BIM和RFID技術在裝配式建筑全生命周期管理的應用研究

摘 要：隨著國內人口紅利的逐漸消失，裝配式建筑逐漸成為建筑業的熱點，國家也在政策層面漸漸加大力度去發展裝配建筑。近年來隨著裝配式構件的施工工藝與技術的發展，技術層面的問題也已得到解決，然而管理層面的問題仍未解決。如設計、生產、運輸、施工之間信息傳遞不暢，裝配式構件設計精細化程度不高，容易出現碰撞，造成后期返工，同時構件庫存管理效率低，管理上的問題已經成為制約裝配式建筑發展的主要因素。本文針對這些問題，提出了利用BIM和RFID技術對裝配式建筑生命周期的應用進行分析，并應用案例分析論證了BIM與RFID技術能有效地解決這些問題。

關鍵詞：BIM；RFID；裝配式建筑；應用研究

當前國家為了推動裝配式建筑的發展，頒布了許多關于預制裝配式建筑的規范《裝配混凝土住宅體系設計規程》（2010年）、《裝配整體式混凝土結構技術規程》（2011年）、《裝配式鋼結構建筑技術標準》（2017年）、《裝配式木結構建筑技術標準》（2017年）、《裝配式混凝土建筑技術標準》（2017年）。同時還頒布了許多政策，其中在“十三五”裝配式建筑行動方案中，指出到到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上，其中重點推進地區達到20%以上，積極推進地區達到15%以上，鼓勵推進地區達到10%以上。與傳統建筑相比較，裝配式建筑采用工業化生產方式，具有提高生產效率，節約資源，大大縮短工期的優勢。在當今人口紅利逐漸消失，裝配式建筑是建筑未來發展的方向與趨勢。

1 裝配式建筑存在的不足

構件設計與生產之間信息不流通，缺乏有效的整合，使設計生產之間不能全面協調，導致大量的返工現象，只有解決設計、生產、施工等各個環節的問題，才能更好地完成不同的建筑體系[1]。

預制構件的精細化程度不足。工業化建筑施工過程中，還常出現“錯、漏、碰、缺”等現象，制約著裝配式建筑的發展。裝配式建筑對預留孔洞位置精度要求較高，很多裝配式建筑采用混凝土結構，預留預埋時，要求尺寸與位置盡量精確，否則可能要重新開槽或開洞，這樣不但加大施工難度，耽誤工期，甚至會影響結構的穩定性。

裝配式建筑與傳統的建筑施工相比，大部分的構件與材料都是在工廠加工的，現場的濕作業相對較少，因此構件的管理變得尤為重要。裝配式構件的管理工作是一個復雜的過程，很多實際的裝配式建筑項目中，無論是輕鋼龍骨裝配式建筑還是預制混凝土裝配式建筑，在實際管理過程中，構件的運輸、存儲、施工工序與技術流程方面極容易出現問題。

為了能更好地解決這些問題，本文將引入BIM與RFID技術對裝配式建筑設計、生產、施工過程進行優化。

2 BIM與RFID的技術原理

2.1 BIM技術原理

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，最早由美國喬治亞技術學院的“BIM之父”Eastman 在它的著作中最早提出了信息模型的概念，他將BIM定義為BIM是通過參數化建立模型，是建筑設施的物理性質與功能性質的數字化表達[2]。BIM在建筑設施整個生命周期作為一個分享與存儲信息平臺，從概念設計階段到拆除階段具有很大的應用價值。BIM具有可視化、模擬性、協調性、優化性、可出圖性五大特點，基于BIM各參與方在建筑項目的生命周期中可及時溝通，共享信息，在這些數據的基礎上進行分析，做出適宜高效的決策。

2.2 RFID技術原理

無線射頻識別（RFID）技術是一種不需要識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，直接通過無線電訊號進行識別特定目標與讀取相關信息數據的技術。其組成部分只要包括應答器、閱讀器、軟件系統。同時RFID還有以下特點：快速掃面，體積小型化，穿透性與無障礙閱讀，數據記憶容量大，安全性高。RFID閱讀器可同時掃描多個RFID標簽，RFID對水、油、化學藥品等都有較強的抵抗性，還能夠穿透木材、紙張、塑料等非透明的材質，并能穿透性通信。

