基于BIM和RFID技術(shù)的裝配式建筑施工過程管理

　　隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的不斷深入，資源、環(huán)境問題日益突出，勞動力不足，人工費比例不斷增加，節(jié)能環(huán)保的裝配式建筑逐漸成為人們關(guān)注的熱點，但是工業(yè)化的施工過程出現(xiàn)的“錯漏碰缺”、施工管理過程中信息的不對稱性等問題在一定程度上制約著裝配式建筑的發(fā)展。近年來，很多學(xué)者對裝配式建筑做了各種研究，最突出的為BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其中Chief Architect 的GSA PB 辦公室對4D-BIM項目進行了研究，并開設(shè)了全國性的3D-4D-BIM項目;張洋[1]對BIM的信息集成進行了研究;咼丹[2]等人提出將RFID技術(shù)應(yīng)用于建筑工程;張建平[3]等人研究了BIM在施工中的應(yīng)用;王延魁[4]等人對BIM和RFID在建筑設(shè)備運行維護中的應(yīng)用進行了研究;Pavan Meadati[5]等人在設(shè)備管理領(lǐng)域?qū)IM和RFID技術(shù)的整合進行了研究;李天華[6]等人整合了建筑工程全生命周期管理過程中BIM和RFID技術(shù)框架。

　　綜上所述，關(guān)于BIM和RFID的研究成果較多，將BIM和RFID兩個系統(tǒng)集成，并應(yīng)用于包括從構(gòu)件制作到安裝完成的具體實施流程過程管理的研究還有待于深入。筆者在整合BIM和RFID環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出裝配式建筑施工管理系統(tǒng)的理論框架，確認(rèn)施工管理所需信息，建立基于BIM-RFID的現(xiàn)代信息管理平臺架構(gòu)。

　　一、現(xiàn)有裝配式建筑施工的優(yōu)點與不足

　　1. 優(yōu)點分析

　　所謂裝配式建筑就是用預(yù)制的構(gòu)件在現(xiàn)場裝配而成的建筑[7]。相較傳統(tǒng)建筑來說，裝配式建筑所需物料堆放場地小，施工噪音小，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式有利于節(jié)約資源和環(huán)境保護。同時，裝配式建筑的施工只需對地基做相應(yīng)的處理之后即可進行組裝，施工速度快，勞動強度低。另外標(biāo)準(zhǔn)化、機械化、高精度的生產(chǎn)方式，保障了建筑物的質(zhì)量。因此，裝配式建筑包含了傳統(tǒng)建筑無法比擬的優(yōu)點。

　　2. 不足分析

　　裝配式施工也存在很多問題。施工進度受廠商構(gòu)件生產(chǎn)的速度、運輸方式等多方面因素的制約。施工過程中的變更對構(gòu)件的生產(chǎn)不利，安裝過程中容易出現(xiàn)“錯、漏、碰、缺" 等情況。裝配式建筑無論是制作還是安裝都具有很強的技術(shù)性和專業(yè)性，我國建筑產(chǎn)業(yè)化進程尚處于初級階段，缺少一批懂工業(yè)化技術(shù)并熟悉裝配式建筑的專業(yè)型人才。

　　二、BIM與RFID技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用分析

　　1. BIM技術(shù)在裝配式建筑施工管理中應(yīng)用

　　BIM技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用主要包括三個部分：施工場地管理、5D動態(tài)成本控制和可視化交底。

　　( 1) 施工場地管理。基于BIM的施工場地管理即在施工前通過計算機虛擬施工場地布置，模擬主要施工機械的施工過程，在滿足塔吊吊運范圍覆蓋整個施工面的同時，盡量減少起重臂交叉;模擬主要材料場地布置，減少甚至避免二次搬運。

　　( 2) 基于BIM的5D動態(tài)成本控制?；贐IM的5D動態(tài)施工成本控制即在3D模型的基礎(chǔ)上加上時間、成本形成5D的建筑信息模型，通過虛擬施工看現(xiàn)場的材料堆放、工程進度、資金投入量是否合理，及時發(fā)現(xiàn)實際施工過程中存在的問題，優(yōu)化工期、資源配置，實時調(diào)整資源、資金投入，優(yōu)化工期、費用目標(biāo)，形成最優(yōu)的建筑模型，從而指導(dǎo)下一步施工( 見圖1) 。

