装配式建筑全过程质量影响因素研究_孙玉芳.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 5 期2023 年 5 月Vol.44 No.5May 2023摘要：通过现场调研及专家评议对装配式建筑全过程质量影响因素进行汇总，整理得出影响装配式建筑全过程质量的12个关键因素。采用解释结构模型方法（ISM），分析关键因素及关键因素间的结构关系，并提出装配式建筑全过程质量控制的建议。关键词：装配式建筑；ISM；全过程；质量影响因素中图分类号：F407.9；TU712.3文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）05-0021-09DOI：10.14181/ki.1002-851x.202305021引用本文 孙玉芳，杨辉，高旭林，等.装配式建筑全过程质量影响因素研究J.建筑经济，2023，44（5）：21-29.作者简介：孙玉芳，副教授，研究方向：工程项目管理。杨辉，总工程师，一级建造师，研究方向：建筑工程施工。1引言当前我国正在大力推动装配式建筑的发展，并提出2025年我国装配式建筑将达到新建建筑面积30%的发展目标。由于我国装配式建筑起步较晚，存在建筑产业工人专业性不强、质量保障体系不完善、施工组织管理不规范等问题，给装配式建筑质量带来极大挑战。装配式建筑的质量问题仍是业内人士关注的焦点。在对装配式建筑进行现场检查中，发现部分工程存在钢筋套筒灌浆饱满性质量缺陷、因深化设计要求不清造成节点钢筋随意施工、结构现浇混凝土部位强度局部低于设计要求、密闭封堵材料使用及施工不规范、构件选用不当及成品质量问题多发，部分工程存在结构安全隐患等问题。相较传统建筑而言，装配式建筑的施工场所和施工方式均发生转变，设计、生产、运输、施工等某一阶段出现的质量问题如不能及时发现和处理，将直接影响后续过程，因此全面系统地分析装配式建筑的质量影响因素至关 重要。现有对装配式建筑质量的研究主要集中在构件生产质量以及施工质量两个方面。对于装配式建筑预制构件质量的研究，学者们认为装配式建筑预制构件企业的管理风险和技术风险应为改善提高的重点。对装配式建筑施工质量的研究主要关注施工阶段评价体系的构建与验证。然而上述研究存在不足：一是囿于传统建设项目质量管理的思维，将装配式建筑质量控制的重点锁定于构件生装配式建筑全过程质量影响因素研究孙玉芳1，杨辉2，高旭林3，杨迎春3，孙伟1（1.青岛黄海学院建筑工程学院，山东 青岛 266427；2.青岛海川建设集团有限公司，山东 青岛 266000；3.荣华（青岛）建设科技有限公司，山东 青岛 266432）建 筑 经 济2023年22产和施工环节，忽略了装配式建筑生产方式的转变，也较少考虑装配式建筑的设计、运输及现场堆放等全过程各个阶段都会对工程质量产生持续性影响；二是装配式建筑全过程质量的影响因素不仅包括技术因素还包括人员和管理因素，而现有研究很少同时考虑这些因素的综合作用。实际上已有学者在对装配式建筑实际案例的分析后，发现装配式建筑的成功很大程度上取决于PC构件的质量、物流、仓储、施工工艺及过程中的组织 协调。综上所述，本文拟从装配式建筑全过程各个阶段常见的质量问题出发，并对这些质量问题背后的原因进行深入分析，结合人员、技术、管理等方面建立影响装配式工程质量的多维影响因素集合，然后利用解释结构模型（ISM）进行分析，寻找装配式建筑全过程各阶段质量影响因素之间的关联性，有助于分析影响装配式建筑质量的根本原因，进而提出更加有效的质量管理措施，提高装配式建筑质量管理水平。2装配式建筑全过程质量问题成因分析将装配式建筑质量依据深化设计、构件生产、构件运输及堆放、现场施工的全过程，进行质量问题成因分析。（1）深化设计阶段深化设计阶段，设计的协调、深度、系统性都将影响后续过程。我国装配式建筑发展较晚，设计专业配合度不高，在设计过程中，建筑、结构、给排水、暖通、电气等预留管线冲突问题较多，为设计优化带来困难。（2）构件生产阶段构件的生产阶段，预留孔洞的精度、混凝土及钢筋施工质量、管线设置、预制构件起吊点的设置等都会影响预制混凝土构件的 质量。（3）构件运输及现场堆放阶段构件运输过程中由于运输过程中的颠簸等容易出现混凝土裂纹及预留钢筋损坏等问题。现场堆放过程中由于堆放不规范导致构件出现裂缝等质量问题。（4）施工阶段施工阶段除预制构件本身的质量问题外，还存在现场施工组织不严、施工方法不当等问题。目前装配式建筑大多采用底部竖向钢筋套筒灌浆或浆锚搭接连接、边缘构件现浇的技术处理，套筒灌浆或浆锚搭接的连接质量也成为影响装配式建筑质量的重要影响 因素。