基于無線射頻技術的BIM預制構件物流管理平臺研究

王美華 高 路 范志宏 翟 韋 侯羽中 林 捷

(1.上海建工集團股份有限公司，上海 200062； 2.上海建集團工程總院，上海 200070；3.上海自動化儀表院,上海 200062； 4.上海建工五建集團,上海 200062)

基于無線射頻技術的BIM預制構件物流管理平臺研究

王美華1高 路2范志宏3翟 韋4侯羽中4林 捷4

(1.上海建工集團股份有限公司，上海 200062； 2.上海建集團工程總院，上海 200070；3.上海自動化儀表院,上海 200062； 4.上海建工五建集團,上海 200062)

為了適應市場經(jīng)濟和社會的生產(chǎn)發(fā)展趨勢，國內(nèi)外都對預制裝配式的建筑技術進行著深入的研究。本文基于現(xiàn)在已有的技術形式對預制化構件的物流管理方式和維護保修方式進行探討，以實際項目運用成果作為反饋。旨在做到對預制構件從生產(chǎn)加工到運輸堆放再到調(diào)試安裝最后到維護檢修整個過程的全程可視，便于管理人員根據(jù)工程的實際情況調(diào)整方式，這樣利用有限的維護資源可以最大限度地保障預制構件的后續(xù)使用質(zhì)量，進而提高了預制構件在物流方面和維護方面資源配給的精確性和總體調(diào)度效能。

BIM； RFID； 物流跟蹤； 信息平臺

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.19

1 技術背景概況

眾所周知，傳統(tǒng)意義上物聯(lián)網(wǎng)已發(fā)展到自動識別技術的程度，自動識別技術是一種高度自動化的信息或者數(shù)據(jù)采集技術，可以分為：光符號識別技術、語音識別技術、生物計量識別技術、IC卡技術、條形碼技術、射頻識別技術(RFID)。其中RFID可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間剪力機械或者光學接觸其中RFID的標簽可以結合PDA接收機讓識別距離達到十幾米，并且無線射頻裝置不需要放置在可識別視線之內(nèi)，并可以嵌入到物體的內(nèi)部。目前建筑行業(yè)推行的預制結構，讓構件從生產(chǎn)結束之后，可以像傳統(tǒng)工業(yè)品一般貼上標簽，方便精細化的物流管理，所以我們嘗試使用RFID技術與建筑預制構件結合。

2 技術整合思考

依托于RFID的物聯(lián)網(wǎng)具有便攜性、操作性強的特點； 而預制化建筑推行之后，建筑構件的精細化管理從運輸、裝配、堆放都需要便攜和可操作的技術支持。在這樣的背景和管理要求下，我們考慮一套技術整合體系，為了讓建筑構件在生產(chǎn)運輸以至于后期的維護檢修的階段都能進行嚴格的把控，以保障預制化建筑的正常生產(chǎn)和使用。

這套系統(tǒng)就是以RFID自動識別技術和網(wǎng)絡平臺技術為基礎形成的，以裝配式建筑生產(chǎn)全過程的產(chǎn)業(yè)鏈為主線，采集部品設計、原材料入庫檢驗，生產(chǎn)過程檢驗、部品出庫檢驗、運輸過程、裝配過程、監(jiān)理驗收過程、全周期的質(zhì)量數(shù)據(jù)依據(jù)現(xiàn)行的建設法律法規(guī)，實現(xiàn)了信息化技術與現(xiàn)行建設標準與規(guī)范相吻合。在技術結合關鍵點上，考慮預制部品構件的可視化需求，我們在技術整合中引入BIM技術，對BIM模型進行輕量化處理，利用RFID技術進行構件的點對點連接，展現(xiàn)在平臺上，進行綜合技術方案整合以實現(xiàn)建筑質(zhì)量可追溯，最終實現(xiàn)對象與人、對象與對象的互聯(lián)。

2 系統(tǒng)設計目標

2.1 整合供應鏈信息改善供應鏈效率

這個目標的設計主要以信息技術為中心切入裝配式構件的供應鏈體系，通過運行基于無線射頻技術以及BIM技術的信息管理、實現(xiàn)信息高效互通，及時并準確的掌握建設項目信息中出現(xiàn)的缺失和錯誤，對于集成優(yōu)化業(yè)務流程，降低構件生產(chǎn)倉庫、施工現(xiàn)場庫存，減少堆放成本，提高進度控制水平有著明顯的效果。

2.2 實現(xiàn)預制構件精細化管理水平

在實現(xiàn)基本的供應鏈目標后，我們考慮該平臺系統(tǒng)需要落實到構件的精細化管理的具體事項中，讓預制構件生產(chǎn)管理技術，時刻掌握預制構件的信息，尤其是一些關鍵構件，對其進行準確定位，縮短搜索時間，提高構件制作、運輸、安裝質(zhì)量監(jiān)督的可視化和自動化，及時預測可能發(fā)生的突發(fā)事件，并對其做出反饋。

