基于BIM-RFID的建筑工地人員管理系統(tǒng)研究

趙靜 趙金煜 張碩凱

摘要：在研究建筑工地人員管理落后現(xiàn)狀后，結(jié)合BIM與RFID技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，總結(jié)當(dāng)前建筑工地人員管理問(wèn)題與控制要點(diǎn)，進(jìn)行建筑工地人員管理系統(tǒng)研發(fā)。首先構(gòu)建人員管理體系，然后設(shè)計(jì)基于“BIM-RFID” 技術(shù)的人員管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑施工階段人員智能化管理、保障人員安全等功能，推進(jìn)智慧工地建設(shè)。

Abstract： After studying the backward situation of construction site personnel management， combining the application advantages of BIM and RFID technology in related fields， this paper summarizes the current management problems and control points of construction site personnel， and carries out the research and development of construction site personnel management system. Firstly， the personnel management system is constructed， and then the personnel management system based on BIM-RFID technology is designed to realize the functions of intelligent personnel management and personnel safety in the construction stage， so as to promote the construction of intelligent sites.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);RFID技術(shù);人員管理系統(tǒng);智慧工地

Key words： BIM;RFID;personnel management system;smart site

中圖分類(lèi)號(hào)：TU721+.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）08-0012-03

0 ?引言

建筑業(yè)內(nèi)一直缺少成熟的、在項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)進(jìn)行人員信息（人員工種與在崗情況）實(shí)時(shí)記錄、現(xiàn)場(chǎng)管理、事后存儲(chǔ)的人員信息管理與人員安全管理系統(tǒng)。基于建筑從業(yè)人員具有流動(dòng)性大、人員素質(zhì)較低等特征，建筑工地人員管理存在一系列的人員管理問(wèn)題。

隨著“BIM”滲透建筑行業(yè)的各模塊，集成化的數(shù)據(jù)思想為管理人員管理現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供新的技術(shù)思路;在此基礎(chǔ)上的“BIM-RFID”理論也引發(fā)了大量學(xué)者思考。周盛世等通過(guò)具體案例提出BIM 和 RFID 技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)時(shí)管控，對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)各種信息的收集與處理起到積極作用[1]。姚彬峰等提出在越來(lái)越復(fù)雜的現(xiàn)代建筑營(yíng)造環(huán)境中，將RFID與 BIM 結(jié)合，有助于建筑工地資料傳送、信息管理[2]。王廷魁等通過(guò)建立基于BIM與RFID技術(shù)的建筑設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)，證明了兩者的結(jié)合有助于管理人員信息處理能力、幫助項(xiàng)目節(jié)約資源[3]。

當(dāng)前學(xué)者的研究重點(diǎn)主要集中在“BIM-RFID”信息傳播、學(xué)術(shù)討論等方面，對(duì)于建筑工地人員信息與人員安全管理的研究較少，文章就建筑工地人員安全管理與信息管理的特點(diǎn)結(jié)合建筑工地具體要求，運(yùn)用“BIM-RFID”技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員信息與安全管理無(wú)紙化、數(shù)據(jù)化、結(jié)構(gòu)化，提高人員管理質(zhì)量與管理效率。

1 ?基本概念

1.1 BIM基本概念

BIM（Building Information Modeling）是建筑信息化模型，隨著近幾年各地政策的推動(dòng)，BIM概念在建筑業(yè)內(nèi)已經(jīng)不再新鮮，大部分建筑公司成立了“BIM中心”等部門(mén)支持本公司BIM技術(shù)發(fā)展，在不斷推進(jìn)的同時(shí)，業(yè)內(nèi)人員也逐漸對(duì)BIM有了新的認(rèn)識(shí)。許多學(xué)者提倡BIM不能局限于“建筑三維模型”，應(yīng)該將BIM看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)管理過(guò)程，著眼于建筑的各方面，為項(xiàng)目帶來(lái)真正的價(jià)值。其中，侯宇在建筑工地危險(xiǎn)源識(shí)別過(guò)程中引進(jìn)了BIM技術(shù)，通過(guò)BIM技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合能力，使得建筑工地管理人員在進(jìn)行危險(xiǎn)源安全管理的過(guò)程中得心應(yīng)手[4]。