3 BIM和RFID技術在裝配式建筑全生命周期管理中的應用

3.1 BIM和RFID技術在裝配式建筑設計階段的應用

目前工程項目都需要多專業之間的協同進行，單一設計專業自身設計圖紙發生碰撞的比例較小，設計變更的原因有很多，主要由于各設計專業間的不協調、設計施工間不協同，業主對施工圖紙的理解與實際效果有偏差。傳統模式下采用CAD進行解決多專業、多參與方間的協調問題是很難的，對各專業人員的空間想象能力非常高。在BIM平臺下，各專業設計人員可以有一個直觀、清楚的認識，而不用再對二維圖紙進行費勁地想象。傳統的二維圖紙中各平面圖、剖面圖、詳圖之間不關聯的，修改其中一個圖紙的構件圖元，其他還應修改各自相應的構件圖元，當構件圖元較多的時候容易出現錯漏的現象，而在采用BIM的情況下，修改了其中一個構件圖元，則該圖元對于的視圖會自動進行修改，各視圖之間具有聯動性，節約設計修改的時間。

在設計階段，各設計專業人員利用BIM技術建立結構模型、建筑模型、暖通模型、給排水模型、消防模型，利用鏈接功能，進行整合模型，再利用Naviswork的“clash detective”功能，進行碰撞檢查，出具碰撞報告，各專業設計人員根據碰撞報告進行施工圖紙的優化，減少施工過程中出現的碰撞，節約成本與縮短工期，具體碰撞優化流程如圖1所示。各設計專業進行協同溝通，主要進行信息的實時共享與傳遞。模型實時更新并不是各專業的每一次變動都需各專業的跟進配合，在變更完成后，應及時通知其他專業的設計人員，若設計人員有意見應及時通知原設計變更者，并與其他設計人員進行溝通

協調。

3.2 BIM與RFID技術在裝配式建筑構件運輸階段的應用

在構件運輸階段，利用RFID閱讀器采集構件出廠、到達現場的時間，并及時上傳到數據庫中，同時將其位置屬性、進度狀態與BIM模型進行結合[4]。通過RFID采集的信息，進行構件實際進度與計劃進度的偏差分析，預測原計劃是否能夠順利完成，若不能完成應及時調整計劃，增加運輸車輛與人員，同時還可以及時調整施工工序，避免窩工與構件的堆積，減少場地占用與成本的增加。構件進場過程中，應控制好車輛、人員、材料的速度，方便RFID閱讀器的自動讀取信息，這種方式減少了人員的工作與錄入信息可能出現的錯誤。當數據信息積累到一定程度后，可進行運輸次數、運輸路線的優化，分析出說時間與路程相對較短的路線。

3.3 BIM與RFID技術在裝配式建筑施工階段的應用

裝配式建筑吊裝過程復雜、施工機械化程度要求高、施工安全保障要求高，在運輸構件進場前，利用BIM技術對構件裝配施工過程進行可視化交底，對裝配式建筑進行模擬仿真，模擬吊裝過程與其他的一些施工工藝，方便現場安裝人員快速地了解到整棟樓各工序之間的搭接順序與各工藝的施工流程，避免施工過程中的失誤導致重大經濟損失[5]。同時在構件安裝之前，還應組織工人到工廠進行預拼裝，提高施工人員的安裝效率與減少現場施工的失誤。

構件入場后，由驗收人員進行構件的驗收，利用RFID閱讀器進行構件識別，辨別出構件所處的位置，做到點對點的擺放存儲，避免二次搬運。在吊裝過程中，施工人員通過RFID閱讀器掃描裝配式構件，查看構件在BIM平臺中所處的位置，進行準確無誤地安裝，做到一步到位，節省時間與人力物力。安裝完畢后，將安裝過程中主要負責人信息與安裝出現的問題及時反饋到BIM平臺上。這個過程可使信息及時快速地傳遞，為現場實際進度與計劃進度的比較提供依據，方便及時調整計劃。

3.4 BIM與RFID技術在裝配式建筑運營階段的應用

在裝配式建筑運營維護階段，它不僅僅需要現階段的信息，同時還需要整個壽命周期各階段的信息，如設施維護信息，應包括竣工驗收階段的圖紙與驗收資料，設備安裝信息與修改記錄等。對于很多項目而言，項目的信息是十分龐大，涉及到專業、文件、人員也非常多，在這個過程若要進行搜索某一個設備的信息，工作量是非常大，而且效率也很低。當采用BIM與RFID技術時，可使得這些過程簡單化、高效化。

BIM技術可使裝配式建筑整個壽命周期信息化，在運營維護階段，管理人員可通過RFID閱讀器掃面預制構件，直接獲取構件的生產廠家、安裝人員、構造尺寸等信息。當出現質量問題時，可以快速直接地查詢到責任人與生產廠家，明確構件的責任歸屬，可以將問題從運營維護階段一直追溯至構件設計生產階段。

