基于BIM的装配式建筑质量管理

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针对装配式建筑施工场所的延伸和作业方式的改变,造成质量管理过程中信息的丢失及传递延迟等问题,对基于BIM技术的装配式建筑施工全过程质量管理进行了研究。根据装配式建筑施工过程不同阶段质量要求的不同,构建了装配式建筑质量管理的



针对装配式建筑施工场所的延伸和作业方式的改变,造成质量管理过程中信息的丢失及传递延迟等问题,对基于BIM技术的装配式建筑施工全过程质量管理进行了研究。根据装配式建筑施工过程不同阶段质量要求的不同,构建了装配式建筑质量管理的 事前指导性质量管理、过程控制性质量管理 事后总结性质量管理 的三阶段质量管理体系,并且针对不同阶段不同施工生产场所的质量管理要求,提出基于BIM 技术的质量控制流程及管理措施,有效解决施工过程中的质量问题。为如何提高装配式建筑的质量管理效率和提升装配式建筑施工质量开辟了新的思路。



基于BIM装配式建筑质量管理优


BIM是一个过程,是一个不断收集信息并将 信息视觉化的一个过程。建立了一个便于收集信息并将信息加以展示的平台,具有模型三维可视化、信息收集动态化、管理工作协同性等特点,BIM 与装配式建筑都是基于构件的体系,将BIM技术应用于装配式建筑的质量管理中有着 巨大的管理优势



BIM技术提升了质量管理效率


传统项目信息表达方式通过纸质存储传递, 使各参与方信息存储和沟通相对不便, 易出现“信息孤岛”现象 。装配式建筑构配件的位置、尺寸都非常精确,如果通过二维图纸传递建筑信息,一方面图纸众多,组织查找困难; 另一方面二维图纸作为信息载体,不够直观理解,很可能影响建筑项目质量目标的实现。BIM通过构建的数字化信息模型,三维可视化,简单易“懂”,可以将其中的 关键信息用三维模型展示 ,将为构件加工、安装提供准确尺寸, 避免因信息误解产生的质量隐患 。同时BIM技术可以 协同设计、协同管理 ,为项目各参与方提供信息传递平台,使质量信息沟通更加便捷,提升质量管理效率。



BIM技术可明确质量责任追溯


BIM技术在装配式建筑施工应用过程中充分 与物联网等技术融合,将施工过程中用到的物料、构配件等质量信息,通过RIFD等传感器或二维码等, 可对现场施工作业产品进行追踪、记录和分析 ,实现自动化、智能化,减少了人为干预造成的质量问题,增强了质量信息的 可追溯性 ,明确质量责任。



对现场质量做到实时有效控制


在BIM模型应用于质量管理的过程中,现场 质量管理人员可以随时将现场出现的问题加以记录,并通过网络实时反映到BIM模型中,其他质量管理人员则可以 通过实时更新的BIM模型随时查看现场质量情况 ,实时掌握现场施工的不确定因素,做到对制造工厂以及装配现场的有效控制,通过对工程质量实时动态监控,做到对重大质量问题的规避。BIM模型作为整体和局部质量信息的载体,使项目进行质量动态控制和过程控制变得更加简易。



利于总承包管理单位对分包单位的质量管理


在施工总承包管理模式下,施工总承包管理 单位需要对各装配分包商的分包工程质量承担连带责任,并对分包单位分包的装配工程质量进行控制,同时负责各分包单位之间的装配工程质量协调。BIM技术的介入,为施工总承包管理单位提供了统一的质量管理平台, 降低了总承包单位的管理难度 ,提高建筑总体装配质量。


BIM在装配式建筑质量管理中的 应用


针对装配式建筑施工过程中不同阶段对质量要求的不同,BIM辅助下的装配式建筑质量管理主要分为三个过程:  事前指导性质量管理 过程控制性质量管理 ;  事后总结性质量管理



