装配式建筑指采用预制构件在工地现场装配而成的建筑,这类建筑营建速度快、受气候条件制约小,节省人工且能提高建筑工程质量,改变了过往环境污染严重、建设效率低下、资源浪费严重的“脏乱差”建筑行业形象,成为了近年来在市场主导下各级政府大力推动的新型建筑形式。然而在实际工程建设过程中,装配式建筑构件生产、转运、堆放和工地现场装配的工程管理缺乏足够经验,难免影响拉低质量、成本和工期管理水平,甚至阻碍预制装配式建筑的推广和应用,倒逼建设单位创新项目管理模式。于是涵盖设计(Engineering)、采购(Procurement)和建设(Construction)的EPC工程总承包模式,逐步成为装配式建筑产业提高集成集约化程度、提升工程质量水平的有效管理模式,将EPC模式融合嵌入装配式建筑工程项目质量、成本和进度管理,已成为国家产业顶层设计政策导向下的行业发展潮流和必然趋势。

EPC模式下项目利益相关方相互合同关系简单明晰、质量主体责任明确,更有利于装配式建筑工程项目实施全程动态质量管控,高度信息化、组织化、一体化、集成化管理理念的引入,为实现资源优化配置和项目建设未来经济利益最大化奠定了建设基础,因此分析探讨EPC模式下装配式建筑工程质量的管理策略,既适应当前建筑经济理论研究要求也符合行业发展现实需要。

装配式建筑工程质量管理应遵照国务院《大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔2016〕71号),原则上采取EPC工程总承包模式,由工程总承包企业对工程质量负总责;要最大程度发挥BIM技术优势,推动装配式建筑产业向信息化、智能化发展,实现精细化设计、系统化管理、产业链整合、大数据沉淀;要构建与EPC模式相适应、兼顾装配式建筑特点的工程建设全程质量监管机制,建立健全部品部件生产、检验检测、装配施工及验收的全过程质量保证体系,确保工程质量管理水平不断提高。

EPC工程总承包模式较之传统承包模式具有明显优势:一是更侧重发挥设计在整个工程项目营建中的统筹引领作用,为整体建设方案的持续优化提升创造了条件;二是消弭排解设计、采购和施工之间可能存在的脱节、制约等冲突,保障三个主要阶段的工作环节相互顺畅衔接,更有利于工程项目各项质量、成本和进度管理措施的展开与落实;三是工程质量责任主体明晰,更有利于职责落实到位到人前提下的质量问题责任倒追机制的建立。针对EPC模式以上优势特点,在工程质量管理过程中应以设计为核心和主线,分阶段制定质量管控策略和具体措施,将各项质量管理责任分解落实到设计方、采购方、施工方、分包方、监理方和供应方等责任主体,便于动态督导调度和责任倒追,确保形成EPC装配式建筑项目全程各方合力抓好工程质量管理的良好态势。

装配式建筑的主要特点表现为:一是能够提高施工质量。建筑构件的工业化预制,能够预防墙体开裂、渗漏等通病,安全性、防火性和耐久性大幅增强;二是加快工期进度。较之传统方式进度平均提高30%左右;三是利于调节供求关系。质量提升、工期缩减、成本减少之后,可有效抑制房价;四是社会效益显著。有利于文明施工、安全管理、环境保护和资源节约。针对以上装配式建筑特点,在制定工程质量管理措施时要突出构件设计、生产、装配安装等建筑构件质量管控重点,以此带动设计、采购和施工三个主要阶段工程质量管理水平的提升。

如前所述,EPC模式下装配式建筑质量管理的要点在于兼顾发挥EPC模式和装配式建筑的优势特点,以设计为贯穿始终的主线,分阶段落实工程质量控制主体责任,突出构件设计、生产和安装这一质量控制重点。要真正把以上质量管理思路落到实处,必须引入借助BIM技术,依托发挥其可视化、协调性、模拟性和优化性特点,构建集装配式建筑工程质量信息采集、质量管理职能信息集成和供应链质控信息集成于一体的工程质量管理体系,贴合EPC一体化管理模式制定不同阶段的质量管理策略,确保EPC模式下装配式建筑设计、采购和施工阶段工程质量控制无死角、全覆盖。

建筑信息模型(BIM)功能的体现主要是以模型工具的综合运用为主,将建筑各类信息集成于BIM数据模型中,通过多种专业软件的协同运作处理,从而实现对工程项目设计、采购、施工和运维各阶段信息数据的集成、分析与应用。故而以BIM技术为主导,综合运用区块链、物联网和AI智能等前沿信息技术作为辅助,结合EPC工程总承包一体化管理和装配式建筑一体化技术特点,统筹协调、有机串联装配式建筑工程项目总承包商、各分包商等利益相关者、各工程质量管理责任主体和各信息采集处理传输系统,构建嵌入依托BIM技术的EPC模式下的装配式建筑工程质量管理信息集成平台体系,能够保障各阶段工程质量管理策略和各项具体质量控制措施的落实到位。具体如图1所示:

