裝配式建筑工程精益質量管理與改善研究

鐘 瑾

(江西中煤建設集團有限公司 贛州建工集團有限公司 江西南昌 330001)

0 引言

在我國基礎設施建設迅猛發展的今天，裝配式建筑工程以其特有的優勢被廣泛應用。由于裝配式建筑工程是一個龐大的系統工程，在實施過程中，存在從業人員技能水平參差不齊、技術規范不統一、關鍵數據指標難以獲取等問題，影響工程的進展和質量。為此，將先進的精益管理方法引入裝配式建筑工程中，能有效解決工程實施環節的各類質量問題。

1 裝配式建筑工程質量問題及影響因素分析

通過對4個采用部分裝配式建筑在建項目進行現場調研、文獻調查等，統計工程中出現的質量問題，并將這些問題歸類到設計、生產、運輸和施工4個環節中，初步分析問題產生的原因。最后，通過要因分析法，分析問題產生的末端原因，從而對人員、機械、方法、材料、環境這5個因素進行定量分析。

1.1 工程案例

本文在對贛州建筑工業化有限公司預制廠的充分調研基礎上，選取贛州市以下裝配式建筑工程作為研究對象：①章貢區冶機廠城市棚戶區改造安置房項目；②章貢區桔紅T街城市棚戶項目；③星洲萃苑(一期)；④江南府。以上項目均采用部分裝配式混凝土建筑設計，其中只有江南府項目采用了豎向裝配式構件；除衛生間、廚房、封閉陽臺、樓梯間外的平臺均做預制樓板；除廚房、衛生間、前室、前室過道、樓梯間、水電井、電梯井外的墻體為輕質隔墻。

1.2 質量問題調查與分析

以案例工程的裝配式建筑部分為研究對象，通過現場勘察，與設計、生產、施工、業主、監理等多方交流，查閱施工日志、監理通知單、檢測報告、驗收報告等文件，并結合文獻資料，對裝配式建筑的施工工藝和容易發生的質量問題進行調查和分析。

關于設計質量問題的調查，主要采用專家訪談、案例研究和文獻綜述的方式。內容包括安全可靠性、功能的滿意度、經濟合理性和對施工的指導性。這里主要考察設計對施工指導性的質量問題，主要問題有：①構件預留孔洞位置錯誤，后期安裝困難或者需要進行二次開孔；②預埋件位置偏差；③設計圖紙表述模糊或者漏項。通過對這些設計環節質量問題從人、機、料、法、環5個末端因素展開石川圖法分析，主要成因如圖1所示。

圖1 設計環節石川圖

同理，采用石川圖法對生產、運輸和安裝施工環節進行分析，篩選后將各環節的主要質量問題，按照人員、設備、物料、方法、環境進行分類，如表4所示。

2 關鍵質量問題篩選

裝配式建筑是一項龐雜的系統性工程，項目實施過程中會出現各類質量問題。當問題集中爆發時，如何制定解決方案，并確定問題優先級，是一個難題。對前面歸納的25個質量問題進行權重分析與權重排序，同時根據ABC分類法，將累計值前80%的問題點定義為關鍵質量問題，作為后續改進的重點。

文中采用熵權分析法客觀賦權、模糊AHP法主觀賦權，最后通過博弈理論，使主客觀權重融合成更符合實際的綜合權重。

2.1 質量問題模糊AHP分析

結合實際情況，向專家以及業內人士發放50份調查問卷，包括工程一線教授級高工、工程師以及作業員，高校專家教授、博士與碩士研究生。

通過咨詢相關專家學者和分析現有的文獻資料，得出各類因素相對重要度排序為： 人員>設備>物料>方法>環境。

分析對象層相對準則層的權重，將前面歸納的質量問題依次編碼為：B11-B15、B21-B25、B31-B35、B41-B45、B51-B55?；谌藛T、設備、物料、方法、環境5個因素，分別對各對象層的相對重要程度進行排序，如表1所示。

表1 準則層相對對象層影響排序

W=wvT=(W1,W2,…,Wn)

即得到裝配式建筑主觀權重，如表4所示。

2.2 質量問題熵權分析

質量問題熵權分析，首先要確定質量問題重要度的評價標準，這是構建合理有效評價體系的關鍵。結合專家意見及調查結果，并參照模糊評語集，賦予裝配式建筑工程評價指標的重要度評估值，如表2所示。

表2 評價指標重要度分級表

其中：A為特別重要；E為重要；I為一般重要；O為不重要；U為完全不重要。

根據重要度分級，邀請行業內15位專家對所建立的評價指標體系進行打分，其中教授/副教授、教授級高工/工程師及在校研究生分別5位，最終獲得評價指標體系的各級打分如表3所示。

