譚 嘯

(中交一公局集團(tuán)華中工程有限公司 武漢430014)

裝配式建筑作為一種創(chuàng)新的建筑方式,強(qiáng)調(diào)在工廠(chǎng)環(huán)境中預(yù)制建筑構(gòu)件,然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。這一方法大幅縮短了建筑周期,減少了傳統(tǒng)施工方式所需的大量人力和時(shí)間。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,裝配式建筑項(xiàng)目仍然面臨不可忽視的挑戰(zhàn),尤其是涉及多方參與、協(xié)同施工的EPC模式。

在此背景下,數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用成為提升裝配式建筑工程質(zhì)量管理的一項(xiàng)重要手段。因此,對(duì)于在EPC模式下基于數(shù)字技術(shù),進(jìn)行裝配式建筑工程質(zhì)量管理的深入研究成為迫切的需求,旨在更好地理解這些技術(shù)如何影響項(xiàng)目的質(zhì)量、效率和整體績(jī)效。

1 數(shù)字技術(shù)在裝配式建筑工程質(zhì)量管理中的作用

1.1 BIM 在裝配式建筑中的應(yīng)用

1.1.1 模型協(xié)同和信息共享

基于BIM 技術(shù),設(shè)計(jì)師、工程師、承包商和其他利益相關(guān)方能夠在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字平臺(tái)上共同工作。這種協(xié)同工作方式提高了信息的傳遞效率,確保了所有參與方都使用的是最新、一致的設(shè)計(jì)和施工信息。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以將建筑的三維模型以及相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)上傳到BIM 平臺(tái),使得所有參與方都能夠?qū)崟r(shí)訪(fǎng)問(wèn)這些信息。

這種實(shí)時(shí)的、統(tǒng)一的信息平臺(tái)有助于避免信息傳遞的誤差,提高了裝配過(guò)程中各個(gè)構(gòu)件的精準(zhǔn)度和符合度(見(jiàn)圖1)。

圖1 BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用流程

1.1.2 問(wèn)題檢測(cè)和解決

在傳統(tǒng)的施工中,施工質(zhì)量問(wèn)題可能要很長(zhǎng)時(shí)間才能被發(fā)現(xiàn),尤其是當(dāng)項(xiàng)目規(guī)模較大時(shí)。而在裝配式建筑中,各個(gè)構(gòu)件都可以被精確地建模,并在BIM 中進(jìn)行模擬。這使得問(wèn)題(比如構(gòu)件之間的沖突或不匹配)能夠在施工前被識(shí)別。一旦問(wèn)題被發(fā)現(xiàn),團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)BIM 平臺(tái)共同協(xié)作,找到解決方案,并及時(shí)應(yīng)用于實(shí)際施工中。這種快速的問(wèn)題識(shí)別和解決過(guò)程大大提高了工程質(zhì)量,避免了因?yàn)閱?wèn)題而導(dǎo)致的額外成本和工期延誤。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)

1.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋

物聯(lián)網(wǎng)的引入使得裝配式建筑項(xiàng)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),變得更加全面和高效。各種傳感器可以被智能地嵌入建筑構(gòu)件、設(shè)備和工程環(huán)境中,以監(jiān)測(cè)溫度、濕度、振動(dòng)等各類(lèi)關(guān)鍵物理量。

這些傳感器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接到中央控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的即時(shí)傳輸。這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的架構(gòu),允許項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化[1]。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可以立即發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問(wèn)題,如構(gòu)件形變異常、環(huán)境條件不符合規(guī)格等,從而采取及時(shí)的糾正措施。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)

物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)生成的海量數(shù)據(jù),為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供了深入洞察施工過(guò)程的機(jī)會(huì)。通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析工具,可以深入挖掘數(shù)據(jù)趨勢(shì)。數(shù)據(jù)分析不僅僅是對(duì)現(xiàn)象的描述,更是對(duì)數(shù)據(jù)背后規(guī)律的挖掘,有助于更全面地理解施工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。

利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,從而預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。這使得團(tuán)隊(duì)能夠在問(wèn)題發(fā)生前采取有針對(duì)性的措施,防范潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 EPC模式下的質(zhì)量管理體系建設(shè)

2.1 基于BIM 技術(shù)的工程質(zhì)量管理體系

2.1.1 工程質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

(1)在設(shè)計(jì)方式方面,研究人員采用集成式的方法,將BIM 系統(tǒng)與質(zhì)量管理系統(tǒng)緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。

