基于BIM+物联网技术的装配式建筑全过程质量管理研究

苏展

我国建筑行业的现代化发展促使传统的现场浇筑施工模式逐渐向着预制构件生产和装配施工方向转变。建筑工程施工方式产生根源性的变革，必须要对装配式建筑工程施工过程中产生的质量问题进行有效控制。本文以BIM+物联网技术联合下的装配式建筑全过程质量管理作为研究内容，简单分析BIM技术和物联网技术，针对装配式建筑在设计和施工阶段频繁暴露出的问题，就BIM+物联网在构件的设计、生产、运输以及施工等各个阶段的管理工作要点进行了分析。

与传统的工程构件现场浇筑生产方式相比，装配式建筑可以由工厂生产工程施工指定的各种预制构件，意味着装配式建筑在构件的生产质量、施工速度等方面都有着明显的优势。装配式建筑的出现和发展使得建筑行业施工方式从传统的湿作业逐渐向着干作业方向发展。在施工方法上出现的根源性转变要求相关企业必须要革新有关建筑构件的设计、生产、运输等各个环节的关键技术，进一步提高施工管理工作水平。在住建部出台的有关建筑行业信息化发展的相关文件中明确提出，可以将 BIM技术以及物联网技术引入到装配式建筑的全生命周期管理工作中，确保参与工程建设的各方能够对管理工作不断进行协调，进一步强化装配式建筑生命周期的质量管理工作水平。在这种背景下，本文通过分析BIM+物联网技术的装配式建筑工程全过程质量管理工作要点，为后续装配式建筑工程的质量管理工作现代化、智能化发展提供参考。

一、BIM技术和物联网技术概述

1. BIM技术

BIM技术实际上就是现代建筑行业惯用的模型建造技术，需要以现场调查的各项工程项目信息作为出发点，建立三维的建筑工程模型，可以在建筑工程项目施工的整个生命周期中广泛应用，并且可以将各项建筑工程信息进行集成处理，全面克服传统现场构件浇筑生产方法的缺陷和弊端。与传统的施工模式相比，BIM技术可以通过各项工程数据的搜集建立有关工程的三维模型，确保相关人员能够对建筑工程的全部区域及施工信息进行全方位分析。此外，在我国建筑行业持续高质量发展的过程中，有关建筑结构、机电、内部装修等各个专业都可以借用BIM技术进行不同施工专业之间的数据有效沟通和交流，确保各个环节的施工工作能够得到有效协调，在规定的施工周期内保质保量完成工程建设。

2. 物联网技术

以目前我国物联网的技术发展来看，物联网射频识别技术，也就是人们最为熟悉的RFID技术发展相对较为成熟，这项技术在应用的过程中需要将芯片放置到需要识别的对象内部，利用网络技术关联芯片以及识别的具体对象，借此收集、处理与识别对象相关的数据、信息。一般而言，物联网的射频识别系统具体可以分为电子标签、读写器、微型天线和信息处理系统四个组成部分。电子标签是一个包括芯片和耦合元件形成的编码唯一特征明显的信号发送器，可以在识别对象的表面和内部区域植入，对各种识别对象的信息进行实时收集、储存。读写器则可以借助网络技术和芯片进行连接、通信，确保相关的数据信息能够在读取之后第一时间传输到顶层应用系统中。微型天线一般分布在电子标签内部，主要是负责将识别对象的信息进行发射。最终的信息处理系统是以各个行业的具体需求作为出发点形成的集成信息管理应用软件。

考虑到物联网技术涉及的范围相对广阔，通常可以分为感知、网络和应用三个层次结构，具体组成如图1所示。感知层主要是负责对各项识别对象的数据和信息进行搜集，一般包括了无线传感器、摄像机和设备识别技术。网络层主要是将感知层收集而来的各项数据和信息经过初步处理后传输，具体又可以分为WiFi和蓝牙两种技术。应用层则是包括了各个行业建立的适应行业发展的应用系统，一般需要将行业之间的各种数据进行归并处理，从而形成符合行业的发展需求的个性化技术应用解决方案。