表3 部分專家打分評價表

計算各個指標的信息熵：H0=(0.937，0.954，0.968，0.983，0.948)。同理，計算出其他的信息熵H1，H2，H3，H4，H5。最后根據熵值矩陣計算出權重矩陣W：即得到裝配式建筑客觀權重，如表4所示。

2.3 質量問題綜合權重分析

通過博弈理論，將上述兩種權重進行綜合得到綜合權重Wm：即得到裝配式建筑綜合權重，如表4所示。

表4 裝配式建筑質量問題權重表

2.4 關鍵質量問題篩選

通過綜合權重，可以將影響裝配式建筑建造工程過程中整個環節的各個因素，按影響程度，由大到小排序，并繪制成權重分布柏拉圖，如圖2所示。

根據ABC分類法結合權重分布柏拉圖可看出，累計到80%的問題點主要有16項。其中由于人員因素導致的問題，有設計人員對預留孔洞和預埋件布置不合理等5項，占總數5/16；設備因素導致的問題，有定位精度差異導致構件安裝偏差等5項，占總數5/16；物料的因素導致的問題，有現場模板質量不合格，導致后澆帶漏漿等3項，占總數3/16；方法因素導致的問題，有吊裝方法與設備選型不當致命構件損傷1項，占總數1/16；環境因素導致的問題，有現場堆放場地環境條件差致命構件損傷等2項，占總數2/16。將關鍵問題按照人員、設備、物料、方法、環境進行排序為：人員>設備>物料>環境>方法?？梢?，案例中關鍵問題的重要級別順序與客觀評級不符，所以，本次研究具有很強的現實意義。

3 關鍵質量問題改善

上文已找到影響工程整體質量的關鍵因素，本節將按照人員、設備、物料、方法、環境，對不同問題歸納總結，針對不同問題提出改進建議，并驗證改善方案的有效性。

3.1 人員管理

項目所有人員完成培訓才能上崗，同時制定考核指標與培訓計劃階段性地考核評估，確保項目參與人員能準確把握關鍵質量管控點，且能夠判斷自己的操作是否滿足質量管控要求。以人員因素中權重最大的“檢驗人員檢測不當導致不良構件流入施工現場”問題改善為例，針對在裝配式建筑預制結構件的吊裝階段經常出現出廠結構件來料不良，導致現場裝配無法完成的問題，選取6位檢驗員使用相同的檢測設備，對隨機抽取的100件預制結構件進行質量檢測，每個檢測兩次，一共得到1200組檢測結果。使用Minitab軟件對檢測結果的一致性進行分析，結果如表5～表6所示。當結果判定為檢驗員穩定性和相互一致性不合格時，應該制定培訓計劃加強檢測員對檢測標準的理解并提高執行力；當結果判定為檢測標準不合格時，應該對相關的檢測標準指導文件展開審核，復核通過后再發行為受控的指導文件。

表5 檢驗員自身穩定性

表6 檢驗員相互一致性

由上表可以看出，檢驗員的檢測能力自身的前后一致性大于96%，說明其檢測能力比較穩定。檢驗員的檢測能力相互一致性比例為95%，未能達到預期要求，因此需要對檢驗員展開培訓，培訓完成之后再次使用上述方法，選用另一批次的預制結構件進行復驗。在自身穩定性和相互一致性達標的基礎上，使用同樣的方法進行再現性實驗。結果顯示，檢驗員與質量檢驗檢測部門的一致性能夠達到98%以上，此時檢驗員的業務能力滿足要求，可以進行實際的檢測作業。

3.2 工程機械與設備管理

設備因素造成的質量問題，主要涉及預制結構件的生產運輸與施工現場的吊裝環節。生產運輸環節中的工程機械與設備的關鍵質量控制點，為加工作業與檢測設備的精度與穩定性，因此需要完善的設備維護點檢記錄表，通過定期維護點檢來保證質量。運輸與吊裝環節中，由于預制結構件質量與體積過大，需要選取合適的工程設備，要做好對大型設備的性能監測和養護工作。以設備因素中權重較大的“定位治具精度差導致結構件安裝定位偏差”問題改善為例。星洲萃苑在預制結構件的生產過程中，用來料檢驗和成品終檢的設備有膠砂攪拌機、凈漿攪拌機、標準稠度儀、溫濕度養護儀、抗折試驗機、壓力試驗機，以及現場安裝測量中使用的TS02Plus全站儀、游標卡尺等。以TS02Plus全站儀為例，分析儀器的性能。其他儀器設備可采用同樣的分析方法。隨機抽取15處點位，選取一名合格的檢驗員，使用兩臺TS02Plus全站儀對各點位的高程分別測量2次，得到60組數據，其中部分如表7所示。

