發布時間：2022-05-10所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要]裝配式建筑通過高度的工業化模塊營造方式改變了傳統現場人工營造技術的弊病，使建筑產品和本行業向低碳、節能、綠色、高效、穩定的方向發展，但同樣在各環節中存在且易發多種質量安全問題。為了有效改善裝配式建筑監理質量控制水平，應用建筑信息模型( BIM) 技術
[摘要]裝配式建筑通過高度的工業化模塊營造方式改變了傳統現場人工營造技術的弊病，使建筑產品和本行業向低碳、節能、綠色、高效、穩定的方向發展，但同樣在各環節中存在且易發多種質量安全問題。為了有效改善裝配式建筑監理質量控制水平，應用建筑信息模型( BIM) 技術，依托于實際項目的監理工作，開發了一套基于 BIM 技術的裝配式建筑監理質量安全控制系統，包含數據管理、流程控制、現場質量控制、文檔管理等功能模塊。研究和實踐表明，BIM 技術可為裝配式建筑監理質量控制提供有效的技術支持。
[關鍵詞]BIM; 質量控制; 裝配式建筑; 功能模塊; 二次開發
0 引言
進入 21 世紀，社會工業化、機械化、信息化水平的大幅度提升，為工業化建筑的發展奠定了技術支持，其中，裝配式建筑的建造方式正是在建筑工業化生產方式的指導思想上發展而來，通過高度的工業化模塊營造方式改變了傳統現場人工營造技術的弊病( 如環境污染大、資源消耗大、生產效能低、產品質量隨機性大等) ，使建筑產品和本行業向低碳、節能、綠色、高效、穩定的方向發展。
目前，國內的裝配式建筑尚處于快速發展階段，《上海市綠色建筑發展三年行動計劃( 2014—2016) 》更進一步明確，今年各區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 年外環以內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展階段，工程建設中質量和安全問題比較突出，如梁、柱、板等連接節點質量，保溫節能質量等; 同時，裝配構件的現場安裝、臨時防護等安全問題依然突出。
本文針對裝配式建筑監理質量控制中的關鍵因素，研究 BIM 技術在裝配式建筑工程中的應用。采用對 REVIT 進行二次開發，開發了基于 BIM 技術的裝配式建筑監理質量控制系統。該系統可作為一個完整的管理平臺，為面向裝配式建筑工程監理質量控制全過程。為裝配式建筑工程監理質量管理人員( 包含駐場與現場施工) 提供了更為豐富有效的技術方法和管理手段。
1 BIM 技術在裝配式建筑中應用現狀
預制裝配式混凝土結構( prefabricated concrete) 工藝是以預制混凝土構件為主要構件，經裝配、連接，結合部分現澆而形成的混凝土結構。是按照統一、標準的建筑部品規格制作房屋單元或構件，然后運至工地現場裝配就位而生產的住宅。PC 致力于發展標準化的功能塊、設計上統一模數，這樣易于統一又富于變化，方便了生產和施工，也給設計更大的自由。已經廣泛應用于工業與民用建筑、橋梁道路、水工建筑、大型容器等工程領域，發揮著不可替代的作用。
BIM 技術起源于 1974 年，它是考慮建筑屬性的基礎上，利用信息技術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，以滿足各專業和各功能提取信息的需要。
從預制裝配式混凝土結構特性而言( 模塊化、工廠化、信息化、裝配化等) ，BIM 技術在其中有著得天獨厚的優勢。以 BIM 技術為依托，建立交互式的預制裝配式住宅虛擬設計平臺。在施工前對構件進行虛擬三維檢討，以期在施工前發現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實技術中。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，在構件制造、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 對 安 全 問 題 其 進 行 管 理 研 究，以 BIM 和RFID 技術為基礎，構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、施工過程安全監控和預警模型、應急模型，以 C + + 為基礎語言開發基于 BIM 和 RFID 技術的建設項目安全管理系統原型[5]。
齊寶庫將 BIM 技術引入到裝配式建筑全生命周期中，具體闡述了 BIM 技術在裝配式建筑全生命周期管理中貫穿設計、生產、建造以及運營維護環節的應用，并結合具體案例進行分析，結果表明，BIM 技術在裝配式建筑全生命周期管理中擁有巨大的應用前景[6]。
2 裝配式建筑各環節易發質量安全問題