在裝配式建筑的壽命周期內，建筑的結構設施（梁、板、墻）與設備設施（機電設備、風管、水管等）都需要進行維護。成功高效的維護方案可直接降低建筑的能耗與維護費用，進而降低建筑的總體的維護成本。BIM模型可充分發揮空間定位與數據信息記錄的優勢，為維護人員提供相應的空間信息與屬性信息，可快速合理地編制維護方案，提高維護的效率。同時對一些重要的設備設施進行維護跟蹤記錄，方便對設備的使用壽命與適用狀態進行預判。

4 案例分析

4.1 項目概況

深圳某裝配式建筑項目位于深圳市光明新區，該項目總建筑面積75萬m2，是深圳市較大的裝配式建筑項目。項目共分為兩期，其中一期項目建筑用地面積約4萬，總建筑面積約30萬，地上最高為36層，地下為2層，住宅用戶約1800戶，容積率為5.11。

4.2 項目各階段的應用

在設計階段，采用BIM技術協助設計，建筑結構、機電、裝修一體化設計。利用BIM技術進行協同溝通，提前將室內裝修圖紙傳遞到構件生產廠家，提前解決裝修過程可能存在的問題。利用BIM進行深化圖紙，可以給電纜橋架、給排水暖通管道提供準確地定位，避免裝修過程進行開槽開洞，同時也避免錯漏碰缺的現象出現，保證了裝修的質量。

在生產運輸階段，該項目運用BIM與RFID技術貫穿與構件的生產存儲、運輸各過程。構件生產前，首先為利用Revit軟件簡歷BIM模型，并為模型構件賦予一個唯一的RFID編碼。生產階段，根據生產排產計劃，利用BIM軟件明細表功能導出相應構件模型的屬性參數，為構件加工機械設備提供可靠的信息數據，保證了構件生產的質量。同時利用RFID技術進行構件出入庫管理，實時追蹤構件的去向，大大提高了構件庫存管理的效率，節約了人力物力。

在施工階段，項目采用BIM技術在施工前給現場工作人員進行可視化技術交底，讓施工作業人員提前了解安裝順序，施工工藝流程，大大提高了工人的工作效率，減少了施工失誤的幾率。同時通過RFID技術及時把安裝數據信息反饋到BIM平臺上，為日后維護階段提供了參考依據，也給接下來的生產安排提供數據支持。

5 結論與展望

BIM與RFID技術的結合給裝配式建筑施工提供了新的方向，給裝配式建筑的構件設計的精細化提供了技術支持，提高了各設計人員溝通的效率，有效地解決了圖紙中錯漏碰缺的問題，保證了裝配式構件生產的質量，避免不必要的返工。與傳統的裝配式建筑構件出入庫管理相比，BIM與RFID技術可以快速，高效地進行出入庫管理，減少人力、物力、財力的投入，同時也避免了人為的出錯，也為日后統計分析提供數據信息。

本文雖然分析了BIM與RFID在裝配式建筑全生命周期的應用，但這種分析在很多層面還是不夠深入，在實際應用中還存在著障礙。RFID與BIM技術本身的應用推廣仍然存在著很多問題需解決，對RFID而言存在著標準不完善、成本高、使用壽命與建筑的壽命相比較還是較短；而對于BIM來講，不僅存在這技術層面的問題，還有管理層面與技術標準規范不完善等問題。我們相信BIM與RFID技術應用是未來裝配式發展的趨勢，隨著技術的發展，這些問題將會被一一解決。

參考文獻

[1]丁勇.關于裝配式建筑發展的幾點思考[J].土木建筑工程信息技術，2014，6（03）：103-105.

[2]Eastman C M. The Use of Computers Instead of Drawings in Building Design[J]. AIA Journal， 1975， 63（3）： 46-50.

[3]董娜，張寧，趙雪媛，熊峰.基于BIM與RFID的工業化建筑構件進度管理研究[J].施工技術，2018，47（10）：5-10.

[4]仲青，蘇振民，佘小頡.基于RFID與BIM集成的施工現場安全監控系統構建[J].建筑經濟，2014，35（10）：35-39.

[5]白庶，張艷坤，韓鳳，張德海，李微.BIM技術在裝配式建筑中的應用價值分析[J].建筑經濟，2015，36（11）：106-109.

作者簡介

周錦彬（1993-），男，漢族，江門市人，研究生，廣東工業大學，研究方向：裝配式建筑、BIM的技術應用研究。