BIM技术在装配式建筑工程质量管理中的应用

沈勇，杨海平，曹国军，陈剑

（1.浙江潮远建设有限公司，浙江 杭州 311241；2.浙江同济科技职业学院 建筑工程学院，浙江 杭州 311231）

1 前言

近些年，装配式建筑以其标准化的设计、工业化的生产、装配化的施工和信息化的管理等特点，大大提高了建筑质量及建造效率，符合当前协调、绿色的发展理念，也大大促进了我国建筑工业化的发展进程[1]。但不可否认的是尽管近些年装配式建筑发展迅猛，但我国依旧处于装配式建筑发展的初级阶段[2]，尤其在装配式建筑工程质量上尚未形成完整、成熟的管理体系，这也成为了装配式建筑大力推广进程中的其中一个薄弱环节[3]。总的来说，目前装配式建筑工程在质量管理方面存在较大的提升空间，搭建一套满足装配式建筑工程建设的质量管理体系，对于装配式建筑的平稳快速发展具有重要意义。

BIM 技术的核心思想在于通过将建筑实体工程转化为信息化模型，从而实现信息化的管理[4]。本文针对装配式建筑工程质量管理的短板，以浙江省杭州市某实际工程项目为例，依托BIM 技术在信息化和协同化方面的优势，探索其在装配式建筑工程质量管理中的应用，并对其应用效果进行评价，以期为其他类似工程依靠BIM 技术进行质量管理提供借鉴，进一步推动我国装配式建筑的发展。

2 工程概况

本文的装配式建筑工程项目为住宅项目，位于浙江省杭州市，总建筑面积为110036.97m2，共8 幢。其中，1#、3#、5#、6#、7#、8#的3 层以上采用预制叠合板和预制楼梯构件；2#和4#的3 层以上采用了预制叠合板、预制楼梯和预制剪力墙构件，并在3 层处设置过渡层，实现从3 层以下的现浇结构向3 层以上的装配式结构进行转换。本工程具体信息如表1所示。

表1 本工程具体信息表

该工程为杭州市重点建设项目，由于工期紧、施工工艺较为复杂，因此要求各道工序紧密衔接，一旦出现偏差就难以按时完工。然而由于其体量大、施工组织难度大等问题，如果以传统的施工管理手段恐难实现业主及政府对于该工程质量的期望。所以在该工程项目实施过程中全程引入BIM 技术，探索构建基于BIM 技术的装配式建筑质量管理体系，从而达到甚至超过预期质量目标。

3 BIM技术在装配式建筑工程质量管理中的应用

本项目专门成立了一支由参建各方组成的BIM 专项小组，依据前期编制好的施工质量控制准则，依托BIM 技术及平台对该项目的前期设计、构件生产和运输、构件装配、质量验收等全流程进行质量监管及追踪，从而达到预期质量目标。

3.1 BIM技术在前期设计阶段的质量管理

装配式建筑采用的是将预制构件直接运到现场进行拼接的模式[5]，假如构件在设计上出现尺寸或洞口等位置偏差，现场无法对构件进行应急处置则只得进行重新制作，极大影响工程进度。为尽量避免这类情况的发生，BIM 小组在前期先参照图纸对该工程项目进行翻模，在翻模的过程中发现图纸问题及时与设计院进行沟通修改，并从实际施工的角度对设计方案提出优化建议，从而为项目的实施把好第一道质量关。图1所示为BIM 小组在Revit 软件上对2#楼进行的三维建模。

图1 2#楼三维模型

之后，BIM 小组负责人将暖通、管线等模型全部整合至一个rvt.文件中，并利用Navisworks 软件进行碰撞检查。如图2 所示为本项目在碰撞检查中发现管线与叠合板存在碰撞，遂立即召集相关专业负责人对原有设计进行优化，通过调整位置或预留洞口的方式避免碰撞。

图2 碰撞检查

通过翻模和碰撞检查对设计进行优化后便进入深化设计阶段。在综合考虑构件生产、运输、现场装配等实际情况的基础上，装配式建筑深化设计师可直接在BIM 三维模型上进行构件的拆分和深化设计。由于构件的精度直接影响后期装配的质量，甚至很大程度上决定了整个工程质量[6]，因此要求在前期设计阶段BIM 模型具有足够的精度，才能用来指导构件的生产及装配。图3 所示为本项目2#楼标准层预制构件的拆分情况，图4为标准层某墙板的深化设计图。

图3 2#楼标准层预制构件拆分图

图4 标准层某墙板深化设计图

3.2 BIM技术在构件生产和运输阶段的质量管理

进入到构件生产环节，构件厂技术人员通过BIM 平台下载本项目的BIM三维模型及各构件的深化设计图，并通过相关软件一键提取构件数据，进而开始模具的设计加工。BIM 专项小组会根据施工现场实际情况提前将构件需求计划上传至BIM 平台，构件厂在收到需求计划后便可安排生产计划，做好及时衔接。

在正式的构件生产环节，主要通过BIM 平台对原材料、生产工艺以及质量验收做好质量管控。当原材料通过进场验收后，相关人员需先将验收资料上传至BIM 平台留底后方可进入后续生产环节。BIM 专项小组利用IFC 标准的软件互导规范将已有的BIM 三维模型以IFC 格式导出，然后利用渲染软件进行构件生产的动画模拟（图5），进而将图纸结合动画对工人进行技术交底，确保工人对生产工艺流程领悟透彻，尤其是对预埋件种类和位置精准掌握。开始生产后，工人及时将过程数据录入平台供各参建方及时查阅数据，对生产质量进行监管。当生产过程中遇到质量问题时，工人及时将相关信息上传至BIM 平台，BIM 小组可会同设计、生产、施工相关技术人员共同商讨处理意见，将每个质量问题落实到位。图6 所示为某块叠合板构件出现飞边质量缺陷时在BIM平台上进行处置。