(3)BIM 模型中的質(zhì)量屬性應(yīng)包括結(jié)構(gòu)、建筑外觀、機(jī)電設(shè)備等內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑各個(gè)方面質(zhì)量的全面監(jiān)測(cè)。同時(shí),整合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù),如溫度、濕度、振動(dòng)等,與BIM 模型相連,實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(4)設(shè)計(jì)系統(tǒng)還需包括缺陷和問(wèn)題追蹤模塊,用于捕捉并跟蹤質(zhì)量缺陷和問(wèn)題,并記錄詳細(xì)信息。

(5)建立數(shù)據(jù)分析和報(bào)告模塊,通過(guò)BIM 模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析、異常檢測(cè),為項(xiàng)目的整體質(zhì)量管理提供定期報(bào)告。

(6)設(shè)計(jì)決策支持系統(tǒng),整合BIM 模型、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果,為項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)提供科學(xué)決策支持,助力項(xiàng)目質(zhì)量的高效管理和持續(xù)改進(jìn)(見(jiàn)圖2)。

圖2 基于BIM 技術(shù)的工程質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1.2 裝配式建筑質(zhì)量管理職能信息集成

(1)在數(shù)據(jù)采集方面,安裝各類(lèi)傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑結(jié)構(gòu)、材料性能等數(shù)據(jù),并將這些實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與建筑信息模型(BIM)相集成,以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑質(zhì)量全方位的監(jiān)測(cè)[2]。

(2)在數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)方面,建立強(qiáng)大的云平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng),以便后續(xù)的分析和比較。

(3)數(shù)據(jù)分析階段需要應(yīng)用高級(jí)的數(shù)據(jù)分析工具,如機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)的深層次分析,同時(shí)建立實(shí)時(shí)監(jiān)控和警報(bào)系統(tǒng),以便及時(shí)響應(yīng)潛在問(wèn)題。在決策支持方面,采用可視化報(bào)告和儀表板,將復(fù)雜的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為直觀的圖表和圖形,同時(shí)建立集成的決策支持系統(tǒng),助力管理團(tuán)隊(duì)做出準(zhǔn)確、及時(shí)的決策。

定容后的樣品經(jīng)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定，K、Ca和Mg元素選擇豐度較高、干擾較少的同位素為測(cè)量對(duì)象，對(duì)應(yīng)分別為39K、44Ca和24Mg。同時(shí)選擇45Sc為內(nèi)標(biāo)。通過(guò)內(nèi)標(biāo)法定量，以待測(cè)元素與相應(yīng)內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)值之比對(duì)待測(cè)元素濃度用最小二乘法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)擬合，再計(jì)算出卷煙煙絲樣品中的K、Ca和Mg元素的濃度。

具體實(shí)踐中,研究人員使用線(xiàn)性回歸模型,分析建筑質(zhì)量數(shù)據(jù)與各種因素之間的關(guān)系,該模型在分析建筑材料特性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間的線(xiàn)性關(guān)系時(shí)經(jīng)常被使用,其具體公式為:

式中:hθ(x)——預(yù)測(cè)結(jié)果,表示通過(guò)模型預(yù)測(cè)的輸出;

θn——模型參數(shù),表示線(xiàn)性回歸模型的權(quán)重;

xn——特征變量,代表影響預(yù)測(cè)結(jié)果的輸入特征。

除了線(xiàn)性回歸模型之外,聚類(lèi)分析——K 均值算法也是裝配式建筑施工中經(jīng)常使用的分析模型,其核心是通過(guò)迭代計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)與聚類(lèi)中心的距離,并將數(shù)據(jù)點(diǎn)分配到最近的聚類(lèi)中心。

在建筑質(zhì)量管理中,其可以幫助識(shí)別相似性質(zhì)量問(wèn)題的集群,其具體計(jì)算公式為:

式中:J——聚類(lèi)過(guò)程中的目標(biāo)函數(shù)或損失函數(shù);

xi——數(shù)據(jù)集中的第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

在該算法中,每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)被分配到最近的簇中心,從而形成不同的簇。uk代表第k個(gè)簇的中心點(diǎn),即該簇中所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值。

(4)在持續(xù)改進(jìn)方面,建立數(shù)據(jù)反饋機(jī)制,將實(shí)際施工和監(jiān)測(cè)中得到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)快速反饋給設(shè)計(jì)和施工團(tuán)隊(duì),培養(yǎng)學(xué)習(xí)型組織文化,推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新,以不斷提高裝配式建筑的質(zhì)量水平[3]。

