装配式建筑BIM信息化建造系统及质量管理措施

殷吉强

（重庆市武隆区住房和城乡建设委员会，重庆 408500）

0 引言

长期以来，国内建筑领域一般采用粗放管理的传统建筑施工方式。伴随国内建设行业的逐渐发展与施工技术的不断提升，装配式建筑逐渐受到工程技术领域，甚至社会各界的广泛关注[1-3]。与传统建筑施工相比，装配式建筑的作业地点已经从室外建设现场扩展至室内构件厂家。

现今，建设项目体量逐渐变大、结构型式愈加复杂，工程建设全过程质量管理的需求及风险控制也变得愈加重要。由于施工作业范围的扩展，装配式建筑建设全过程质量管理的线性流程不可避免地转变为非线性及并行管理模式，其发展亟需信息化程度和施工技能的提升。合理促进装配式建筑信息化建造系统的实现与革新，解决施工场所不同导致的质量管理模式差异问题，将成为推动装配式建筑行业发展的关键[4]。

由于装配式建筑获得政府及建设部门的积极评价和推广，相关科研院所及大型建筑企业均深入开展了装配式建筑BIM信息化建造及质量管理的研究。吴国芳[5]基于现代信息技术，进行了适用于建筑领域的信息化集成建造系统研发，提出了计算机集成建造系统的相关概念。夏海兵等[6]基于实际工程应用，将BIM技术引入装配式建筑施工全周期，并对信息化模型成果进行了系统剖析。李天华等[7]通过BIM技术的深入探索，将无线射频识别（RFID）技术与装配式建筑现场管理相结合，形成项目全过程管理的有机联合。王要武、曹洋等[8-9]分析了建筑行业智慧建设的发展趋势，提出了基于BIM信息化的智慧施工思路，提升了装配式建筑的安全管理效率和水平。齐宝库等[10]深入分析了装配式结构的拼装质量控制因素，构建了装配式作业质量评价系统与评估方法，并分析了不同评价`因素对质量管理的贡献率。

虽然国内借助BIM新技术开展装配式施工管理已有较多先例，但是基于BIM平台实践装配式建筑建造系统及质量管理的探索仍然不足。在当前技术及研究背景的基础上，有必要开展专门应用于建造流程的计算机集成系统研究，探索将BIM信息化模型的强大优势与装配式建筑现场质量管理相结合的新途径。

1 基于BIM的装配式建筑建造系统

装配式结构是由厂制配件在现场拼装而成，其形成的关键是各主要构件的工业化预制[11]。与传统制造业的集成理念相似，可以把装配式建筑的形成过程概括为设计、加工、运输、拼装、养护等多个要素，对比传统工业的管理与制造流程，形成基于BIM化的集成建造体系，以便提升装配式建筑的信息化建设程度。

1.1 BIM集成管理系统总体框架

BIM集成管理系统应当在充分考虑装配式建筑建设过程的同时，与现场施工的管理结构相适应。此外，还应当具备信息化建设的功能。

考虑装配式建筑的建设过程，将各关键参与部门根据其总体功能，按照设计计算、部件加工、仓储物流、工地拼装四部分进行分类。建筑结构的安全运营是实现其使用功能的基础，因此，施工过程的质量管理是各阶段不可缺少的重要保障。为体现装配式建筑信息化功能，不可缺少以系统技术为核心的支撑环境，如信息传输线路和数据存储体系。BIM集成管理系统的总体框架构成如图1所示。装配式结构功能组成可划分为关键系统和支持系统。

图1 BIM集成管理系统总体框架

在BIM集成管理系统总体框架下，开展装配式结构设计施工过程的整体创新，提出有关BIM集成系统的装配式建筑作业流程，如图2所示。

图2 基于BIM化的装配式建设流程

1.2 关键系统设计

关键系统对应为装配式建筑实施的关键流程，分别是设计计算模块、加工预制模块、运输保障模块和施工管理模块。

（1）设计计算系统

设计计算是装配式建筑建设流程的最初阶段，构件的连接、碰撞设计均以BIM模型搭建为基础。基于多终端设备支持的BIM平台程序，能够实现跨专业实时、协作设计如图3所示，模型信息囊括建筑全生命周期的全部参数，并可通过受力模拟、拼装碰撞等方式对不同专业的设计情况进行校核及优化，形成高效率的一体化协同设计系统。

