膜结构作为一种新兴的建筑结构形式, 近年来在世界各地迅速发展。我国气膜建筑总体发展态势良好, 但就工程质量而言, 质量问题和质量隐患依然很多。因此研究气膜结构施工质量控制, 提高气膜工程质量水平, 是参建各方乃至整个社会共同关注和研究的课题。

气膜结构, 又名充气结构, 是一种通过向高分子材料薄膜制品中充入空气形成的房屋结构。膜结构具有优异的结构特性、建筑特性、以及合理的经济型, 同时又能创造丰富多彩的建筑造型, 具有良好的发展前景。与传统钢筋混凝土空间结构建筑不同, 气膜建筑是用一组风机向结构内部送风, 通过内外部的压力差使结构保持平衡, 同时维持设计形状的一种建筑形式。

PDCA循环又称“戴明环”, P (Plan) 表示计划;D (Do) 表示执行;C (Check) 表示检查;A (Action) 表示处理。PDCA循环是制定目标和实现目标的过程, 气膜结构的质量控制过程就是PDCA循环不断运行的过程, 如表1所示。

气膜结构施工分为膜体生产加工阶段与膜体安装调试阶段。由于气膜结构的后期运营与维护阶段的质量管理十分重要, 因此本文针对气膜竣工后的保养和维护阶段质量控制一并介绍。

膜体的加工包含以下工序:准备工作 (技术准备、场地及设备准备、膜材料进场检测等) →放样、排版与下料→热合试验→边角处理→最终检查→清洗、包装。

膜体的加工运输是整个膜结构工程的基础性环节, 膜结构控制最重要的是保障膜体的质量能够满足其生产生活要求, 除了满足美观, 整洁, 还要满足耐火性, 抗裂抗徐变等要求。根据膜材料生产阶段的施工工艺, 本文将气膜工程可预见质量缺陷进行归纳总结, 运输阶段可能存在的质量问题详见表2。

由表2可以发现, 这一阶段可能出现的质量问题主要有6种:膜面污损;膜体节点质量缺陷;耐火性差;强度刚度不足;处理缺陷以及运输过程中产生的质量问题。这些问题是质量管理的关键性问题, 需重点把控, 减少实施过程中的质量影响。

气膜安装阶段的工艺流程包括:基础梁复核→设备进场调试→膜体安装→膜体周边连接→索网连接→膜体加压→加装保温材→膜体再次增压及周边处理。

气膜安装调试的过程是由供应商组织施工的, 施工人员气膜施工经验丰富, 减少人为因素造成的质量缺陷。但是尽管如此, 气膜对于施工过程中各个环节的施工都比较敏感, 产生的质量问题也比较多, 本文概括了以下几种比较常见的质量问题:膜面的污损、膜体与周边连接质量问题、结构门安装的质量问题、机械单元成套设备安装的质量问题、保温棉安装缺陷、灯具照明质量问题、充气不成型等 (表3) 。

膜面污损是伴随着整个项目全寿命周期的, 安装过程中也容易造成一些划痕, 或者裂口, 因此应极力避免;膜材之间的连接采用的是铝制夹片与螺母, 与周围的连接是将膜体伸入预埋铝槽, 再用防腐木条加固, 安装过程中往往忽略以上细节导致质量问题出现;结构门的安装是用专用工具将门框与墙面预留孔洞进行连接, 作为结构边缘, 产生的问题和缺陷较多;机械单元成套设备安装需要后期进行与基础混凝土的密实工作, 容易出现漏风、密实度差等现象;保温棉的安装主要考虑的质量问题是膜体保护以及保温棉安装的牢固性、美观度等;气膜结构充气是否成型可能是多种原因同时造成的, 任何一个环节出问题, 都可能反应在后期项目成型的过程中。

由于膜结构的特殊性, 对外界的环境因素较为敏感, 冬季, 雨季, 大风天气后都应该组织专业人员对网球馆各方面的性能进行细致检查。为了保证膜结构的使用寿命, 项目运营投产后应该对项目的质量进行实时监控, 定期对气膜工程进行进行全面的检查和维护, 主要从以下几个方面检测:膜体自身的破损度;机械系统故障;控制与与检测系统故障;进出口系统质量缺陷;防火系统质量缺陷;供电系统故障等, 针对整个气膜各个方面的问题进行归纳, 总结详见表4。

以上内容就各阶段工艺流程, 进行质量因素识别, 根据整理出的质量问题和质量问题存在状态, 重新归纳总结, 得出以下质量控制点清单 (表5) 。

编制质量控制预案的首要步骤是对项目的质量目标进行分解, 划分质量风险等级;其次, 对质量危险源进行辨识, 预估可能出现的质量问题, 列出质量控制点清单;最后, 针对质量控制点提出预防措施。由于本文已经列出质量控制点清单, 且受文章篇幅所限, 不做详细描述。