通过对装配式建筑设计、生产、运输、施工过程进行现场调研，对装配式建筑各阶段的质量问题进行分析并进行因素分类，详见 表1。根据表1中的质量问题及原因分析，采用专家打分法对上述各阶段的质量影响因素进行评价，全过程各阶段的质量影响因素权重总和均为1，通过评价确定各阶段的关键因素。根据专家意见，构件运输阶段的质量裂缝问题由于其发生的偶然性导致评分权重过低，不作为影响装配式建筑质量的关键因素。删除重复性、低相关性等因素，最终确定装配式混凝土建筑全过程质量影响的12项关键因素，见表2。第 44 卷第 5 期23表1装配式建筑全过程质量问题及原因分析阶段常见质量问题问题出现的原因因素分类设计预制构件未预留安装 偏差（1）设计未考虑构件拼装要求人员因素（2）设计人员水平不够、能力不足人员因素（3）设计图纸审查不足管理因素预制构件预留孔洞（1）设计未考虑构件拼装要求人员因素（2）设计人员水平不够、能力不足人员因素（3）设计图纸审查不足管理因素预制构件缺少预留拉筋问题（1）设计考虑不周全人员因素（2）设计未考虑构件拼装要求人员因素（3）设计人员水平不够、能力不足人员因素（4）设计图纸审查不足管理因素构件生产混凝土结构局部出现蜂窝状窟窿（1）原材料级配不合理。技术因素（2）混凝土搅拌时间不够，搅拌不均匀，和易性差。技术因素（3）模具缝隙未堵严，造成浇筑振捣时缝隙漏浆。技术因素（4）一次性浇筑混凝土或分层不清。技术因素（5）混凝土振捣时间短，混凝土不密实技术因素构件表面局部出现缺浆粗糙（1）模具表面粗糙或粘附水泥浆渣等杂物未清理干净，拆模时混凝土表面被粘坏。管理因素（2）模具清理及脱模剂涂刷工艺不当，致使混凝土中水分被模具吸去，使混凝土失水过多出现麻面。技术因素（3）模具拼缝不严，局部漏浆。技术因素（4）模具隔离剂涂刷不匀，局部漏刷或失效，混凝土表面与模板粘结造成麻面。技术因素（5）混凝土振捣不实，气泡未排出，停在模板表面形成麻点。管理因素预制构件表面出现气泡（1）砂石级配不合理，粗集料过多，细集料偏少。管理因素（2）骨料大小不当，针片状颗粒含量过多。管理因素（3）用水量较大，水灰比较高的混凝土。技术因素（4）脱模剂质量效果差或选择的脱模剂不合适。技术因素（5）与混凝土浇筑中振捣不充分、不均匀有关。往往浇筑厚度超过技术规范要求，由于气泡行程过长，即使振捣的时间达到要求，气泡也不能完全排出。管理因素构件表面出现裂缝（1）混凝土失水干缩引起的裂缝：成型后养护不当，受到风吹日晒，表面水分散失快。管理因素（2）采用含泥量大的粉砂配制混凝土，收缩大，抗拉强度低。技术因素（3）不当荷载作用引起的结构裂缝，构件上部放置其他荷载物。管理因素（4）蒸汽养护过程中升温降温太快。技术因素（5）预制构件吊装、码放不当、堆放过程中支垫位置不对产生裂缝。管理因素（6）构件拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载下产生裂缝。管理因素（7）钢筋保护层过大或过小。管理因素孙玉芳，等装配式建筑全过程质量影响因素研究建 筑 经 济2023年24构件表面色差过大（1）脱模剂涂刷不均匀。管理因素（2）局部缺陷修复。技术因素（3）模板表面不光洁，未将模板清理干净。管理因素（4）搅拌时间不足，水泥与砂石料拌合不均匀，造成色差影响。技术因素（5）混凝土配合比达不到要求或者浇筑过程中出现较长的时间间断，造成混凝土接茬位置形成青白颜色的色差、不均性。技术因素（6）施工振动过度，造成混凝土离析导致外观质量差、混凝土强度降低。技术因素构件运输、进场检验预制构件出现裂缝（1）生产厂家质量控制不严管理因素（2）构件吊装运输过程质量问题管理因素凿毛、厚度、桁架高度不符合要求（1）生产厂家质量控制不严管理因素预制构件现场堆放预制构件未按要求进行堆放，导致出现裂缝（1）施工组织管理不到位管理因素（2）施工人员没有严格按规范施工管理因素预制构件安装振捣不到位，现浇板与预制板之间孔洞、漏筋（1）施工人员没有严格按规范施工管理因素（2）施工组织管理不到位管理因素预制板安装时线管敷设与桁架冲突（1）深化设计人员水平不足人员因素（2）生产厂家质量控制不严管理因素预制板锚固钢筋锚固入现浇梁处时无法安装（1）深化设计人员水平不足人员因素（2）生产厂家质量控制不严管理因素预制板锚固钢筋锚固入墙柱钢筋中后，箍筋安装难度大（1）深化设计人员水平不足人员因素（2）生产厂家质量控制不严管理因素预制楼梯安装难度大且后期成品保护困难。（1）成品保护未做好后期维护管理因素（2）现场施工管理不符合要求管理因素水电施工预留孔洞一般与图纸不一样。