图1 物联网体系结构组成

二、装配式建筑在设计和施工环节出现的问题分析

1. 设计问题

从装配式建筑构件的生产看来，构件类型的设计以及设计模具的类型都会对生产企业已经形成的构件生产方案产生一定程度的影响。如果构件的类型和模具的类型数量相对较多，一般都会拉低整个构件的生产效率，同时构件原有的流水线生产优势也会遭到削弱。此外，如果施工方对于钢筋的控制和预埋件的预留等多方面的情况考虑不够全面，同样会对构件的生产质量产生影响，导致后续的装配式工程构件生产、装配环节将会出现工期延误的问题。

如果参与装配式建筑工程生产以及施工的其他主体并未在设计环节进行深入探讨，将会使得构件的尺寸、重量和运输车辆型号出现不匹配的问题，不仅会明显拉低装配式建筑构件的运输效率，同时运输车辆的使用率以及装配式构件装卸过程中的构件破损率也会受到影响。

如若设计人员在设计工作中尚未综合考虑满足装配施工的各项条件，再加之装配式施工现场空间有限，且作业难度相对较高，对于装配式构件的尺寸也存在着一定的要求，起吊设备这类适用机械的承载能力相对有限，如果构件的质量明显超过了起吊设备的承载能力，吊装环节必然会出现质量问题。

2. 施工问题

在之前装配式构件工厂流水线生产中，生产人员通常是以设计图纸为基础进行钢筋下料、钢筋网的铺设等环节，在生产工人的专业水平参差不齐的情况下，整个生产质量无法得到有效的管控。在装配式构件生产中，各种信息都是由现场人员在纸质文件上填写产品生产的信息，各项信息也都是在事后进行统计。在这种情况下，加工厂的生产和库存信息都处于一种封闭状态，参与装配式建筑工程建设的其他主体无法了解构件的具体生产状况，导致参与工程建设的各方主体的信息获取呈现出明显的滞后性。

此外，负责运输装配式建筑构件的主体如果不够了解构件生产企业和装配施工企业的具体进度，在运输计划制定的过程中，运输计划和生产装备计划不协调问题的发生概率则会明显提升。运输方在选择运输车辆和装配式构件装卸方案时，因为对装配式构件的信息了解不够全面，导致运输空间的使用以及运输车辆内部空间的利用率相对较低，一旦参与工程建设的主体工作计划出现变化，因为缺乏对装配式构件的追踪管理，计划调整的难度会进一步增加。

三、基于BIM+物联网的装配式建筑全过程管理对策

1. 构件设计阶段的管理

以目前装配式混凝土建筑工程的施工建设来看，设计阶段具体可以分为方案设计、初步设计、施工图设计和深化设计等多个层面。预制构件的设计质量是整个设计阶段的核心因素，并且与传统的建筑工程设计阶段存在着较大的区别。对于装配式混凝土建筑工程设计阶段而言，其质量管理工作需要借助BIM技术建立工程的具体模型，配合建筑、机电、管线等专业工程模型的全方位碰撞检查，及时修正其中的各种问题。同时，相关单位需要利用BIM技术进行前期的施工图纸管线碰撞检查，将管线存在的碰撞问题重点解决，合理的确定预留孔洞在建筑工程中的分布位置及其尺寸。有关装配式建筑工程的设计阶段也是BIM+物联网信息平台建立的关键阶段，是整个装配式建筑工程全过程质量控制的起始环节，需要在BIM设计图纸上对于重点构件进行射频标识RFID标签的标记，以此为后续施工和管理工作环节奠定基础。

