[摘要]装配式建筑通过高度的工业化模块营造方式改变了传统现场人工营造技术的弊病，使建筑产品和本行业向低碳、节能、绿色、高效、稳定的方向发展，但同样在各环节中存在且易发多种质量安全问题。为了有效改善装配式建筑监理质量控制水平，应用建筑信息模型( BIM) 技术，依托于实际项目的监理工作，开发了一套基于 BIM 技术的装配式建筑监理质量安全控制系统，包含数据管理、流程控制、现场质量控制、文档管理等功能模块。研究和实践表明，BIM 技术可为装配式建筑监理质量控制提供有效的技术支持。
[关键词]BIM; 质量控制; 装配式建筑; 功能模块; 二次开发
0 引言
进入 21 世纪，社会工业化、机械化、信息化水平的大幅度提升，为工业化建筑的发展奠定了技术支持，其中，装配式建筑的建造方式正是在建筑工业化生产方式的指导思想上发展而来，通过高度的工业化模块营造方式改变了传统现场人工营造技术的弊病( 如环境污染大、资源消耗大、生产效能低、产品质量随机性大等) ，使建筑产品和本行业向低碳、节能、绿色、高效、稳定的方向发展。
目前，国内的装配式建筑尚处于快速发展阶段，《上海市绿色建筑发展三年行动计划( 2014—2016) 》更进一步明确，今年各区县在工地面积总量中落实装配式建筑的建筑面积比例要≥25% ，2016 年外环以内新建民用建筑原则上全部要采用装配式建筑。但是，目前我国装配式建筑工程尚处于起步发展阶段，工程建设中质量和安全问题比较突出，如梁、柱、板等连接节点质量，保温节能质量等; 同时，装配构件的现场安装、临时防护等安全问题依然突出。
本文针对装配式建筑监理质量控制中的关键因素，研究 BIM 技术在装配式建筑工程中的应用。采用对 REVIT 进行二次开发，开发了基于 BIM 技术的装配式建筑监理质量控制系统。该系统可作为一个完整的管理平台，为面向装配式建筑工程监理质量控制全过程。为装配式建筑工程监理质量管理人员( 包含驻场与现场施工) 提供了更为丰富有效的技术方法和管理手段。
1 BIM 技术在装配式建筑中应用现状
预制装配式混凝土结构( prefabricated concrete) 工艺是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接，结合部分现浇而形成的混凝土结构。是按照统一、标准的建筑部品规格制作房屋单元或构件，然后运至工地现场装配就位而生产的住宅。PC 致力于发展标准化的功能块、设计上统一模数，这样易于统一又富于变化，方便了生产和施工，也给设计更大的自由。已经广泛应用于工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑、大型容器等工程领域，发挥着不可替代的作用。
BIM 技术起源于 1974 年，它是考虑建筑属性的基础上，利用信息技术对图形进行编辑和元素组成的处理，并指出对建筑的不同属性进行功能排序的发展方向[1]。至 20 世纪 90 年代，BIM 正式被命名为 building information model，提出要项目参与者整合各层面、各视角的信息，以满足各专业和各功能提取信息的需要。
从预制装配式混凝土结构特性而言( 模块化、工厂化、信息化、装配化等) ，BIM 技术在其中有着得天独厚的优势。以 BIM 技术为依托，建立交互式的预制装配式住宅虚拟设计平台。在施工前对构件进行虚拟三维检讨，以期在施工前发现存在的各种问题予以解决; 在施工时，具备工期进度管理、成本管理的功能，可将工期控制成本控制整合到虚拟现实技术中。再辅以安全以及文档合同的管理，基本能达到一个项目的全生命周期管理。
常春光将 BIM 和 RFID 相结合，针对装配式建筑施工管理的特点，建立信息共享平台架构，在构件制造、运输、进场、仓储、吊装过程等方面进行了探索，并对 BIM - RFID 系统的推广提出可行性建议[4]。
