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PC构件施工问题分析与质效提升措施研究
摘要：近年来，在政策引导、环保标准升级、降本增效等内外因素驱动下，装配式混凝土（PC）构件施工发展迅速，取得了巨大的经济、环保和社会效益。然而PC工厂与施工现场沟通不佳、信息管理方式落后、施工管理不科学等问题，导致施工现场安装装配式预制构件效率低下，施工效能不高。因此，通过采取工作模块流程化、生产数字化、协调系统化、管理科学化等措施，通过上海市某保障房项目的初步实践，将PC构件安装时间缩短10%～15%、返工率降低30%～50%，达到提质、增效的目的。
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不同于在现场浇筑混凝土施工[1-4],装配式混凝土构件施工,是指在相应工厂浇筑各种混凝土预制构件,然后将构件运输至施工现场组装成预定结构物[5-8]｡因而国际上把在工厂预制的装配式混凝土构件简称为PC构件(PrecastConcrete),对应工厂成为PC构件厂[9-10]｡经过近10年的发展,在政策引导､环保标准升级､降本增效等内外因素驱动下,装配式混凝土构件施工发展迅速,已经从房屋建筑领域向市政､水利等行业延伸,取得了巨大的经济､环保和社会效益｡然而,仍存在许多问题尚未解决或未被关注,如PC工厂与施工现场协同性问题｡经调研,发现目前国内在PC领域研究重点主要聚焦于单个环节(结构设计､施工安装等)[11-12]､BIM(BuildingInformationModeling,建筑信息模型)技术[13-14]等方面,极少开展影响PC构件施工质量和效果的综合性研究｡因此,本文在调研与实践的基础上,从多个角度探讨PC构件施工所存在的问题,提出相对应的解决措施,并以上海市某装配式项目为载体,进行初步实践,为同行业者提供一定参考｡
1、PC构件施工存在的问题
1.1管理模式存在不足
通常情况下,就单个装配式项目而言,PC构件种类多､数量大,且涉及设计､生产､运输､安装等多方,传统“点对点､一环扣一环”的管理模式已难以满足PC构件从设计到现场安装全过程管理,在信息管理､全过程管理以及数字化水平等方面均表现出不足｡
1)信息管理模式落后｡传统信息管理模式是以Word､Excel等“电子表格工具+其他辅助性工具”形式,该类模式表现出收集难､时效性差､传递效率低､共享性差等不足,易导致设计成果与实际生产需要相背离､实际生产与安装现场相偏差｡
2)全过程管理重视程度不够｡虽然PC构件实现了工厂化生产,但由于很多从业者理念和意识转变还不够充分,把装配式构件施工的重心集中在生产和现场2个环节,而忽视了前期准备､设计､运输等其他环节的重要性,全过程管理意识不强,即不重视将PC构件从设计到现场安装全过程各个环节流程化､模块化｡
3)数字化水平整体偏低｡经了解,虽然PC构件工厂已基于BIM进行设计与生产,但通常主要集中在PC制作与生产环节,其他环节的涉及程度和深度均较浅｡整体而言,PC构件全过程数字化水平程度还比较低｡
1.2PC工厂与施工现场沟通不佳
通过对多个装配式建筑项目进行调查､分析与研究,并结合相关资料,发现因PC工厂与施工现场之间沟通效果不佳,进而造成了许多问题,如PC工厂生产或运输构件时间滞后,影响现场施工进度;PC工厂生产构件与现场实际尺寸不匹配,无法安装施工;PC构件运输至现场并安装后,灌浆孔内部插筋变形,导致灌浆料无法灌入;现场安装PC构件错误等｡
造成上述问题的原因主要包括以下几个方面:
1)施工现场传递信息不及时､不到位｡通常情况下,在正式施工前,施工方需要对图纸进行详细审核,并将相关信息反馈给设计方及PC工厂｡若施工方向PC工厂反馈不及时,PC工厂方人员仍按原图纸生产,可能造成生产的构件错误或尺寸不精准｡
