基于BIM技术的装配式建筑工程质量管理研究

0 引 言

近年来，在国家及各省市大力推进建筑工业化及数字化发展的背景下，BIM技术和装配式技术均得到了快速发展，国内相关研究也相继出现，特别是建筑工程比较重视的质量方面。其中，苏杨月[1]详细分析了装配式建筑在各个阶段存在的质量问题；曹江红等[2]根据装配式建筑施工各阶段的质量要求，提出了基于BIM技术的质量控制流程和管理措施；戴文莹[3]探讨了BIM技术与装配式建筑的结合逻辑，并提出了基于BIM技术标准化设计体系与具体设计方法；曹新颖[4]等结合BIM技术和RFID技术的核心价值，设计了将BIM-RFID技术应用于构件生产的质量管理工作流程分析模型，以实现构件生产过程中信息沟通交流的精确性和构件追踪管理的高效性；渠立朋[5]以新型城镇化、建筑工业化和BIM技术的推动的大环境为切入点，详细研究了BIM技术在装配式建筑设计和施工管理中的应用内容及价值。目前对预制构件的全产业链的质量管理研究还较少且不全面，本文基于上述背景，在梳理目前装配式建筑主要存在质量问题的基础上，结合BIM技术优势探索了装配式技术与BIM技术融合创新应用方案，并搭建了基于BIM技术和物联网技术的质量控制架构，以解决装配式建筑质量问题，为装配式建筑的质量管理提供技术支撑。

1 国内装配式建筑质量问题

目前，国内装配式建筑质量问题主要体现在两个方面：构件质量问题和施工质量问题。

1.1 构件质量问题

（1）设计、生产环节造成的质量问题。目前国内有关装配式构件在设计、生产等环节的质量研究仍处于探索阶段，具有较大影响力的关于预制构件设计、生产以及质量检测的技术标准或实施细则并未发布。在设计时，各专业的协同配合不到位，可能会导致构件设计尺寸、点位、钢筋及线管等设计不合理。同时，设计人员与生产人员缺乏有效的沟通及相互交底，往往会导致构件出现设计及拆分不合理、成品与设计存在较大偏差、成品与需求不一致、相邻构件安装不精准、构件拼装时造成缝隙过大或折断等问题，不但会造成构件返厂或报废处理，导致建设成本及工期增加，还会在很大程度上引起质量与安全问题。

（2）运输及现场堆放造成的质量问题。预制构件具有数量庞大、规格多、厚薄不一等特点，由构件生产厂商集中生产后运往各个工程建设现场，运输路程较远及环境复杂。在构件运输过程中，构件摆放固定不规范、构件之间相互碰撞等，极易出现构件变形、断裂或一些部位脱落等问题，均会对构件本身的性能及工程质量造成一定的影响。同时，预制构件具有强度不一、规格多样、易损坏等特点，面对复杂的工程现场环境，缺乏相应的技术人员及管理人员，会出现许多构件堆放不规范的情况，导致现场保护不到位、外露钢筋弯折及位移、构件锈蚀等问题，不但影响了构件本身的质量，还将对后续的安装及工程整体质量造成一定的影响。

1.2 施工质量问题

在施工过程中，装配式建筑质量问题主要体现在构件的安装质量问题上。

预制构件主要包括水平构件和竖向构件，其构件吊放位置的准确性是构件安装准确性的关键，而混凝土预制构件本身又具有结构复杂、形状独特等特点，使得装配式建筑混凝土预制构件的吊装施工难度增大。其中，水平构件的安装质量受支模和构件本身吊装质量的影响，支模的质量与位置、尺寸的准确性直接关系着构件安装位置的准确性；竖向构件的安装质量受垫块、支撑及构件本身吊装质量的影响，垫块位置及尺寸的准确性关系着构件安装位置的准确性，支撑的质量关系着构件的垂直度。上述支模、垫块、支撑及吊装的问题往往会导致构件与相邻构件及钢筋不能较好衔接，特别是竖向构件，对于钢筋的精准定位要求较高，但是施工现场庞大的钢筋数量大大增加了安装难度，为预制构件安装的质量问题埋下了较大的隐患。

同时，在预制构件与相邻现浇或预制构件衔接的过程中，由于工程实践及操作人员技术水平的关系，其注浆料用量、混凝土密实度及坐浆厚度在施工中难以把控，往往导致浆层与构件衔接不到位、后浇段的坐浆料溢出或不足。这些都将会对衔接质量造成不同程度的影响。

2 基于BIM的装配式建筑质量管理

综合国内外研究现状及上述问题分析，提出了基于BIM的装配式建筑质量控制框架，梳理了预制构件在设计、生产和安装阶段的质量管理方案，并总结了给工程带来的成果价值。

2.1 质量控制架构

根据装配式建筑的施工特点与质量需求，结合BIM技术特点和物联网技术，建立装配式建筑质量管理架构。此装配式建筑施工质量管理架构是从装配式构件的设计阶段、生产运输阶段和进场安装阶段指导装配式构件的质量管理过程的。在装配式建筑构件数量较多且外观相似、不好区分的状况下，为保证装配式构件全产业链的质量，同时也为实现装配式构件在后期施工过程中质量可追溯，其质量控制架构如图1所示。

图 1 质量控制架构

2.2 设计阶段

预制构件的精细化设计是预制构件的灵魂，也是预制构件生产的前提条件，加强对预制构件设计阶段的控制，提前进行质量控制工作，以减少后期装配部件生产和装配过程中的变化，从而保证装配过程中装配的准确性和质量，是装配式质量控制的有效手段。