通過研究系統(tǒng)在全過程周期內(nèi)的生產(chǎn)、運輸、安裝進度、質(zhì)量控制等管理內(nèi)容，我們設計一套編碼體系與BIM模型關聯(lián)，通過網(wǎng)頁端進行構件的實時監(jiān)控，最終實現(xiàn)裝配式建筑建造全過程的管理無紙化和建造全過程的信息可追溯，做到現(xiàn)場構件“零堆放”，縮減建造工期，降低全壽命周期管理成本，助推預制裝配式建筑施工真正工業(yè)化建造。

采用該系統(tǒng)實現(xiàn)精細化管理的有以下關鍵環(huán)節(jié)：

(1)物流配送

依賴物流平臺技術，通過搭建構件工廠-現(xiàn)場物流配送平臺，實現(xiàn)根據(jù)實際進度下單、配送，達到現(xiàn)場零庫存的目標，解決全市大面積鋪開裝配式建筑后產(chǎn)能、場地不足的問題。

(2)質(zhì)量控制

依賴移動互聯(lián)技術，實現(xiàn)構件工廠監(jiān)理質(zhì)量檢驗責任制，解決目前遇到的構件質(zhì)量標準化程度嚴重不足導致后續(xù)返工問題。

(3)施工管理

依賴BIM可視化技術，通過運用BIM技術建立精確的預制構件模型，將模型進行輕量化處理，使其可以在基于互聯(lián)網(wǎng)的平臺上運行，利用RFID技術實現(xiàn)電子構件與實體構件的綁定，通過網(wǎng)頁的輕量化模型對實體構件的狀態(tài)進行實時跟蹤并利用移動互聯(lián)平臺進行反饋，實現(xiàn)現(xiàn)場裝配作業(yè)節(jié)點全程追蹤、驗收責任制落實，從而確保項目裝配的正確率、高效費比。

3 項目實踐

3.1 項目概況

TRON/TL311項目為迪斯尼主題樂園片區(qū)2的新增項目，建筑貼鄰創(chuàng)極光輪摩托(TL302)和創(chuàng)極光輪天幕(TL308)建造，利用兩組游樂色好還是的夾角呈三角形平面布置。本項目設計范圍包括1個三角形布局的主體建筑； 2個連接天橋(其連接主題建筑與步行天橋TL300A))； 1個架空休閑廣場(由主體建筑、2個連接天橋及步行天橋所圍合而成)。建筑用地面積2260m2，建筑總占地面積1720m2，建筑層數(shù)3層，建筑高度為16.2m，建筑面積3229m2(如圖1)。

圖1 總平面圖

3.2 功能概述

本工程的物流跟蹤采用部分構件進行試點。選取的預制裝配式構件有室內(nèi)VIP區(qū)域的一段風管、外掛墻體、鋼結構屋頂?shù)闹饕ぷ咒摗Ｎ覀優(yōu)橄鄳臉嫾淤N一張RFID標簽，每個標簽都有一個獨立代號，RFID標簽將在物品出廠前進行貼標，可以進行全程跟蹤物品狀態(tài)，并且在施工完成后可以進行后期運維管理。

構件跟蹤系統(tǒng)采用手持終端設備PDA，通過掃描二維碼和讀取RFID信息，采用將構件的信息通過二維碼的信息綁定RFID標簽的方式，對構件的狀態(tài)進行實時有效地跟蹤，為管理人員的分析、管理與決策提供了便利。同時這些構件的呈現(xiàn)可以結合BIM平臺。

3.3 系統(tǒng)流程

這套管理平臺通過與項目上工作人員的幾次對接，確定了一個可以操作的工作流程，整理完成的流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

3.4 實施范圍

(1)VIP-3F 暖通專業(yè)：考慮項目規(guī)模較小，機電專業(yè)裝配目前最成熟的加工制造可以在暖通風管這個版塊，所以項目選取3F的VIP區(qū)域暖通風管進行RFID芯片的植入，因為沒有吊頂?shù)脑O計，這些風管在后續(xù)進行無源芯片的掃碼時候不存在物理構件的遮擋。同時為了讓風管的精細化管理到位，在進行BIM模型的時候詳細的對每一個構件進行了拆分，通過信息化的編碼，可以在后臺管理的時候快速的尋找相應構件的參數(shù)和尺寸。見圖3-4所示。

(2)另外這個項目的屋頂結構采用了鋼結構，因為鋼結構的BIM軟件比較成熟，對于到了深化設計階段的圖紙與模型能夠確保圖紙與模型的一致性，所以本項目中的鋼結構成為供應鏈體系管理的一個示范，但是考慮鋼結構在安裝完成之后的層高比較高，使用的RFID技術采用有源發(fā)射的芯片，通過手持PDA在一定距離范圍內(nèi)讀取構件數(shù)據(jù)。見圖5所示。

圖4 風管構件RFID編碼列表

(3)另外我們也在室內(nèi)的鋼質(zhì)防火門部位進行了RFID的布置，共16個地方。這些部位是人流進出比較多的地方，考慮未來展示和演示的效果，RFID在安裝結束后不容易長時間展示，所以這些部位我們考慮二維碼與BIM模型的關聯(lián)，方便展示的時候快速了解過程中這些鋼質(zhì)防火門當初進行物流時候的各種狀態(tài)信息。見圖6所示。