针对项目施工管理的安全问题，江帆引入 BIM 和RFID 技术 对 安 全 问 题 其 进 行 管 理 研 究，以 BIM 和RFID 技术为基础，构建安全管理模型的框架，研究面向安全维度的建筑信息模型、施工过程安全监控和预警模型、应急模型，以 C + + 为基础语言开发基于 BIM 和 RFID 技术的建设项目安全管理系统原型[5]。
齐宝库将 BIM 技术引入到装配式建筑全生命周期中，具体阐述了 BIM 技术在装配式建筑全生命周期管理中贯穿设计、生产、建造以及运营维护环节的应用，并结合具体案例进行分析，结果表明，BIM 技术在装配式建筑全生命周期管理中拥有巨大的应用前景[6]。
2 装配式建筑各环节易发质量安全问题
通过对上海地区大量典型的装配式建筑项目的实地调研、资料收集、统计分析等方式，研究了装配式建筑的结构体系、生产安装实施过程和特点，包括构件连接的节点处理工艺、防水和构件留洞及预埋的节点处理、构件工艺定型化等，进一步研究装配式建筑的质量安全控制内容和控制方法。
2. 1 设计环节存在的主要问题
不同的项目，其设计图纸表达深度有较大差别，虽然基本都能满足构件生产和现场安装要求，但设计流程管理不到位，而且设计交底现场未留设计及 PC 深化设计的设计交底书面材料，仅凭一次交底，现场施工人员对于设计意图和要求领会不完全，现场存在凭经验施工的问题，存在一定的安全风险。
另外对于预制构件安装过程的机具、支撑系统等涉及安全的内容，设计与施工总包应紧密结合。由 PC 深化设计完成的构件( 主要指水平构件，如梁、楼板等) 堆放及临时支撑设计建议由施工总承包确认，并纳入设计交底材料; 由总承包单位负责制定的构件堆放和临时支撑方案建议由设计进行确认。
2. 2 施工现场质量环节存在的主要问题
2. 2. 1 预制构件外观质量参差不齐
预制构件目前多以产品的形式，由施工总承包企业采购，现场主要进行外观尺寸和外观质量的检查发现普遍存在外观质量问题，如现浇结构外观质量不佳，造成预制构件与现浇结构之间的尺寸控制不好，两者间隙较大，影响防水施工及节点处理。
对于构件本身隐蔽工程等主要由业主委托的驻场监理负责，但质量管控效果甚微。
2. 2. 2 现场管理人员意识问题
不同现场检查发现，项目管理人员、监理人员以及构件安装作业人员存在 PC 经验不足、对于 PC 技术不理解等缺陷，如:
1) 施工现场项目管理人员和监理人员对于现行与 PC 有关的规范、标准不熟悉。
2) 施工现场制定 PC 方案与现场实际及设计图纸内容不符，缺乏针对性和完整性( 如缺少构件运输道路、堆场、塔吊能率、支撑形式等内容) ，存在照搬照抄方案等问题。
3) 施工现场管理人员对于 PC 技术掌握程度不够，现场存在因构件安装与现浇结构钢筋绑扎先后顺序错误导致的工期延误以及质量问题。
4) 不按图纸施工、不按方案施工的行为依然存在。
2. 2. 3 质量资料管理不到位
1) 多数项目混凝土构件质量控制和管理存在隐患。部分工程未按要求对混凝土脱模、出厂强度进行验收，或验收记录不全。
2) 工程资料不全，工程资料不能如实地反映工程质量状况。隐蔽验收记录过于简单，未明确设计变更情况及实际施工情况。
3) 构件吊装、定位、固定等措施及构件强度、吊环强度、构件变更位置等变更设计不进行设计审核的现象较为突出。
4) 预制构件的标示不够清晰、规范，仍有手写现象。
2. 3 施工现场安全环节存在的主要问题
施工现场安全环节存在的主要问题有:
2. 3. 1 安全交底不到位
多数项目存在交底记录并未按照分层或分构件进行交底，交底记录缺失等问题，有的项目交底记录中内容较多，对于安全部分针对性不强，起不到装配整体式混凝土结构建筑施工安全指导作用。
2. 3. 2 安全专项方案编制不清楚