1.2 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)起源于第二次世界大戰(zhàn)期間，該技術(shù)是利用空間耦合原理，基于射頻技術(shù)進(jìn)行無(wú)線信息傳輸（圖1）。

近些年伴隨著第四次工業(yè)革命與裝配式建筑的浪潮，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外建筑構(gòu)件智能識(shí)別領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，為建筑智能化、數(shù)據(jù)化起到了積極推動(dòng)作用。建筑業(yè)構(gòu)件RFID技術(shù)的快速發(fā)展襯托出建筑業(yè)人員RFID技術(shù)發(fā)展的欠缺，為填補(bǔ)行業(yè)內(nèi)空白，文章運(yùn)用RFID技術(shù)研發(fā)建筑工地人員管理系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)工地人員管理數(shù)字化，高效化。

1.3 RFID+BIM技術(shù)

“RFID+”技術(shù)已經(jīng)在煤礦業(yè)、物體運(yùn)輸業(yè)、安全產(chǎn)品操作間等領(lǐng)域有了較多應(yīng)用，形成了一系列產(chǎn)業(yè)。“RFID+”巨大的應(yīng)用潛力吸引了大量學(xué)者進(jìn)行研究：李成學(xué)等在研究煤礦井下人員管理方面時(shí)，通過(guò)運(yùn)用“RFID+”技術(shù)研制煤礦井下人員管理系統(tǒng)，有效解決了井下實(shí)時(shí)人員統(tǒng)計(jì)難的技術(shù)難題[5];曹新穎等在分析裝配式構(gòu)建生產(chǎn)流程與質(zhì)量影響因素后，構(gòu)建基于“RFID+BIM”技術(shù)的建筑構(gòu)件質(zhì)量管理流程體系，極大的保障了建筑構(gòu)件質(zhì)量，改善了以往的建筑構(gòu)件粗放式管理模式[6]。李天華通過(guò)相關(guān)案例證實(shí)了 BIM-RFID 融合技術(shù)在建筑全壽命周期各階段中存在著交流共享信息效率提升的效果[7]。已有的成功案例，使得“RFID+”的實(shí)用性逐漸為人所知，文章基于當(dāng)前建筑工地人員管理的特點(diǎn)，基于“BIM+RFID”技術(shù)，構(gòu)建建筑工地人員管理系統(tǒng)。

2 ?基于“BIM-RFID”的建筑工地人員管理系統(tǒng)

建筑工地人員管理與信息采集工作由于工作所處環(huán)境的特點(diǎn)，管理過(guò)程存在人員變動(dòng)大、工種繁多、人員進(jìn)出頻繁等特征，要求在設(shè)計(jì)建筑工地在進(jìn)行人員智能管理系統(tǒng)時(shí)，引進(jìn)的技術(shù)必須支持身份感知、后臺(tái)運(yùn)行、數(shù)據(jù)更新等功能。而近些年被廣泛使用的“BIM”與“RFID”技術(shù)在該方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，通過(guò)搭建具有人員穩(wěn)定識(shí)別、數(shù)據(jù)交互存儲(chǔ)等功能的建筑工地人員管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑工地人員實(shí)時(shí)管理。

在該系統(tǒng)中，BIM技術(shù)通過(guò)建筑前期建立的三維模型，為后續(xù)建筑場(chǎng)布安全區(qū)域劃分提供依據(jù)，隨著建筑進(jìn)度的不斷推進(jìn)，依據(jù)三維模型實(shí)時(shí)更新安全區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程人員安全管理。引入RFID技術(shù)將人員信息錄入RFID芯片，運(yùn)用RFID傳感器進(jìn)行識(shí)別，提高工作質(zhì)量與效率，使后期信息追溯成為可能。兩者的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)人員信息管理與人員安全管理自動(dòng)化。

2.1 人員管理系統(tǒng)架構(gòu)