此阶段的工作主要集中在设计单位或预制构件专业分包单位，其质量管理内容主要是确保装配式构件的正确性与可生产性，让生产方获得准确、详细的图纸，以有效减少和防止装配式构件生产过程中可能出现的钢筋布置、预埋件放置及开槽等问题，确保预制构件的尺寸、规格、点位、钢筋、预留预埋、线管布置、开槽及吊点等信息准确。

随着BIM技术及协同技术的发展，融合应用BIM技术及协同管理平台，在一定程度上能够对装配式构件设计质量进行精细化管控。预制构件模型能完全模拟实际环境中的预制构件，模型的搭建有助于提高预制构件的设计精度和质量。由于预制构件与其他专业关联性较大，各专业设计人员通过BIM协同平台进行设计沟通与协调，同时进行各专业及预制构件模型的搭建工作。预制构件模型清晰地展示了预制构件的尺寸、规格、点位、钢筋、预留预埋、线管布置、开槽及吊点等信息，并与其他专业模型反复进行合模、碰撞检测复核，进而对预制构件模型进行修改完善，保证预制构件的准确性，能够与其他专业无缝衔接；待预制构件模型稳定后，由模型直接导出准确且详细的预制构件图纸。

2.3 生产运输阶段

通过BIM协同管理平台，预制构件生产厂商从平台上直接获取预制构件设计模型及图纸，模型及图纸相结合，在三维显示下的装配式构件有较高可视化程度，帮助生产工人更精确地获取装配式构件生产信息，包括预制构件的尺寸、混凝土规格、点位、钢筋、预留预埋、线管布置、开槽及吊点等信息，并能够自动、快捷生成工厂加工图，避免数据传输过程中出现数据丢失与遗漏等问题，保证了装配式构件的生产质量。

装配式构件的尺寸、预埋件的精度是由模具设计的精度决定的。生产厂商可根据装配式构件模型进行模具的三维可视化设计与模拟，提高预制构件模具制作的质量与精细度。同理，对预制构件的拆卸和装配顺序进行仿真模拟，最大限度地保证模具拆卸和装配的合理性，以满足实际施工的需要。

在预制构件生产、养护过程中，对生产工人进行可视化交底，驻场监理进行隐蔽验收，对有问题的地方进行拍照并上传至协同管理平台，利用问题管理模块对问题进行及时、有效地闭环管理，提高预制构件生产效率及质量。同时，将装配式构件的结构性能检查相关测试结果上传至BIM平台，以便管理人员日后对质量检验信息进行查询。

生产完毕及成品检验合格后，结合运输路程及运输环境对预制构件进行装车模拟，确保预制构件装车的准确性及合理性，进而保证运输过程中预制构件的质量完好。

2.4 进场安装阶段

装配式构件施工过程中质量信息的实时存储和质量问题的迅速解决需要维持RFID与BIM平台之间的数据交互。现场装配施工阶段的质量控制主要是对装配式构件的质量进行验收，对装配过程进行监控。

（1）进场质量验收。装配式构件经运输到达现场时质量验收合格后方可进入现场，通过扫码枪扫描预制构件内预埋的RFID标签，可快速、准确读取预制构件相关规格数据，经对预制构件实际的验收数据（外观、强度、合格证明等）、读取的数据、BIM平台中存储的验收质量标准三方数据对比来确定预制预制构件是否合格，既降低了验收人员主观意识及验收技术水平因素带来的风险，又提高了验收效率及质量。

（2）现场堆放。利用预制构件模型及现场施工现状模型，对预制构件堆放进行布置与模拟，以保证预制构件堆放的合理性，保证预制构件原有的质量。

（3）施工方案模拟。在现场安装前，对预制构件装配进行可视化模拟，并对方案的可行性进行验证及优化。通过施工方案模拟可对模型进行关键质量管控点设置，生成关键质量管控点清单，为现场装配施工提供指导，确保装配施工质量。同时，通过RFID及协同管理平台的使用，使各管理人员及时了解预制构件的装配情况及状态，对装配过程中的质量问题进行及时、有效的沟通与解决。

（4）可视化技术交底。运用施工方案模拟对施工人员特别是对操作不熟练的工人进行可视化交底，能够高效地了解及掌握施工流程及质量控制要点，有效避免了技术交底方式中信息交流不畅通等问题。

（5）吊装工序控制。在装配的过程中，通过预制构件塔机臂智能吊钩系统对预制构件的吊装工序进行全过程管控，实现构件快速吊装和姿态调整，及吊运过程中预制构件平衡状态的自动调整，减少了构件在起吊前需人工调整的工艺步骤，避免了吊装过程中构件失稳的安全问题，提升了预制构件吊装质量与效率。

3 结 语

为了解决装配式建筑预制构件全产业链的质量问题，本文梳理了装配式建筑主要存在的质量问题，并结合BIM技术、物联网技术的优势，提出了基于BIM技术的装配式建筑预制构件全产业链质量控制架构，并详细阐述了设计阶段、生产运输阶段、进场安装阶段的基于BIM的质量管理方案，为装配式建筑质量管理提供了实施路径，促进装配式建筑的高效快速发展。

参考文献：

[1]苏杨月. 装配式建筑建造过程质量问题及改进机制研究[D]. 济南：山东建筑大学，2017.

[2]曹江红，纪凡荣，解本政，等. 基于BIM的装配式建筑质量管理

[J]. 土木工程与管理学报，2017（3）：108-113.

[3]戴文莹. 基于BIM技术的装配式建筑研究[D]. 武汉：武汉大学，2017.

[4]曹新颖，鲁晓书，王珏，等. 基于BIM-RFID的装配式建筑构件生产质量管理[J]. 土木工程与管理学报，2018（4）：102-106，111.

[5]渠立朋. BIM技术在装配式建筑设计及施工管理中的应用探索[D]. 徐州：中国矿业大学，2019.