIM等技術可以對裝配式建筑智能化質量管理識別和評價研究提供有效的幫助。

在其他信息技術應用裝配式建筑智能化質量管理方面，張敏將BP神經網絡技術和裝配式建筑的施工質量相結合，提出了新的評價方法。研究表面經過調整后的BP神經網絡可實現裝配式建筑施工質量的準確評價，這一研究提高了裝配式建筑的綜合質量管理和評價效果[3]。吳水根、柏建韋依據傳統建筑的施工質量管理，結合裝配式建筑結構和生產工藝特點，根據質量管理的內容，從預制構件的角度出發，將其質量評價指標按施工順序進行分步，確立評價模型和各指標權重[4]。此模糊綜合評價法分析并建立裝配式建筑施工質量管理評價指標體系，但并未通過實際案例去驗證分析其實用性和可行性，稍顯不足。齊寶庫、王明振等人對比傳統建筑與裝配式建筑的不同特點，分析了裝配式建筑建造的影響因素，并采用熵權法與專家打分法相結合的方式來評價工程項目[5]。

上述研究表明國內對裝配式建筑智能化質量識別評價的研究時間較短，對裝配式建筑工程項目質量評價體系的構建研究不多。但在裝配式建筑質量評價中，引入先進技術如BIM、機器學習等，具有良好的改進效果，并在自動化、智能化和精度方面提升效果明顯，且隨著新技術的應用越來越成熟，將BIM等可視化技術、機器學習等新技術應用于裝配式建筑工程項目中，將是未來發展的趨勢之一。綜上，BIM技術在裝配式建筑質量管理的應用主要集中在：全壽命周期階段中的施工階段。通常與人工智能（無人機、機器人）、機器學習和供應鏈等技術結合進行研究。逐漸向可持續化、能源效率等綠色低碳的主題進行結合的趨勢。

3.2 可視化手段在智能化質量管理的應用

與傳統的質量管理區別較明顯的特點是裝配式建筑智能化質量管理因為信息技術等智能化手段的進步，許多質量管理方式能通過可視化手段實現更為便捷、有效的質量管理。其中較為突出的為質量缺陷識別和機理研究。

在裝配式建筑質量管控中，質量管控的工作重點和重心一般在影響裝配式建筑質量的主要階段。如施工安裝階段的漿套筒的連接。裝配式建筑智能化質量管理的可視化手段在灌漿套筒連接的安裝質量檢測方式的應用有：趙雪磊通過X射線對豎向構件的連接節點進行檢測，并對常見的施工安裝質量缺陷問題如套筒灌漿密實飽滿程度、鋼筋錨固長度問題等進行分析，實現裝配式建筑安裝連接質量的無損智能化質量檢測[6]。此研究除了描述X射線的安裝質量檢測應用，還明確了智能化質量管理核心為標準流程和施工工人質量。高潤東等研發了采用事先埋好的鋼絲進行飽滿度檢測，即通過預埋鋼絲進行拉拔檢測拉拔荷載值判斷飽滿程度。該方法可用于裝配式建筑的連接部分的現場檢測和質量控制，且可與其他可視化手段結合提高檢測精度[7]。

在裝配式建筑整體智能化質量管理方面，如建筑全范圍的裂縫檢測、質量相關參數檢查方面，諸多學者結合攝影技術等進行了較多深入研究。Fei Dai等人采用攝影測量技術對香港理工大學的一些裝配式建筑設施進行測量，通過分析了79組幾何測量數據（長度、寬度和高度）與傳統測量手段檢測的數據偏差，對比不同的檢測手段精度，實驗結果表面攝影測量技術的檢測誤差遠小于實用精度；A.Murtiyoso等人介紹了無人機傾斜攝影測量技術在裝配式建筑物檢測和災害評估中的具體應用，通過攝影測量技術測量建筑的高度和距離，并通過三維建模手段對建筑結構實現數據化和三維建筑表面重構，通過這些測量技術和三維重構技術，對實際建筑的幾何精度進行對比分析，確定可視化手段如無人機傾斜攝影的精度可用于專業人員的高精度檢測和測量。趙紅強等人對相機EOS 450D 進行檢校后，通過近景攝影測量技術，結合多基線測量對裝配式建筑進行三維建模，并結合高精度全站儀的測量和三維建模進性精度對比。該研究驗證近景攝影測量在裝配式建筑工程智能化質量管理監測中有較好的應用前景。綜上研究，學者驗證了無人機傾斜攝影測量在包括三維重構、幾何信息等方面的精度能夠滿足測量要求，并且相較于全站儀具有外業工作量小、效率高的優勢，該方法在裝配式建筑外形質量安裝檢測、施工實時監測等智能化質量管理具有良好的應用前景。