BIM+RFID技術(shù)下的建筑工地人員管理系統(tǒng)包括：RFID芯片系統(tǒng)、BIM安全區(qū)域系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)、智能存儲(chǔ)系統(tǒng)、智慧閘機(jī)系統(tǒng)。五個(gè)子系統(tǒng)相互之間存在信息交互，依據(jù)設(shè)置的人員訪問(wèn)權(quán)限，管理人員分別對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行操作。（圖2）

2.2 人員管理子系統(tǒng)

①RFID芯片系統(tǒng)：該子系統(tǒng)的工作內(nèi)容主要是依據(jù)業(yè)主在人員管理方面的需求，結(jié)合Python語(yǔ)言進(jìn)行RFID芯片編程，在已經(jīng)編程好的界面進(jìn)行人員信息錄入（圖3），制作建筑工地人員實(shí)名制卡貼，依據(jù)工地實(shí)際需要設(shè)計(jì)適宜波長(zhǎng)的RFID讀寫(xiě)器。

②BIM安全區(qū)域系統(tǒng)：該子系統(tǒng)的主要工作是基于已經(jīng)建好BIM三維模型與場(chǎng)布模型，對(duì)施工場(chǎng)所進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全區(qū)域劃分，立足于BIM技術(shù)自身優(yōu)勢(shì)，緊隨施工進(jìn)度更新安全區(qū)域，做到全過(guò)程人員安全管理。

③現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)：該子系統(tǒng)是在HPC高性能運(yùn)算主機(jī)的支持下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)管理，施工現(xiàn)場(chǎng)信息在計(jì)算機(jī)運(yùn)算層與交互層之間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，智能化人員信息管理系統(tǒng)。

④數(shù)據(jù)管理中心：基于BIM平臺(tái)理念建立的人員管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，智慧分類(lèi)存儲(chǔ)有該工地各工種人員每日進(jìn)場(chǎng)時(shí)間與出場(chǎng)時(shí)間（圖4）：實(shí)時(shí)顯示在場(chǎng)人數(shù)與工種、智能統(tǒng)計(jì)日流量、準(zhǔn)確記錄人員進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間，項(xiàng)目工期管理（圖5）。線下數(shù)據(jù)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，運(yùn)用Unreal引擎建造3D資料室。實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化資料存儲(chǔ)，為日后追責(zé)提供依據(jù)。

⑤智能閘機(jī)系統(tǒng)：該子系統(tǒng)主要工作是配合RFID傳感器在人員進(jìn)出施工安全通道時(shí)自動(dòng)記錄由配置在工人安全帽中的RFID芯片傳輸?shù)男畔ⅲ瑢?duì)于非本區(qū)域的闖入人員進(jìn)行語(yǔ)音警告，并以短信方式通知管理人員。

3 ?人員管理系統(tǒng)功能

3.1 安全功能

①施工現(xiàn)場(chǎng)很大一部分人員安全事故的發(fā)生是由于非專(zhuān)業(yè)人員隨意進(jìn)入施工場(chǎng)所。該類(lèi)人員缺乏在施工場(chǎng)所相應(yīng)的安全與自我保護(hù)意識(shí)，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)安全區(qū)域的劃分不熟悉，極易發(fā)生人員傷害，重則危及生命。為了避免該類(lèi)安全事故的發(fā)生，施工人員在進(jìn)入施工場(chǎng)所佩戴內(nèi)置RFID芯片的安全帽，當(dāng)位于通道上方的RFID芯片傳感器感應(yīng)到人員安全帽內(nèi)的芯片時(shí)通道閘機(jī)才會(huì)落下使人員通過(guò)。可以有效防止該類(lèi)人員安全事故的發(fā)生。（圖6）

