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摘 要： [摘要]裝配式建筑通過高度的工業(yè)化模塊營造方式改變了傳統(tǒng)現(xiàn)場人工營造技術(shù)的弊病，使建筑產(chǎn)品和本行業(yè)向低碳、節(jié)能、綠色、高效、穩(wěn)定的方向發(fā)展，但同樣在各環(huán)節(jié)中存在且易發(fā)多種質(zhì)量安全問題。為了有效改善裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制水平，應(yīng)用建筑信息模型( BIM) 技術(shù)
[摘要]裝配式建筑通過高度的工業(yè)化模塊營造方式改變了傳統(tǒng)現(xiàn)場人工營造技術(shù)的弊病，使建筑產(chǎn)品和本行業(yè)向低碳、節(jié)能、綠色、高效、穩(wěn)定的方向發(fā)展，但同樣在各環(huán)節(jié)中存在且易發(fā)多種質(zhì)量安全問題。為了有效改善裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制水平，應(yīng)用建筑信息模型( BIM) 技術(shù)，依托于實際項目的監(jiān)理工作，開發(fā)了一套基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量安全控制系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)管理、流程控制、現(xiàn)場質(zhì)量控制、文檔管理等功能模塊。研究和實踐表明，BIM 技術(shù)可為裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制提供有效的技術(shù)支持。
[關(guān)鍵詞]BIM; 質(zhì)量控制; 裝配式建筑; 功能模塊; 二次開發(fā)
0 引言
進入 21 世紀，社會工業(yè)化、機械化、信息化水平的大幅度提升，為工業(yè)化建筑的發(fā)展奠定了技術(shù)支持，其中，裝配式建筑的建造方式正是在建筑工業(yè)化生產(chǎn)方式的指導思想上發(fā)展而來，通過高度的工業(yè)化模塊營造方式改變了傳統(tǒng)現(xiàn)場人工營造技術(shù)的弊病( 如環(huán)境污染大、資源消耗大、生產(chǎn)效能低、產(chǎn)品質(zhì)量隨機性大等) ，使建筑產(chǎn)品和本行業(yè)向低碳、節(jié)能、綠色、高效、穩(wěn)定的方向發(fā)展。
目前，國內(nèi)的裝配式建筑尚處于快速發(fā)展階段，《上海市綠色建筑發(fā)展三年行動計劃( 2014—2016) 》更進一步明確，今年各區(qū)縣在工地面積總量中落實裝配式建筑的建筑面積比例要≥25% ，2016 年外環(huán)以內(nèi)新建民用建筑原則上全部要采用裝配式建筑。但是，目前我國裝配式建筑工程尚處于起步發(fā)展階段，工程建設(shè)中質(zhì)量和安全問題比較突出，如梁、柱、板等連接節(jié)點質(zhì)量，保溫節(jié)能質(zhì)量等; 同時，裝配構(gòu)件的現(xiàn)場安裝、臨時防護等安全問題依然突出。
本文針對裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制中的關(guān)鍵因素，研究 BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用。采用對 REVIT 進行二次開發(fā)，開發(fā)了基于 BIM 技術(shù)的裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可作為一個完整的管理平臺，為面向裝配式建筑工程監(jiān)理質(zhì)量控制全過程。為裝配式建筑工程監(jiān)理質(zhì)量管理人員( 包含駐場與現(xiàn)場施工) 提供了更為豐富有效的技術(shù)方法和管理手段。
1 BIM 技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用現(xiàn)狀