图3 BIM平台协同设计示意

（2）加工预制系统

拼装部件是装配式结构的组成单元，加工预制系统就是对部件的工厂量化实施前期统筹。加工预制系统根据设计计算系统提出的部件模型进行配套分析，对所需的材料性质、形状及数量列支计划，并进行厂商精细化量产，确保各部位构件不出现生产误差。

（3）运输保障系统

运输保障系统是承接构件厂商与施工现场的关键，对拼装部件及零件的物流及仓储实施监控，确保运输信息的实时查证。在拼装部件出厂前，对所有构件分别置入ID芯片或张贴信息二维码，以便读取信息编码，根据既有计划分类、储运，满足现场施工的合理取用要求，达到构件储运信息化的目标。

（4）施工管理系统

施工管理系统是建设管理的末端系统，对接前期的设计规划，并与运输保障系统连接。施工管理系统通过对构件的拼装施工控制实现过程质量保障，并及时进行现场信息采集及监测分析，最终目的是确保拼装部件的施工质量。

1.3 支持系统设计

支持系统是对关键系统提供支撑服务的辅助模块，具体包括数据存储系统与网络传输系统。

数据存储系统是实现不同关键系统、不同企业信息与数据共享、交换的接口，以信息存储、调用和控制为主要功能，主要是保证不同分模块的数据资料在标准化、本地化原则下，达成数据的传递和共享，确保数据的安全性、一致性、易维护性。

网络传输系统基于非封闭的网络通信条件，是支撑总体框架的网络通讯系统，具备交互性和集成性，能够突破地域范围的约束，完成对信息资源的共享。基于覆盖所有工程参建方的网络管理系统集成平台，能满足建设项目全生命周期中各实施单位的基本需求。

2 BIM在装配式建筑质量管理中的应用

2.1 基于BIM质量管理的特点

BIM模型可将外部关联信息归拢，并实现三维视觉化效果[12]。作为一个信息联合展示平台，BIM模型具备动态更新、协同管理的显著特点，可以将装配式建筑的任何构件拆解、碰撞，实现在装配式建筑全生命周期质量管理中的应用，并展现出极大的优势。

2.1.1 跨专业沟通信息化，提高质量管理效率

装配式部件的安装、连接精度要求较高，仅经由二维图件表达结构信息，难以直观理解，对项目质量目标的实现存在不利影响。采用纸媒、电话交流等传统沟通方式，易导致参建各方的无效交流，引起“信息孤岛”现象。通过BIM技术构建信息化平台，能够有效避免因信息误解而出现的质量问题，不同专业的人员沟通更为便捷、智能。

2.1.2 注重现场质量控制，做到实时有效管理

通过BIM技术进行质量管理，现场出现的任何质量问题都可由控制人员实时记录并反馈至BIM平台，允许各协作单位、部门及时掌握现场质量状态及不稳定因素，以实现对装配构件工厂加工及现场拼装的全程动态监控，达到规避施工质量风险的目的。

2.1.3 加强分包协调作业，降低总包管理难度

装配式建筑往往是基于项目总包管理模式，由不同的分包团队协作开展完成。总包企业负责各专业分包的施工协调及质量管控，并对其施工的作业质量承担主要责任。采用BIM技术进行质量管理，可以通过完善的共享管理平台，简化分包单位间的质量沟通过程，降低总包单位的管理难度。

2.2 BIM在质量管理中的应用

质量管理作为装配式建筑项目运营实践的系统进程，对不同的实施阶段的质量要求具有一定的差异化。基于BIM平台的辅助管理包含三方面内容：前期纲领性管理；中期控制性管理；后期归纳性管理。

2.2.1 前期纲领性管理

确保工程施工高质量运行，必须在项目建设开始前，依据相关法律法规和标准规程、建设协议及施工组织要求编制项目质量计划与控制准则。采用BIM平台开展项目辅助质量管理，可以将构配件加工、运输、存放及组装等各过程的质量控制标准输入BIM信息库，构成完善的质量管理数据库，便于提前预防、重点开展，为后期作业起到提纲挈领的作用。

2.2.2 中期控制性管理

中期控制性管理是在装配式建筑设计文件形成后，对构建预制到构件拼装等过程涉及的人员及物料开展质量管理。因为施工场所的差异，这阶段的管理分为两部分：其一是工厂构件预制的质量管理，其二是现场构件拼装的质量管理。

