装配式建筑全生命周期的智能建造管控及应用研究

装配式建筑全生命周期的智能建造管控及应用研究

陈凯 ¹   兰敬爽 ²   英振 ³  等 

（ 1. 济宁市住房和城乡建设局 , 山东济宁 272000 ；

2. 济宁市金泰建设工程质量检测有限公司 , 山东济宁 272000 ；

3. 山东汇源杭萧钢构有限公司 , 山东济宁 272000 ）

摘要： 建筑业是能耗大户，无论是推动实现 “ 碳达峰、碳中和 ” 目标，还是建设美丽中国，发展绿色建筑都是题中应有之义。 “ 制造 + 建造 ” 模式是推进新型建筑工业化和建筑领域 “ 双碳 ” 目标实现与市场发展的必然要求。工业 4.0 以智能制造的特征改变着人类的生活 / 生产方式。 PC 构件的全生命周期涵盖 PC 构件设计、生产、存储、运输及现场安装 5 个阶段，其质量管控技术综合决定了装配式建筑的整体质量。在新一代的信息技术的加持下，更智能的产业被融入传统的工业生产周期过程，从而突出表现在设计、生产、运输、安装、售后等阶段的更加标准化、集成化与规模化。

关键词： 装配式建筑； PC 构件；全生命周期；智能管控

中图分类号： TV334,TU74    文献标志码： A 

Abstract ： Theconstruction industry is a heavy energy user. Whether it is to achieve the goalof "carbon peak and carbon neutral" or to build a beautiful China,the development of green buildings is a necessary part of the problem. The"manufacturing + construction" model is an inevitable requirement topromote the industrialization of new buildings and the realization of the"double carbon" goal and market development in the constructionfield. The whole life cycle of PC component covers five stages of PC componentdesign, production, storage, transportation and site installation. Its qualitycontrol technology comprehensively determines the overall quality ofprefabricated buildings. Industry 4.0 is changing the way of life/productionwith the characteristics of intelligent manufacturing. With the support of thenew generation of information technology, more intelligent industry has beenintegrated into the traditional industrial production cycle process, thushighlighting the more standardized, integrated and large-scale design,production, transportation, installation, after-sales and other stages.

Keywords: prefabricated building; PC components; fulllife cycle; intelligent control

0 、引言

目前，我国发展装配式建筑政策利好，预制构件需求量急速增加，混凝土预制件（ Precast Concrete 简称 PC ）是实现主体结构预制的基础，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] 。装配式建筑有利于发挥工业生产的优势，提高生产效率，弥补劳动力日益短缺的问题 ^[2] 。通过标准化生产，实时监控的现场施工场景，信息化与工业化的深度融合从而有力推进了装配式预制产品的质量，从而减少了预制构件质量通病的发生 ^[3-4] 。此外，发展装配式建筑有利于促进经济可持续发展，因而装配式建筑 PC 构件得到越来越广泛的应用 ^[5] 。

PC 构件的全生命周期主要涵盖了五大阶段，主要包括：设计阶段、生产阶段、储存阶段、运输阶段及现场安装阶段。结合 ISO9001 质量管理体系要求及项目实践经验，针对 PC 构件生命周期各阶段质量管控的要求进行了概况总结。通过结合多个项目的现场施工经验及质量管理体系要求对 PC 构件 5 个阶段的质量管控要点进行了概括总结，有利于推动 PC 构件全过程的质量管控，保障装配式建筑项目施工质量 ^[6] 。

1 、设计阶段

现阶段建筑行业的营造方式已从传统的劳动密集型产业发展成建造效率高、工业化高、质量有保证、兼顾资源优化配置、环保节能的技术密集型。 PC 构件设计对 PC 构件后期各生命周期的质量控制均有较大影响，在当前环境下 PC 的设计流程为：建筑设计单位提供建筑图纸；预制构件的图纸拆分、深化；设计单位图纸审核签发；生产单位按图生产施工。 PC 的深化设计方案应经过生产、施工等单位的评审，以确保深化设计方案能满足后续生产、仓储、运输及施工要求 ^[7] 。

图 1 PC 构件的拆分与深化设计

Fig.1 The splitting and deepening design of PC components

如图 1 所示，在 PC 构件设计过程中，可借助 BIM 技术对深化设计成果进行全景模拟，规避施工安装后期可能存在的管线、预留洞口 “ 不兼容 ” 问题 ^[8] 。 PC 构件设计单位在进行拆分、深化设计时除应考虑有关国家规范、图集及合同方要求外，还应考虑如下因素：

(1) 模块建筑设计应遵循功能实用性、设计集成性、组合多样性与施工便利性的设计原则，并应兼顾模块单元及建筑部品的模数化、标准化和通用化。

(2) 模块建筑应进行一体化协同设计，各阶段应充分考虑模块建筑的设计流程特点及项目技术经济条件，对建筑、结构、机电设备及室内装修进行统一考虑，保证设计、制作、安装形成完整的体系，使各项技术体系得到协同和优化。

(3) 模块建筑的内装设计应与建筑、结构、设备等各专业进行一体化设计，预留洞口、预埋件、连接件应准确到位。通过减少优化不同预制构件种类达到便于工厂化生产的要求，外观复杂度对模具设计及生产便利性的影响。