通過對上海地區大量典型的裝配式建筑項目的實地調研、資料收集、統計分析等方式，研究了裝配式建筑的結構體系、生產安裝實施過程和特點，包括構件連接的節點處理工藝、防水和構件留洞及預埋的節點處理、構件工藝定型化等，進一步研究裝配式建筑的質量安全控制內容和控制方法。
2. 1 設計環節存在的主要問題
不同的項目，其設計圖紙表達深度有較大差別，雖然基本都能滿足構件生產和現場安裝要求，但設計流程管理不到位，而且設計交底現場未留設計及 PC 深化設計的設計交底書面材料，僅憑一次交底，現場施工人員對于設計意圖和要求領會不完全，現場存在憑經驗施工的問題，存在一定的安全風險。
另外對于預制構件安裝過程的機具、支撐系統等涉及安全的內容，設計與施工總包應緊密結合。由 PC 深化設計完成的構件( 主要指水平構件，如梁、樓板等) 堆放及臨時支撐設計建議由施工總承包確認，并納入設計交底材料; 由總承包單位負責制定的構件堆放和臨時支撐方案建議由設計進行確認。
2. 2 施工現場質量環節存在的主要問題
2. 2. 1 預制構件外觀質量參差不齊
預制構件目前多以產品的形式，由施工總承包企業采購，現場主要進行外觀尺寸和外觀質量的檢查發現普遍存在外觀質量問題，如現澆結構外觀質量不佳，造成預制構件與現澆結構之間的尺寸控制不好，兩者間隙較大，影響防水施工及節點處理。
對于構件本身隱蔽工程等主要由業主委托的駐場監理負責，但質量管控效果甚微。
2. 2. 2 現場管理人員意識問題
不同現場檢查發現，項目管理人員、監理人員以及構件安裝作業人員存在 PC 經驗不足、對于 PC 技術不理解等缺陷，如:
1) 施工現場項目管理人員和監理人員對于現行與 PC 有關的規范、標準不熟悉。
2) 施工現場制定 PC 方案與現場實際及設計圖紙內容不符，缺乏針對性和完整性( 如缺少構件運輸道路、堆場、塔吊能率、支撐形式等內容) ，存在照搬照抄方案等問題。
3) 施工現場管理人員對于 PC 技術掌握程度不夠，現場存在因構件安裝與現澆結構鋼筋綁扎先后順序錯誤導致的工期延誤以及質量問題。
4) 不按圖紙施工、不按方案施工的行為依然存在。
2. 2. 3 質量資料管理不到位
1) 多數項目混凝土構件質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量狀況。隱蔽驗收記錄過于簡單，未明確設計變更情況及實際施工情況。
3) 構件吊裝、定位、固定等措施及構件強度、吊環強度、構件變更位置等變更設計不進行設計審核的現象較為突出。
4) 預制構件的標示不夠清晰、規范，仍有手寫現象。
2. 3 施工現場安全環節存在的主要問題
施工現場安全環節存在的主要問題有:
2. 3. 1 安全交底不到位
多數項目存在交底記錄并未按照分層或分構件進行交底，交底記錄缺失等問題，有的項目交底記錄中內容較多，對于安全部分針對性不強，起不到裝配整體式混凝土結構建筑施工安全指導作用。
2. 3. 2 安全專項方案編制不清楚
施工質量安全專項施工方案中要求對疊合板、疊合梁、預制陽臺板等水平構件采取臨時支撐，大部分采用鋼管頂托的方式，但是在方案中未體現支撐點的具體位置、桿件之間水平固定連接方式以及相應計算，造成施工過程中可能會出現失穩。
2. 3. 3 項目現場安全管理問題突出
PC 構件吊裝沒有采用可靠受力工具，PC 構件本應該三點起吊，但是施工現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整，此種吊裝方式與設計不相符合，因設計師考慮三點同時受力進行設計的，單點的承受能力遠大于設計值。
構件堆場設置上不合理，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，構件堆場區域未進行封閉管理，吊裝過程中出現指揮人員缺失。部分項目出現了吊裝區域交叉作業，吊裝時未隔離吊裝區域安排看護人員，安全隱患嚴重。
現場對鋼絲繩連接采用傳統的編結法，因 PC 板材構件重力比較重，傳統的編結法只能保證大約 70% 鋼絲繩抗拉強度，并且手工操作安全質量得不到保證。吊具與預制剪力墻等高度較高構件連接時，部分現場工人操作時采用木扶梯靠在構件上進行固定，未采用規定的八字爬梯。疊合板吊裝時，深化設計吊點位置未在板上明顯標注，僅靠操作工人經驗確定。這些問題會導致構件吊裝時構件受力不均勻，吊點受力過大造成損壞，出現安全隱患。
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 監理環節存在的主要問題
部分項目的構件進場驗收程序不規范，對構件進場驗收比例不明確，存在構件損壞、質量缺陷等現象。進場報審中缺失質保資料，部分項目的構件合格證填寫不規范或錯誤等，缺失進場驗收記錄。
所有項目編制構件吊裝監理實施細則，但部分未明確裝配式建筑的關鍵工序及重要部位等，未明確相應的檢查、記錄要求等。
部分項目施工方案僅包含現場吊裝及連接內容，無法體現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，資料方面無法體現對裝配式建筑的過程控制。
