基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术研究

文／张方平、谢青生、朱建斌、刘勇 中国建筑第五工程局有限公司 湖南长沙 410004

引言：

近年来，装配式建筑的顶层设计提速，国家提出大力推广装配式建筑的目标[1]。装配式建筑是用工业化的生产方式来建造住宅，是将住宅的部分或全部构件在工厂预制完成，然后运输到施工现场，将构件通过可靠的连接方式组装而建成的住宅[2]。装配式建筑具有效率高、精度高、质量高、工业化程度高、标准化程度高、建筑抗震性能高、节能性能高、使用面积大等优点。而随着物联网等新兴信息技术的发展，在理论上已经可以实时、精确、高效地交换和共享工程建造过程中的大量信息，建筑行业数字化智慧建造已成为必然的发展趋势。与传统项目相比，装配式建筑设计与施工更注重对质量、成本、工期、效果与环保的综合评价，在深化设计、构件制作、施工吊装过程中，尤其需要系统综合集成，物联网技术已成为提升建造品质的重要手段。

为了对装配式建筑PC 构件设计、生产、仓储、运输、安装以及拆除等进行全生命周期信息化管理，进而有效缩减工程期限，使工程的项目管理成本降低，各个环节之间有科学合理的衔接，提高建筑质量，本文依托中建五局承建的永丰雅苑项目，研究基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术。永丰雅苑项目位于赣江新区直管区大国工匠技能人才中心园区内，是园区内唯一的安置小区。该项目由1 层地下室、15 栋高层住宅、1 栋幼儿园、4 栋商业用房及相关附属设施组成，总建筑面积256748.72 m2，地下室建筑面积57235.98 m2。工程总投资约104607.6万元，占地面积66761.83 m2。该项目高层住宅为装配式建筑，装配率达30%，预制混凝土构件（PC 构件）类型包含预制叠合板、预制楼梯、轻质隔墙以及预制空调板。为此，永丰雅苑项目能够为基于物联网技术的PC 构件数字化施工管控提供充足的研究载体及数据支撑，保证研究的顺利进行。

物联网技术是通过信息传感设备，按约定的协议，将任何真实世界的物体与互联网相连接，真实世界的物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。物联网技术起源于传媒领域，是信息科技产业的第三次革命。PC 构件是指在工厂中通过标准化、机械化方式加工生产的混凝土制品。与之相对应的传统现浇混凝土需要工地现场制模、现场浇注和现场养护，混凝土预制件被广泛应用于建筑、交通、水利等领域，在国民经济中扮演重要的角色。

1、PC 构件施工过程存在问题分析

1.1 施工组织问题

装配式构件是在预制构件工厂生产完成后统一运送至施工现场进行吊装施工的，整个过程中参与单位包含设计单位、装配式深化设计单位、施工单位、监理单位、建设单位。由于参建单位多，参与人员也多，整个施工组织难度较大。过程中可能出现的问题包括信息传递不畅、PC构件生产及进场顺序错误及进场时间不及时等问题。

造成这些问题的主要原因有以下几点：

（1）预制构件排产及供货清单与施工现场不对应。预制构件生产厂家通常是依据施工单位提供的月进度计划来排产的，如果预制构件厂家在生产之前没有和施工单位详细了解现场进度，则所拟定的供货清单也将是不符合施工现场实际需求。

（2）预制构件运输时间长。预制构件生产完成后，一般是要放置到养护室养护至龄期，然后由专业的运输单位统一运送至施工现场。而预制构件运输一般是根据路程远近和时间综合收费的，运输过程中，存在运输单位不积极配合施工单位的情况，导致预制构件进场不及时，最终影响施工进度。

1.2 PC 构件安装问题

在PC 构件吊装过程中，常出现构件拼接不上，尺寸偏差较大的情况。这种问题出现的主要原因有两个，一是PC 构件吊装工人操作水平不足，吊装过程中没有严格按照规范及设计的质量控制标准进行施工过程管控，或者是对每块装配式构件的安装位置不清楚，导致PC 构件位置错误；二是PC 构件本来就存在尺寸偏差或者尺寸错误，导致现场施工是安装不到位。

1.3 PC 构件设计变更问题

在建筑工程施工过程中，通常存在设计优化的情况，此时需要通过设计变更的形势来为现场施工提供调整的依据。然后，由于PC 构件生产是存在超前量的，过多的设计变更会增加PC 构件生产厂家以及施工单位的信息更新难度，容易导致施工过程出现问题。

2、基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术

2.1 技术原理

在设计阶段，基于物联网技术，并结合施工可行性、成本等方面进行多维度分析，对比评估多种可实行方案，优选出经济合理的预制方案。在生产、运输阶段，利用物联网技术采集PC 构件图纸、原材料合格证、生产过程中的现场照片以及产品入库出库的具体时间和检验人员，确保整个运输过程，包括材料的进场是可查、可控以及可追溯的，保证所有的构件是合格的。在吊装阶段，通过物联网技术实现实施监控，对于PC 构件实现施工过程多角度的信息采集和分析处理，一旦出现异常状况就可以第一时间进行修补完善。

2.2 施工工艺流程（见图1）

图1 施工工艺流程图

2.3 施工技术要点

2.3.1 施工准备

（1）技术准备：根据PC 构件施工实际情况拟定PC 构件吊装实施方案，并做好技术交底及安全教育。

（2）材料准备：装配式构件分包单位根据设计图纸预制装配式构件，并安排构件提前进场验收及堆放。

（3）现场准备：PC 构件吊装施工需使用塔吊、装配式构件专用吊具、手动吊葫芦、撬棍、靠尺、防坠器、钢筋扎钩等工具设备，施工前要做好准备。

2.3.2 基于物联网技术的PC 构件吊装

（1）PC 构件生产、编码

根据建筑结构设计图纸及装配式构件深化图纸的特点，对每一块PC 构件进行编码，形成唯一标识码，PC构件生产完成后，将标识码对应的二维码贴在PC 构件上。二维码包含PC 构件的名称、安装部位、尺寸、生产时间等信息，施工现场采用移动设备扫描二维码后，该PC 构件的相应信息应能显示出来，见图2。