預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)( prefabricated concrete) 工藝是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接，結(jié)合部分現(xiàn)澆而形成的混凝土結(jié)構(gòu)。是按照統(tǒng)一、標準的建筑部品規(guī)格制作房屋單元或構(gòu)件，然后運至工地現(xiàn)場裝配就位而生產(chǎn)的住宅。PC 致力于發(fā)展標準化的功能塊、設(shè)計上統(tǒng)一模數(shù)，這樣易于統(tǒng)一又富于變化，方便了生產(chǎn)和施工，也給設(shè)計更大的自由。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁道路、水工建筑、大型容器等工程領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。
BIM 技術(shù)起源于 1974 年，它是考慮建筑屬性的基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)對圖形進行編輯和元素組成的處理，并指出對建筑的不同屬性進行功能排序的發(fā)展方向[1]。至 20 世紀 90 年代，BIM 正式被命名為 building information model，提出要項目參與者整合各層面、各視角的信息，以滿足各專業(yè)和各功能提取信息的需要。
從預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)特性而言( 模塊化、工廠化、信息化、裝配化等) ，BIM 技術(shù)在其中有著得天獨厚的優(yōu)勢。以 BIM 技術(shù)為依托，建立交互式的預(yù)制裝配式住宅虛擬設(shè)計平臺。在施工前對構(gòu)件進行虛擬三維檢討，以期在施工前發(fā)現(xiàn)存在的各種問題予以解決; 在施工時，具備工期進度管理、成本管理的功能，可將工期控制成本控制整合到虛擬現(xiàn)實技術(shù)中。再輔以安全以及文檔合同的管理，基本能達到一個項目的全生命周期管理。
常春光將 BIM 和 RFID 相結(jié)合，針對裝配式建筑施工管理的特點，建立信息共享平臺架構(gòu)，在構(gòu)件制造、運輸、進場、倉儲、吊裝過程等方面進行了探索，并對 BIM - RFID 系統(tǒng)的推廣提出可行性建議[4]。
針對項目施工管理的安全問題，江帆引入 BIM 和RFID 技術(shù) 對 安 全 問 題 其 進 行 管 理 研 究，以 BIM 和RFID 技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建安全管理模型的框架，研究面向安全維度的建筑信息模型、施工過程安全監(jiān)控和預(yù)警模型、應(yīng)急模型，以 C + + 為基礎(chǔ)語言開發(fā)基于 BIM 和 RFID 技術(shù)的建設(shè)項目安全管理系統(tǒng)原型[5]。
齊寶庫將 BIM 技術(shù)引入到裝配式建筑全生命周期中，具體闡述了 BIM 技術(shù)在裝配式建筑全生命周期管理中貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、建造以及運營維護環(huán)節(jié)的應(yīng)用，并結(jié)合具體案例進行分析，結(jié)果表明，BIM 技術(shù)在裝配式建筑全生命周期管理中擁有巨大的應(yīng)用前景[6]。
2 裝配式建筑各環(huán)節(jié)易發(fā)質(zhì)量安全問題
通過對上海地區(qū)大量典型的裝配式建筑項目的實地調(diào)研、資料收集、統(tǒng)計分析等方式，研究了裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系、生產(chǎn)安裝實施過程和特點，包括構(gòu)件連接的節(jié)點處理工藝、防水和構(gòu)件留洞及預(yù)埋的節(jié)點處理、構(gòu)件工藝定型化等，進一步研究裝配式建筑的質(zhì)量安全控制內(nèi)容和控制方法。
2. 1 設(shè)計環(huán)節(jié)存在的主要問題
不同的項目，其設(shè)計圖紙表達深度有較大差別，雖然基本都能滿足構(gòu)件生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝要求，但設(shè)計流程管理不到位，而且設(shè)計交底現(xiàn)場未留設(shè)計及 PC 深化設(shè)計的設(shè)計交底書面材料，僅憑一次交底，現(xiàn)場施工人員對于設(shè)計意圖和要求領(lǐng)會不完全，現(xiàn)場存在憑經(jīng)驗施工的問題，存在一定的安全風險。