事前指导性质量管理


为了使施工过程中的质量得到有效保证,在 项目开始实施前,根据相应的施工承包合同、企业质量体系文件、国家和地方法律及施工组织设计、专项方案、施工标准规范等编制项目质量计划以及质量控制准则,编制装配式建筑质量指导准则,将构配件质量控制标准,装配流程质量控制标准以及构配件的存放、安装、接头的质量准则 录入BIM信息模型中 ,在模型中形成完备的质量管理信息库,为后期施工过程提供指导。 同时在项目实施前,项目管理者 组织可视化的图纸会审 ,通过研究施工组织设计、专项施工方案等, 对装配式建筑施工质量控制点进行识别 ,特别在构配件的施工过程中 出现问题的定位放线、封腔注浆等重要施工程序。 做到提前部署,重点监控,或是制订相应的规避方案, 达到事前质量控制的效果



过程控制性质量管理


过程控制性质量管理,指项目在开始生产施 工的过程中,对施工过程中的人和事以及物料进行质量管理。装配式建筑的施工过程存在着两个施工场所,一个是构件的生产场所—— 制造工厂 ,一个是构件的装配场所—— 施工现场 。需要根据不同施工场所的特点 有针对性制定适宜的质量管理控制方法及流程


1.制造工厂质量控制

工厂生产是装配式建筑施工的 起点 ,工厂生 产产品的质量直接关系到其现场安装的质量,所以制造工厂的质量管理尤为重要,为保证每个构配件到现场都能准确安装,不发生错漏碰缺,生产前需要进行 “深化”工作 ,利用BIM技术把可能发生在现场的冲突和碰撞在模型中进行消除。其质量管理流程如图1所示。

图1


设计人员在 深化设计阶段 通过使用BIM软件对建筑物模型 进行碰撞优化 ,不仅可以发现构件之间是否存在干涉和碰撞,还可以检测构建的预埋钢筋之间是否存在冲突和碰撞,根据碰撞检测结果,调整修改构建设计图纸,设计图纸与模型中构件通过BIM底层数据相联系,一旦对模型中虚拟构件进行修改, 通过数据信息传递使工厂内与其相对应的构件图纸自动实时更新 。使工厂内的三维图纸能准确表达构件外观信息的同时对与构建相关钢筋信息、预埋件信息也能做到准确表达,可直接用于构件生产。使图纸做到细致、实时、动态、精确。 减少因设计造成的质量隐患 例如 ,济南某学校三层装配式实验楼,建筑面积325㎡,经碰撞检测因外形尺寸问题修改构件5个,预埋件问题修改构件8个。


通过了 图纸会审 三维可视化技术 进行优化 设计和碰撞检查后的三维数据模型,将其中需要工厂生产的构配件信息 通过BIM信息平台将模型中的预制构配件信息库直接下发到工厂 ,减少信息传递的中间环节,避免信息在传递环节中由于信息流失而造成的质量隐患。工厂利用得到的三维模型以及数据信息进行准确生产,减少以二维图纸传输过程中读图差异所导致预制件生产准备阶段订单质量隐患,确保预制件的精确加工。某构件如图2所示。

图2


在构件加工过程中,工人在每个构件中都置入一个RFID芯片,每个芯片对应一个唯一ID,作为构件的“身份证”。工人对构件的材料质量管理信息进行记录,形成 可追溯质量表单 。并将记录结果通过手持设备录入此构件内部芯片,同时芯片的关联信息通过现场无线局域网传输进BIM模型,使模型中这一构件数据实时更新。这样,项目的管理人员、业主以及工厂的质量检查人员可以 随时通过BIM模型来查看构件质量情况,以便实时对构配件的质量进行控制。


在构配件生产完成时,使用三维扫描仪器进 行最后质量检查,扫描构配件并使扫描得到的三维模型通过构配件内置芯片, 实时上传BIM模型数据库,数据库接收数据后根据编码ID自动与模型内设计构件进行比对 ,使设计的模型数据和生产的构件数据从虚拟和现实角度控制构件质量。重点对构件的外形尺寸,预埋件位置等进行检查比对,对不合格的构件在模型中给予颜色显示,用以提醒质量管理者,同时下发指令阻止缺陷构件出厂,保证出厂构件的质量。


