精益建造理念在装配式住宅建筑项目实施应用研究

时间：2023-11-30 09:55:37

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.