另外對于預(yù)制構(gòu)件安裝過程的機具、支撐系統(tǒng)等涉及安全的內(nèi)容，設(shè)計與施工總包應(yīng)緊密結(jié)合。由 PC 深化設(shè)計完成的構(gòu)件( 主要指水平構(gòu)件，如梁、樓板等) 堆放及臨時支撐設(shè)計建議由施工總承包確認，并納入設(shè)計交底材料; 由總承包單位負責制定的構(gòu)件堆放和臨時支撐方案建議由設(shè)計進行確認。
2. 2 施工現(xiàn)場質(zhì)量環(huán)節(jié)存在的主要問題
2. 2. 1 預(yù)制構(gòu)件外觀質(zhì)量參差不齊
預(yù)制構(gòu)件目前多以產(chǎn)品的形式，由施工總承包企業(yè)采購，現(xiàn)場主要進行外觀尺寸和外觀質(zhì)量的檢查發(fā)現(xiàn)普遍存在外觀質(zhì)量問題，如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量不佳，造成預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)之間的尺寸控制不好，兩者間隙較大，影響防水施工及節(jié)點處理。
對于構(gòu)件本身隱蔽工程等主要由業(yè)主委托的駐場監(jiān)理負責，但質(zhì)量管控效果甚微。
2. 2. 2 現(xiàn)場管理人員意識問題
不同現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，項目管理人員、監(jiān)理人員以及構(gòu)件安裝作業(yè)人員存在 PC 經(jīng)驗不足、對于 PC 技術(shù)不理解等缺陷，如:
1) 施工現(xiàn)場項目管理人員和監(jiān)理人員對于現(xiàn)行與 PC 有關(guān)的規(guī)范、標準不熟悉。
2) 施工現(xiàn)場制定 PC 方案與現(xiàn)場實際及設(shè)計圖紙內(nèi)容不符，缺乏針對性和完整性( 如缺少構(gòu)件運輸?shù)缆贰⒍褕觥⑺跄苈省⒅涡问降葍?nèi)容) ，存在照搬照抄方案等問題。
3) 施工現(xiàn)場管理人員對于 PC 技術(shù)掌握程度不夠，現(xiàn)場存在因構(gòu)件安裝與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎先后順序錯誤導致的工期延誤以及質(zhì)量問題。
4) 不按圖紙施工、不按方案施工的行為依然存在。
2. 2. 3 質(zhì)量資料管理不到位
1) 多數(shù)項目混凝土構(gòu)件質(zhì)量控制和管理存在隱患。部分工程未按要求對混凝土脫模、出廠強度進行驗收，或驗收記錄不全。
2) 工程資料不全，工程資料不能如實地反映工程質(zhì)量狀況。隱蔽驗收記錄過于簡單，未明確設(shè)計變更情況及實際施工情況。
3) 構(gòu)件吊裝、定位、固定等措施及構(gòu)件強度、吊環(huán)強度、構(gòu)件變更位置等變更設(shè)計不進行設(shè)計審核的現(xiàn)象較為突出。
4) 預(yù)制構(gòu)件的標示不夠清晰、規(guī)范，仍有手寫現(xiàn)象。
2. 3 施工現(xiàn)場安全環(huán)節(jié)存在的主要問題
施工現(xiàn)場安全環(huán)節(jié)存在的主要問題有:
2. 3. 1 安全交底不到位
多數(shù)項目存在交底記錄并未按照分層或分構(gòu)件進行交底，交底記錄缺失等問題，有的項目交底記錄中內(nèi)容較多，對于安全部分針對性不強，起不到裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)建筑施工安全指導作用。
2. 3. 2 安全專項方案編制不清楚
施工質(zhì)量安全專項施工方案中要求對疊合板、疊合梁、預(yù)制陽臺板等水平構(gòu)件采取臨時支撐，大部分采用鋼管頂托的方式，但是在方案中未體現(xiàn)支撐點的具體位置、桿件之間水平固定連接方式以及相應(yīng)計算，造成施工過程中可能會出現(xiàn)失穩(wěn)。
2. 3. 3 項目現(xiàn)場安全管理問題突出
PC 構(gòu)件吊裝沒有采用可靠受力工具，PC 構(gòu)件本應(yīng)該三點起吊，但是施工現(xiàn)場往往為了方便采用兩點起吊，并且采用葫蘆進行重心點調(diào)整，此種吊裝方式與設(shè)計不相符合，因設(shè)計師考慮三點同時受力進行設(shè)計的，單點的承受能力遠大于設(shè)計值。
構(gòu)件堆場設(shè)置上不合理，堆場分布散亂，與鋼管、木方等材料混合堆放一起，有的堆場臨近后澆帶，構(gòu)件堆場區(qū)域未進行封閉管理，吊裝過程中出現(xiàn)指揮人員缺失。部分項目出現(xiàn)了吊裝區(qū)域交叉作業(yè)，吊裝時未隔離吊裝區(qū)域安排看護人員，安全隱患嚴重。