表7 TS02Plus全站儀部分測量數據 cm

通過 Minitab 量具 R&R 工具對數據進行分析，結果如圖3所示。

(a)

(b)

(c)

(d)圖3 TS02Plus全站儀 R&R (方差分析) 報告

3.3 預制過程管理

物料因素造成的質量問題，主要來自預制結構件生產廠家原料供應環節。以物料因素中權重較大的“預制構件的原材料和配比不合格導致構件強度質量問題”問題改善為例。裝配式樓梯板是該項目中使用最多的預制結構件，通過試驗分析礦粉摻量、水灰比、砂率對混凝土質量的影響。礦粉摻量以A表示，分別選取8%、12%、16%；水灰比以B表示，分別選取0.45、0.50、0.55；砂率以C表示，分別選取35%、40%、45%。正交試驗方法可以在條件范圍內選擇代表性強的少數試驗，得出最優或者較為理想的方案[1-3]。選取L9(33)正交表對試驗進行設計，一共需要9次試驗，試驗設計如表8所示。

表8 正交試驗結果

表中，1號試塊為原始配比試塊，通過σ比較發現試驗4、5、7、8的強度更優。各試塊的強度差值達到15.7 MPa，差距比較明顯，說明采用正交試驗對混凝土配比設計的方法可行。

3.4 生產作業方法與流程管理

根據主體結構的設計圖確定預制結構件的標準件，并制作標準件進行展示，將設計圖紙上復雜的設計指標與技術要求直觀展示給工作人員。為便于試裝配與預定位環節的公差評估，單件大批量的裝配預制結構件可以使用輕質材料制作。

吊裝是裝配式建筑施工過程中最關鍵的環節，需要結合現場情況，靈活制定作業方案。在首件吊裝作業時，需要召集設計、施工與監理等技術人員，共同分析作業過程中出現的顯性和隱性問題，保證后續的批量吊裝不發生同類問題。以方法因素中權重較大的“吊裝方法與設備選型不當導致構件損傷”問題改善為例。通過分析得知，預制結構件安裝過程中，存在與上一層柱綁扎好的鋼筋或者其他構件發生碰撞、或在吊裝落地時非平穩落下導致不可修復性損傷的問題，主要原因是吊裝不合理以及吊裝設備的選型不當，其中吊點的選擇對碰損有較大的關系。為此，設計若干組吊點，分別進行平穩運行工況、意外碰撞工況、非平穩著落工況的預制構件的受力分析，當預制構件最大應力最小時為最理想的吊點位置。

3.5 作業現場環境適應性管理

針對環境因素造成的質量問題，不僅要分析自然環境，還要考慮市場和政策環境。作業過程中最不可控的環節，包括預制結構件的運輸和現場堆放。因此，需要對作業現場的預制結構件堆放環境以及運輸環境進行密切監控。以環境因素中權重較大的“運輸和吊裝環境復雜導致構件損傷”問題改善為例。在長期調查與實驗仿真后發現，導致運輸過程中裂紋與破損的原因有以下幾點：

(1)運輸時使用的墊木由于車輛減震系統差、路況條件不好以及底板剛度不足，車輛顛簸時底部應力作用到預制結構件上，從而導致開裂。

(2)由于結構件重量大，在運輸時處于車輛底層的軟質墊木因受巨大壓力，產生形變，導致預制結構件受力不均，造成破損。

(3)墊木放置的位置不當，使車體對墊木支撐性不足，發生移位，使結構件之間、結構件與車體之間發生碰撞。為了讓預制結構件不發生位移，各個結構件之間需要使用硬質墊木隔離，并進行加固。針對保全措施完善后，依然出現破損并造成作業延誤或停工現象，需要與廠家協調生產若干備件，以應對突發情況。在改進預制結構件的運輸與堆放環境后，根據對10月11日～10月27日破損率進行統計后發現，平均破損率從4%～9%降低至3%以下，如表9所示。通過要求廠家生產預制結構件備件，減少了因破損導致的項目停工問題。

表9 改善前后預制結構件破損率

4 結語

(1)制定相關法規

裝配式建筑在我國發展較晚，實踐經驗少，在面對項目施工過程中的實際問題，尚無普遍適用的解決方案。因此，國家需要結合實際情況，制定相關的法規，或對已有法規進行適應性調整，應該在法律層面上進行約束，強制要求企業設立相關部門。

(2)建立行業內規范化管理標準

需要制定規范化統一標準指導拆分。通過建立行業內規范化管理標準，不僅能提高施工效率、最大程度降低成本，還能保證項目的整體質量。

(3)由于精益管理的發源地制造業與建筑行業有較大的區別，因此，可對本文所采用的精益管理工具以外的其他精益管理工具進行探究，以獲得更好的改善效果。