基于装配式建筑项目管理中构件供应的可靠性分析

刘字甜

（北京建筑大学，北京 100044）

0 引言

随着建筑业的不断发展，我国在大量传统的建造项目中不断创新发展、积累经验，现在在国家的大力推动下，建筑业正在向数字化、绿色化的方向发展，国家正在大力推行绿色建筑和装配式建筑，2016年，国务院出台《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71号）[1]，提出大力发展装配式建筑，推动产业结构调整升级。2020年，住房城乡建设部联合多部委印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市〔2020〕60号）[2]、《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》（建标规〔2020〕8号）[3]，对装配式建筑进一步提出了数字化、智能化发展目标。

多个地区人民政府发布建设工程绿色要求和装配式要求，如成都市人民政府在2021年9月8日发布了《关于进一步提升我市建设工程装配式要求的通知》[4]，对房屋建筑工程提出了对应的装配率要求：（1）所有项目装配率均不低于40%；（2）政府投资项目、总建筑面积20万m2以上的居住建筑项目、居住建筑部分总建筑面积20万m2以上的混合类项目，装配率不低于50%。

但目前房建项目大多数还是仅仅根据国家要求的最低标准采用了叠合板等构件，整个施工周期仍以传统的施工方法为主。由于目前的很多项目都对工期有很高的要求，如商业地产、学校等，采用人们最熟悉的方式确实能够在一定程度上更好地控制工期，但对于建筑绿色化的进一步发展却是不利的，只有当人们对装配式建筑有深入的了解和应对措施，才能更好地发展，因此研究装配式建筑的项目管理是一个值得深入的课题。根据已掌握的文献资料显示，现有的关于装配式建筑项目管理可靠性分析的资料主要从工期、质量、成本及这几方面的综合管理展开了相关研究。

（1）工期方面，王柔佳等[5]针对目前现有的方法在对装配式建筑施工工期常出现预测偏差的问题进行改良，通过三级评级体系系统性的重组装配式建筑工程施工工期的全部风险因素并确定权重，并采用专家打分法计算各个风险因素的权重，以此构建可靠的装配式建筑施工工期预测模型，尤其是分析了装配式建筑施工过程中确定单因素和随机单因素条对施工工期可靠性预测的影响度。仿真实例分析结果证明，这个方法具有预测准确性高、相对误差较小，且预测可靠性强的优点。

（2）质量方面，陈蓉芳[6]运用区间层次分析法分析事前收集的指标体系，对评估指标的相对重要程度做出判断，确定评估指标权重。基于该权重并通过构造隶属度函数并延伸出对应模型；该模型具有可靠且操作相对简单的优点，这种基于区间层次分析法与模糊理论的装配式建筑施工质量风险评估方法可靠，具有一定的借鉴参考价值。

（3）安全方面，彭功伟[7]引入建筑施工安全管理体系，根据可靠性相关的理论建立了一个建筑施工安全管理系统混联模型。主要思路和方法是以可靠性分配理论为理论基础对故障树分析法进行改造，尝试在提升混联系统对第一层次单元时间可靠性预测能力的同时确保不影响系统安全目标的实现。这一工作是依赖最小工作量可靠度分配方法拆解下述工作单元完成的。以脚手架坠落问题为分析实例，尝试以此为抓手介入施工单元计算的核心点流程，充分利用可靠性理论实现系统在给定条件下的安全最大化。

（4）成本方面，郝艳娥[8]通过收集同类工程项目的历史数据计算出目标项目在成本消耗方面的表现，进而搜集并计算出成本超支（节约）率的分布模型，培养出一种简单有效的预测算法系统。但这一系统存在的缺点也较为明显，即计算施工管理成本时的单位并非工作单元，这意味着作为系统预算基础的历史成本数据具有较高的搜集难度，因此需要介入蒙特卡罗模拟法来优化传统成本统计方法，提升数据准确性。