(1) 膜材宽度、厚度检查

膜材采购进场前需要对膜材宽度进行测量, 以厂家保证书上的宽度数值为标准。对膜体的外观是否有污损、有无明显色差、平整度等进行检查。

膜材厚度偏差不允许超过士5%, 因此, 在膜体加工阶段需要用测厚仪进行实时测量。超过该范围的膜体为不合格膜体, 需及时进行材料替换。

(2) 放样裁切和检查

放样裁切部分主要进行膜材与领料单一致性的检查, 并登记记录, 填写作业管控报告。进行膜体裁切时有固定的裁切标准值。随着剪裁长度的增加, 误差也允许值随之变化。一般情况下, 长度为1~3m时, 要求误差在士2%之内, 当长度为3~5m时, 要求误差在士3%。

(3) 膜材熔接

膜材熔接过程中有两个重要的质量控制点, 热合试验和热合加工。热合试验需要每天进行, 一个班次进行2次。检查的熔接处有无褶皱、杂质、气泡, 熔接宽度不大于2mm, 重复检查2次。热合加工前要进行场地清理, 同时为防止膜体在焊接过程中有位移, 要用焊枪进行假固定。熔接过程保证温度、湿度适宜, 温度取3~20℃, 避免极端条件下的膜材熔接。

(4) 最终检查

测量加工好的膜材需要进行最终检查。检查的内容主要有:a) 与设计施工图纸的一致性;b) 孔洞预留部位的精确性, 孔洞大小合理性, 有无毛刺;c) 膜体材料有无刮划;d) 熔接部位是否平整, 有无瑕疵。检查结果要进行详细记录, 精确到每个细节。

(5) 包装和准备运输

通过检查后的膜体要及时包装, 内衬圆纸筒, 外包装采用高聚酯乙烯薄膜, 包装袋上应配有详细的说明。采用带有清洁封闭存储仓库的专用运输设备进行输送, 膜体材料应平铺放置, 最大叠放高度不超过10层, 且不得与其他货物进行混装。

(1) 测量放线

为保证桩位的精确性, 需要经纬仪与钢卷尺同时进行测量, 分区域放样完毕后, 运用水准仪和全站仪逐桩校核。监理单位需要进行抽检, 抽检合格后, 方可进行下一施工步骤。

(2) 钢槽预埋

钢槽预埋要严格按照以下控制过程进行:反复复核定位轴线位置, 避免由于测量失误造成的质量缺陷;预埋件放置完毕后进行加固, 并反复检查牢固性;拆模后找出预埋件, 不断进行修正处理。

(3) 膜体的铺展与安装

膜体铺展前要对场地进行严格检查和清理, 并铺设PE模体进行膜体保护;膜片与钢槽连接部位必须做加强处理, 以保证气密性和稳固性, 索网连接过程中注意膜体表面连接节点板稳固性。

(4) 机械设备系统安装调试

气膜建筑的整个结构是由膜体和一系列机械设备共同作用支撑起的建筑结构形式, 在进行机械设备调试过程需要注意以下几点:a) 风道清理, 风道是供风设备对气膜进行充气的固定位置, 需注意对膜体的污染和对机械设备的磨损。b) 设备与混凝土之间的密实工作。防止设备在恶劣条件下的晃动对内部设备造成的损伤。c) 玻璃胶凝固后投入使用, 保证整个气膜的气密性。

(1) 膜体保护

气膜的膜体保护在整个项目的全寿命周期中都是十分重要的环节, 维护人员需有对膜体的保护意识, 及时的监督和检查, 早发现, 早修补, 就能避免更大的质量问题的产生。

(2) 控制与监测系统控制

控制监测系统通过对内部气压的调整维持气膜的稳定性, 因此应该在气膜的保养维护阶段实时进行监控设备的检查调试, 放置好维修设备和备用零件, 定期进行检修更换, 保证项目能够正常运作, 防止气膜塌陷, 漏气等问题造成事故发生。

(3) 电设计系统控制

保持灯具在一定范围之内无其他障碍物体, 且对灯具进行固定, 灯具晃动要控制在一定的范围内, 不能接触到膜体。为防止电源故障, 供气设备不能维持稳定气压, 气膜结构塌陷, 必须设有备用电源。

(4) 进出口系统控制

气膜结构进出口系统承受的压力主要有大气压力和人员、设备出入的外部压力。需要定期对各个进出口进行检修维护, 并记录备案, 及时处理质量缺陷。大型设备进出后, 及时检查进出口系统有无损伤。进出口系统还应该保证疏散能力, 如遇紧急事故, 保证内部的人员可疏散。