2.1.3 裝配式建筑供應(yīng)鏈質(zhì)控信息集成

(1)該集成系統(tǒng)首先關(guān)注供應(yīng)鏈的基礎(chǔ),通過(guò)收集和整合來(lái)自供應(yīng)商的質(zhì)量信息,確保選擇和維護(hù)高質(zhì)量的供應(yīng)商。

(2)對(duì)原材料的質(zhì)量信息進(jìn)行監(jiān)控,包括質(zhì)量認(rèn)證以及檢驗(yàn)報(bào)告等,以確保所使用的原材料符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)在生產(chǎn)過(guò)程中,集成系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),如工藝參數(shù)和質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控。

2.2 “EPC+數(shù)字技術(shù)”質(zhì)量管理策略

2.2.1 設(shè)計(jì)階段

相關(guān)工作人員通過(guò)建模信息技術(shù),即BIM,工程團(tuán)隊(duì)能夠進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和材料的三維模擬信息,從而在設(shè)計(jì)初期便發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計(jì)問(wèn)題。這種先進(jìn)的技術(shù)不僅提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,更增加了設(shè)計(jì)一致性,為整個(gè)項(xiàng)目的高質(zhì)量實(shí)施打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此外,虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的運(yùn)用更是為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供了全新的思路。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),項(xiàng)目相關(guān)方能夠在設(shè)計(jì)階段親身體驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu),迅速發(fā)現(xiàn)并解決潛在的設(shè)計(jì)缺陷[4]。這種實(shí)時(shí)的體驗(yàn)不僅提高了設(shè)計(jì)的全面性,使得設(shè)計(jì)更為直觀和可操作,同時(shí)也為項(xiàng)目的成功實(shí)施提供了更多的保障(見(jiàn)表1)。

表1 BIM 技術(shù)在EPC模式設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

2.2.2 采購(gòu)階段

相關(guān)工作人員充分利用數(shù)字技術(shù),建立供應(yīng)鏈數(shù)字化系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)商和原材料的全面監(jiān)控。通過(guò)數(shù)據(jù)分析,采購(gòu)團(tuán)隊(duì)能夠更精準(zhǔn)地評(píng)估和降低采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn),從而保證所采購(gòu)的原材料符合嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

此外,在智能采購(gòu)決策,其中運(yùn)用人工智能算法成為現(xiàn)代采購(gòu)流程的重要組成部分。通過(guò)利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)信息,人工智能算法能夠進(jìn)行更為精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)和分析,從而優(yōu)化整個(gè)采購(gòu)流程。這包括確定最佳的采購(gòu)時(shí)機(jī)、選擇最可靠的供應(yīng)商,以及在質(zhì)量和成本之間實(shí)現(xiàn)平衡。智能采購(gòu)決策的實(shí)施不僅提高了效率,還確保了采購(gòu)的原材料在質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性方面取得最佳的整體表現(xiàn)。

2.2.3 施工階段

(1)工地監(jiān)控系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)的工地監(jiān)控系統(tǒng),其中攝像頭監(jiān)測(cè)和傳感器數(shù)據(jù)采集等技術(shù)被整合,以監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)這種實(shí)時(shí)監(jiān)控,施工團(tuán)隊(duì)能夠及時(shí)了解施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)如工程進(jìn)度、材料使用情況等。該系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取糾正措施,確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行,同時(shí)提高整體質(zhì)量管理水平。

(2)無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為施工階段增添了高效的監(jiān)測(cè)手段。通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中監(jiān)測(cè),可以迅速而全面地巡檢工程進(jìn)展和質(zhì)量情況。這種技術(shù)不僅提供了獨(dú)特的視角,更有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的施工質(zhì)量問(wèn)題。

無(wú)人機(jī)可以覆蓋大范圍的施工區(qū)域,從而提高施工效率,同時(shí)減少了人力資源的需求。這為工程團(tuán)隊(duì)提供了一種快速響應(yīng)和解決問(wèn)題的手段,確保施工質(zhì)量的高水平維護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

EPC 模式下基于數(shù)字技術(shù)的裝配式建筑工程質(zhì)量管理研究為建筑行業(yè)帶來(lái)了巨大的機(jī)遇和潛力,為城市和社會(huì)創(chuàng)造更安全、高效和可持續(xù)的建筑工程提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。希望未來(lái)的研究和實(shí)踐能夠不斷推動(dòng)這一領(lǐng)域的進(jìn)步,使數(shù)字技術(shù)成為建筑質(zhì)量管理工作不可或缺的一部分,從而實(shí)現(xiàn)更卓越的建筑工程質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。