2)PC工厂交底不清楚､现场理解不到位｡在构件出厂时,PC工厂方人员向运输或施工现场人员交底不清晰､不准确,造成现场人员理解偏差,进而导致构件安装错位或无法安装｡
3)现场施工方沟通不及时,影响PC工厂生产效能｡由于施工现场存在诸多不确定性,往往施工现场并不能完全按进度计划作业｡当施工现场进度受阻后,若施工方不及时告知PC工厂,PC工厂仍按原进度生产构件,最终可能导致PC工厂积压库存而影响生产效能｡
1.3施工管理不科学
若设计､生产和施工中的任何一方管理不科学,就会导致PC构件质量问题严重｡
1)设计方面代表性问题｡设计方面的问题有许多,如梁柱等构件节点的设计不合理,不仅影响后续安装效率,而且造成钢筋触碰,频繁返工;未按规范要求设计加强筋或加固设计,导致吊装运输时,构件表面裂纹;预制构件,如墙板未设计上翻600mm[15]､未留设止水企口等,导致外墙渗漏;吊点位置设计不合理,现场吊装构件产生破坏等｡
2)PC工厂生产部分问题｡典型问题包括预埋位置偏差移位､预制构件表面气孔麻面､预制构件管线遗漏､预制构件管线与现场预留不符､主筋不在箍筋内等｡
3)现场施工部分问题｡安装施工现场问题多,如构件到场堆放不合理,导致构件产生裂缝;墙体安装时,未严格按照控制线进行控制,导致墙体落位后偏位;叠合板伸出钢筋在吊装安装过程中与梁的上层主筋和墙的水平筋发生碰撞,造成梁筋和墙筋移位､叠合板混凝土局部损坏,以及预制构件灌浆不密实等｡
2、质效提升措施
2.1加强基于BIM技术管理模式作用
采取基于BIM的信息管理模式,替代传统信息管理模式,不仅发挥传统模式的功能,还能将工程流程模块化､生产过程数字化,大幅提升PC构件施工全过程能效｡
2.1.1运用BIM模块化工作流程
将PC生产到现场施工全流程的各个环节模块化,是加强施工质量与能效的主要措施之一｡该信息管理模式涉及面广､时间跨度大,其时间阶段或环节包括了方案设计､施工图和PC深化等阶段(图1)｡
图1PC构件生产流程化模块
1)方案阶段｡立足建筑项目总功能实现的目标,充分考虑施工总成本､技术与管理水平､现场施工情况等因素,进一步明确产业化目标､成本限额､功能定位､规模､外部条件及技术路径等方面,确定切实可行的技术实施方案｡要广泛采用BIM,按照“多组装､少规格”的原则,突出标准化和信息化,前置输入PC构件库,也就是说以现有工厂生产的构件类型来确定建筑､结构､室内专业的选型,以下游倒逼上游的产业政策｡
2)施工图阶段｡专业的互相提质变得更复杂了,目前,设计院普遍没有设置“PC构件设计”这一专业,所以,基本由总包或者指定的工厂来完成｡
3)PC深化阶段｡此阶段所有的专业都是向构件深化设计提资的｡当所需构件不在构件库中,就需要重新设计,会导致生产过程中无法实现智能化,而需要人工配筋和排模｡构件的深化分解还要考虑运输和施工的质量､尺寸限制｡节点连接的设计则是重中之重,结构的破坏总是在最薄弱的环节开始的,现场的施工环境自然劣于工厂,所以在设计上,要考虑现场连接的不利因素,遵从节点设计强于构件设计的原则｡
2.1.2运用BIM数字化生产过程
生产过程数字化的基础是采用BIM技术,且离不开学习与理解图纸､优化与模块化图纸､存放数据与编码､数字化生产等方面关键步骤｡
1)学习与理解图纸｡施工单位技术部门要理解设计意图,在对每个预制构件的了解细化到每个零部件基础上,将预制构件关键部位和关键节点做好详细的施工方案和现场交底工作｡
2)优化与模块化图纸｡施工单位技术部门对施工图纸进行优化,形成行之有效的模块化图纸｡
3)存放数据与编码｡PC构件生产单位运用BIM技术,可将优化可行的图纸等中心数据存放到预制构件生产和施工现场数据库中,并实现构件编码设定｡
4)数字化生产｡理想的生产状态是通过BIM+CAM(ComputerAidedManufacturing,计算机辅助制造)实现数字化生产(图2),根据构件深化设计图,使用机器人系统自动进行钢筋网的切割､加工和排布｡目前PC领域正在往全数字化生产方向发展｡