　　圖1 基于BIM的5D施工動態(tài)控制

　　在該系統(tǒng)中，首先，需建立BIM模型，并在BIM模型中輸入和項目有關(guān)的所有信息，主要包括構(gòu)配件的基本信息( 如名稱，規(guī)格和型號，供應(yīng)商);其次，在三維模型的各個構(gòu)件上加上時間參數(shù)和成本計劃，形成5DBIM模型;再次，利用計算機依據(jù)附加的時間和成本參數(shù)進行BIM的5D虛擬施工展示，通過虛擬建造，可以檢查進度或成本計劃是否合理，各種邏輯關(guān)系是否準(zhǔn)確，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的各種問題和風(fēng)險，并針對出現(xiàn)的問題對模型和計劃進行修改和調(diào)整，進而優(yōu)化BIM模型，調(diào)整進度和成本計劃，將優(yōu)化完成的模型進行虛擬建造，如果進行虛擬施工后沒有發(fā)現(xiàn)問題，則可以指導(dǎo)實施。

　　此外，利用BIM技術(shù)可以很好地處理施工過程中的各種變更。當(dāng)施工過程中的設(shè)計變更發(fā)生時，利用BIM將變更關(guān)聯(lián)到模型中，同時反映出工程量以及造價的變更，使決策者更清楚設(shè)計的變更對造價的影響[8]，及時調(diào)整資金籌措和投入計劃。

　　( 3) 可視化技術(shù)交底?？梢暬坏准丛诟鞴ば蚴┕で埃肂IM技術(shù)虛擬展示各施工工藝，尤其對新技術(shù)、新工藝以及復(fù)雜節(jié)點進行全尺寸三維展示，有效減少因人的主觀因素造成的錯誤理解，使交底更直觀、更容易理解，使各部門之間的溝通更加高效。

　　2. RFID技術(shù)在裝配式建筑施工管理中應(yīng)用

　　不同于傳統(tǒng)的建筑工程施工作業(yè)管理，裝配式建筑的施工管理過程可以分為五個環(huán)節(jié)：制作、運輸、入場、存儲和吊裝。能否及時準(zhǔn)確地掌握施工過程中各種構(gòu)件的制造、運輸、到場等信息，很大程度上影響著整個工程的進度管理及施工工序，施工現(xiàn)場有效的構(gòu)件信息，有利于現(xiàn)場的各構(gòu)配件及部品體系的堆放，減少二次搬運。但傳統(tǒng)的材料管理方式其信息不僅容易出錯，而且有一定的滯后性，為解決裝配式建筑生產(chǎn)與施工過程的脫節(jié)問題，筆者探討將RFID技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑施工全過程中，其應(yīng)用環(huán)節(jié)及方法如圖2所示。

　　圖2 構(gòu)件信息在RFID中的流轉(zhuǎn)流程圖

　　( 1) 構(gòu)件制作階段。在構(gòu)件預(yù)制階段，首先，由預(yù)制場的預(yù)制人員利用讀寫設(shè)備，將

　　構(gòu)件或部品的所有信息( 如：預(yù)制柱的尺寸、養(yǎng)護信息等) 寫到RFID芯片中，根據(jù)用戶需

　　求和當(dāng)前編碼方法[9-10]，同時借鑒工程合同清單的編碼規(guī)則，對構(gòu)件進行編碼( 見圖3) 。然后由制作人員將寫有構(gòu)件所有信息的RFID芯片植入到構(gòu)件或部品體系中，以供以

