随着我国建筑产业化的提升, 建筑业面临技术路径、市场模式等变革, 其中建造技术路径变革即大力发展装配式建筑。2016年国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》文件, 指出要优化部品部件生产、提升装配式施工水平。在全国装配化建筑已经取得突破性进展的同时, 建筑企业的BIM技术应用成为建筑业信息化的重要内容。本文提出在IPD模式下利用BIM5D技术进行装配式工程质量的协同管理, 从而提高装配式建筑工程质量。

IPD (Integrated Project Delivery) 即集成化项目管理模式, 是一种利用团队成员的知识和专业技能, 通过新技术应用, 让所有团队成员更好地发挥最大潜力, 以实现团队成员在整个建设项目全生命周期价值最大化的交付方式^[1]。美国建筑师协会 (AIA) 提出的项目整合交付模式IPD是结合BIM技术的建筑项目执行模式, 其理论重点在于应用BIM技术辅助专业协同整合, 提升项目整合效益, 进而达到精确控管时间与成本的目标。在此前提下, 施工团队、设计团队等建筑项目成员与业主在信息透明开放的环境中从设计阶段开始参与, 以获取更精确的设计成果。在IPD管理模式下, 项目参与方通过共同合作提高项目工作效率, 取得最佳成果。

装配式建筑指工厂化生产的部品部件在施工现场通过组装和连接而成的建筑。在装配式建筑IPD模式中, 项目各主要方在项目早期阶段介入, 组成IPD跨部门团队, 在项目开始时组建并对建筑全生命周期进行项目管理。IPD团队由各参与方共同组成, 各参与方分别提供不同的重要资源, 以提高工作效率, 保障项目顺利实施。如施工方在设计阶段介入可有效减少项目实施过程中的错误, 提高项目工作效率。

工程项目主要参与者在装配式建筑工程前期介入, 对IPD项目的实施提出协同技术支持要求。而BIM5D建筑信息模型利用数据的开放性及信息交互性, 实现可视化状态下对项目设计、建造、运营过程进行交流决策。BIM5D技术推动了装配式建筑向绿色建造发展的进程, 装配式建造需在构件验收、安装、运输、储存、施工等环节识别构件信息, 提高信息输入正确率, 及时更新信息平台数据。利用建模计算可分析构件与建筑整体耦合度, 甄别装配设计是否合理, 提高装配式建筑质量。

IPD模式包括计划与控制、决策、技术评审、设计、实施、文档管理、质量控制、物料管理、软硬件设计、技术管理及管道管理等。项目参与者多方协作及BIM技术的支持使项目实现协同质量管理, 了解建筑产品的建造过程, 时时动态监控项目的建造过程。如施工单位可提前参与设计, 可避免施工过程中因设计出现的质量问题, 节约成本和提高效率。

项目参与方在可行性研究阶段提前进入, 确定项目目标和计划, 使施工和设计工作同时进行。借助Revit、RFID等集成BIM软件的实施应用, 项目各参与方通过模型模拟提前获知项目成果, 为项目协同质量管理提供技术支持。

业主与设计方、咨询方、承包方分别签订合同, 清晰界定各方责任义务, 各方利益紧密相联。IPD团队中各方针对工程质量缺陷和隐患良好沟通合作, 减少质量事故发生。装配式建设工程项目在质量达标情况下验收合格, 各方获得相应利益, 从而调动各方进行质量控制和共同协作的主动性。

我国工厂化装配式建筑包括3种模式:钢筋混凝土预制装配式建筑 (PC) ;钢结构预制装配式建筑, 部品化率为30%~40%;全钢结构预制装配式建筑, 部品化率为80%~90%, 部品在工厂内制作并装修到位。

目前装配式建筑施工质量受人员、机械、物料、工艺、环境、标准制度等多方因素制约。由于建筑工程本身建设周期长, 涉及利益责任方较多, 各利益责任方对于工程质量控制缺少有效呼应和协同。同时, 管理人员不熟悉质量控制的相关标准和规范、质量管理信息化水平较低、项目质量信息不能有效传递共享等均对质量管理的产生影响。

1) 构配件生产和使用过程中存在需改进之处构配件的标准化程度及生产流水线应用程度低导致质量不达标, 信息化程度低造成仓储物流混乱, 施工现场进度滞后导致构配件存放不规范等均对装配式建筑质量产生影响。

2) 装配式建筑施工准备工作不充分目前装配式建筑施工缺少预见性, 部分项目施工准备工作不足, 如缺乏人员的培训与组织、机械设备及现场材料的堆放准备、运输车辆的设计制作及运输路线等, 对装配式建筑的质量产生影响。

3) 施工过程中的人为因素人员技术水平、决策能力、作业能力、控制能力等都直接或间接影响各类构件的生产制作, 易出现质量隐患或缺陷。

BIM5D (三维建模+进度维+造价维) 以BIM平台为核心, 集成土建、机电、钢构、幕墙等各专业模型, 并以集成模型为载体, 关联施工进度、合同、成本、质量、安全、图纸、物料等信息, 利用BIM模型形象直观、可计算分析的特点, 为项目的进度、成本管控、物料管理等提供数据支撑, 协助管理人员有效决策和精细管理, 从而达到减少施工变更、缩短工期、成本控制、提升质量的目的^[2]。BIM5D将整个项目的经济指标、进度指标、质量安全等重要信息形象地展示在网页端, 为项目施工总包、分包、业主、监理等各参与方提供实时监控平台。