图2数字化生产流程
做好上述关键步骤工作后,在预制构件生产过程中,不仅能针对现场施工困难和质量问题提前做好规避,而且可将构件生产的质量检测信息和生产过程信息等记录下来,有助于为施工现场人员提供相关数据,方便施工人员准确把握施工质量｡信息和技术工作对预制构件建造和施工质量的提高起到了决定性的作用｡
2.2系统化组织协调
在预制构件的生产､运输和安装等各个环节中,组织协调是核心｡建设方习惯了传统设计管理流程“边决策､边设计､边修改”,使得PC深化和制作工作难以展开｡设计单位大多不熟悉模数化､标准化､工业化的设计方法｡要克服装配式建筑遇到的设计､生产､建造等方面的难题,就必须推行一体化建造,推动工程组织系统系统化建设｡
1)搭建组织完整与分工明确架构｡形成完整的组织架构,分工明确｡同时,做好生产和施工前期准备工作｡施工人员需要根据工程量和装配式结构构件数量等,选择施工机械数量､做好施工机械的准备工作､预制构件､设定运输路线及结构形成｡
2)生产方紧密结合施工方数据与需求｡生产方紧紧结合施工需求方的工程量､结构等信息,不仅高精度､高质量､高效率地生产相应构件,而且能将不同种类和规格的预制构件准确有序地配送至施工现场,使施工现场施工有序衔接,施工现场库存量最优､施工不产生误工,保证预制构件能及时现场吊装､安装｡现场堆放周期短,也能对成品起到很好的保护作用｡
良好的组织结构形式令预制构件的生产､运输和安装等周期大大缩短,不仅保证了工序的有效衔接,提高了生产和施工的质量,还大大提高了产品的经济效益｡
2.3科学化施工管理
1)建立并严格贯彻联合验收制度｡建设单位组织各方对首件和首层进行联合验收,同时,加强施工过程质量管控,尤其要重点管控关键连接节点,并加强现场的统筹协调工作｡
2)工序衔接有序与标准化｡对每一道施工工艺要做到有序衔接､工艺周期标准｡工作人员需要在科学的预制墙板支撑体系､预制叠合楼板支撑体系､构件吊装体系､施工安全外防护体系的基础上,通过标准化､规范化的施工作业方法进行操作实施,以此提高整体的施工效率,保证装配式结构的安装质量｡
3)科学安排与使用各类机械与器具｡PC生产方与施工方需要提前准备与科学安排安装预制构件的机械与器具,并规范使用｡
3、措施应用与实施效果
为了验证有关措施的实施效果,本文以上海市某保障房项目的装配化施工为例,通过精心构建模块化工程流程,加强BIM指导PC构件生产,以EBIM平台为主导的协同管理体系[16],建立由人员管理､制度管理和技术流程管理3个方面组成的质量管理体系,实现了对该项目实施的全过程管理,并取得以下几方面效果:
1)安装施工现场效率提升｡对比同类其他装配式项目,该项目中同类PC构件安装时间缩短10%~15%(不同类型构件情况不同)｡
2)返工率降低｡在该项目实施过程中,因PC构件尺寸不匹配､尺寸偏差等而不得不返工的数量大幅减少,相比同类项目,返工率降低30%~50%(不同类型构件情况不同)｡
3)协同性佳｡搭建完组织架构,并明确建设方､设计､PC工厂､现场安装等各方分工后,PC工厂生产方紧紧结合施工需求方的工程量､结构等信息,不仅可高精度､高质量､高效率地生产相应构件,而且能将不同种类和规格的预制构件准确有序地配送至施工现场｡
4、结语
在分析PC构件施工问题的基础上,本文提出了相应提升施工质量与实施效果的措施,并在上海市某保障房项目的装配施工中得到初步实践,取得较为明显的效果｡由于造成PC构件施工问题的因素还有很多,需要课题组在后续实践过程中,不断梳理､总结､分析与研究,形成更加系统､全面的成果｡
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文章来源:孙文臣.PC构件施工问题分析与质效提升措施研究[J].建筑施工,2025,47(03):496-499.
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