基于BIM 和RFID 的建筑自動化裝配研究

王柳舒 張圣彩

（黃河科技學院，河南 鄭州450063）

1 BIM 技術和RFID 技術

BIM是建筑信息模型的簡稱，BIM技術是利用各種BIM軟件，例如Revit.利用系統族或自畫族將工程建設各個構件組合成一個構件庫。然后對這些族添加各種材料，圖形信息，以及構件組裝先后信息等各種信息。構建多維信息模型，模型信息動態變化，建設各個階段豐富信息，改進信息，實現實時動態控制。

RFID 技術，俗稱電子標簽，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。將RFID 標簽附著于目標物上，通過掃描讀寫器讀取數據。RFID 技術可識別高速移動的物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。每個標簽具有唯一的電子編碼，進而識別目標對象。閱讀器用來讀取標簽信息，天線傳遞射頻信號。

2 裝配式建筑構件預制產業化

裝配式建筑是用預支的構件在工地裝配而成的建筑。通過古代建筑研究不難發現，古代建筑大多以木結構為主，先有木匠制作各種規格的構件，按照基座類，柱類，圍護類，斗拱類，梁架類，屋面類六類歸類。構件運至現場進行搭建形成完整的建筑。由古代建筑以及機械工業原理可以實現建筑行業的改革，裝配式建筑不僅可以節省人力，提高效率，還能減少粉塵污染，不僅實現工業化還能實現綠色施工。

2.1 建筑物標準化信息

對裝配式建筑進行編碼可以實現建筑構件到施工現場進行快速組裝。建筑信息編碼應該按照建筑的分類標準進行，才有利于建筑在組裝過程中的控制。建筑物通過代碼信息的形式在建筑模型間與不同操作平臺間實現信息集成共享。一套完整的編碼體系為建筑信息模型和城市建筑信息數據庫搭建了一座堅固的橋梁。通過BIM建筑信息模型，將這些數據按照一定規律進行分類和編碼，使其有序地存入模型中，這樣才能對它們進行類別存儲，快速調用所需信息，以滿足各種分析需要。本文根據建筑物的位置信息，本文提出一種編碼模式，將建筑物屬性信息編碼如下圖1。

圖1 建筑BIM 編碼方法

位置信息中的省，自治區，直轄市代碼按照GB/T 2260 規則編制，市，區，縣代碼按GB/T 2260 規則編制，從左至右第一位編寫市代碼，第二位編寫市轄區代碼。地域代碼參照各省，自治區，直轄市統計局編制的《行政區劃名稱與代碼》進行編碼。地域代碼從左至右第一，二，三位編寫街道（鄉鎮）代碼，第四五位編寫居委會（村委會代碼）。設施順序碼從001 起始，每換一個居民委員會順序號均從001 開始編寫。屬性信息中的建筑類型，專業類型，分部分項工程即按照清單規范進行編碼，最后的物理特征即按照上文廢棄物分類進行編碼。例如SN-BLQ-03-001-01-04-02-003-J.，依次編碼即可。

2.2 構件標準化設計

在裝配式建筑物標準化信息下。要對構件進行標準化設計，首先要建立標準化構建庫，將預制構件參數化，放入構件庫中。

結構預制構件庫

在標準化設計過程中，先有設計單位按照項目的功能結構需求進行設計，將設計的墻，柱，梁等按照上表編碼進行標準參數化設計，結構，建筑，暖通設計單位通過BIM 模型，將設計信息進行整合，在結構，建筑，管道有沖突的地方進行通過可視化進行優化調整，建立一個貫穿全壽命周期的數據庫檔案模型。在BIM平臺上對每個構件進行編碼，這時需要使用RFID 技術對建筑各構件框架進行編碼，并為每個構件分配一個單獨的編碼。

圖2 項目信息編碼圖

在各專業設計的過程中就對構件信息進行了統一分類編碼。對標準化構件進行拆解設計，可以參數化歸類，根據預制構件編碼系統，每個預制單元分配到一個唯一的編碼，隨后存儲在RFID 標簽上。同時，預制構件的數據存儲到BIM模型中，并傳輸到建筑全生命周期后階段。