3 基于 BIM 的裝配式建筑監理質量控制系統
3. 1 二次開發平臺簡介
作為強大的工程軟件，REVIT 在建筑工程領域有著廣泛的適用性，而且其具有很強的開放性能，可以根據用戶需求采用各種方式對其進行開發。裝配是建筑的施工管理是一個高度動態的過程，對進度控制是施工管理中的一大關鍵點。為了實現裝配式建筑施工的管理，現采用對 REVIT 進行二次開發，二次開發平臺具有數據管理，流程控制，現場質量控制，文檔管理等一系列功能。
3. 2 基于 BIM 的數據管理功能
二次開發平臺中的 BIM 模型整合了所有施工過程中用到的數據，包括模型信息，材料信息，位置信息，文件信息等等。建立專用數據庫，通過數據處理可反映到全景模型中進行直觀地展示，將施工過程中產生的數據集中進行管理，實現施工過程中的 BIM 模型的可視化驗收�；� REVIT 的二次開發平臺中文件管理系統的功能包括。
1) 模型管理 基于 BIM 模型的構件管理系統，對于每一個構件提供特定的 ID，同時利用 BIM 模型的特點，將其他信息添加到模型，形成數據庫，完成對于模型數據的管理。模型管理系統支持 REVIT 軟件模型 ( 或通過中轉格式導入其他 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 可視化驗收系統可實現導入模型的可視化，包括模型查看、構件選擇、移動旋轉等基本功能。同時可根據相對坐標在平臺上按需設置任意位置任意數量的監測點。監測點用以輸入及存儲現場實測數據。
相關知識推薦：評監理職稱需要什么業績條件
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理過程中產生的各類表單。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、預埋件預留洞檢查記錄等 13 項內容，每個文件夾中會根據檢查情況生成每次檢查記錄。并且根據檢查對象不同，按照批次、構建、層等單位進行命名。軟件與文檔實時關聯互動，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 施工過程質量控制系統
在裝配式建筑的施工管理中，監理的流程控制是管理中的難點。傳統的管理方法，只是基于文檔和圖紙的管理，無法直觀了解現場的狀況以及構件所處的位置。
根據裝配式建筑的監理工作流程進行設計，主要包括以下幾個流程:
1) 施工前控制錄入相關施工方案、監理規劃、監理細則以及圖紙會審等關鍵工作，并在系統中進行跟蹤審核。
2) 構件駐場驗收系統中能夠錄入相關構件駐場驗收的數量及使用部位，形成材料( 構件) 監督臺賬。
3) 構件進場復驗系統能夠對現場進行構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( 構件) 監督臺賬中確認信息。 4) 檢查與驗收情況能夠將監理現場巡視檢查與驗收的情況反饋到模型中。
現場質量控制過程中，本系統以構件為基本單元，完成整個現場質量的控制并按照時間順序逐步反饋到系統中，模型中已完成質量驗收的模塊、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據動態。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，分別用不同的顏色進行標識，表示構件在當前時間下的狀態。退出此界面項目狀態也會停留在當前時間，方便查看項目在各個時間段的狀態。系統可以隨時查看每個時間點的模型狀態，可以高效的查看檢查不合格的構件信息。
4 結語
1) 完成了對目前國內主要裝配式建筑結構體系的調研及分析，總結了裝配式建筑各環節易發的質量安全問題，并進行了針對性分析。
2) 針對上述易發問題，在各項目工程監理實踐的基礎上，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理質量控制系統的開發，具有數據管理、流程控制、現場控制、文檔管理等 4 大功能，大幅度提高監理項目部工作效率。
3) 后續的研究工作將側重于監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用、不斷地完善、不斷地改進，力求使系統軟件更深入地應用到工程監理工作中去。——論文作者：于 凱
參考文獻:
[1] 紀博雅，戚振強，金占勇. BIM 技術在建筑運營管理中的應用研究———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 技術的建設項目安全管理研究[D].哈爾濱: 哈爾濱工業大學，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.
SCISSCIAHCI