(5) 消防系统控制

灭火器数量、型号布置严格按照标准设置。消防系统、检测报警系统严格按照气膜工程容纳人数设置。当遇到烟尘、防火警报时, 防火、烟尘监测和警报系统不能影响充气系统正常工作, 还需及时向操作人员发出警告信息。

气膜结构施工质量的监督检查应该贯穿项目的整个施工过程, 对各个工序、各个控制点进行监控, 及时整改不满足要求的部分, 保证项目的整体质量。

气膜结构的施工质量检查主要从4个方面进行, 包括施工前检查、施工工序检查, 隐蔽工程验收以及成品保护检查。

施工前检验从以下三个方面进行: (1) 对膜体材料, 连接卡件, 成套机械设备等物料进行验收; (2) 对技术准备工作的验收检查; (3) 施工现场准备情况确认。施工工序检验是指对每道工序进行全面的、全方位的事前、事中、事后的检验, 保证上一道工序无误后, 开启下一道工序。隐蔽工程是指会被下一道工序覆盖、掩盖的工程, 由于工程的不可逆性, 隐蔽工程出现了质量问题, 则不能进行重新更改, 直接影响项目的工程质量, 因此, 需要对其进行严谨、细致的检查, 验收的资料需要通过视频和文本的形式保存, 以便日后追溯使用。成品验收指对已经完成施工尚未投入使用的工程进行验收。包括膜体本身, 重要的连接卡件等, 检查一般以验收表格登记和记录。

气膜工程的施工质量控制是一个持续不断地、动态控制的过程, 要及时检查、不断发现质量问题, 及时解决在能力范围之内的缺陷, 并将不能解决的质量问题变成下一个PDCA循环的质量目标, 进入下一个质量控制的循环过程中。因此, 在整个PDCA的循环过程中, 会有无数个小的质量管理循环, 这些循环是一个不断推进的过程。每一次的循环过后, 相应的质量问题得到了解决, 整个气膜结构的质量相应地得到了提高。

项目建设完成后, 气膜工程的质量控制并未停止。随着时间的推移, 气膜工程的会持续不断地出现质量问题, 这些质量问题包括膜体的破损, 机械设备的损耗, 连接构件腐蚀等, 每一个循环伴随着老问题的解决和新问题出现, 新问题将直接进入到新的循环。因此气膜工程的的质量控制还没结束, 需要不断地进入新的PDCA循环。所以在项目的保养维护阶段需要带着新问题, 继续设定质量目标, 寻找干扰因素, 通过管理手段和质量控制方法, 保证项目运营期的质量, 让该气膜项目成为一个安全可靠的项目。

气膜工程建设前期, 需根据项目本身的特点制定预案以及质量保障措施, 为的是做好质量的预控, 更好地统筹管理, 在提高质量的同时, 避免成本的增加, 保证项目的质量。气膜工程的质量控制保证措施从以下三个方面进行:

气膜工程质量控制保证体系如图1所示。

质量控制的组织措施主要从以下的几个方面来进行:

(1) 工程前期质量工作的交底与指导

在项目开工之初, 气膜生产机构进行气膜材料和材料保护注意事项的交底, 建设单位对项目进行交底, 并进行质量计划的编写、实施的指导, 质量资料、台帐要求的对接。

(2) 工程质量考核

质量管理部门每月组织工程质量的全面检查, 检查内容包括:质量体系运行情况、工程实体质量、资料台帐情况等。对检查中出现的问题下发整改通知并跟踪整改, 形成质量通报。

(3) 编制工程指导实施文件

按公司编制的《质量内控标准》 (涵盖了结构工程、防水工程、装修工程等) 、《质量计划编制指南》等指导性文件组织工程施工。

质量管理制度主要从以下几个方面进行: (1) 建立质量例会制度。定期召开质量例会, 及时召开质量问题处理会议; (2) 推行挂牌制度。施工技术交底挂牌, 施工部位挂牌制度, 半成品、成品挂牌; (3) 实施质量管理样板制度和三检制度。班组长或施工人员对照技术标准自我检查、同专业人员彼此相互检查和专业质检组进行质量检查。检查完毕后进行汇总记录, 向上级领导汇报结果; (4) 实施问题追究和质量奖惩制度。建立施工项目质量信息系统等。

气膜建筑的产生, 必然要以科学的施工质量控制体系作为指导。当前我国在气膜工程施工质量控制方面的研究及实践较少, 而国内学术界的研究还处于空白状态。本文基于以上认识, 对气膜工程质量因素进行逐一识别, 编制质量控制清单, 利用PDCA循环法对气膜建筑的施工质量控制进行深入研究, 以期丰富气膜建筑质量控制理论, 提升气膜建筑的整体质量。