2.施工现场质量控制

在构件运输到工地后,其质量管理流程如图 3所示。在开工前通过对3D模型添加时间信息和质量信息形成 5D模型 ,并针对5D模型进行全真模拟施工, 通过模拟找出项目中施工难点、质量问题易发工序作为质量控制点 ,将识别出来的质量控制点在BIM 模型中重点标注。用以提醒现场工人进行质量重点监控。

图3


在项目实施过程中,一线施工人员 通过手持 设备扫描构配件内置芯片,得到构配件安装位置、质量要求等 。必要情况下支持调用构配件模拟施工过程,复杂节点三维可视化交底, 直观、立体了解具体施工步骤 ,辅助现场施工,减少施工过程中因技术交底和通过图纸二维转三维信息流失而造成的质量问题。


3.事后总结性质量管理

当前施工质量事后管理中施工质量控制采用 最多的方法就是 质量检验 ,在传统的质量检查中发现问题后往往是就“事”论“事”,在施工过程中出现质量问题则会针对这一问题进行解决,很少对同类型、同性质的问题进行总结和积累,一则是因为在质量管理过程中的管理者的总结意识不够,二则是缺少可以用于支持质量管理活动的技术和工具。

图4


对于装配施工现场的质量管理主要是通过物联网、RIFD 及BIM 等工具。在装配现场派驻质量管理员,发现现场质量问题,可通过手机、平板电脑等手持设备读取构配件芯片手动将现场采集到的照片、视频及质量信息并同文字描述一起上传到BIM 模型中, 进行分析处理同时保存处理痕迹,便于以后责任追溯 。其过程如图4所示。

图5


通过BIM 对问题进行 统计存档 ,积累相似问 题的预判经验和处理问题的方法以及处理流程,并将其反馈到施工管理的全过程中,以便在开始阶段就对可能发生的质量问题进行预判,做到针对性预防,避免质量问题的重复发生,减少在后期施工过程中的出错成本。不断在施工实践过程中对质量控制点进行补充,为项目后续施工应用或今后公司的持续应用 建立企业质量管理数据库 ,为以后项目施工质量的事前和过程控制 提供强大的数据库支持 。由此可以 逐渐形成与自身相适应的质量控制流程与管理模式 。基于BIM 对装配式建筑事后总结性质量管理流程如图5所示。


装配式建筑质量管理的BIM措施



信息措施


基于BIM进行质量管理,其重点是 信息 依靠信息传递效率的提高, 提升了质量管理的准确性和及时性 。需要信息措施用以保证质量处理的准确性BIM模型是以数据信息为支撑建立的,所以模型中存储有大量的信息集合,在信息集合中快速地对存在质量问题的构件进行准确定位, 需要对施工单元或构件编号,形成施工单元或构件唯一ID码,并以此ID码来进行有效质量管理 。在BIM 模型中参考工业基础分类IFC ( Industry Foundation Class) 标准对构件ID进行编制,使模型中每个构件都有唯一的ID 身份码。国际协同联盟( The International Alliance for Interoperability IAI) 提出的IFC标准,是目前最受建筑行业认可的分类标准。IFC 标准采用Express语言对工程中门、窗、墙、梁、柱等建筑工程项目信息进行描述,以从下往上的四个层次—— 资源层、核心层、共享层和领域层 ,描述整体信息“建筑图元”实体( IFC Building Element) ,抽象地描述了一个建筑构件实体,其派生的实体用以表达具体类型的建筑构件。