(4)該項目中的預制墻體是一個技術的創(chuàng)新點，墻體的分塊與連接與隱框玻璃幕墻的做法類似，但是墻體構造還是保留建筑圍護體應有的層次。這些部位的做法非常有特色，RFID芯片對每一塊板進行的編碼，其中包含的信息不乏板塊的面積、規(guī)格、長度、寬度、總體積、總重量等信息。見圖7-8所示。

圖5 BIM模型中鋼構件RFID編碼

圖6 RFID位置

圖7 預制墻體位置

圖9 RFID無線射頻技術路線圖

圖8 預制墻體RFID編碼列表

4 系統(tǒng)技術路線(圖9)

4.1 BIM建模

系統(tǒng)實施之前，將需要RFID的各專業(yè)進行模型的建立，同時在模型屬性中為每個管理對象設置唯一編碼，方便后續(xù)的管理與維護。

4.2 材料采購

在建立好BIM模型之后，導出包含唯一編碼的材料清單，發(fā)布到平臺上。跟蹤清單，定制二維碼標簽(唯一編碼、材料名稱、規(guī)格)，與 RFID 標簽(隨機編碼)一起分發(fā)給各專業(yè)的材料與設備供應商。

4.3 生產(chǎn)加工

構件生產(chǎn)完成后，我們將在構件上粘貼對應的二維碼或者隨機的RFID標簽，然后通過掃描二維碼或者RFID標簽，將兩者編碼建立關聯(lián)，存入平臺數(shù)據(jù)庫，更改狀態(tài)。隨后生產(chǎn)條線工人使用PDA儀器掃描，就可以通過二維碼及平臺數(shù)據(jù)庫的信息相應構件的信息。

4.4 物流運輸

圖10

產(chǎn)品生產(chǎn)結束之后，進入上車、下車時分別用終端設備批量掃描 RFID標簽，確認后，數(shù)據(jù)上傳至服務器更改狀態(tài)。

4.5 構件安裝

領料、安裝時分別用 PDA 或手機/平板掃描 RFID標簽/二維碼，更改狀態(tài)。運維(未來可擴展功能)：通過手機/平板掃描二維碼獲取設備參數(shù)、操作手冊、維護記錄等信息。

5 結束語

現(xiàn)階段發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建設資源節(jié)約型社已經(jīng)迫在眉睫。我國建筑行業(yè)在建設過程中也消耗著大量的資源，如何通過技術創(chuàng)新，轉(zhuǎn)變當前粗放型的產(chǎn)業(yè)建造方式，確實是目前的主要趨勢。此次研究，我們結合迪斯尼項目的特點，采用了BIM技術與預制裝配式建筑的特點結合，借助RFID無線射頻技術開發(fā)了一套管理系統(tǒng)，為我們推進裝配式構件的精細化管理、提高供應鏈效率提供了很好的示范與項目實踐支撐，為進一步的建筑產(chǎn)業(yè)工業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

[1]Aaron COStin 1，Nipesh PRADHANANGA 2 and Jochen TEIZER 3，Passive RFId and BIM for Real-Time Visualization and Location Tracking Construction Research Congress 2014@ASCE 2014.

[2]E.Ergen 1，G.Demiralp 2，G.Guven 3，Determining The Benefits of An RFID-Based System For Tracking Pre-Fabricated Components in A Supply Chain Construction Research Congress 2011@ASCE 2011.

[3]徐永成，羅日榮，陶利民，陳循，楊述明.射頻識別技術國內(nèi)外應用現(xiàn)狀、問題與對策[J].測控技術， 2008， 27(11)

Prefabricated BIM Component Management Platform based on RFID Technology

Wang Meihua1， Gao Lu2， Fan Zhihong3， Di Wei4， Hou Yuzhong4， Lin Jie4

(1ShanghaiConstructionGroupCo.，Ltd.，Shanghai200062，China; 2.ShanghaiConstructionResearchCenter,Shanghai200070，China; 3.ShanghaiAutomaticResearchCenter,Shanghai200062，China; 4.ShanghaiConstructionGroupNO.5Ltd.,Shanghai200062，China)

In order to adapt to the market economy and the development trend of social production，China and abroad are doing the deep researches on prefabricated construction technology.This paper is based on the existing technical forms of prefabricated components of the logistics management and maintenance of maintenance methods，using actual project application achievements as feedback，in order to accomplishthe whole process visualizationonthe prefabricatedcomponents from production and processing to the transportation and storage，finally from debugging and installationto maintenance and overhaul.Itis easy for managers to adjust the way according to the actual situations of the project，toensure a maximum limit of quality for the prefabricated components sevice through making use of the limited maintenance resources，also improve the accuracy and overall scheduling effectiveness of resource allocation in logistics and maintenance of the prefabricated components.

BIM； RFID； Tracking； Information Platform

上海市國際科技合作基金課題“基于工程項目管理的BIM集成綜合應用研究與實踐”(編號： 14510701200) 【作者簡介】 王美華(1968-)，女，副總工程師,主要研究方向：EPC、綠色施工、建筑信息化。

TU17

A

1674-7461(2016)06-0100-06