图2 PC 构件编码

（2）PC 构件运输

PC 构件通常有预制外墙、预制楼梯、预制阳台板、叠合板等。PC 预制外墙板若采用竖立式放置运输，倾角应大于80°，与车接触部位垫软布。其余叠合板、预制楼梯、预制阳台板等构件可采用平放方式进行运输，叠放层数不超过6 层。PC 构件运输过程中应对PC 构件进行护角保护。

（3）PC 构件验收及堆放

①进场验收

预制构件现场验收：预制构件现场验收为进场后的构件观感质量和几何尺寸、成品构件的产品合格证和有关资料。构件图纸编号与实际构件的一致性检查。对预制构件在明显部位标明的生产日期、构件型号、生产单位和构件生产单位验收标志进行检查。对构件上的预埋件、粗糙面、外漏钢筋、预留洞的规格、位置和数量是否符合设计图纸的标准进行全面检查。

预制构件检查不满足设计和规范要求的构件应进行退场处理。对于存在允许范围内缺陷的构件应进行原因分析和修补处理并记录在案且需对该构件整个安装、使用过程进行跟踪观察记录。

预制构件进场检查控制标准除满足国家相关规定外还应满足下表1 要求：(单位mm)

表1 预制构件进场检查控制标准

②堆放

预制构件堆放场地必须坚实稳固，排水良好。以防塌陷、下沉而导致构件倾倒或变形开裂。

构件立放或靠放应采用专用托架，托架应有足够的刚度，并需支垫稳固防止倾倒。

现场存放时，应按吊装顺序和型号分区配套存放且应标识明显。存放位置应布置在塔吊工作范围内。

水平分层堆放时，按型号码垛，每垛不准超过6 块，堆垛之间宜设宽度为0.8m-1.2m 的通道，根据各种板的受力情况选择支垫位置，最下边一层垫木必须通长的，层与层之间垫平、垫实，各层垫木必须在一条垂直线上，见图3。

图3 叠合楼板堆放示意图

（4）PC 构件吊装

根据设计图纸，采用塔吊、专用吊具、手动吊葫芦、撬棍等工具设备将装配式构件进行至设计对应部位。预制构件吊装就位后，应及时校准并采取临时固定措施，见图4。

图4 装配式构件吊装

（5）装配式构件预留钢筋与现浇混凝土结构绑扎

按照设计做法将装配式构件预留钢筋与现浇混凝土结构中的钢筋进行绑扎及锚固。

（6）装配式建筑连接点混凝土浇筑

钢筋绑扎完成并通过隐蔽验收后可进行现浇混凝土浇筑。浇筑前，预制构件结合面疏松部分的混凝土应剔除并清理干净；模板应保证后浇混凝土部位的形状、尺寸和位置准确，并应防止漏浆；在浇筑混凝土前应洒水润湿结合面，混凝土应振捣密实。浇筑过程中需安排专门的看模人员进行护模，一旦在浇筑过程中出现爆模、漏浆等情况，需及时对模板进行整改。混凝土浇筑过程中还需采用平板振动器对现浇部位进行振捣，振捣过程中严禁野蛮施工，防止对装配式构件及遇水膨胀止水条的破坏。浇筑完成后，及时对现浇部位进行养护，装配式建筑构件与现浇混凝土结构连接部位应重点养护。

2.3.3 效果检查

PC 构件吊装施工完成后，对预制构件安装质量进行检查验收。混凝土浇筑完成及拆模后，对相应楼层进行实测实量，检查PC 构件吊装施工的质量。

3、基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术应用

在基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术研究成果的基础上，本课题团队在中建五局永丰雅苑项目进行了技术推广应用。

3.1 工程概况

永丰雅苑项目位于赣江新区直管区蔡伦路（规划）以东、育匠路（规划）以南、李冰路（规划）以西、怀匠路（规划）以北地块内。该项目由1 层地下室、2 栋23 层住宅、5 栋25 层住宅、8 栋26 层住宅，1 栋3 层社区服务中心、1 栋3 层幼儿园、1 栋4 层商业用房、3 栋2 层商业用房、1 栋开关站、1 栋垃圾收集站、5 栋门卫室、1栋消防控制室组成，总建筑面积256461.42 m2，地下室建筑面积56342.87 m2。

3.2 应用情况分析

永丰雅苑项目主要包含的装配式PC 构件是叠合板、预制空调板、预制楼梯。在PC 构件吊装施工过程中应用了基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术，该技术在保证建筑结构安全稳定性的基础上，有效提升了PC构件施工各阶段的顺畅度，参建各方信息流转迅速，信息传递效率明显提高。

结语：

针对装配式建筑PC 构件吊装施工参建人员较多，信息共享不畅，施工精准度不高等问题，本文依托中建五局永丰雅苑项目开展基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术研究。该技术有效提升装配式建筑PC 构件吊装过程中的信息共享完整度、顺畅度，提升了工程施工质量，保障装配式建筑的结构稳定性和使用寿命，大大减少因信息沟通不到位导致的装配式建筑PC 构件吊装施工受阻情况发生，为装配式建筑的推广工作奠定技术基础。基于物联网技术的PC 构件数据化施工管控技术适用于装配式建筑PC 构件吊装施工管控，如叠合板、预制楼梯、装配式外墙等装配式构件的施工过程管控。