現(xiàn)場對鋼絲繩連接采用傳統(tǒng)的編結(jié)法，因 PC 板材構(gòu)件重力比較重，傳統(tǒng)的編結(jié)法只能保證大約 70% 鋼絲繩抗拉強度，并且手工操作安全質(zhì)量得不到保證。吊具與預(yù)制剪力墻等高度較高構(gòu)件連接時，部分現(xiàn)場工人操作時采用木扶梯靠在構(gòu)件上進行固定，未采用規(guī)定的八字爬梯。疊合板吊裝時，深化設(shè)計吊點位置未在板上明顯標注，僅靠操作工人經(jīng)驗確定。這些問題會導致構(gòu)件吊裝時構(gòu)件受力不均勻，吊點受力過大造成損壞，出現(xiàn)安全隱患。
針對鋼絲繩、卸扣等吊具定期更換工作在管理過程中缺少臺帳記錄，無法起到檢查和追述的目的。
2. 4 監(jiān)理環(huán)節(jié)存在的主要問題
部分項目的構(gòu)件進場驗收程序不規(guī)范，對構(gòu)件進場驗收比例不明確，存在構(gòu)件損壞、質(zhì)量缺陷等現(xiàn)象。進場報審中缺失質(zhì)保資料，部分項目的構(gòu)件合格證填寫不規(guī)范或錯誤等，缺失進場驗收記錄。
所有項目編制構(gòu)件吊裝監(jiān)理實施細則，但部分未明確裝配式建筑的關(guān)鍵工序及重要部位等，未明確相應(yīng)的檢查、記錄要求等。
部分項目施工方案僅包含現(xiàn)場吊裝及連接內(nèi)容，無法體現(xiàn)作為總包單位對整個施工的安排，缺乏指導作用。
部分項目未留存裝配式建筑方面的巡視檢查記錄、旁站記錄、實測實量記錄等，資料方面無法體現(xiàn)對裝配式建筑的過程控制。
3 基于 BIM 的裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制系統(tǒng)
3. 1 二次開發(fā)平臺簡介
作為強大的工程軟件，REVIT 在建筑工程領(lǐng)域有著廣泛的適用性，而且其具有很強的開放性能，可以根據(jù)用戶需求采用各種方式對其進行開發(fā)。裝配是建筑的施工管理是一個高度動態(tài)的過程，對進度控制是施工管理中的一大關(guān)鍵點。為了實現(xiàn)裝配式建筑施工的管理，現(xiàn)采用對 REVIT 進行二次開發(fā)，二次開發(fā)平臺具有數(shù)據(jù)管理，流程控制，現(xiàn)場質(zhì)量控制，文檔管理等一系列功能。
3. 2 基于 BIM 的數(shù)據(jù)管理功能
二次開發(fā)平臺中的 BIM 模型整合了所有施工過程中用到的數(shù)據(jù)，包括模型信息，材料信息，位置信息，文件信息等等。建立專用數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)處理可反映到全景模型中進行直觀地展示，將施工過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集中進行管理，實現(xiàn)施工過程中的 BIM 模型的可視化驗收。基于 REVIT 的二次開發(fā)平臺中文件管理系統(tǒng)的功能包括。
1) 模型管理 基于 BIM 模型的構(gòu)件管理系統(tǒng)，對于每一個構(gòu)件提供特定的 ID，同時利用 BIM 模型的特點，將其他信息添加到模型，形成數(shù)據(jù)庫，完成對于模型數(shù)據(jù)的管理。模型管理系統(tǒng)支持 REVIT 軟件模型 ( 或通過中轉(zhuǎn)格式導入其他 BIM 軟件模型) 文件的導入，在導入模型過程中保留模型原有的全部信息，包括坐標信息、分段信息、材料信息等。
2) 模型可視化 可視化驗收系統(tǒng)可實現(xiàn)導入模型的可視化，包括模型查看、構(gòu)件選擇、移動旋轉(zhuǎn)等基本功能。同時可根據(jù)相對坐標在平臺上按需設(shè)置任意位置任意數(shù)量的監(jiān)測點。監(jiān)測點用以輸入及存儲現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)。
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3) 文檔管理 本模塊主要對項目文檔進行管理，主要管理對象為施工監(jiān)理過程中產(chǎn)生的各類表單。表單可以在軟件中自動生成，方便管理。表單根據(jù)驗收順序及項目特征分為臺賬、模具檢測表、鋼筋隱蔽驗收記錄、預(yù)埋件預(yù)留洞檢查記錄等 13 項內(nèi)容，每個文件夾中會根據(jù)檢查情況生成每次檢查記錄。并且根據(jù)檢查對象不同，按照批次、構(gòu)建、層等單位進行命名。軟件與文檔實時關(guān)聯(lián)互動，可以在軟件中直接查看各類文檔，同時文檔還可以進行單獨管理，不依賴于軟件本身。