施工质量安全专项施工方案中要求对叠合板、叠合梁、预制阳台板等水平构件采取临时支撑，大部分采用钢管顶托的方式，但是在方案中未体现支撑点的具体位置、杆件之间水平固定连接方式以及相应计算，造成施工过程中可能会出现失稳。
2. 3. 3 项目现场安全管理问题突出
PC 构件吊装没有采用可靠受力工具，PC 构件本应该三点起吊，但是施工现场往往为了方便采用两点起吊，并且采用葫芦进行重心点调整，此种吊装方式与设计不相符合，因设计师考虑三点同时受力进行设计的，单点的承受能力远大于设计值。
构件堆场设置上不合理，堆场分布散乱，与钢管、木方等材料混合堆放一起，有的堆场临近后浇带，构件堆场区域未进行封闭管理，吊装过程中出现指挥人员缺失。部分项目出现了吊装区域交叉作业，吊装时未隔离吊装区域安排看护人员，安全隐患严重。
现场对钢丝绳连接采用传统的编结法，因 PC 板材构件重力比较重，传统的编结法只能保证大约 70% 钢丝绳抗拉强度，并且手工操作安全质量得不到保证。吊具与预制剪力墙等高度较高构件连接时，部分现场工人操作时采用木扶梯靠在构件上进行固定，未采用规定的八字爬梯。叠合板吊装时，深化设计吊点位置未在板上明显标注，仅靠操作工人经验确定。这些问题会导致构件吊装时构件受力不均匀，吊点受力过大造成损坏，出现安全隐患。
针对钢丝绳、卸扣等吊具定期更换工作在管理过程中缺少台帐记录，无法起到检查和追述的目的。
2. 4 监理环节存在的主要问题
部分项目的构件进场验收程序不规范，对构件进场验收比例不明确，存在构件损坏、质量缺陷等现象。进场报审中缺失质保资料，部分项目的构件合格证填写不规范或错误等，缺失进场验收记录。
所有项目编制构件吊装监理实施细则，但部分未明确装配式建筑的关键工序及重要部位等，未明确相应的检查、记录要求等。
部分项目施工方案仅包含现场吊装及连接内容，无法体现作为总包单位对整个施工的安排，缺乏指导作用。
部分项目未留存装配式建筑方面的巡视检查记录、旁站记录、实测实量记录等，资料方面无法体现对装配式建筑的过程控制。
3 基于 BIM 的装配式建筑监理质量控制系统
3. 1 二次开发平台简介
作为强大的工程软件，REVIT 在建筑工程领域有着广泛的适用性，而且其具有很强的开放性能，可以根据用户需求采用各种方式对其进行开发。装配是建筑的施工管理是一个高度动态的过程，对进度控制是施工管理中的一大关键点。为了实现装配式建筑施工的管理，现采用对 REVIT 进行二次开发，二次开发平台具有数据管理，流程控制，现场质量控制，文档管理等一系列功能。
3. 2 基于 BIM 的数据管理功能
二次开发平台中的 BIM 模型整合了所有施工过程中用到的数据，包括模型信息，材料信息，位置信息，文件信息等等。建立专用数据库，通过数据处理可反映到全景模型中进行直观地展示，将施工过程中产生的数据集中进行管理，实现施工过程中的 BIM 模型的可视化验收。基于 REVIT 的二次开发平台中文件管理系统的功能包括。
1) 模型管理 基于 BIM 模型的构件管理系统，对于每一个构件提供特定的 ID，同时利用 BIM 模型的特点，将其他信息添加到模型，形成数据库，完成对于模型数据的管理。模型管理系统支持 REVIT 软件模型 ( 或通过中转格式导入其他 BIM 软件模型) 文件的导入，在导入模型过程中保留模型原有的全部信息，包括坐标信息、分段信息、材料信息等。
2) 模型可视化 可视化验收系统可实现导入模型的可视化，包括模型查看、构件选择、移动旋转等基本功能。同时可根据相对坐标在平台上按需设置任意位置任意数量的监测点。监测点用以输入及存储现场实测数据。
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3) 文档管理 本模块主要对项目文档进行管理，主要管理对象为施工监理过程中产生的各类表单。表单可以在软件中自动生成，方便管理。表单根据验收顺序及项目特征分为台账、模具检测表、钢筋隐蔽验收记录、预埋件预留洞检查记录等 13 项内容，每个文件夹中会根据检查情况生成每次检查记录。并且根据检查对象不同，按照批次、构建、层等单位进行命名。软件与文档实时关联互动，可以在软件中直接查看各类文档，同时文档还可以进行单独管理，不依赖于软件本身。