另一信息措施为质量信息的准确录入。 针对 不同的施工场所及现场要求,采用不同质量录入方式。通常分为 主动式标杆质量管理 ,和 被动式人为参与性质量管理


主动式标杆质量管理信息的录入 主要适用于制造工厂 ,是指现场工人通过构配件内置芯片将加工原材料的质量信息、以及加工工序及工艺上传到BIM 数据库中,比照数据库质量管理程序自动进行标杆对比,并将比对结果通过构件ID在BIM模型中用不同颜色显示,用以作为质量管理者进行质量管理的依据; 


被动式人为参与性质量管理信息的录入 主要适用于施工现场 。在现场工程师履行职责的过程中发现质量问题,通过视频、图像及文字等方式记录后直接通过构配件内置芯片上传至BIM信息库; 对问题处理过程和处理责任人进行记录,以使信息具有可追溯性。




技术措施


为了保证装配式建筑质量信息的准确及时处 理,需要相应的技术措施进行保障。利用IFC标准对构配件进行 合理编码 使每个构配件产生唯一ID ,将ID中的信息快速读取需要RFID技术作为支持。无线射频识别(RFID)技术,是一种与生活息息相关的无线电波通信技术,不需要识别系统与特定目标之间建立光学或者机械接触就能够通过无线电波识别特定目标并显示其所包含的相关信息; 其组成部分有应答器、阅读器、中间件、软件系统。


RFID 具有的特点主要有以下几点 : 体积小型化、形状多样化,易于在构配件的复杂形状上安装,适应能力强; 具有抗污染能力和耐久性,RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性,适用于制造工厂及施工现场复杂的工作环境; 非接触式的信息读取,不受覆盖物遮挡的干扰,有利于存储信息的快速读取; 数据的记忆容量大,采用电子标签存储,满足构配件各种质量信息的存储。



组织措施


BIM作为新的技术应用于装配式建筑施工过 程,必然冲击到传统的组织管理,所以为了更好地应用BIM技术进行质量管理,必然会有 组织措施 进行保障。


依据BIM技术实施特点,对传统的管理组织 作出相应的变革, 组建专门的BIM质量小组,强化BIM 组织职能 。加强现场人员学习培训,思想上接受新技术,行动上掌握新技术,特别是在装配式构件质量信息录入过程中,人员的不确定性用组织进行规范。根据装配式建筑质量信息处理流程,因事设职,保证质量信息的快速准确处理。


通过组织保证将及时动态的控制原理运用到 质量信息的处理过程中, 使远程管理者通过BIM模型,实时了解施工过程中发生质量问题的位置以及问题的处理状态 ,从组织整体上加强了管理者对工程项目质量的控制情况。



经济措施


基于BIM的装配式建筑质量管理的顺利实 施,不仅需要技术措施和组织措施还涉及到相应的 经济措施


针对项目的具体实施情况,采取相适应的经 济措施,制定资金需求计划,以此为依据 拨付相应资金作为基于BIM 的装配式建筑质量管理的专项资金 ,并制定详细的资金使用计划,严格记录资金使用情况,做到专款专用,从资金上来保证装配式建筑质量在技术上的顺利实施。除此之外还应从经济上激励参与到基于BIM 装配式建筑质量管理的人员,消除参与人员的组织惰性。制定详细合理的奖惩计划,对适应快、掌握技术好的人员实行经济奖励,用以调动全员参与到质量管理中的积极性。用经济措施来保证技术实施的可行性和人员参与的积极性。


结语


当前国内外将BIM应用于装配式建筑施工 中多用于进行成本与进度控制,本文研究了基于BIM的装配式建筑的质量管理方法。装配式建筑施工质量主要来自两方面的保证:  构件工厂生产质量 现场装配质量 。通过BIM模型运用使质量管理在设计之初就开始进行,从源头减少质量隐患。基于BIM平台建立的构件ID码,有效整合事前指导性质量管理、过程控制性质量管理、事后总结性质量管理三大质量管理方法,做到 质量信息实时传递,工程质量动态管理,有效协调工厂与现场质量管理的地域差,满足装配式建筑工程项目各利益相关者对质量的要求和管理    

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