3. 3 施工過程質(zhì)量控制系統(tǒng)
在裝配式建筑的施工管理中，監(jiān)理的流程控制是管理中的難點。傳統(tǒng)的管理方法，只是基于文檔和圖紙的管理，無法直觀了解現(xiàn)場的狀況以及構(gòu)件所處的位置。
根據(jù)裝配式建筑的監(jiān)理工作流程進行設(shè)計，主要包括以下幾個流程:
1) 施工前控制錄入相關(guān)施工方案、監(jiān)理規(guī)劃、監(jiān)理細則以及圖紙會審等關(guān)鍵工作，并在系統(tǒng)中進行跟蹤審核。
2) 構(gòu)件駐場驗收系統(tǒng)中能夠錄入相關(guān)構(gòu)件駐場驗收的數(shù)量及使用部位，形成材料( 構(gòu)件) 監(jiān)督臺賬。
3) 構(gòu)件進場復驗系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場進行構(gòu)件進場驗收及對方進行錄入，并且能夠反饋到模型中，在模型中以指示燈的形式提示可能使用的部位、以往工序存在的問題，并在材料( 構(gòu)件) 監(jiān)督臺賬中確認信息。 4) 檢查與驗收情況能夠?qū)⒈O(jiān)理現(xiàn)場巡視檢查與驗收的情況反饋到模型中。
現(xiàn)場質(zhì)量控制過程中，本系統(tǒng)以構(gòu)件為基本單元，完成整個現(xiàn)場質(zhì)量的控制并按照時間順序逐步反饋到系統(tǒng)中，模型中已完成質(zhì)量驗收的模塊、未施工的模塊、存在問題待整改的模塊等以不同顏色反應(yīng)在模型中。
3. 4 施工模擬
利用 BIM 模型可以直觀方便的對施工過程進行模擬，方便查看每個時刻的建筑進度和數(shù)據(jù)動態(tài)。施工模擬工具如圖 1 所示，拖動時間軸可以看到項目處于不同時間的狀態(tài)，分別用不同的顏色進行標識，表示構(gòu)件在當前時間下的狀態(tài)。退出此界面項目狀態(tài)也會停留在當前時間，方便查看項目在各個時間段的狀態(tài)。系統(tǒng)可以隨時查看每個時間點的模型狀態(tài)，可以高效的查看檢查不合格的構(gòu)件信息。
4 結(jié)語
1) 完成了對目前國內(nèi)主要裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的調(diào)研及分析，總結(jié)了裝配式建筑各環(huán)節(jié)易發(fā)的質(zhì)量安全問題，并進行了針對性分析。
2) 針對上述易發(fā)問題，在各項目工程監(jiān)理實踐的基礎(chǔ)上，建立裝配式建筑 BIM 信息模型，利用 BIM 模型，完成一套裝配式建筑監(jiān)理質(zhì)量控制系統(tǒng)的開發(fā)，具有數(shù)據(jù)管理、流程控制、現(xiàn)場控制、文檔管理等 4 大功能，大幅度提高監(jiān)理項目部工作效率。
3) 后續(xù)的研究工作將側(cè)重于監(jiān)理工作的可視化與信息化管理，并通過在具體項目工程中的不斷地應(yīng)用、不斷地完善、不斷地改進，力求使系統(tǒng)軟件更深入地應(yīng)用到工程監(jiān)理工作中去。——論文作者：于 凱
參考文獻:
[1] 紀博雅，戚振強，金占勇. BIM 技術(shù)在建筑運營管理中的應(yīng)用研究———以北京奧運會奧運村項目為例[J〗. 北京建筑工程學院學報，2014( 1) : 68-72.
[2] ATULP. HEWAGEKN. Building information modeling-based analysis to minimize waste rate of structural reinforcement[J]. Journal of construction engineering and management，2012( 9) : 943-954.
[3] AUTODESK. Building information modeling[M]. SanRafael. CA， Autodesk，Inc，2013: 1-3.
[4] 常春光，吳飛飛. 基于 BIM 和 RFID 技術(shù)的裝配式建筑施工過程管理[D]. 沈陽建筑大學學報，2015( 2) : 170-174.
[5] 江帆. 基于 BIM 和 RFID 技術(shù)的建設(shè)項目安全管理研究[D].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學，2014.
[6] 齊寶庫，李長福. 基于 BIM 的裝配式建筑全生命周期管理問題研究[D]. 沈陽: 沈陽建筑大學，2104.