裝配式建筑工程精益質(zhì)量管理與改善研究

鐘 瑾

(江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司 贛州建工集團(tuán)有限公司 江西南昌 330001)

0 引言

在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展的今天，裝配式建筑工程以其特有的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。由于裝配式建筑工程是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，在實(shí)施過程中，存在從業(yè)人員技能水平參差不齊、技術(shù)規(guī)范不統(tǒng)一、關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)難以獲取等問題，影響工程的進(jìn)展和質(zhì)量。為此，將先進(jìn)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(shí)施環(huán)節(jié)的各類質(zhì)量問題。

1 裝配式建筑工程質(zhì)量問題及影響因素分析

通過對4個(gè)采用部分裝配式建筑在建項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研、文獻(xiàn)調(diào)查等，統(tǒng)計(jì)工程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并將這些問題歸類到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工4個(gè)環(huán)節(jié)中，初步分析問題產(chǎn)生的原因。最后，通過要因分析法，分析問題產(chǎn)生的末端原因，從而對人員、機(jī)械、方法、材料、環(huán)境這5個(gè)因素進(jìn)行定量分析。

1.1 工程案例

本文在對贛州建筑工業(yè)化有限公司預(yù)制廠的充分調(diào)研基礎(chǔ)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(qū)冶機(jī)廠城市棚戶區(qū)改造安置房項(xiàng)目；②章貢區(qū)桔紅T街城市棚戶項(xiàng)目；③星洲萃苑(一期)；④江南府。以上項(xiàng)目均采用部分裝配式混凝土建筑設(shè)計(jì)，其中只有江南府項(xiàng)目采用了豎向裝配式構(gòu)件；除衛(wèi)生間、廚房、封閉陽臺、樓梯間外的平臺均做預(yù)制樓板；除廚房、衛(wèi)生間、前室、前室過道、樓梯間、水電井、電梯井外的墻體為輕質(zhì)隔墻。

1.2 質(zhì)量問題調(diào)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(xiàn)場勘察，與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、業(yè)主、監(jiān)理等多方交流，查閱施工日志、監(jiān)理通知單、檢測報(bào)告、驗(yàn)收報(bào)告等文件，并結(jié)合文獻(xiàn)資料，對裝配式建筑的施工工藝和容易發(fā)生的質(zhì)量問題進(jìn)行調(diào)查和分析。

關(guān)于設(shè)計(jì)質(zhì)量問題的調(diào)查，主要采用專家訪談、案例研究和文獻(xiàn)綜述的方式。內(nèi)容包括安全可靠性、功能的滿意度、經(jīng)濟(jì)合理性和對施工的指導(dǎo)性。這里主要考察設(shè)計(jì)對施工指導(dǎo)性的質(zhì)量問題，主要問題有：①構(gòu)件預(yù)留孔洞位置錯(cuò)誤，后期安裝困難或者需要進(jìn)行二次開孔；②預(yù)埋件位置偏差；③設(shè)計(jì)圖紙表述模糊或者漏項(xiàng)。通過對這些設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)質(zhì)量問題從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)末端因素展開石川圖法分析，主要成因如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)石川圖

同理，采用石川圖法對生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝施工環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，篩選后將各環(huán)節(jié)的主要質(zhì)量問題，按照人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境進(jìn)行分類，如表4所示。

2 關(guān)鍵質(zhì)量問題篩選

裝配式建筑是一項(xiàng)龐雜的系統(tǒng)性工程，項(xiàng)目實(shí)施過程中會出現(xiàn)各類質(zhì)量問題。當(dāng)問題集中爆發(fā)時(shí)，如何制定解決方案，并確定問題優(yōu)先級，是一個(gè)難題。對前面歸納的25個(gè)質(zhì)量問題進(jìn)行權(quán)重分析與權(quán)重排序，同時(shí)根據(jù)ABC分類法，將累計(jì)值前80%的問題點(diǎn)定義為關(guān)鍵質(zhì)量問題，作為后續(xù)改進(jìn)的重點(diǎn)。

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

2.1 質(zhì)量問題模糊AHP分析

結(jié)合實(shí)際情況，向?qū)＜乙约皹I(yè)內(nèi)人士發(fā)放50份調(diào)查問卷，包括工程一線教授級高工、工程師以及作業(yè)員，高校專家教授、博士與碩士研究生。

通過咨詢相關(guān)專家學(xué)者和分析現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料，得出各類因素相對重要度排序?yàn)椋?人員>設(shè)備>物料>方法>環(huán)境。