（1）深化设计人员水平不足人员因素（2）生产厂家质量控制不严管理因素预制构件灌浆不密实 问题（1）施工人员没有严格按规范施工人员因素（2）施工工艺不符合要求技术因素施工成型板带交界处及预制梁两侧漏浆（1）施工人员没有严格按规范施工人员因素（2）模板支设不符合要求技术因素（3）施工工艺不符合要求技术因素（4）现场施工管理不符合要求管理因素板带交接处用普通混凝土浇筑，后期出现裂缝可能性较大（1）施工人员没有严格按规范施工人员因素（2）施工工艺不符合要求技术因素（3）现场施工管理不符合要求管理因素封口砂浆问题较多（1）施工人员没有严格按规范施工人员因素（2）模板支设不符合要求技术因素（3）现场施工管理不符合要求管理因素第 44 卷第 5 期253装配式建筑全过程质量影响因素ISM模型构建ISM模型能够客观分析出各指标的影响，故本文采用ISM模型进行质量影响因素分析，以层次拓扑图形式展现，客观地分析评价装配式建筑全过程质量影响因素。3.1构建邻接矩阵邻接矩阵A表示装配式建筑全过程质量问题与其影响因素的关联关系，A=aij，邻接矩阵A的元素aij的定义见公式（1）。a ij=0因素i不影响因素j1因素i影响因素j（1）向从事装配式建筑设计、生产、施工有关的相关企业管理者和技术人员及相关学者、专家发放影响因素关联问卷。当85%及以上的被访者认为因素对问题有影响时，该处的取值为1，否则取值为0，如公式（2）所示。由此得到邻接矩阵A。A=S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S1011000000101S2000000000101S3000000000101S4000001000101S5000000000101S6000000000101S7000000000001S8000000000001S9000000000011S10000000000011S11000000000001S12000000000000（2）3.2可达矩阵计算可达矩阵是表示一个因素能否通过其他因素间接作用与另一个因素之间建立到达的路径。依据布尔矩阵运算规则，当邻接矩阵A满足（A+I）K-1（A+I）K=（A+I）K+1时，（A+I）K-1即为所求可达矩阵R，计算可达矩阵，结果见公式表2装配式建筑全过程各阶段质量影响的关键因素阶段编号影响因素评分权重深化设计S1设计人员水平不够、能力不足0.52S2设计图纸审查不严0.30S3设计不规范0.18构件生产S4原材料使用不当0.32S5构件生产现场施工管理不严0.31S6构件生产施工工艺不达标0.37现场堆放S7现场维护不符合要求0.43S8现场组织管理不到位0.57施工S9施工人员技术水平不足0.38S10构件出厂质量不符合要求0.21S11施工人员没有严格按规范施工0.25S12现浇与预制构件结合不符合要求0.16孙玉芳，等装配式建筑全过程质量影响因素研究建 筑 经 济2023年26表3可达矩阵各因素之间的关系因素R（Si）A（Si）R（Si）A（Si）S1S1 S2 S3 S10 S12S1 S1 S2S2 S10 S12S1 S2 S3 S2 S3S3 S10 S12S1 S2 S3 S3S4S4 S6 S10 S12S4 S4 S5S5 S10 S12S4 S5 S6S6 S10 S12S4 S10 S12S10 S12S7S7 S12S7 S8 S9 S7 S8S8 S12S8 S9 S8 S9S9 S11 S12S9 S9 S10S10 S11 S12S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10S10S11S11 S12S10 S11S11S12S12S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12S12表4关键因素的层级结构划分层级层次因素直接影响因素第1层S12现浇与预制构件结合不符合要求第2层S7施工现场维护不符合要求；S8施工组织管理不到位；S11施工人员没有严格按规范施工间接影响因素第3层S9施工人员技术水平不足；S10构件出厂质量不符合要求第4层S2设计图纸审查不严；S3设计不规范；S5构件生产现场施工管理不严根本影响因素第5层S1设计人员水平不够、能力不足；S4原材料使用不当；S6构件生产施工工艺不达标（3），可达矩阵各因素之间的关系如表3所示。R=S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S1111000000101S2010000000101S3001000000101S4000101000101S5000010000101S6000001000101S7000000100001S8000000010001S9000000001001S10000000000101S11000000000011S12000000000001（3）3.3层级结构划分根据可达矩阵R可以得到装配式建筑全过程质量影响因素的可达集R（Si）和先行集A（Si）。