基于BIM的装配整体式混凝土建筑结构工程施工质量评价研究

陈 闯 周英博 吴 展 冯家旺 张少鹏

（中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000）

装配式结构是我国建筑行业在持续发展中衍生的一种全新建筑结构形式，相比传统的砖混建筑，此类建筑具有能耗低、环保性能显著等优势，可以为居民提供一种更加健康、舒适的居住、生活环境。但由于此类建筑的起步与发展较晚，因此，相关的施工研究成果较少，甚至部分地区的装配式结构建筑发展仍处于低潮，为实现对该建筑形式的推广，提高装配式建筑工程质量，下述将开展面向施工质量的评价方法设计研究。

1 混凝土建筑工程实例

1.1 建筑概况（表1）

表1 混凝土建筑工程概况

1.2 建筑特点

本工程为典型的装配式建筑工程，工程项目具有体量庞大、施工质量控制难度高等特点，整体结构中不仅有预制构件，也有现浇构件，需要在施工中做好各个单元的配合。

预制件的结构材料包括钢筋、预埋钢板、支撑钢、吊钩、吊环、焊条等，施工中应根据设计规范中的具体规定，进行原材料的选择。混凝土强度等级为C30 及以上，混凝土中氯离子浓度最高为0.05%。预制件内部的钢筋连接采用机械方式连接，辅助焊接、绑扎方式搭接。施工中，所有预制件采用垂直和平卧的方式进行搬运，剪力墙、叠合梁、板采用平卧方式运输，不规则型预制混凝土构件采用直立方式运输，可根据运输条件，对易碰撞的地方进行边角防护。在混凝土剪力墙的施工上，采用波纹管进行结构连接。在现场安装PC部件时，必须做好构件的固定，以避免施工中构件掉落出现现场安全事故。对此建筑工程的预制件吊装方式进行分析，见图1。在此项目招标时，甲方明确提出了采用BIM技术进行项目规划与工程建设。

图1 此建筑工程的预制件吊装方式

2 基于BIM 的装配整体式混凝土建筑结构工程施工质量评价

2.1 设计工程施工质量评价指标

针对上述装配整体式混凝土建筑结构工程项目，在对其施工质量评价时，首先按照指标间接性、独立性、系统性和可量化性的原则，设计评价指标。施工质量受多种因素的影响，应着重选择影响因素，对影响施工质量的因素进行筛选[1]。选择的指标应具有自己的特征，易于区别于其他指标，而且指标本身具有鲜明的特征，有利于评估对象的鉴别[2]。设计的指标要有实用价值，能够对数据进行量化收集，也可以将定性的评估转化成量化的，便于实施。建筑工程质量评估指标是一个由多层次、多要素组成的综合评价体系，其指标是整个工程项目的基础要素，这些要素相互关联，相互独立，形成一个整体[3]。评价指标体系是由上至下、由大到小层层递进，构成一套完整的评价系统。在上述原则基础上，结合图2 所示的施工质量检验流程，设计评价指标。

图2 工程施工质量检验流程示意图

结合施工质量检验流程，检验批为最小施工质检单位，其检验直接关系到分项工程质量。根据上述流程得出，所有检验批当中所包含的影响最终施工质量的因素有：材料质量、制造精度、观感质量和结构强度。

在上述基础上，针对分部分项工程，确定各个子工程施工质量评价指标。以钢筋分部分项工程为例，其指标包含钢筋原材料、钢筋安装、钢筋连接、预埋件安装等[4]；以混凝土分部分项工程为例，其指标包含混凝土原材料、试件取样与留置、施工缝施工、混凝土养护等；以现浇结构分部分项工程为例，其指标包含外观质量和位置尺寸偏差等[5]。

2.2 基于BIM的评价指标权重确定

在完成对工程施工质量评价指标的设计后，结合BIM模型确定各个指标权重，用金字塔模型把问题从上到下层层递进分析。根据评价对象的特点和目标，把评价指标分为不同的评估因子，根据各因子间的水平、垂直关系，将各因子进行归类、合并，形成一个多层次的分析结构模式[6]。将评价指标中的第一个指标与AHP 的准则层对应，第二个指标与AHP 的方案层相对应。根据上述论述，构建如表2所示的判断矩阵。

表2 评价指标权重判断矩阵

在表2 基础上，结合判断矩阵标度为各个指标赋值。再对判断矩阵的一致性进行检验，结合BIM 模型与矩阵理论，若存在Aξ=λξ，其中ξ取值不为0，则称λ为A的特征值，ξ为A的所属的λ特征值，进一步得出：

