摘要:与传统现浇式住宅相比,装配式住宅建造更为复杂,需要多项统筹兼顾。文章基于精益建造的新型项目管理理念,以星江湾项目为例,从项目组织、设计和施工阶段等3方面介绍该项目建造实施情况,重点对设计阶段和施工阶段智慧工地平台、工法样板楼、灌浆施工等进行说明,表明精益建造在设计优化、施工指导、质量管理等方面取得成效,并指出下一步研究改进方向。
关键词:BIM“低碳经济、绿色建筑”精益建造装配式住宅项目管理
1、引言
迈入21世纪,随着国家对建筑工业化与信息化方面发展的期望以及“低碳经济、绿色建筑”发展理念的提出,装配式作为一种工业化的绿色建造方式,重新成为建筑领域发展的热点,装配式住宅将成为未来我国住宅工程发展趋势。
与现浇式住宅相比,装配式住宅的建造过程是一项更为复杂的需要统筹兼顾多主体、多目标和多元素的系统工程[1]。在其项目管理上,众多国内学者引入了精益建造,并将其与BIM等数字化、信息化手段结合。寇园园等[2]基于BIM技术深入分析其在装配式建筑的成本、质量、安全和进度四方面的施工精细化管理优势及具体应用,实现装配式建筑的智能化和精细化的施工管理。苏康等[3]以国内较早开展的精益住宅项目——九洲花园58#为例,从精益组织、工序模块化和信息平台等三方面介绍该项目精益建造实施情况,表明精益建造在流程优化、减少浪费和施工指导方面取得了良好成效。本文以上港星江湾项目为例,从精益建造理念出发,探索其在设计和施工阶段项目质量管理上的实践应用。
2、精益建造理念
精益建造源自日本丰田汽车的精益生产理论,由芬兰学者Koskela引入建筑业,是一种综合性的生产管理理论。从理念上看是贯穿建筑项目全生命周期,目标是过程浪费最小化、客户价值最大化、建设项目标准化。其基本理论为TVF生产理论,包括生产转换理论、生产流程理论和价值理论,主张生产有效原则,倡导消除非增值活动避免浪费,满足顾客需求的同时,消除价值损失以实现价值最大化[4]。
与传统模式相比,精益建造将项目视作一个具有复杂、动态、非线性特点的过程,采用拉动式生产方式,让各方参与到流程改善中,根据后道工序或后交接方的需求对前者提出控制要求,减少等待浪费;注重项目整体优化和增值,重视项目持续改进;相对更好的短期计划和控制,强调工作流连续;重视人的主观能动性,强调协调合作。
3、项目应用
3.1 项目概况
星江湾项目地处上海市宝山区淞南镇,总建筑面积40.95万㎡,其中装配式商品住宅建筑面积16.3万㎡,结构形式为预制实心剪力墙体系,采用套筒灌浆连接;装配式人才公寓建筑面积4.8万㎡,结构形式为预制保温叠合外挂墙板(PCTF)体系,结构主体受力部分仍为现浇钢筋混凝土;单体预制率大于40%。项目基于精益建造理念,运用BIM技术建造信息化管理平台,通过工法实验楼建造、灌浆施工管理等措施,将部分设计施工环节前置,总结施工经验,逐步形成适应本项目的装配式住宅项目施工管理模式,为精益建造高品质项目打下坚实基础。
3.2 项目管理组织
项目组织的精益理念是开展项目建造活动的信念基石。在本项目的精益建造管理组织中,业主项目管理方作为主导,下设工程管理部、设计管理部等7个部门,采用矩阵制组织架构,制定一系列管理制度。
业主方负责传达明确的项目质量要求,项目整体组织“方向明确、权责一致”。积极推行并践行“技术先行、样板开路、典型施工、持续改进”的理念,运用BIM技术、云平台、物联网等技术工具,在建造过程中系统规划、提高生产效率、减少浪费,项目质量受控合格,达到精益管理目标。在本项目装配式住宅质量管理中的应用思路如图1所示。
图1 精益建造在装配式住宅项目质量管理应用思路
3.3 标准化管理
标准化管理是精益管理的支柱,通过进行标准化管理来促进项目的精益管理。为达到精细化管理目的,需要进行流程标准化。对装配式住宅项目管理的全过程进行价值链分析,细化管理的单元;进行拉动式生产管理,运用可靠技术手段,保持设计和施工阶段各节点目标实施的紧密衔接,通过不断缩小等待时间和提前准备,最大限度减少浪费,实现按目标计划施工。在设计和施工阶段,将工作流程模块化,合理安排每个建造环节,规范工人操作和管理,形成标准化施工程序,达到保质、安全、高效的施工效果。