分析對象層相對準(zhǔn)則層的權(quán)重，將前面歸納的質(zhì)量問題依次編碼為：B11-B15、B21-B25、B31-B35、B41-B45、B51-B55?；谌藛T、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境5個(gè)因素，分別對各對象層的相對重要程度進(jìn)行排序，如表1所示。

表1 準(zhǔn)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(quán)重，如表4所示。

2.2 質(zhì)量問題熵權(quán)分析

質(zhì)量問題熵權(quán)分析，首先要確定質(zhì)量問題重要度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這是構(gòu)建合理有效評價(jià)體系的關(guān)鍵。結(jié)合專家意見及調(diào)查結(jié)果，并參照模糊評語集，賦予裝配式建筑工程評價(jià)指標(biāo)的重要度評估值，如表2所示。

表2 評價(jià)指標(biāo)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(jù)重要度分級，邀請行業(yè)內(nèi)15位專家對所建立的評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)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(jià)指標(biāo)體系的各級打分如表3所示。

表3 部分專家打分評價(jià)表

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

2.3 質(zhì)量問題綜合權(quán)重分析

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

表4 裝配式建筑質(zhì)量問題權(quán)重表

2.4 關(guān)鍵質(zhì)量問題篩選

通過綜合權(quán)重，可以將影響裝配式建筑建造工程過程中整個(gè)環(huán)節(jié)的各個(gè)因素，按影響程度，由大到小排序，并繪制成權(quán)重分布柏拉圖，如圖2所示。

根據(jù)ABC分類法結(jié)合權(quán)重分布柏拉圖可看出，累計(jì)到80%的問題點(diǎn)主要有16項(xiàng)。其中由于人員因素導(dǎo)致的問題，有設(shè)計(jì)人員對預(yù)留孔洞和預(yù)埋件布置不合理等5項(xiàng)，占總數(shù)5/16；設(shè)備因素導(dǎo)致的問題，有定位精度差異導(dǎo)致構(gòu)件安裝偏差等5項(xiàng)，占總數(shù)5/16；物料的因素導(dǎo)致的問題，有現(xiàn)場模板質(zhì)量不合格，導(dǎo)致后澆帶漏漿等3項(xiàng)，占總數(shù)3/16；方法因素導(dǎo)致的問題，有吊裝方法與設(shè)備選型不當(dāng)致命構(gòu)件損傷1項(xiàng)，占總數(shù)1/16；環(huán)境因素導(dǎo)致的問題，有現(xiàn)場堆放場地環(huán)境條件差致命構(gòu)件損傷等2項(xiàng)，占總數(shù)2/16。將關(guān)鍵問題按照人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境進(jìn)行排序?yàn)椋喝藛T>設(shè)備>物料>環(huán)境>方法?？梢姡咐嘘P(guān)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(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

3 關(guān)鍵質(zhì)量問題改善

上文已找到影響工程整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，本節(jié)將按照人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境，對不同問題歸納總結(jié)，針對不同問題提出改進(jìn)建議，并驗(yàn)證改善方案的有效性。

3.1 人員管理

項(xiàng)目所有人員完成培訓(xùn)才能上崗，同時(shí)制定考核指標(biāo)與培訓(xùn)計(jì)劃階段性地考核評估，確保項(xiàng)目參與人員能準(zhǔn)確把握關(guān)鍵質(zhì)量管控點(diǎn)，且能夠判斷自己的操作是否滿足質(zhì)量管控要求。以人員因素中權(quán)重最大的“檢驗(yàn)人員檢測不當(dāng)導(dǎo)致不良構(gòu)件流入施工現(xiàn)場”問題改善為例，針對在裝配式建筑預(yù)制結(jié)構(gòu)件的吊裝階段經(jīng)常出現(xiàn)出廠結(jié)構(gòu)件來料不良，導(dǎo)致現(xiàn)場裝配無法完成的問題，選取6位檢驗(yàn)員使用相同的檢測設(shè)備，對隨機(jī)抽取的100件預(yù)制結(jié)構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢測，每個(gè)檢測兩次，一共得到1200組檢測結(jié)果。使用Minitab軟件對檢測結(jié)果的一致性進(jìn)行分析，結(jié)果如表5～表6所示。當(dāng)結(jié)果判定為檢驗(yàn)員穩(wěn)定性和相互一致性不合格時(shí)，應(yīng)該制定培訓(xùn)計(jì)劃加強(qiáng)檢測員對檢測標(biāo)準(zhǔn)的理解并提高執(zhí)行力；當(dāng)結(jié)果判定為檢測標(biāo)準(zhǔn)不合格時(shí)，應(yīng)該對相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)文件展開審核，復(fù)核通過后再發(fā)行為受控的指導(dǎo)文件。