　　后各階段工作人員讀取、查閱相關(guān)信息。

　　圖3 構(gòu)件編碼格式示意圖

　　K1-3：項目名稱，用英文字母表示，不足三個字母的項目，前面用0補齊，如: 奧運

　　項目表示為0AY;K4-5：單位工程編碼，采用1-99號數(shù)字編碼，如: 奧運村第9號樓，表示為09;K6: 地上/地下工程，地下表示為0，地上表示為1;K7-8: 樓層號，如: 地上9層表示為09;K9: 構(gòu)件類型，如: 柱( Column)-C，梁( Beam)-B，樓板( Floor)-F，…;K10-12: 數(shù)量編碼;K13-14: 作業(yè)狀態(tài)，該欄屬于狀態(tài)欄，隨RFID采集信息的狀態(tài)進行更新，如倉儲階段-CC，安裝階段-AZ，…;K15-17: 擴充區(qū)。

　　( 2) 構(gòu)件運輸階段。在構(gòu)件運輸階段，主要是將RFID芯片植入到運輸車輛上，隨時收集車輛運輸狀況，尋求最短路程和最短時間線路，從而有效降低運輸費用和加快工程進度。

　　( 3) 構(gòu)配件入場及存儲管理階段。門禁系統(tǒng)中的讀卡器接收到運輸車輛入場信息后立即通知相關(guān)人員進行入場檢驗及現(xiàn)場驗收，驗收合格后按照規(guī)定運輸?shù)街付ㄎ恢枚逊牛?gòu)配件的到場信息錄入到RFID芯片中，以便日后查閱構(gòu)配件到場信息及使用情況。

　　( 4) 構(gòu)件吊裝階段。地面工作人員和施工機械操作人員各持閱讀器和顯示器，地面人員讀取構(gòu)件相關(guān)信息，其結(jié)果隨即顯示在顯示器上，機械操作人員根據(jù)顯示器上的信息按次序進行吊裝，一步到位，省時省力。此外，利用RFID技術(shù)能夠在小范圍內(nèi)實現(xiàn)精確定位的特性，可以快速定位、安排運輸車輛，提高工作效率。

　　3. BIM和RFID在建筑工程項目施工過程管理中的集成應(yīng)用

　　現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)中，BIM與RFID分屬兩個系統(tǒng)———施工控制和材料監(jiān)管。將BIM和RFID技術(shù)相結(jié)合，建立一個現(xiàn)代信息技術(shù)平臺( 基于BIM和RFID的建筑工程項目施工過程管理系統(tǒng)架構(gòu)見圖4) 。即在BIM模型的數(shù)據(jù)庫中添加兩個屬性———位置屬性和進度屬性，使我們在軟件應(yīng)用中得到構(gòu)件在模型中的位置信息和進度信息，具體應(yīng)用如下：

　　( 1) 構(gòu)件制作、運輸階段。以BIM模型建立的數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，RFID收集到的信息及時傳遞到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，并通過定義好的位置屬性和進度屬性與模型相匹配。此外，通過RFID反饋的信息，精準(zhǔn)預(yù)測構(gòu)件是否能按計劃進場，做出實際進度與計劃進度對比分析，如有偏差，適時調(diào)整進度計劃或施工工序，避免出現(xiàn)窩工或構(gòu)配件的堆積，以及場地和資金占用等情況。

　　圖4 基于BIM和RFID的施工管理系統(tǒng)架構(gòu)

　　( 2) 構(gòu)件入場、現(xiàn)場管理階段。構(gòu)件入場時，RFID Reader讀取到的構(gòu)件信息傳遞到數(shù)據(jù)庫中，并與BIM模型中的位置屬性和進度屬性相匹配，保證信息的準(zhǔn)確性;同時通過BIM模型中定義的構(gòu)件的位置屬性，可以明確顯示各構(gòu)件所處區(qū)域位置，在構(gòu)件或材料存放時，做到構(gòu)配件點對點堆放，避免二次搬運。

　　( 3) 構(gòu)件吊裝階段。若只有BIM模型，單純的靠人工輸入吊裝信息，不僅容易出錯而且不利于信息的及時傳遞;若只有RFID，只能在數(shù)據(jù)庫中查看構(gòu)件信息，通過二維圖紙進行抽象的想象，通過個人的主管判斷，其結(jié)果可能不盡相同。BIM-RFID有利于信息的及時傳遞，從具體的三維視圖中呈現(xiàn)及時的進度對比和二算對比。