满足R（Si）A（Si）=R（Si）的影响因素处于同一层次。同一层次影响因素找到后，去掉已划分的因素，对其余影响因素再次寻找并划分，直到层级划分结束。最终影响因素共分为5个层次，三个层级，具体见表4。3.4ISM模型结果分析根据ISM模型分析可知，装配式建筑全第 44 卷第 5 期27图1装配式建筑全过程质量影响因素解释结构模型过程质量影响因素为5层三级模型。其中根本影响因素为S1设计人员水平不够、能力不足；S4原材料使用不当；S6构件生产施工工艺不达标。间接影响因素为S2设计图纸审查不严；S3设计不规范；S5构件生产现场施工管理不严；S9施工人员技术水平不足；S10构件出厂质量不符合要求。直接影响因素为S7施工现场维护不符合要求；S8施工组织管理不到位；S11施工人员没有严格按规范施工；S12现浇与预制构件结合不符合要求，具体见 图1。（1）根本影响因素装配式建筑质量的根本影响因素为位于结构模型第5层的因素，包括：设计人员水平不够、能力有限，原材料使用不当，构件生产工艺不达标等三个根本因素。该层影响因素可直接或间接影响上层及表层因素，由此可见装配式建筑全过程质量控制应从构件设计、生产阶段进行溯源管理。（2）间接影响因素位于结构模型第3层的因素包括施工人员技术水平不足及构件出厂质量未达到要求。其中构件出厂质量未达到要求是由于第4层影响因素（设计图纸审查不严、设计不规范、构件生产施工管理不严）导致。（3）直接影响因素位于解释结构模型首层的因素为现浇与预制构件结合不符合要求，是装配式建筑质量问题的最直接表现。现浇与预制构件结构不符合要求的原因，既有第2层结构的施工人员的现场维护、施工管理不到位、不规范施工等因素直接影响，又有第3、4层结构的施工人员技术水平不足及构件出厂质量未达到要求等因素间接影响，还有第5层结构的设计人员水平不够、能力有限，原材料使用不当、构件生产工艺不达标等因素根本影响。基于上述分析结果，装配式建筑质量的根本影响因素在于构件的设计水平及构件生产孙玉芳，等装配式建筑全过程质量影响因素研究建 筑 经 济2023年28工艺，间接影响因素为构件生产质量不符合要求，直接影响因素为预制构件与现浇结合不符合要求。4装配式建筑全过程质量管控的对策建议装配式建筑从设计、构件生产、构件运输到现场施工，各阶段质量将持续影响装配式建筑的全过程，其中设计、构件生产阶段应作为装配式建筑全过程质量控制的重点。依据上述装配式建筑全过程质量影响因素解释结构模型的分析结果，结合各阶段的人员、技术、管理因素提出全过程各阶段质量管控的对策 建议。（1）深化设计阶段深化设计阶段的质量影响因素主要体现为人员因素和管理因素，其中设计人员的设计水平及能力为装配式建筑质量的根本影响因素。因此，装配式建筑质量提升的关键点之一就是在设计阶段关注人员设计能力和设计图纸质量。首先，提高深化设计人员的设计能力，提升设计质量；其次，强化图纸审查，确保深化设计图纸的准确性和可实施性。（2）构件生产阶段构件生产阶段的质量影响因素主要体现为技术因素和管理因素，其中原材料使用不当和构件生产工艺不达标为装配式建筑质量的根本影响因素。因此，装配式建筑质量提升的关键点之一就是提升构件生产质量。首先严格控制原材料的质量，保证构件生产质量。其次，提升构件生产的技术水平，避免生产质量缺陷。另外，还需要加强生产过程管理及构件出厂前检验，确保构件生产质量符合要求。（3）构件运输及堆放阶段构件运输及堆放阶段的质量影响因素体现为管理因素，其中现场维护不符合要求和现场管理不到位为装配式建筑质量的直接影响因素。对此，应强化现场管理，做到：首先，对运输公司的专业性进行严格审查，合理规划车辆及路线，确保预制构件运输过程的质量。其次，构件运抵施工现场后，做好现场吊装及堆放预案，合理安排构件堆放，保证构件质量完好。（4）现场施工阶段现场施工阶段的质量影响因素体现为人员、技术、管理因素的综合作用，既有诸如施工现场管理不严、施工人员技术水平不足等影响装配式建筑质量的间接影响因素，也有包括施工组织管理不到位、施工现场维护不符合要求等直接影响装配式建筑质量的因素。虽然这些因素都不是根本影响因素，但是却直接影响了工程质量，而且因素之间还存在交互关系。因此，现场施工阶段首先应加强施工过程管理，严格遵守施工规范要求，有助于确保现场施工质量。其次，提高装配式建筑从业人员专业水平、加强装配式建筑施工工艺培训，有助于提高装配式建筑施工质量。