2 、生产阶段

2.1 原材料管控

PC 构件原材料主要包括混凝土、钢筋、套筒、预埋件及保温材料等，多数 PC 工厂拥有自己的预拌混凝土搅拌站，因而包括砂、石、水泥、掺合料及外加剂在内的骨料作为原材料应按国家现有规范严格管理，同时检测合格后保存检验报告方可进厂 ^[9] 。构件生产图纸应经过设计单位审核，在施工总说明应明确质量要求并确保满足顾客要求。特殊情况下，当监理单位有要求时，对有见证取样要求的关键原材料及混凝土试块应进行见证取样送检。构件生产厂家通过智能配料设备建立运行良好的质量管理体系并通过质量管理体系认证 ^[10] 。

2.2 生产过程管控

在生产阶段，生产部门根据地盘施工进度，合理安排生产，适时调整生产计划，确定稳定受控生产，避免忙闲不均。各生产线应完善施工工艺，每道工序均符合工艺质量标准要求。装配式建筑与建筑工业化生产运营愈加智能，通过将信息技术与生产设施深度融合， PC 构件在智能化生产车间里制造后运往工地进行智慧装配建造。

图 2  智能化模具拼装与保温板的铺设

Fig.2 The mold cleaning of intelligent PCF board and laying  of insulation

如图 2 所示，生产过程中混凝土下料前的隐蔽验收必不可少，各生产线应按照施工质量验收规范做好隐蔽前验收工作。尤其对涉及结构安全的关键部件如吊钉、钢筋、灌浆套筒及关键的连接件应作为主控项目重点检验。此外，工厂质量管理部门应通过日常监督检查，以确保生产过程质量管控体系落实到位。

2.3 成品的检验

成品一般由质量管理部门负责最终验收，检验项目包括观感、整体尺寸、外伸钢筋、预留洞口、预埋件的长度、规格及定位等。通过智能设备，成品验收合格后应加盖验收合格印章。对检查出的不合格品，应使用吊牌等方式标识不合格原因，能维修的要维修后复验。 PC 构件重量及吊装方式对安全性的影响；储存与运输的便利性与资源、空间的节约；有利于产品保护的要求。

3 、存储阶段

考虑到地盘施工的需要， PC 构件应根据地盘施工进度建立构件储备，构件生产厂家可借助 MES 生产管理系统建立构件信息化管控流程，确保库存量、库位信息及时得到更新，以便于库存构件精准定位，快速出货。针对不同的产品应结合产品类型、场地资源、堆放安全性等要求分别采取叠放或立放的存放方式。一般的，水平构件采用水平存放，竖向构件采用立放，以便于进入工地的后续吊装施工方便。在水平存放时，应严格按照有关规范要求，每层构件之间应合理设置垫木，避免构件变形或裂缝。

图 3  PC 构件的储存

Fig.3 The storage of PC components

如图 3 所示，在预制竖向构件采用立放仓储与运输时，必须采取相关措施进行防止倾覆。考虑到 PC 构件一般型号规格不统一，合理的存放架能有效改善空间资源不足的问题。 PC 构件在存放期间应注意继续采取养护措施对构件进行持续养护，养护可采用在存放区设置喷淋设施自动淋水养护。 PC 构件在入库前，出货人员应对产品外观、合格标识等进行自检，确保产品满足出货要求。

图 4  PC 构件的运输

Fig.4 The transport of PC components

4、运输阶段

如图 4 所示，在 PC 构件装车运输前应充分检查构件的外观、标识及装车安全性。 PC 构件运输一般采用公路运输，通过 RFID 系统智能识别管控，构件运输要提前做好路线规划，充分考虑运输过程中的道路宽度、回转半径、架空设施等因素，以充分保证运输过程中的安全性。提前做好道路运输申请，取得路政部门许可。 PC 构件运输应采用专用运输架，构件在车辆上的放置方式应考虑安全吊装的需要及运输路线上存在的运输限制。 PC 构件及存放架应妥善固定的车厢上，要避免紧急刹车等异常情况下对运输中的构件造成的扰动，避免发生倾覆。

5、安装阶段

施工现场吊机应根据构件重量、尺寸做好选型、安装，确保构件安全吊装。采用 PC 构件灌装后，方可根据灌浆料强度增长情况适时撤除斜向支撑。通过智能生产车间与智慧工地的精细化部件设计、智慧计划排产、智能生产系统协同、智能设备便捷性互联、智能资源高效管理、智能质量可靠管控、智能决策瞬态支持等深度融合。智能化的生产模式要求工地实现预制件智能装配、工人智能考勤、生产智能监控、进度智能管控、材料智能分配、环境智能保护等深度融合，提升施工现场的装配质量和效率，实现智能化建造运营。

6、结语

综上所述， PC 构件全过程智能管控有利于减少装配式建筑通病的发生，提高施工效率，降低建筑成本。现阶段的装配式建筑的核心理念是“集成”，而“云物大智”（云计算、物联网、大数据、人工智能）是装配式建造的多功能手段，其贯穿于智能建造的设计、生产、储存、运输、施工和管理的全过程，服务于现代装配的全生命周期。在 PC 构件生产及施工期间，构件厂及安装施工单位应制定质量方针，确定质量目标，建立并持续保持质量管理体系，不断完善施工工艺，使设计、生产、仓储及运输各阶段施工质量稳定受控，从而保障装配式建筑整体持续发展。

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