3.3 目標檢測等深度學習手段

在裝配式建筑智能化質量管理中，目標檢測等深度學習技術的應用，帶給智能化質量管理較廣前景。

楊娜等通過無人機技術與計算機視覺技術設計一套適用拼接式木結構裂縫監測系統，提出一種基于SIFT+RANSAC的方法提高裂縫圖像檢測精度，實現目標檢測等深度學習手段結合視覺技術準確識別構件和裂縫尺寸。為提升在裝配式建筑中無人機的穩定性和距離問題產生的模糊圖像上連接點和裂縫的識別問題。Fan等設計一種基于多尺寸卷積神經網絡，可用于評估圖像中人的位置與距離，提升該網絡在局部和整體信息識別的能力上進行測試，該方法可用于評估現場構件安裝過程中連接部位的間隙距離等。溫作林等人基于圖像處理技術針對裝配式建筑的預制構件和安裝連接部分的混凝土結構裂縫識別方法易受外部環境干擾導致識別效果不佳的問題，提出一種基于卷積神經網絡的裂縫識別方法。通過與卷積神經網絡模型測量結果以及真實的混凝土裂縫圖像的識別驗證，結果表明研究中建立的CrackNet模型具有高效性和強魯棒性。周穎等人采用計算機視覺技術、使用消費級照相機對裂縫圖片進處理，識別裂縫區域和測量裂縫寬度。對提取出的裂縫區域，統計裂縫發展方向，計算其對應的裂縫長度及寬度，并在室內測試了裂縫寬度測量的誤差。

通過對計算機視覺和深度學習的有機深入結合，促使在裝配式建筑裂縫等建筑缺陷檢測方面的智能化質量管理愈發深入，考慮到這方面研究屬于近幾年興起，且有較多研究點，其研究前景和應用前景都較為廣闊。

4 總結與展望

基于上述文獻和綜述分析，本研究總結裝配式建筑智能化質量管理的研究熱點和未來趨勢有以下四點。

（1）BIM等信息技術、機器學習等智能方法的深入應用

目前在裝配式建筑智能化質量管理中主要的研究內容有套筒灌漿檢測、可視化監管、系統仿真模擬、質量缺陷目標檢測、自動化檢測等，未來對于整體的質量問題檢測，全自動無人化可視化質量監管將會成為未來的研究趨勢和方向。

BIM技術的進一步深入，除了繼續支持研究數字孿生外，還可與目標檢測、計算機視覺等技術相結合，在智能審圖、智能語義識別方面進行更加深入的探索和研究。

（2）裝配式建筑質量管理的內容擴充如精益建造等

隨著智慧建造、雙碳、精益建造等理念的提出，裝配式建筑智能化質量管理的內容賦予了更加豐富的意義，其中過程質量管理的視角和內容發生了更多變化，其中研究開始納入能源消耗、碳排放等綠色環保因素，智能化質量管理的研究也將囊括更多階段，進行更多環境等因素的考慮和研究。

（3）質量管理流程的改進、模塊化、工廠化的流程促使質量管理革新

裝配式建筑智能化質量管理中，諸多學者從預制構件的視角去進行質量監控，如供應鏈管理、多方質量協同管理、物聯網技術應用等。未來物聯網技術和信息技術的協同深入發展，將促進供應鏈管理等多方的協同智能化質量管理。

（4）質量管理指標體系的更新：與技術手段融合、與工藝流程與時俱進、與內涵相適應補充

隨著裝配式建筑智能化質量管理內容的豐富，技術體系的革新等，在囊括諸多環境類因素之后，相關的建造管理標準、評價體系、績效體系等都有著較為廣闊的研究前景。