3. 3 施工过程质量控制系统
在装配式建筑的施工管理中，监理的流程控制是管理中的难点。传统的管理方法，只是基于文档和图纸的管理，无法直观了解现场的状况以及构件所处的位置。
根据装配式建筑的监理工作流程进行设计，主要包括以下几个流程:
1) 施工前控制录入相关施工方案、监理规划、监理细则以及图纸会审等关键工作，并在系统中进行跟踪审核。
2) 构件驻场验收系统中能够录入相关构件驻场验收的数量及使用部位，形成材料( 构件) 监督台账。
3) 构件进场复验系统能够对现场进行构件进场验收及对方进行录入，并且能够反馈到模型中，在模型中以指示灯的形式提示可能使用的部位、以往工序存在的问题，并在材料( 构件) 监督台账中确认信息。 4) 检查与验收情况能够将监理现场巡视检查与验收的情况反馈到模型中。
现场质量控制过程中，本系统以构件为基本单元，完成整个现场质量的控制并按照时间顺序逐步反馈到系统中，模型中已完成质量验收的模块、未施工的模块、存在问题待整改的模块等以不同颜色反应在模型中。
3. 4 施工模拟
利用 BIM 模型可以直观方便的对施工过程进行模拟，方便查看每个时刻的建筑进度和数据动态。施工模拟工具如图 1 所示，拖动时间轴可以看到项目处于不同时间的状态，分别用不同的颜色进行标识，表示构件在当前时间下的状态。退出此界面项目状态也会停留在当前时间，方便查看项目在各个时间段的状态。系统可以随时查看每个时间点的模型状态，可以高效的查看检查不合格的构件信息。
4 结语
1) 完成了对目前国内主要装配式建筑结构体系的调研及分析，总结了装配式建筑各环节易发的质量安全问题，并进行了针对性分析。
2) 针对上述易发问题，在各项目工程监理实践的基础上，建立装配式建筑 BIM 信息模型，利用 BIM 模型，完成一套装配式建筑监理质量控制系统的开发，具有数据管理、流程控制、现场控制、文档管理等 4 大功能，大幅度提高监理项目部工作效率。
3) 后续的研究工作将侧重于监理工作的可视化与信息化管理，并通过在具体项目工程中的不断地应用、不断地完善、不断地改进，力求使系统软件更深入地应用到工程监理工作中去。——论文作者：于 凯
参考文献:
[1] 纪博雅，戚振强，金占勇. BIM 技术在建筑运营管理中的应用研究———以北京奥运会奥运村项目为例[J〗. 北京建筑工程学院学报，2014( 1) : 68-72.
[2] ATULP. HEWAGEKN. Building information modeling-based analysis to minimize waste rate of structural reinforcement[J]. Journal of construction engineering and management，2012( 9) : 943-954.
[3] AUTODESK. Building information modeling[M]. SanRafael. CA， Autodesk，Inc，2013: 1-3.
[4] 常春光，吴飞飞. 基于 BIM 和 RFID 技术的装配式建筑施工过程管理[D]. 沈阳建筑大学学报，2015( 2) : 170-174.
[5] 江帆. 基于 BIM 和 RFID 技术的建设项目安全管理研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学，2014.
[6] 齐宝库，李长福. 基于 BIM 的装配式建筑全生命周期管理问题研究[D]. 沈阳: 沈阳建筑大学，2104.