(1)装配式建筑工程质量信息采集系统。该系统依循EPC模式设计、采购和施工一体化管理的本质特点,有针对性地从总承包合同签订之时起,构筑夯实涵盖设计、采购、施工等主要阶段环节的装配式建筑全生命周期工程质量信息交互基础。在设计之初便按照业主要求来规划设计装配式建筑项目质量控制各项目标预期的总体框架,并将之分解细化下发至装配式建筑项目的各个阶段、各分包商和组织架构的各个层面,继而将上述质量管理基础信息、分解目标和量化结果汇总导入装配式建筑质量管理信息化集成平台之中,为总承包商、业主方、设计方、施工方、分包方、监理方和供应方等所有质量管理参与主体正确决策控制,提供实时动态的信息数据支撑。比如,在至为关键的影响整个装配式建筑工程质量、成本和进度的设计阶段,依托BIM模型剖切、漫游、测距和跨专业集合碰撞筛检等技术功能,通过三维建模和穿行碰撞检测提早识别确认潜在的质量风险问题,据此优化敲定最佳设计方案和施工图,并将相关信息数据实时上传至质量管理信息化集成平台,实现与其它阶段质量控制信息的存储、对接、交互与鉴证,确保工程质量管理信息全程有效衔接与共享,为相对更为复杂的装配式建筑的工程质量保驾护航。

(2)装配式建筑质量管理职能信息集成。装配式建筑全程工程质量跟踪管理可大致细分为设计、构件生产、构件出厂检验标识、构件转运与堆放、构件进场报验、工地卸车与堆放、构件现场吊装、构件装配连接、结构实体抽检和主体工程结构验收十项重点,与之相对应的是不同环节阶段的工程质量管理职能划分,与此同时同一个装配式建筑项目还存在成本与进度管理等其它平行职能,需要利用信息化技术手段对上述职能进行统筹协调、调度整合,以便基于EPC模式自始至终形成工程质量管控合力。各项质量管理职能及其质控责任目标数据上传质量管理信息化集成平台后,在集成平台的BIM模型内形成各职能单元质量控制职责和计划,随着后续导入信息数据的渐次增多,经过大数据筛选挖掘后生成工程质量控制各职能分布式数据库,为设计、采购和施工全过程质量管控职能落实提供实时数据参考和信息支撑。

(3)装配式建筑供应链质控信息集成。信息中梗阻、信息不对称甚或出现信息孤岛现象,是以往大型装配式建筑工程项目设计、采购和建设中的常见问题。构建涵盖供应链信息集成系统的装配式建筑质量管理信息集成平台后,可以疏淤导阻有效化解各参与方、各部门因信息不对称、中梗阻而产生的工程质量信息交互障碍。供应链信息集成系统由交互层、区块链层、感知层和实体层构成,其中的实体层涵盖EPC装配式建筑供应链所有利益相关者,是物流、资金流和信息流三流合一的源头和依托;感知层嵌入了物联网、二维码扫描、RFID和GPS/GIS等技术,可以全程获取建筑材料等产品的实物及空间位移等信息,并及时向上一层区块链层导入;区块链层由分布式弱中心化的无数交易区块构成,加盖时间戳的每个交易区块都是相对独立的、经过加密验证可以充当数据库有效信息记录的数据单元,确保包括质量信息在内的所有项目信息公开真实;交互层主要为政府监管部门、质量管理信息化集成平台运行维护者以及装配式建筑供应链各参与主体提供信息输入输出和共享服务。

设计是EPC模式下装配式建筑工程项目的主导与核心,该阶段所形成的方案文件资料涵盖了后续各阶段的基础信息,所以说设计质量高低将决定整个项目工程质量的好坏,设计就是装配式建筑工程质量优劣的关键。

设计阶段的质量控制策略就是充分运用发挥BIM技术的作用,提早识别评估各阶段可能存在的工程质量问题隐患。设计人员要在认真做好日照、面积核准以及各项报建报审工作的同时,利用BIM三维模拟和一模对多点的技术特性,借助其剖切、漫游、测距和跨专业集合碰撞筛检等技术功能,尽可能在设计阶段通过碰撞检测发现质量隐患点和风险点,并及时将相关信息导入质量管理信息化集成平台。在方案设计和初步设计阶段充分沟通交流听取各参与主体意见诉求的基础上最终形成施工图设计。与此同时导入运用“计划-实施-检测-处理”的PDCA戴明环质量控制方法,真正把装配式建筑设计阶段的质量管理措施落到实处。具体如图2所示:

设计阶段实际质量控制过程中要在选拔重用高水平设计人员的同时,采取配套监控督查措施,而相关临检、审计和碰撞测试都要由经验丰富的设计骨干牵头实施,从设计之初就要确保工程质量不出任何纰漏;要在设计阶段就将工程所需各种装配式预制构件的信息,依托BIM模型进行采集处理并上传质量管理信息化集成平台,通过设计、构件生产和施工单位的可视化虚拟前瞻协同,将厘清突出设计重点与剔除冗余浪费、优化作业流程和提高工程质量有机融为一体。

采购阶段要紧紧围绕履约和诚信意识的树立强化,以采购和供应人员的诚信履约保障项目质量,着力在总承包商与建材供应商之间构建新型战略合作伙伴关系,以人员方面的竞争激励和奖惩机制力促装配式建筑采购阶段的质量管理最优化;在技术保障方面继续引进嵌入BIM、物联网、二维码扫描、RFID和GPS/GIS等技术,依托发挥EPC装配式建筑质量管理信息化集成平台的功用,对所有建材物料的信息实施实时动态集成管理,杜绝材料浪费和无效作业;在组织保障方面要组建成立专门的采购团队,形成总承包商领导下采购经理统筹负责的采购组织体系。采购流程具体如图3所示:

从图3采购流程可以直观看出,采购阶段工程质量管理的关键在于采购与设计、施工的有效协调衔接。在设计阶段就应该考虑规划采购准备和采购计划并付诸实施,力求做到采购与设计的并行不悖、相辅相成;同样,在采购过程中除了控制费用开支外还要重点考虑施工质量要求,采购部门应与设计和施工部门一道本着“早识别、早确认、早处理、早整改”的质量控制原则,在质量管理信息化集成平台的统筹调度下,自始至终对设备材料资源进行动态质量跟踪管控,确保EPC模式下装配式建筑工程项目的提质增效。

该阶段可借助BIM技术构建4D施工进度模型和5D成本控制模型,对装配式建筑工程项目质量、进度和费用实施综合一体化管理。施工阶段的质量控制在依托BIM技术引领的装配式建筑质量管理信息化集成平台的基础上,同样是融合引入PDCA戴明环质量控制方法,使二者交互作用形成最佳质量控制效果。一是预案计划(P)层面。在确立工程项目目标的前提下,引进嵌入BIM技术并建立该项目的3D模型,进而分别制定项目质量、进度和成本计划,一并导入信息化集成平台建成3D+质量+进度+成本的6D模型,在此模型协调管控下分别制定设备进出场、构件材料采购加工与使用、劳务进出场等计划,并据此制定生成资金使用计划;二是执行实施(D)层面。施工过程中在质量控制信息化集成平台6D模型的协调管控下,严格按照计划环节制定的质量、进度和成本计划展开各项施工作业;三是检查检验(C)层面。借助BIM模型动态更新提供的实时数据,对工程实际质量、实际进度和实际成本进行跟踪监督核查,并就动态核查发现的质量偏差、进度偏差和成本偏差进行综合分析研判;四是处理落实(A)层面。在深度分析质量、进度和成本偏差形成原因的基础上,尽快拿出合理有效的纠偏办法和质量管控措施。

设计和采购阶段的目标预期都需要施工来最终落实兑现,故而施工阶段是EPC装配式建筑工程质量管理的关键环节,该阶段各类内外墙板的装配及灌浆连接、剪力墙钢筋和板缝的绑扎处理等项细节工作,都与工程质量的最终结果息息相关、密不可分,故而在施工质量管控团队的组建上要优中选优,选派懂技术、有经验、能力强、负责任的精干人员担纲现场施工管理,并依循计划设计安排足量施工技术人员进场实操,同时合理掌控安排工期进度,预防排除因施工人员过于疲劳而可能导致的质量隐患;在技术控制保障方面要牢牢抓住预制构件装配这个关键环节,上溯下沉以此带动整个施工阶段工程质量的技术支撑扎实牢靠、周密稳妥。要提前派员驻厂监督检验预制构件的车间生产质量情况,进场施工后要借助BIM技术引领的质量管理信息化集成平台,融汇运用精益建筑、PDCA、4M1E和6SIGMA等工程质量控制理念,通过施工信息数据的集成和各施工作业单元的智能化协同,确保施工质量可视可控始终保持在目标预期框定的合理区间之内。