图5 基于BIM的构件生产模拟动画

图6 BIM平台协同处理构件质量问题

在构件的运输阶段，首先提前对运输的车辆及运输的路线进行模拟，选择最优项。接着构件厂会同监理单位对出厂构件进行质量验收，并将验收证明上传BIM 平台。在构件内预埋有RFID 芯片，参建各方可通过BIM 平台实时查询构件数量、规格、位置等，实现全过程监管。图7 所示为实时查询构件运输过程中当前所处位置。

图7 BIM平台实时查询构件所处位置

3.3 BIM技术在构件装配阶段的质量管理

对于整个工程的质量而言，构件本身的质量是基础，而构件装配的质量则是关键[7]，如果装配位置出现较大偏差甚至错误，则会对工程的整体质量造成严重后果。

在构件正式装配之前，首先BIM 小组会先在Navisworks 中模拟各种吊装及安装方案，从中选择最优方案并编制施工组织设计及专项施工方案。此外，根据模拟情况同时在BIM 平台上标注各流程的质量控制要点，供管理人员在实际施工过程中重点把控。图8为2#楼的模拟施工。

图8 2#楼施工模拟

构件进场时，由施工单位相关人员对构件进行进场验收，并通过移动端将验收记录及验收结果上传至BIM 平台。在进行构件堆放时，BIM 小组提前利用BIM 场布软件对施工现场进行场地布置，确保卸车与吊运方便，节省工期。图9 所示为本项目的模拟场布，以2#楼为例，2#楼标准层共有墙板88 块、叠合板62 块、楼梯8 段，因堆场有限，将大部分墙板堆放于堆场内，其余墙板及楼梯放置于2#、3#楼中间区域，叠合板则采用进场后直接吊运的方式，堆场内只留有一处堆放少量备用叠合板，以防吊运损坏或进场出现时间误差等情况发生。

图9 基于BIM的现场模拟场布

借助BIM 三维模型及图纸对施工人员进行装配技术交底，并按照既定的施工组织设计及施工专项方案进行装配。施工人员及监理工程师及时将施工过程中的数据上传至BIM 平台中，利用BIM 平台对装配的全过程进行实时质量监管。同时，重点关注BIM 平台中设置的质量控制要点，做到重点防控，预防返工或返修情形发生。例如在进行安装模拟时发现部分叠合板短边出筋会与底部墙体连梁的主筋存在交叉的情况，故施工流程调整为先临时固定连梁主筋，在安装叠合板时先抽出连梁主筋，待叠合板安装完成之后再重新固定连梁主筋，在BIM平台中做到实时管控。

3.4 BIM技术在质量验收阶段的质量管理

进入质量验收阶段，BIM 小组配合质检人员借助BIM 平台共同完成质量验收工作。质检人员通过BIM 平台查阅已有的构件进场验收报告、隐蔽工程验收报告等材料，同时将现场观察或测量得到的数据通过移动端录入BIM 平台，并最终在BIM 平台上给出验收意见。验收过程如发现质量问题，同样也是在BIM 平台中进行处理。例如2#楼在质量验收时发现第4 标准层编号为DBS-C2J-4-2 的叠合板出现裂缝质量问题，质检人员拍照上传至BIM 平台，并配上相关文字说明，之后该问题通过BIM 平台自动发送至施工单位技术负责人及监理单位负责人的移动端，相关负责人通过移动端给出处置方案并指定该质量问题跟踪人员，直至解决后相关处置过程和结果均上传至BIM 平台中，形成一个闭环，如图10所示。

图10 BIM平台进行质量问题上报处理

4 实施效果

本项目使用BIM 技术及BIM 平台对整个项目进行质量管理的实施效果主要如下所示。

质量控制要点的提前制定。利用BIM 技术进行碰撞检查、生产阶段的动画模拟、各种吊装及装配方案的模拟等，充分借助BIM 模型可视化的特点，可提前制定整个项目各阶段的质量控制要点，尽可能降低质量问题出现的概率。

预制构件的全过程跟踪。通过BIM平台可实时查看各预制构件从设计到生产、运输最后装配、质量验收过程中的各项资料记录，实现各预制构件在整个项目实施过程中的全过程质量跟踪。

质量问题的闭环管控。当质检人员上传质量问题时，所有参建各方相关人员可通过移动端在BIM 平台中提出处理意见，而且能在平台中指定质量问题的跟踪人员，处理后的结果也会上传至BIM 平台进行存档，实现质量问题从发现到上报、处置、跟踪、整改完成的闭环管理，确保每个质量问题落到实处。

质量管理资料的集中归档。在项目实施的各个环节，相关人员均可通过移动端及时上传照片、文字等过程性材料，例如构件出厂质量检验单、构件进场质量检验单、隐蔽工程验收单等，大大减少了整理资料耗费的时间，并且部分模板性材料可由BIM 平台自动形成，确保了真实性，提高效率。

5 总结

当前，我国正在大力推广环保、节能、高效的装配式建筑，虽然发展速度很快但装配式建筑仍处于初级阶段，对应的质量管理手段和体系尚未成熟。本文以浙江省杭州市某装配式工程项目为例，梳理总结了基于BIM 技术的装配式建筑工程质量管理体系，详细描述了BIM 技术在装配式建筑前期设计、构件生产和运输、构件装配、质量验收等全流程的应用，并对实施效果进行了总结。总的来说，基于BIM 技术的装配式工程项目质量管理体系是可行的，且非常具有实际应用价值，今后可为同类型项目提供借鉴。