IPD集成项目交付模式是从项目交付及契约角度出发, 为克服传统项目因各专业分割所导致的一系列问题而提出的更好实现业主价值的管理和实践体系。BIM5D是科技发展到一定阶段而必然出现的解决项目数字化及全生命周期信息化的技术手段, 解决项目全过程管理的成本和效率问题^[3]。BIM5D夯实了IPD模式的应用条件与基础, IPD集成一体化思想是BIM5D手段的核心目的和意义。

1) IPD项目管理模式为BIM5D技术提供了发展平台IPD模式下, BIM5D可通过BIM模型对进度、预算、资源、施工组织等进行集成化管理, 模拟施工过程, 及时提供进度、物资、计量、成本等核心数据, 提升沟通和决策效率。BIM5D以建筑项目全生命周期的信息整合为核心, 整个项目的参与者参与共创、共享、共管信息, 达到项目各阶段、各部门的信息高度同步和协调一致。

2) BIM5D为IPD项目管理模式提供技术支持BIM5D可协同完成IPD设计施工任务, 进行IPD项目的成本、进度、质量、安全、物资等控制, 并对IPD项目进行运营和维护。BIM5D使IPD团队协同工作更便捷, 沟通更通畅, 使项目参与方更好理解任务, 权责清晰, 使IPD项目管理模式得以实现。

利用BIM5D技术可提高装配式建筑协同设计效率、降低设计误差, 优化预制构件生产流程, 改善预制构件库存管理、模拟优化施工流程, 实现装配式建筑运维阶段的质量和能耗管理^[4]。

1) 方案设计阶段进行3D构件拆分设计在预制装配式建筑方案设计阶段建立BIM模型, 不同的预制构配件在模型平台上进行预拆分, 初步确定构件外形尺寸, 为工厂生产、运输、吊装等工序提供前期准备。

2) 完成碰撞检测在施工图阶段进行机电、管线的碰撞检测, 检查设计中预制构件上预留孔洞、预埋线盒等是否正确、准确。通过BIM模型对建筑不同预制构件、部位、节点进行预拼装, 保证实际安装准确无误, 减少返工。

3) 进行施工交底与模拟吊装利用BIM技术虚拟展示各施工工艺, 可进行施工交底, 帮助施工人员更好地理解设计, 使技术交底更直观。同时还可模拟吊装过程, 帮助施工人员了解构配件的不同放置位置及吊装点、吊具, 提高施工实际操作效率, 使各部门间的沟通更高效。

4) 进行施工场地管理基于BIM的5D动态施工控制可对施工场地进行三维布置, 综合考虑材料码放、车辆周转及临时用水用电布置, 可让项目管理人员对项目整体布置有更直观的印象, 方便对施工单位及工人进行交底, 实现对业主进行数字化模型的直观汇报。

5) 施工动态管理传统的质量控制通过质量方案识别控制点, 质检员现场对控制点进行拍照记录, 手工分类整理, 组织专题会议, 最后进行整改跟踪。而利用BIM5D进行质量管理时, 通过质量方案识别控制点, 质检员现场使用智能手机BIM5D客户端对控制点进行记录, 上传云端服务器, 计算机数据整理, 组织专题会议, 并通过云端数据进行跟踪整改, 形成项目质量的大数据留存, 相关人员在项目节点进行总结整理, 制定相应方案。监理方对可能存在的质量隐患实时监控和管理, 减少由于对项目质量控制要点和质量缺陷认识不足, 导致关键工序不能顺利验收。业主方可根据模型对可能发生的质量问题做好资金和进度规划, 减少因质量问题而影响工程进度和成本增加。

1) 提升质量管理效率在IPD下, 各参与方关注工程质量, 减少因质量问题而增加工程量及成本。装配式建筑对构配件的精确度要求极高, 若通过图纸传递, 不利于组织查找, 还很难实现建筑项目质量目标。在装配式建筑中加入BIM5D, 其信息表达方式更直观, 减少了质量隐患, 提高项目质量管理效率。

2) 项目各参与方早期介入在BIM5D技术支撑下, 设计方可提前参与项目决策, 进行合理设计。施工方也可提前进入设计阶段, 了解施工中应关注的质量控制要点和要求, 更全面地对施工作业班组进行技术交底, 减少因不熟悉设计而产生的质量问题。