表5 檢驗(yàn)員自身穩(wěn)定性

表6 檢驗(yàn)員相互一致性

由上表可以看出，檢驗(yàn)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(wěn)定。檢驗(yàn)員的檢測能力相互一致性比例為95%，未能達(dá)到預(yù)期要求，因此需要對檢驗(yàn)員展開培訓(xùn)，培訓(xùn)完成之后再次使用上述方法，選用另一批次的預(yù)制結(jié)構(gòu)件進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。在自身穩(wěn)定性和相互一致性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，使用同樣的方法進(jìn)行再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，檢驗(yàn)員與質(zhì)量檢驗(yàn)檢測部門的一致性能夠達(dá)到98%以上，此時(shí)檢驗(yàn)員的業(yè)務(wù)能力滿足要求，可以進(jìn)行實(shí)際的檢測作業(yè)。

3.2 工程機(jī)械與設(shè)備管理

設(shè)備因素造成的質(zhì)量問題，主要涉及預(yù)制結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)運(yùn)輸與施工現(xiàn)場的吊裝環(huán)節(jié)。生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的工程機(jī)械與設(shè)備的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，為加工作業(yè)與檢測設(shè)備的精度與穩(wěn)定性，因此需要完善的設(shè)備維護(hù)點(diǎn)檢記錄表，通過定期維護(hù)點(diǎn)檢來保證質(zhì)量。運(yùn)輸與吊裝環(huán)節(jié)中，由于預(yù)制結(jié)構(gòu)件質(zhì)量與體積過大，需要選取合適的工程設(shè)備，要做好對大型設(shè)備的性能監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)工作。以設(shè)備因素中權(quán)重較大的“定位治具精度差導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件安裝定位偏差”問題改善為例。星洲萃苑在預(yù)制結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，用來料檢驗(yàn)和成品終檢的設(shè)備有膠砂攪拌機(jī)、凈漿攪拌機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)稠度儀、溫濕度養(yǎng)護(hù)儀、抗折試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)，以及現(xiàn)場安裝測量中使用的TS02Plus全站儀、游標(biāo)卡尺等。以TS02Plus全站儀為例，分析儀器的性能。其他儀器設(shè)備可采用同樣的分析方法。隨機(jī)抽取15處點(diǎn)位，選取一名合格的檢驗(yàn)員，使用兩臺TS02Plus全站儀對各點(diǎn)位的高程分別測量2次，得到60組數(shù)據(jù)，其中部分如表7所示。

表7 TS02Plus全站儀部分測量數(shù)據(jù) cm

通過 Minitab 量具 R&R 工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

(a)

(b)

(c)

(d)圖3 TS02Plus全站儀 R&R (方差分析) 報(bào)告

3.3 預(yù)制過程管理

物料因素造成的質(zhì)量問題，主要來自預(yù)制結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)廠家原料供應(yīng)環(huán)節(jié)。以物料因素中權(quán)重較大的“預(yù)制構(gòu)件的原材料和配比不合格導(dǎo)致構(gòu)件強(qiáng)度質(zhì)量問題”問題改善為例。裝配式樓梯板是該項(xiàng)目中使用最多的預(yù)制結(jié)構(gòu)件，通過試驗(yàn)分析礦粉摻量、水灰比、砂率對混凝土質(zhì)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(yàn)方法可以在條件范圍內(nèi)選擇代表性強(qiáng)的少數(shù)試驗(yàn)，得出最優(yōu)或者較為理想的方案[1-3]。選取L9(33)正交表對試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一共需要9次試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表8所示。

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果

表中，1號試塊為原始配比試塊，通過σ比較發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)4、5、7、8的強(qiáng)度更優(yōu)。各試塊的強(qiáng)度差值達(dá)到15.7 MPa，差距比較明顯，說明采用正交試驗(yàn)對混凝土配比設(shè)計(jì)的方法可行。

3.4 生產(chǎn)作業(yè)方法與流程管理

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖確定預(yù)制結(jié)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)件，并制作標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行展示，將設(shè)計(jì)圖紙上復(fù)雜的設(shè)計(jì)指標(biāo)與技術(shù)要求直觀展示給工作人員。為便于試裝配與預(yù)定位環(huán)節(jié)的公差評估，單件大批量的裝配預(yù)制結(jié)構(gòu)件可以使用輕質(zhì)材料制作。