南京市栖霞区丁家庄二期保障房项目,是由中建二局上海公司总承包承建的装配式建筑住宅项目。该项目A28地块的6栋高层建筑采取EPC模式下的装配式建造方式,层高27-30层,建筑高度为80-90米,总建筑面积约9.4万平方米。凭借超高层、大体量和出色的经济社会效益,上述6栋EPC模式下的装配式建筑成为南京市乃至江苏省已建成的规模较大的应用装配式结构的住宅项目工程,2018年被住建部列为科技示范工程项目,被江苏省住建厅评为首批EPC模式下装配式建筑产业现代化示范工程。需要注意的是,该项目总承包商中建二局上海公司苏宪新团队结合EPC模式特点,依托BIM技术构建了EPC装配式建筑质量管理信息化集成系统,分阶段制定采取了行之有效的工程质量管理策略,2018年8月竣工后顺利通过质量检查验收,成为南京市EPC模式下装配式建筑住宅项目工程质量管控的成功典范。

南京市丁家庄二期保障房项目总承包商依托BIM技术、综合运用物联网和区块链等前沿智能信息技术,在设计之初就构建起了BIM技术引领下的EPC保障房项目质量管理信息化集成系统。考虑到该项目6栋单体均采用预制装配式剪力墙结构,设计阶段采用Revit软件构建建筑、结构、安装等BIM模型,对所需外剪力墙、叠合板、叠合梁、阳台板、阳台栏板、阳台隔板以及预制楼梯等构件的信息进行采集处理,为质量控制打牢几何和非几何信息数据基础;采购阶段由苏宪新专业采购团队负责将所有构件物料信息实时上传质量管理信息化集成系统,并运用物联网和区块链技术实施监控构件的运输堆放状态、密切与供应商的沟通联系,以此保障所购建材的采买、催交、检验和运输保管等各个环节顺畅无碍,从而确保其品质符合设计要求;项目体量和高度的增加不只是工作量的增加,而是难度倍数级的飙升。鉴于此,在施工阶段项目部采用装配式结构BIM深化,并在质量管理信息化集成系统的统筹协调下,执行落实了施工指导、构件精确定位、全高垂直度控制、吊装申请旁站和灌浆工艺评定等措施,确保了工程项目始终在高质量水平上顺利推进。

在EPC设计、采购和施工三个主要阶段突出重点拿出可操作性和实效性强的质量管控措施,创新并不断完善与高层大体量装配式建筑住宅相适应的工程建设全过程监管机制和管理链条。针对装配式建筑的信息具有动态性和信息量巨大的特点,要求各参与主体对在质量管理链条中需要何种信息以及信息精确程度都要有足够的认知,防止信息延迟、丢失和失真等问题可能对EPC模式下装配式建筑的质量产生负面影响。通过基于BIM的质量管理信息化集成系统,将各阶段各环节的质量信息数据整合进5D-BIM模型,便于各参与主体各取所需实现信息实时交互,既有助于BIM技术扩展至施工模拟和材料管理,也能够促进质量管理策略和各项具体制度措施的贯彻落实;同时,建立了部品部件生产、检验检测、装配施工及验收的全过程质量保证体系,落实了装配式保障房项目各方质量安全主体责任。并以派员驻厂监造的形式督促构建生产厂家建立原料进厂检验、过程质量控制和出厂检验机制。约束设计单位严格设计审核校验,施行全过程服务。制定并严格执行标杆对照、施工质量控制、质量监测、质量预警和责任追溯五项制度,责令施工单位加强部件部品进场、施工安装、灌浆连接、密封防水等关键部位工序质量控制和检验检测,提高装配施工连接质量和安全性能。

中建二局上海公司对EPC装配式建筑示范项目高度重视,专门成立领导小组定期调度督查,并将工程质量纳入重要议事日程,明确责任分工,细化完善了质量控制措施;南京市及栖霞区政府为项目建设提供了良好的环境,给予了一定的财政补贴并责成两级住建部门强化该项目工程质量监管,保障装配式安居工程质量管理达到一流水平。

通过归纳阐释EPC模式下装配式建筑工程的质量管理思路,构建嵌入BIM技术的工程质量管理体系,分阶段研究提出强化EPC装配式建筑工程质量管理的策略措施,并以南京市丁家庄二期保障房项目为例进行实例分析后发现,EPC模式下装配式建筑的工程质量管理较之传统建筑模式更为复杂困难,构建基于BIM的工程质量管理信息化集成体系,分阶段制定针对性较强的工程质量管理策略,无疑是确保工程项目品质的最佳选择。在工程质量管控中引进嵌入BIM、物联网、区块链等智能信息技术,并杂糅运用PDCA、4M1E和6西格玛等质量控制方法,对于提升EPC模式下装配式建筑工程质量管控实效将大有助益。