1 装配式建筑构件供应的可靠性模型

在前者的研究中，已有对装配式建筑项目的工期、安全、成本和质量的研究，然而装配式构件的供应也是装配式建筑建设过程关键的环节之一，因此本文对此进行相关研究与分析。

根据建立装配式供应系统的目的，本文认为装配式供应体系的功能为最大程度上保证建筑施工的及时、正常运行，以达到保证全寿命周期的质量、成本和工期的可靠。

本系统的时间处理环节和体系如图1所示，包含：构件设计、构件生产、构件运输、构件安装。根据对装配式供应系统功能的分析，图1给出了装配式供应系统组成。

装配式供应系统可划分为构件设计、构件生产、构件运输和构件安装四个单元.其中，构件设计单元是由结构设计、建筑设计、装修设计和安装设计4个子系统组成的单元。构件生产单元由生产人工、生产工具、生产材料、生产环境和生产工艺组成；构件运输单元由运输路线、运输工具、运输过程构件保护组成；构件安装单元由安装人员和安装工艺组成。

在构件的设计、生产、运输和安装这四个环节，任何一个失灵都会导致整个装配式构件供应系统功能的丧失。根据串联的概念可判断，装配式构件供应系统可靠性是一个如图2所示的串联模型。

图2 装配式构件供应系统串联模型

图2反映了系统与子系统之间的关系，而装配式构件供应系统必须具备处理中间和基本事件对系统功能层面产生的影响，图3给出了建筑施工安全管理系统故障树。可寻求改善和提高装配式供应系统可靠性的途径。

图3 装配式构件供应系统故障树

在构件设计环节可能出现的问题是各专业工程的设计出现故障，针对房建项目按照专业工程分类可能是建筑设计故障、结构设计故障、装修设计故障和安装设计故障。在装配式建筑的装配构件生产环节，可能会因为构件生产工人技术部数量、生产工具出现故障、生产材料未准备到位或者生产工艺不成熟导致尺寸偏差等，从而导致构件生产出现故障。在构件制造完毕运输至现场的运输环节，可能会因为运输路线出现堵塞、运输工具如车船等出现故障以及在运输过程中未按规定要求做好成品构件保护措施导致运输过程中导致装配式构件发生破裂损坏等问题导致构件运输出现故障。以及在装配式构件运送至施工现场后，在构件安装环节可能会因为安装人员技术不熟练以及安装工艺不成熟等导致构件安装环节出现故障。图3表示了装配式项目的构件供应故障树。

2 BIM技术在装配式建筑供应系统中的应用

2.1 构建依托BIM技术的信息共享平台

根据以上的装配式构件供应系统的分析，装配式建筑从设计到落地需要经历众多环节，不同环节的影响因素很可能会复杂化装配式建筑设计的管理流程，提升管理人员的管理难度和手段，靠人工进行信息的传递，在短时间内难以达到协调良好的效果。尤其在如今成熟的建设模式下，至少有建设单位、勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位等多家单位同时参与项目建设。单位数量多、项目相关人员多且层级复杂，各参建单位的项目参与人员专业与管理水平各不相同，容易在传达消息的过程中产生错误，且由各工作人员的工作习惯与工作积极性不同，会造成消息传达过程中的阻滞。传统的组织管理模式传达路径较长，工作的沟通需要层层传达，这个过程需要耗费大量的时间、人力。如果能够借助BIM技术，建立一个透明、各参加单位、各项目参与人员都能清晰地看到工作进展的系统，则信息处理工作流程将大大加快。

BIM技术可以搜集装配式建筑落地之前的各项信息并对其梳理处置成数据库，以此搭建装配式设计全过程的信息平台以进行项目协同工作，大幅提高信息传递沟通的效率。

该信息平台成功搭建之后，同工程不断项目和阶段的管理者们能够动态性、系统性的实现信息数据的交流工作，有效衔接不同阶段的工作内容，提升工程项目的系统性和协作效率。BIM技术进入嵌入装配式作业之后的信息交互可以提升管理模式的效率并降低其时间成本。