　　三、BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑施工過程管理中應(yīng)用的困難及建議

　　1. 應(yīng)用的困難

　　( 1) 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善。關(guān)于BIM，國外相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較為完善，國內(nèi)則比較欠缺，到目前為止，由官方發(fā)布的僅有意見稿，一些地區(qū)發(fā)布了地方性的實施標(biāo)準(zhǔn)，其通用性不足，沒有統(tǒng)一的實施方案。

　　( 2) 行業(yè)認(rèn)可度低。對于BIM和RFID等現(xiàn)代信息技術(shù)，國家大力支持，可行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可度較低。設(shè)計院、施工單位等考慮自身利益，不愿意使用; 業(yè)主是BIM和RFID技術(shù)的最大受益者，由于到目前為止還沒有具體的收益數(shù)據(jù)，對未來收益的多少存在風(fēng)險，業(yè)主在現(xiàn)實的利益面前不愿意冒這種風(fēng)險。

　　( 3) 信息不流通。我國建筑業(yè)分設(shè)計、施工、運營維護等多個階段，各階段又分為設(shè)備安裝等多個專業(yè)，各階段各專業(yè)的利益主體不同，相互間的利益關(guān)系不一樣，各利益主體間為了最大限度的保護自己的利益，不愿意將自己的信息共享，這在很大程度上阻礙了信息的流通。

　　2. 應(yīng)用的建議

　　( 1) 出臺BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑施工過程管理應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。BIM和RFID技術(shù)推進信息交流和共享，BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定需要政府和整個行業(yè)的共同參與，此外，將RFID-BIM應(yīng)用到施工過程管理中還需要更高層次的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能滿足行業(yè)應(yīng)用需求。加快實施《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，出臺國家強制性應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

　　(2) 加大對BIM及相關(guān)軟件的開發(fā)力度。我國BIM的發(fā)展尚處于初級階段，除核心建模軟件以外的其它BIM軟件開發(fā)較少( 如與BIM接口的軟件) ，并不能達到現(xiàn)代信息技術(shù)真正意義上的集成、共享、協(xié)同、標(biāo)準(zhǔn)，這在很大程度上限制了BIM的發(fā)展，因此，加大BIM及其相關(guān)軟件的開發(fā)力度刻不容緩。

　　( 3) 加強人才培養(yǎng)與持證上崗規(guī)定。在我國BIM技術(shù)的發(fā)展尚處于初級階段，RFID技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用也處于設(shè)想階段，我們需要一大批懂軟件管理又精于裝配式建筑的專業(yè)型人才，對人才進行統(tǒng)一考核，實行持證上崗。

　　( 4) 加強信息協(xié)作與信息共享。企業(yè)信息關(guān)乎自身利益，因此企業(yè)一般不愿意共享自己的數(shù)據(jù)資源，這使得模型中缺少應(yīng)用數(shù)據(jù)，降低模型使用的價值。因此政府或行業(yè)各部門一方面應(yīng)鼓勵專業(yè)間的信息交流，另一方面應(yīng)加強信息管理，防止內(nèi)部數(shù)據(jù)資源的流失，保護企業(yè)權(quán)益。

　　四、結(jié)論

　　BIM技術(shù)作為21世紀(jì)建筑業(yè)發(fā)展的重要變革，將成為推動裝配式建筑發(fā)展的新動力，借助BIM技術(shù)，可以避免裝配式建筑在施工過程中的“錯、漏、碰、缺”。筆者結(jié)合BIM技術(shù)與RFID技術(shù)，通過信息集成，快速的進行進度分析和二算對比，進一步優(yōu)化資源、工期配置，順利完成工程目標(biāo)。所提出的基于BIM與RFID技術(shù)集成的建筑施工過程管理方案有助于提升裝配式建筑施工過程管理水平。融入更多先進理論技術(shù)的BIM與RFID技術(shù)的深度集成是未來裝配式建筑施工過程管理的主要研究方向。