5结语装配式建筑全过程的质量管控的重点在于严格控制构件出厂质量，避免由于设计原因及预制构件生产质量缺陷导致的后续施工质量问题；施工过程中加强施工组织与过程管理，对关键节点部位进行重点检验，强化全过程质量管理。装配式建筑的质量对我国建筑行业发展和人民生活具有至关重要的意义，从第 44 卷第 5 期29全过程角度进行装配式建筑质量控制，有利于提高装配式建筑整体质量，推动建筑产业化 快速发展。参考文献1 朱文祥，许锦峰，张海遐，等.预制混凝土构件的常见质量缺陷与修复措施J.混凝土，2019（5）：115-118.2 TAKENAGA Y，HITOMI T，SUMI A，etal.Construction of a highrise condominium building with precast concrete membersJ.Concrete Journal，1992（8）：39-47.3 STAUB-FRENCH S S，RUSSELL A，TRAN N.Linear scheduling and 4D visualizationJ.Journal of Computing in Civil Engineering，2008（3）：192-2054 齐宝库.装配式建筑施工质量评估指标体系的建立与评估方法研究J.施工技术，2014（15）：20-24.5 王志强，张樵民，吕云翔.基于云模型的装配式混凝土建筑施工质量综合评价J.混凝土，2020（3）：138-145.6 Alistair G.F.Gibb，Richard H.Neale，Alistair G.Management of prefabricated for complex cladding：Case studyJ.Journal of Architectural Engineering，1997（3）：60-70.7 张广泰，何彬，魏佳，等.基于ISM的全过程工程咨询联合体模式合作伙伴选择策略研究J.建筑经济，2021（10）：31-36.8 喇海霞，段晓晨，牛衍亮.基于ISM的高铁工程全生命周期成本影响因素研究J.建筑经济，2021（8）：57-61.9 陈山林.装配式建筑PC构件生产质量评价研 究D.杭州：浙江大学，2021.10 陈蓉芳，姜安民，董彦辰，等.装配式建筑施工质量风险评估模型的构建与应用研究J.铁道科学与工程学报，2021（10）：2788-2796.Research on the Influenced Factors of the Whole Process Quality of Prefabricated BuildingSUN Yufang1，YANG Hui2，GAO Xulin3，YANG Yingchun3，SUN Wei1（1.School of Architecture and Engineering，Qingdao Huanghai University，Qingdao 266427，China；2.Qingdao Haichuan Construction Group Co.，Ltd，Qingdao 266000，China；3.Ronghua（Qingdao）Construction Technology Co.，Ltd，Qingdao 266432，China）Abstract：Through on-the-spot investigation and expert evaluation，the paper summarizes the factors affecting the whole process quality of prefabricated buildings，and sorts out 12 key factors affecting the whole process quality of prefabricated buildings.Analyzes the key factors by using the interpretive structural model method（ISM），and divides structure of the key factors.Puts forward suggestions for the whole process quality control of prefabricated buildings according to the influenced factors.Keywords：prefabricated building；interpretive structural model method；whole process；quality influenced factors孙玉芳，等装配式建筑全过程质量影响因素研究