当矩阵具有完全一致性时，特征根均为零。当矩阵不具备完全一致性，则存在下述关系：

在上述公式基础上，对指标的一致性度量，引入CI值，若CI值越大，则说明一致性越差，权重划分越不合理；反之若CI值越小，则说明一致性越好，权重划分越合理。CI值可通过下述公式得出：

利用上述计算得出结果对指标权重分配是否可以检验，依次完成权重划分。

2.3 转化指标

在对装配整体式混凝土建筑结构工程施工质量进行全面评价前，应注意评估指标的统一性。在选择指标时，部分指标数值越大，反映质量越好；部分指标数值越小，反映质量越好；部分指标为正，部分指标为负。在指标处理上要遵循统一的趋势，确保各指标具有可比性。在评价时，各个指标可能会有不同的单位，为了消除这些因素的影响，必须对各个指标进行统一的处理，或将各个指标中的单位都剔除掉，从而避免因指标单位不同而产生的评估误差[7]。总结出三种指标转化方式：一是对定性指标的量化；二是对反比例影响因素和中度影响因素指标的正向化处理；三是量化指标的无量纲化。将上述设计的指标中模板、钢筋、混凝土、现浇结构和预制结构作为一级指标，将分部分项工程中包含的各个影响质量的因素作为二级指标[8]。在评价时，引入模糊综合评价，对质量的评价以评语的形式展现，将质量划分为优秀、良好、合格和不合格共四个等级，其对应的评语集合为V，则上述四个等级依次对应集合中的V1、V2、V3和V4。

2.4 质量综合评估

在完成对指标的转化后，在对装配整体式混凝土建筑结构工程项目的施工质量评价时，具体步骤为：

第一步，设置施工质量评价因素集合U，将各个因素按照属性划分为多个评价因子集Ui；

第二步，完成一级评价。针对每一个评价因素分别给出综合评价结果，并得到模糊评价矩阵Ri，Ri={rijk}。rijk表示同一评价等级总数与给出评价意见专家人数比值；

第三步，完成二级评价。重复一级评价步骤，在二级评价中将Ui作为因素，而不是因素集。对各个Ui给出权重系数。对模糊综合评价结果归一化处理，根据隶属度最大原则得到评价结果。若需要对评价结果定量化，可将各个等级对应分数进行向量转化，以此使最终评价结果更直观易懂。

3 实证分析

3.1 软硬件配置

BIM系列软件对计算机的配置有较高的要求，例如配置Revit需要大量的计算机内存；3DMax、Lumion等图形图像处理软件，对计算机的CPU要求较高。因此，在测试该方法时，必须配备高版本的专用计算机，配置参数见表3。

表3 配置参数

建设工程的信息建模要分专业、阶段，每个专业的模型和阶段模型的精确度都有很大的差别，因此，在软件上，需要采用了成熟配置，以便于数据的转换和处理。配置内容见表4。

表4 软件配置

3.2 评价过程

在项目施工前，要对建筑质量进行规划，对所需的资料进行分类，以此为依据划分项目属性信息，使构造的BIM模型具备建筑特性。

在施工现场，监理人员对结构工程的质量信息进行收集，利用移动装置对其质量进行分析，并通过多媒体、表格、图片等形式对项目实际进度、质量进行详细地说明。产品质量验收记录可以录入到表格中，质量问题可以直接通过交互渠道反馈。

通过BIM模型，将施工质量信息输入到模型中，实现了对工程质量的综合控制。对质量问题较大的，用彩色标识，并由监理工程师发出通知，经监理工程师验收后，将合格信息录入BIM模型，消除不合格标志。对此过程进行设计，见图3。

图3 基于BIM的建筑质量评价过程

3.3 评价结果检验

评价中，由专家配合监理人员对该工程项目的质量进行综合评估，根据多方面评价结果，该项目的质量评价结果为“优秀-V1”。

在此基础上，按照本文设计的方法，结合该工程项目的实际施工进展，参照评价指标进行工程质量评价。评价结果见图4。

图4 建筑工程质量评价结果

4 结语

综合上述研究，得到如下结论：根据图4 建筑工程质量评价结果，多个分项工程按照本文设计的方法进行评价，评价后的质量等级均为“优秀-V1”，说明使用本文方法对该工程进行质量评价，评价结果为“优秀-V1”。将此评价结果与专家、监理人员评价结果进行匹配，发现该结果与专家评价结果一致，说明本文设计的评价方法在评价中得到的结果精准度较高。