2. 构件生产阶段的管理

目前用于装配式建筑工程施工的各项预制构件都已经实行了全过程流水线的生产。生产阶段实施的质量控制工作主要是需要对预制构件的生产进度进行管理，如果构件的生产精度无法满足工程建设的要求，后续的吊装装配施工质量将会受到直接影响。在预制构件生产阶段的质量管理工作需要相关人员以BIM建筑工程模型作为出发点，对于设计图纸进行深化，确保预制构件的尺寸、孔洞的位置等方面都能够得到合理管控。简单而言，相关人员需要利用RFID标签提取有关预制构件的各项数据，借此建立完善的数据信息库，对预制构件的生产进度数据进行追溯管控，并且这些数据质量信息也需要在BIM信息平台中进行共享。此外，管理人员也可以借助BIM技术统一有关构件的生产、加工、装车运输和现场吊装工作计划，以此避免因为构件尚未完成加工或者是装车顺序失误对后续的施工进度和质量产生影响。

3. 构件运输阶段的管理

在完成装配式建筑建设所需的各项预制构件生产工作之后，运输阶段的质量管控主要是需要维护在运输过程中预制构件的质量指标始终满足工程建设的要求，预防混凝土构件的裂纹和钢筋损坏的问题的发生。管理人员可以利用之前在混凝土构件和预留钢筋中设置的RFID标签对其运输质量进行跟踪管理，以此避免运输过程中因为管理工作实施不到位带来的构件质量问题。在货物出厂之前，需要生产厂家的质量检验人员进行全方位检验，并且在确认其数据质量之后，由施工现场的相关人员进行进场检验，并与数据库的各项数据综合进行对比，及时发现并解决存在的构件质量问题。

4. 构件施工阶段的管理

BIM+物联网技术所形成的装配式建筑全过程质量管理控制工作，在进入施工阶段之后，需要从预制构件的进场、吊装、试安装等环节实施全面管控工作。预制构件在从生产厂家运输到施工现场之后，现场管理需要针对预制构件的外观质量、产品合格证和质量检验报告等资料进行全方位的核验，并利用BIM信息共享平台和产品出厂前的RFID标签信息进行比对，发掘在运输过程中出现的各种构件质量问题。在经过检验完全合格之后，可以将其存储在之前预留的堆放场地。在进行构件吊装之前，需要相关施工人员严格遵循单位制定的吊装工程施工规范，避免因为吊装施工操作不规范带来的构件裂纹或者是碰撞问题。相关人员需要利用BIM技术在正式吊装之前进行预制构件的试安装，针对预制构件安装后的拼装位置、拼装节点、结构构造形式等内容进行进一步的审核，避免在吊装施工过程中出现的构件冲突问题。为了保障吊装施工过程中相关人员的技术操作符合规范文件的要求，管理人员可以利用BMI可视化技术进行技术交底工作，利用BIM5D技术进行工程的施工模拟，合理控制各种施工的关键节点和隐蔽的质量缺陷，事先制定出完善的工程解决方案。在进入构件安装的混凝土浇筑、灌浆和安装施工之后，可以利用物联网传感器进行实时监控，并且最终的构件施工结果需要以工程的预期结果进行比对，保障各构件的施工质量可以符合既定的要求。

四、总结

总而言之，基于BIM+物联网技术的装配式建筑全过程质量管理是后续我国装配式建筑工程行业发展的主要方向，可以利用BIM技术和物联网技术实现质量管理工作的全过程、智能化发展。基于BIM技术和互联网技术的全过程质量管理工作可以覆盖装配式建筑工程预制构件的设计、生产、运输、施工等多个环节，从源头上保障构件质量贴合工程建设的要求。在今后我国装配式建筑工程全过程质量管理工作持续发展完善的过程中，各单位都需要建立利用BIM+物联网技术的信息化管理平台，并规定各管理人员的具体工作职责，配合施工技术和管理人员培训工作的不断强化，确保相关人员能够合理地掌握BIM和物联网技术的应用要点，实现各项数据信息的实时收集、监控，及时发现在工程施工建设过程中出现的各种质量问题，提高装配式建筑工程的施工效率以及质量。