吊裝是裝配式建筑施工過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要結(jié)合現(xiàn)場情況，靈活制定作業(yè)方案。在首件吊裝作業(yè)時(shí)，需要召集設(shè)計(jì)、施工與監(jiān)理等技術(shù)人員，共同分析作業(yè)過程中出現(xiàn)的顯性和隱性問題，保證后續(xù)的批量吊裝不發(fā)生同類問題。以方法因素中權(quán)重較大的“吊裝方法與設(shè)備選型不當(dāng)導(dǎo)致構(gòu)件損傷”問題改善為例。通過分析得知，預(yù)制結(jié)構(gòu)件安裝過程中，存在與上一層柱綁扎好的鋼筋或者其他構(gòu)件發(fā)生碰撞、或在吊裝落地時(shí)非平穩(wěn)落下導(dǎo)致不可修復(fù)性損傷的問題，主要原因是吊裝不合理以及吊裝設(shè)備的選型不當(dāng)，其中吊點(diǎn)的選擇對碰損有較大的關(guān)系。為此，設(shè)計(jì)若干組吊點(diǎn)，分別進(jìn)行平穩(wěn)運(yùn)行工況、意外碰撞工況、非平穩(wěn)著落工況的預(yù)制構(gòu)件的受力分析，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件最大應(yīng)力最小時(shí)為最理想的吊點(diǎn)位置。

3.5 作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性管理

針對環(huán)境因素造成的質(zhì)量問題，不僅要分析自然環(huán)境，還要考慮市場和政策環(huán)境。作業(yè)過程中最不可控的環(huán)節(jié)，包括預(yù)制結(jié)構(gòu)件的運(yùn)輸和現(xiàn)場堆放。因此，需要對作業(yè)現(xiàn)場的預(yù)制結(jié)構(gòu)件堆放環(huán)境以及運(yùn)輸環(huán)境進(jìn)行密切監(jiān)控。以環(huán)境因素中權(quán)重較大的“運(yùn)輸和吊裝環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致構(gòu)件損傷”問題改善為例。在長期調(diào)查與實(shí)驗(yàn)仿真后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致運(yùn)輸過程中裂紋與破損的原因有以下幾點(diǎn)：

(1)運(yùn)輸時(shí)使用的墊木由于車輛減震系統(tǒng)差、路況條件不好以及底板剛度不足，車輛顛簸時(shí)底部應(yīng)力作用到預(yù)制結(jié)構(gòu)件上，從而導(dǎo)致開裂。

(2)由于結(jié)構(gòu)件重量大，在運(yùn)輸時(shí)處于車輛底層的軟質(zhì)墊木因受巨大壓力，產(chǎn)生形變，導(dǎo)致預(yù)制結(jié)構(gòu)件受力不均，造成破損。

(3)墊木放置的位置不當(dāng)，使車體對墊木支撐性不足，發(fā)生移位，使結(jié)構(gòu)件之間、結(jié)構(gòu)件與車體之間發(fā)生碰撞。為了讓預(yù)制結(jié)構(gòu)件不發(fā)生位移，各個(gè)結(jié)構(gòu)件之間需要使用硬質(zhì)墊木隔離，并進(jìn)行加固。針對保全措施完善后，依然出現(xiàn)破損并造成作業(yè)延誤或停工現(xiàn)象，需要與廠家協(xié)調(diào)生產(chǎn)若干備件，以應(yīng)對突發(fā)情況。在改進(jìn)預(yù)制結(jié)構(gòu)件的運(yùn)輸與堆放環(huán)境后，根據(jù)對10月11日～10月27日破損率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)預(yù)制結(jié)構(gòu)件備件，減少了因破損導(dǎo)致的項(xiàng)目停工問題。

表9 改善前后預(yù)制結(jié)構(gòu)件破損率

4 結(jié)語

(1)制定相關(guān)法規(guī)

裝配式建筑在我國發(fā)展較晚，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少，在面對項(xiàng)目施工過程中的實(shí)際問題，尚無普遍適用的解決方案。因此，國家需要結(jié)合實(shí)際情況，制定相關(guān)的法規(guī)，或?qū)σ延蟹ㄒ?guī)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，應(yīng)該在法律層面上進(jìn)行約束，強(qiáng)制要求企業(yè)設(shè)立相關(guān)部門。

(2)建立行業(yè)內(nèi)規(guī)范化管理標(biāo)準(zhǔn)

需要制定規(guī)范化統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)拆分。通過建立行業(yè)內(nèi)規(guī)范化管理標(biāo)準(zhǔn)，不僅能提高施工效率、最大程度降低成本，還能保證項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

(3)由于精益管理的發(fā)源地制造業(yè)與建筑行業(yè)有較大的區(qū)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(jìn)行探究，以獲得更好的改善效果。