2.2 利用BIM技术可视化优势，进行设计阶段的各专业协同工作

项目管理人员从BIM模型中搜集到的信息可用于理顺装配件的落地关系，实时更新设计内容，避免返工造成的资源浪费问题。后续进行项目评价时，如建筑专业设计师、结构专业设计师、装修专业设计师和安装专业设计师在设计阶段，利用BIM可视化技术进行同时设计，可避免设计阶段的“顺序施工”，最大程度地提升设计阶段各专业设计工作之间的搭接工作，以提升模型构造效率。BIM信息沟通平台能够帮助项目设计者在内部分享信息和经验，就项目设计工作互通有无，提升项目利益相关各方的信息流程程度，保证项目设计能够最大化符合各方利益。

因此尽快搭建BIM技术信息管理平台可以尽快实现对项目施工信息的可视化处理流程，借助协同、模拟等诸多手段提升装配式建筑的设计科学性并降低其落实难度。BIM信息管理平台的构建是帮助项目不同主体参与到构件生产、工程组合中去的关键因素，具有一定的实践意义和价值。

2.3 运输过程将构件定位信息上传至BIM信息平台

在装配式构件运输阶段提前将运用在工程不同部位的不同型号构件贴上相关信息二维码，相关人员只需要通过扫码便能识别相关构件信息，避免运输过程出现构件类型的识别错误。其次将不同批次运输的构件安装上卫星定位系统，并将定位信息通过网络随时上传至信息交流平台，这样各参建单位均能及时关注构件位置并做好相应的工序所需时间预估工作，如果运送过程中发生问题，导致构件不能及时运送施工现场，各参建单位也能以最快的速度发现情况，并作出相关的处理，得到构件具体信息的及时反馈，能够减少不必要的工序间等待时间，以提高施工效率。同时，该平台的数据保留也为后期可能产生的工程索赔提供了透明的证据，各参建单位均能看到相关信息，避免了出现相关单位为了自身利益对数据进行改编的情况。

2.4 利用BIM可视化特性，提前识别安装过程可能遇到的问题

在施工阶段，为动态管控实际工程量与核算工程量的差异，可运用BIM技术做好建造安装模拟、数据更新、工程量计算和施工组织优化等。BIM技术可将三维建筑模型与时间、成本关联，以便在虚拟环境中预判施工中可能出现的问题，将各类管线和特殊构件先行集合归类，重点对构造拆解、工序衔接、专业搭配、套筒灌浆质量、楼板平多专业协同并进使得BIM模型的信息更新速度更快，可即时更新优化模型中的构件参数，确保在现场安装前就能识别修正预制构件潜在的安装连接风险，为实现不同建造阶段的高效衔接奠定基础。同时常规的工程结算办理，通常需要工程造价相关人员根据施工变更等文件计算出实际的工程量，并与施工图的工程量进行对比，从而得出最终的结算价格，但如果利用该系统，则可以根据施工现场情况实时计算并调整工程量，并与施工图工程量进行对比，从而能够提高结算过程的效率。

3 结论

可靠性理论对建筑施工安全管理系统的改造能够大幅度提升建筑项目的安全性和系统运行的可靠性。帮助装配式建筑构件在供应和设计领域降低时间成本的消耗。总结全文分析过程及观点，本文结论如下：

（1）利用可靠性分析的方法可认为装配式建筑构件供应系统为一个串联模型，每一个环节出现故障都有可能导致系统失效；

（2）通过建立装配式建筑构件供应系统的故障树模型找出该系统的薄弱环节，分别为四个方面，分别是构件设计、构件生产、构件运输和构件安装；

（3）针对该薄弱环节的应用分析，利用GPS卫星定位技术、利用BIM系统的可视化特征提前识别安装过程中可能遇到的问题、通过建立信息化交流平台等方法，能够有效提升装配式建筑构件供应及整个建设过程中的效率，并解决相关薄弱问题。