②佩戴有RFID安全帽的施工人員進(jìn)入施工場(chǎng)所后，各工種在該工種施工區(qū)域內(nèi)有較多的本工作經(jīng)驗(yàn)，自我保護(hù)意識(shí)較高，不易發(fā)生安全事故。然而，由于施工人員本身素質(zhì)等原因，部分員工會(huì)在施工期間內(nèi)去往自己不熟悉的其他工種施工區(qū)域，管理人員也無(wú)法時(shí)刻監(jiān)督該類(lèi)施工人員，導(dǎo)致人員傷亡概率增大。基于以上因素，文章將施工場(chǎng)所按照工種等因素劃分為四個(gè)區(qū)域，在各區(qū)域之間的人員通道布置RFID傳感器，當(dāng)有其他工種人員非該工作區(qū)域時(shí)，閘機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音提示，提醒人員，避免安全事故的發(fā)生。

3.2 人員管理功能

人員管理一直是建筑行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的重點(diǎn)，由于建筑工地人員流動(dòng)性大，人員混雜等原因，對(duì)于工地施工人員與管理人員是否在工作時(shí)間處于自己的工作崗位，領(lǐng)導(dǎo)一直只能依靠下屬人員的書(shū)本記錄來(lái)確定。傳統(tǒng)的建筑工地人員管理，是現(xiàn)場(chǎng)工作人員查詢(xún)被記錄人員相關(guān)的在位信息（包括工作時(shí)長(zhǎng)、加班時(shí)長(zhǎng)等），人員在崗信息多以紙質(zhì)形式呈交、存放，在使用時(shí)不能及時(shí)的查詢(xún)與更新，管理者需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行查詢(xún)與驗(yàn)證，在這個(gè)過(guò)程中，不可避免的造成誤差，導(dǎo)致部分工作人員加班時(shí)間或在位時(shí)間有誤差、工資與期望不符，對(duì)于公司的未來(lái)發(fā)展及其不利。文章基于BIM-RFID技術(shù)建立的人員管理系統(tǒng)，在實(shí)名信息錄制與RFID傳感器的幫助下，很好的完成了該部分工作。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)在研究制造業(yè)與建筑業(yè)市場(chǎng)已有的BIM-RFID應(yīng)用后，結(jié)合本項(xiàng)目已有環(huán)境將該技術(shù)運(yùn)用到建筑工地人員管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，解決了傳統(tǒng)的建筑工地人員管理效率低、數(shù)據(jù)更新不及時(shí)、安全管理松懈等問(wèn)題，一方面，實(shí)現(xiàn)了人員信息從傳統(tǒng)的人工采集到現(xiàn)在的自動(dòng)采集的轉(zhuǎn)變，人員數(shù)據(jù)智能分類(lèi)與數(shù)字化存儲(chǔ)。另一方面，將人員安全問(wèn)題與人員信息管理相結(jié)合，時(shí)刻監(jiān)督人員安全問(wèn)題。基于BIM-RFID技術(shù)的人員管理系統(tǒng)具有信息交流智能化等特點(diǎn)，在提高建筑工地管理人員工作效率的同時(shí)，對(duì)工作人員安全保護(hù)方面有較大應(yīng)用前景，為推動(dòng)BIM-RFID技術(shù)應(yīng)用落地起到積極推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周盛世，宋謙，張寧，吳廣奇，侯蕊.BIM-RFID技術(shù)在建筑施工安全控制中的應(yīng)用研究[J].價(jià)值工程，2018，37（31）：215-217.

[2]姚彬峰，馬小軍.BIM和RFID技術(shù)在開(kāi)放式建筑全生命周期信息管理中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2015，44（10）：92-95，104.

[3]王廷魁，趙一潔，張睿奕，李陽(yáng).基于BIM與RFID的建筑設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2013（11）：113-116.

[4]侯宇，周建亮.基于BIM與SCL技術(shù)的建設(shè)工程危險(xiǎn)源管理研究[J].施工技術(shù)，2015，44（12）：84-89.

[5]李成學(xué)，郭林霞.基于RFID技術(shù)的煤礦井下人員管理信息化的研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2007（09）：70-72.

[6]曹新穎，魯曉書(shū)，王鈺.基于BIM-RFID的裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量管理[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)，2018，35（04）：102-106，111.

[7]李天華，袁永博，張明媛.裝配式建筑全壽命周期管理中BIM與RFID的應(yīng)用[J].工程管理學(xué)報(bào)，2012，26（03）：28-32.