3.4 精益设计
装配式住宅的精益设计模式强调需求管理和设计工作协同,总设计和部分专业设计同时进行,设计和生产、施工整合[5]。本项目采用围合式布局,预制构件大量非标,房型繁多复杂,机电点位众多,管线布局复杂。传统线性模式设计需要各专业设计独立完成再进行交流沟通,容易产生信息孤岛的情况,不利于数据及信息的整合。而BIM技术以其可视性、模拟性、协同性、可追溯性和持续优化等特点,在装配式住宅项目中广泛应用。本项目结合行业现状和实际进度要求,采用二维平面协同设计结合BIM三维论证的模式[6]。
在满足装配式建筑、绿色建筑、建筑节能等要求的情况下,厘清项目定位、规模、成本指标,结合建筑美学和结构力学性能,参考日照等模拟分析,采用模块化单元设计,结合现场考虑施工组织设计流程。
在专项设计阶段,因项目装配式住宅涉及专业众多,首先梳理设计工作界面。比如主体结构设计包含部分装饰专业内容,以入户门为界,室内部分以室内装饰设计院图纸为准。其次,围绕住宅核心功能,以框架形式展开,统一建筑柱网尺寸,关注户型设计及功能布局合理性的协同设置,建立BIM初级模型查看效果,优化结构布置,降低施工难度,保证满足安全、保温、防水、耐久等性能要求和质量要求。
在深化设计阶段,装配式住宅设计基于标准化构件库,基本单元是预制构件,而本项目存在大量非标构件,更加注重运用BIM技术进行模型构建和碰撞检测。通过精细化BIM建模,结合设计图纸、现场施工条件,模拟拆解构件信息。将土建、机电、幕墙等各专业的设计方案以3D模型的形式集成,直观确定各专业设计冲突问题。调整不合理划分、碰撞线路以及幕墙埋件点位等,更好地实现标准化生产和施工,确保项目质量。
本项目还应用技术规格书作为实现设计标准化手段之一,其内容涵盖精装修、综合机电、门窗、幕墙、消防、暖通、电梯等九个专业的产品功能、性能标准以及施工要点、验收标准等详细说明、规定。技术规格书明确传达设计意图,贴近施工流程和节点,用以辅佐施工,避免因材料设备不定型导致施工返工,降低了验收难度,保证了施工质量。
3.5 精益施工管理
3.5.1 BIM智慧工地平台
在本项目装配式预制构配件生产运输及施工安装阶段,为解决信息数据较多查找不便、交互落后、不够直观理解等问题,业主方协同BIM咨询、主体设计方、PC深化方与施工方等相关参建方,建立BIM智慧工地云平台。智慧工地平台综合运用了BIM、云平台、物联网、大数据等信息化技术,实现项目信息化、精细化管理。
在平台搭建时,利用项目图纸提取的图纸信息和BIM模型提取的工序工艺信息实现设计阶段与施工阶段的无缝衔接,并确定构件物料追踪流程的各个节点及负责人。在构配件生产管理中,每个构配件生产完成后都配有唯一的二维码,以电子表单的形式单独记录,可通过手持终端扫描二维码提供该构配件相关信息,以便下阶段运输和安装。相比常见装配式项目使用的RFID,二维码具有灵活方便、投入低的优势。在安装管理中,构件以三维立体形式用不同颜色区分当前状态以及位置信息,实时共享施工状态,便于各参建方跟踪检查,实现安装现场虚拟化、可视化的多方协同管理。利用BIM智慧工地云平台对每个构配件建档记录(“一件一档”),进一步提升了构件信息的丰富性与可追溯性,有利于项目质量跟踪管理,解决了传统建造方式的信息孤岛问题,进一步提高精益施工管理水平。
3.5.2 工法样板楼建造
项目在建设施工过程前期秉持“顶层设计,典型试验,样板开路,全面推广”的精益建造理念,在施工现场采用1:1的模型建造工法实验楼,探究预制构件钢套筒灌浆施工工艺、外挂石材预埋件与预制构件、门窗及幕墙等重要节点设计和做法(见图2)。尤其重点关注机电管线碰撞模拟,原则上设备管线减少平面交叉,竖向管线集中布置。因项目采用精装修交付,包含新风、空调、给排水、强弱电等多个专业,管线密集,通过BIM进行优化,现场实际模拟,减少管线之间碰撞、管线与PC之间碰撞,有效验证深化设计的合理性。