（1）生产厂商的质量管理

工厂预制是装配式构件质量保障的关键，要确保所有配件均能在现场准确安装，不出现错漏和碰撞。应当在加工前将二维图纸借助BIM模型进行深化，通过三维可视化技术提前预测和消除现场可能出现的冲突，并将所需构件的资料和要求通过BIM平台反馈至加工厂，降低构件信息由于传递过程流失而出现质量问题的可能。生产厂商的质量管理流程详见图4。

图4 生产厂商的质量管理流程

（2）施工现场的质量管理

图5为施工现场的质量管理流程。装配式建筑施工前，采用对BIM平台增加时间维度和质量维度的方法构建5D模型，然后针对性地开展全过程施工分析，借此发现施工中的质量问题和质量要点。通过模拟识别的质量控制点，能够提醒施工现场重点开展质量监控，减少构件拼装过程中因技术问题而引起的质量隐患。

图5 施工现场的质量管理流程

2.2.3 后期归纳性管理

建设项目完成后的质量管理要以检验控制为主。以往的后期质量仅就单一问题提出解决措施，较少开展同类型问题的归纳和经验总结。将BIM技术应用于装配式建筑质量管理中，可以在发现质量问题后，及时上传到BIM数据库中进行分析处理，方便日后追责与经验归纳。借助BIM数据库中同类问题的相关经验，反馈到新建筑的施工过程，在项目初期及早预判可能出现的质量缺陷，以便及时提出相对应的防范措施，降低项目后期的出错概率。

3 装配式建筑质量管理的BIM技术措施

3.1 信息措施

BIM模型是基于大量构件信息的集合，借助BIM平台进行辅助管理，重点在于信息传递的准确性和高效性。BIM模型信息措施的关键是对模型数据中具有质量缺陷的构件进行有效定位，针对拼装构件的编码开展有效质量管理。此外，根据施工环境及作业要求，选择相应的质量录入途径，增加全过程质量管理信息的录入准确性。

3.2 组织措施

BIM技术在装配式结构领域的实践尚不完善，新兴的组织管理模式必将是对传统的挑战。根据BIM信息化发展特点，成立针对性的BIM质量部门，增强BIM管理的组织职能，促进参与人员学习新技能，尤其是采用组织措施规范拼装构件质量信息的录入过程，能够通过组织保证，提高不同部门对工程建设质量的掌握程度。

3.3 技术措施

想要确保装配式结构质量数据传递的准确性和高效性，必须采取适当的技术手段予以保障。选择适当标准对拼装构件进行合理编码，并利用RFID技术快速读取、记录数据是实现技术保障的基础。适用于装配式建筑构件的RFID设备应当具备较强的抗污染、抗老化性能，便于安装在形状复杂、位置特殊的构件上。此外，应当采用大容量、非接触式的信息读取设备，达到不同质量信息存储的要求，并避免遮盖物对设备的干扰。

3.4 经济措施

根据工程建设的实际开展情况，制定针对性的经济措施，提出资金供需计划，是从经济上保证全过程质量管理顺利实施的关键。此外，在经济上激励参与项目的质量管理人员，制定合理适用的奖惩计划，也是调动全员参与的积极经济措施。

4 结语

目前，国内装配式建筑的建设信息化程度不高，全过程质量管理方法较落后。BIM技术在工程建设中主要用于经济与工期控制，基于BIM平台的装配式建造系统及质量管理的探索仍然不足。

本文对比传统工业的集成理念，概括了以BIM平台应用为主导的装配式建筑信息化建设体系。通过归纳传统工业的管理与制造流程，分析归纳了BIM集成管理系统的总体框架，根据各分系统在集成体系中的作用，划分为关键系统与支持系统两部分，并对其结构组成与设计理念予以详细解读。

此外，本文在当前技术及研究背景的基础上，总结了BIM技术在装配式建筑质量管理中的应用特点，并从信息措施、组织措施、技术措施、经济措施等方面探索将BIM信息化模型的优势与装配式建筑施工质量管理相结合的新思路。在项目建设之初明确采用BIM技术，可以从源头降低质量问题的发生概率。基于BIM平台开展装配式建筑质量管理流程，有效整合前期指导、中期控制与后期归纳三个阶段的现场质量措施，能够做到及时有效的传递质量信息，及早预判质量缺陷、提出防范措施，实现跨部门、跨专业的质量动态管理。