3) 实现质量管理的有效控制利用IPD模式及BIM5D技术可强化工程质量的事前、事中与事后控制, 实现质量管理的有效控制。施工前利用BIM可视化对管理人员及班组进行技术交底, 使复杂节点更清晰, 明确各工序的质量控制要点;结合二维码存储功能, 将技术交底张贴在现场对应部位, 方便现场查看, 使技术交底多元化, 提升交底效果。施工过程中, 管理人员利用移动终端记录现场施工质量、安全问题, 拍照上传至云平台, 明确责任人和责任班组, 限时整改, 整改后及时反馈并验收, 对问题进行追踪管理。通过BIM5D管理平台导入质量管理数据, 编制质量问题周报, 对整改情况、责任人、责任班组进行总结汇报, 逐条分析原因, 提出下一阶段的质量与安全解决方案, 确保质量与安全隐患及时解决。通过创建二维码构件库, 将构件责任人、检测员、表面平整度、垂直度等实测实量信息录入平台, 方便现场沟通查阅, 及时分析偏差原因, 制定下一阶段质量控制措施。通过建立基于BIM5D的质量协同管理体系, 以BIM技术为手段, 事前、事中及事后对质量管理进行信息化监督和控制, 实现质量管理数字化, 为企业提供协同管理的质量保障体系, 在多方监督和协同实时管理作用下, 提升装配式建筑品质。

BIM5D技术的三维可视化特点能准确再现各专业的空间布局, 实现三维校审, 减少了工程变更。在物资管理中, 根据BIM5D中的数据、现场情况及市场情况提前准备下个生产周期所需物资资料, 保证现场施工进度, 减少过度物资准备造成的浪费, 加强了项目管理能力, 更好实现IPD模式下团队的最大利益。

相关责任方利用IPD模式早期介入、利益共享、风险共担等原则及BIM5D技术的虚拟施工、碰撞检验、各维度信息传递等功能, 提高质量控制效率、减少质量问题发生, 消除各类潜在质量隐患^[5]。IPD模式下基于BIM5D的工程质量协同管理流程如图1所示。

在装配式建筑中, 预制构件生产是连接设计和施工的关键环节。在预制构件生产中利用BIM5D技术, 统筹考虑设计、制造、安装需求, 对建筑模型进行碰撞优化。根据模拟碰撞结果, 设计人员可修改构件设计图纸。生产厂家根据BIM5D平台中设计方录入的构件参数可调取预制构件材料、尺寸、数量及工艺要求等信息, 对制造安装过程进行信息跟踪和自动化生产。施工单位也可随时了解构件生产情况, 进行管理控制协调。

预制构件质量还受预制构件运输环节影响。因天气等不可抗力原因, 预制构件可能无法及时运到施工现场, 只能根据现场施工进度及对构件的需求提前规划构件运输管理和成品保护。项目部将待安装的构件需求信息输入BIM5D平台系统, 管理人员及时了解库存情况, 确保构件准时送达项目现场。待安装的构件内置RFID芯片, 形成构件ID码。RFID芯片将构件信息提供给信息控制系统, 同时将物流进度信息数据反馈至仓库, 实现参与方的信息共享, 保证施工进度和质量。

预制构件的储存涉及堆放场地、塔式起重机旋转半径范围等问题, 施工现场预制构件的堆放存储量不宜过多, 需对构件进场数量进行控制。在装配式建筑项目中应用BIM5D和RFID技术可解决预制构件存储管理困难状况。在构件加工过程中, 每个构件植入RFID芯片, 录入材料及质量管理等信息, 并将信息传输到BIM模型。施工过程中相关人员通过BIM模型可快速获取预制构件具体信息, 从而提高预制构件的库存管理效率。

施工前先利用BIM5D技术对施工工艺较复杂、机械化程度高的装配式建筑进行施工仿真模拟, 保证预制构件准确定位, 实现装配式建筑高质量安装。施工单位依据施工仿真模拟中暴露的质量隐患采取预防措施, 降低质量事故发生概率。

为确定装配式建筑施工质量控制部位, 相关人员对施工用预制构件进行编号, 并在BIM5D中导入构件基本信息。BIM模型建立后, 根据建筑物的物理和功能特性, 分解施工技术措施的质量要求, 将整体质量要求分解成每个建筑构件的质量要求, 以各预制构件的质量标准为依据, 形成按不同构件工序划分的质量控制表单。

根据质量控制表单中载明的构件编号, 现场人员掌握该构件在BIM模型中的具体位置, 从而对该构件进行检查, 并采集该构件的质量数据, 将数据结果录入质量控制表单中, 完成对质量监控的实时反馈, 有利于工程参与方及时掌握信息并相互沟通交流, 制定相应部位或构件的质量控制措施。

通过IPD模式下BIM5D技术功能分析得出, 项目参与方可借助BIM5D技术进行项目的进度监督、质量安全检查, 还可完成精细排布方案, 精确计算构件消耗数量、规格尺寸等。同时BIM5D可进行施工模拟, 模拟任意时间段的实际场地工况, 便于IPD团队相关人员及时掌握施工场地现场情况。IPD团队还可通过手机端对装配式预制构建进行跟踪, 参建各方实时了解当前预制构件所处阶段, 提前规避风险;通过PC端进行进度偏差分析及完工工程量自动汇总统计, 从而完成预制构件从加工到施工吊装完毕整个流程的质量安全管理。BIM5D模型通过时间分布、责任单位分布等各个维度展示, 使IPD团队成员宏观了解项目的质量安全状态, 协助项目管理人员分析问题、排查隐患, 确保项目正常完工。