图2 工作阳台BIM模拟与样板建造
坚持以问题为导向,对存在比例不协调、不美观、点位设置、局部功能布局不合理、管线碰撞及其他施工不便等问题,建立设计问题清单、施工工艺问题清单,发现问题170余条,设计单位根据问题清单对图纸进行修改,避免后续返工造成浪费。制定装配式建筑施工、检测和验收标准化流程制度,并形成安全质量样板引路工作手册等标准化文件,明确过程质量控制标准,为项目质量管理提供技术支持。
3.5.3 灌浆质量管理
作为装配式住宅结构的关键连接环节,本项目住宅预制剪力墙外墙采用套筒灌浆连接方式。套筒钢筋采用梅花型布置,同侧连接钢筋≤600mm。套筒预制在预制墙板内,现浇楼板的预留钢筋准确地插入套筒内,并灌入高强度的灌浆料以实现受力钢筋的应力传递。
1)灌浆实操培训
业主方牵头组织成立灌浆施工专项管理小组,协同咨询顾问方对施工方作业人员进行套筒灌浆理论知识培训,运用BIM模拟展示施工过程,并现场实操模拟(见图3)。灌浆作业人员经培训及笔试、实操模拟考核合格后方可上岗。
图3 套筒灌浆现场实操模拟
2)实施灌浆令制度
要求施工方和监理方在灌浆施工前对套筒界面、连接钢筋、风度材料、灌浆腔连通情况等进行检查,确认是否满足设计及规范要求,签发灌浆令后方可施工,施工过程做好记录并保存影像资料。
3)灌浆饱满度检测
常见灌浆饱满度检测有预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法、X射线胶片成像法、超声断层层析成像法等。通过6组模拟试件比较研究后采用预埋传感器法(见图4)。预埋传感器法是基于阻尼振动幅值衰减原理,通过检测灌浆前后传感器在应力作用下振动幅值的衰减变化,确定套筒或孔道内部灌浆的饱满程度。灌浆前在套筒出浆孔内预埋传感器,灌浆过程中实时监测,发现问题可及时补灌,灌浆结束5min后可再次检测。相关研究[7]显示,相比超声CT检测,传感器反馈的振动信号能够真实反映构件套筒的灌浆饱满程度。
图4 灌浆饱满度检测
3.6 管理成效
设计优化方面,应用二维平面协同设计结合BIM三维论证模式解决专业冲突、碰撞等问题。
施工指导方面,运用BIM技术,样板建造,对复杂节点施工模拟,优化设计,辅佐制定施工方案;利用BIM智慧工地平台,在装配式构配件的生产运输、安装上持续优化,做到信息实时共享,工程质量动态管理。
质量管理方面,基于精益建造理念和标准化管理,建立销项表,对现场质量问题信息收集、分析处理、完成闭环,截至目前共闭环质量问题1200余条。
4、精益改进建议
基于精益建造的拉动式生产流程理念,充分利用数字化、信息化技术,与施工现场紧密结合。探索施工工序模块化以及工序级管理,提高质量管理精度,最大限度地优化施工工序。充分利用智慧工地平台,拓展其应用功能,比如合理布置作业面、盘点相关物料资源,力争资源浪费最小化。
5、结语
本文依托装配式住宅项目应用实例,基于精益建造理念,通过运用BIM技术、云平台、物联网等数字化、信息化技术手段研究分析,项目在设计优化、施工指导、质量管理上取得了成效,保证了项目整体质量。
参考文献:
[1]周建晶.基于BIM的装配式建筑精益建造研究[J].建筑经济,2021,42(3):41-46.
[2]寇园园,刘凯.基于BIM技术的装配式建筑精细化施工管理研究[J].工程管理学报,2020,34(6):125-130.
[3]苏康,黄苏,张锦华.基于精益建造理念的住宅项目实施情况研究——以九洲花园58#为例[J].工程管理学报,2018,32(2):131-135.
[4]何清华,赵健一,董双.精益建设理论及运用障碍研究[J].工程管理学报,2013,27(3):13-17.
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