2.3 構件標準化制造

構件標準化制造就是將標準化設計的構件在預制加工企業進行標準化加工，養護，直到生成成品的過程。根據上述標準化設計過程的構件拆解設計，BIM 信息平臺和RFID 閱讀器對RFID 標簽識別，機械自動化組裝吊裝鋼筋位置，水電，預埋件位置，門窗預埋位置，隨即進行模板安裝，在攪拌機通過計算機進行編程控制，自動化配料，自動化攪拌，自動化澆筑混凝土，采用自動噴淋養護系統對構件進行養護，脫模，經過質檢形成構件成品, 在RFID 管理信息系統中建立倉庫的地形圖，在入庫時將構件所放位置輸入到基于RFID 管理信息系統進行保存堆放。這對預制構件加工企業的生產規模以及企業工業化先進水平進行了要求。

3 施工裝配工業化

3.1 工業化施工

裝配式預制構件在不需要現場澆筑混凝土，只需運輸到工地裝配而成。在構件入場過程中，包含有入場時間等信息，這些信息通過RFID 標簽進行記錄，在構件儲存過程中，包括儲存方位，儲存位置，這些信息輸入RFID 標簽可直接用貨車進行運輸定位，在構件吊裝過程中，因為構件多樣性和復雜性，在構件儲存倉庫一個一個找十分困難，但每個構件上都有吊裝時間，吊裝位置和先后順序，這些吊裝時間，位置信息根據前期的成本，進度，質量控制已經確定，然后通過RFID 標簽存儲這些信息，吊裝時閱讀器讀取信息，只要有吊裝設備就完全可以進行自動化吊裝。并且這些信息可以上傳到BIM信息平臺，供成本，安全，質量等管理者進行實時控制調整。

3.2 Revit API 自動組裝

在BIM 平臺下，利用參數化Revit 三維建模功能，采用Revit API 類庫在Revit 平臺上進行二次開發。實現在Revit 平臺下空間結構模型的參數化生成程序的開發，完成典型空間網格結構和載荷、支座等結構分析模型要素在Revit 平臺下的創建，并且實現結構，支座等的自動化裝配。Revit API 是Revit 提供的一系列命名空間和類庫，方便用戶以程序開發的方式在Revit平臺上自定義或擴充相應的功能。利用API 通過編程方式完成一些數據量大、規律性強的建模工作。

Revit API 的二次開發流程為：首先新建項目，利用VS 來創建類庫項目，添加對RevitAPI.dll 和RevitAPIUI.dll 的引用，編寫代碼完成類結構層次的定義，完成結構建模編碼的編寫，調試程序，啟動revit 跟蹤程序執行。類定義和編寫過程的核心部分是對應每種結構類型的模型生成函數。首先定義Revit 文檔，再建立事務對象。然后可任意建立節點坐標，節點對象，然后根據節點坐標和結構桿件連接先后順序，建立單元對象，然后可自動生成模型。在此過程中所有的信息都是存儲在RFID 標簽上的，通過BIM的Revit API 接口進行連接交互去實現模型自動化，然后控制機械設備進行自動化施工。

4 運用BIM 和RFID 技術對自動化裝配的影響

首先在設計階段此技術可以實現復雜預制構件節點的三維模型，方便生產和施工人員對設計圖紙的讀圖性，施工之間的完整傳遞。可以實現上下游企業及各專業之間的信息協作。RFID 標簽編碼保證每個構件單元對應代碼標識的唯一性，保證每個構件在生產、運輸、吊裝運營維護等過程中的信息準確無誤。將RFID 標簽中的信息傳輸到BIM信息平臺中進行判斷和處理，并合理安排施工順序、規劃構件運輸順序、運輸的車次、路線等等，對于精益建設中的零缺陷、零庫存理想化目標實現非常有利。

在施工階段RFID 技術隨時追蹤和監控預制構件的儲存和吊裝，以施工現場的無線網絡為媒介及時的傳遞相關信息，同時把RFID 與BIM相結合，保證信息完整，加速信息傳遞，減少了工作人員在錄入信息時潛在的錯誤，可實現零失誤。預制構件進入施工現場接受核查時，不需要人員參與，在入口處通過RFID 閱讀器采集數據，不僅提高了效率、減少了人工操作而且降低了成本。

在運維階段預制構件所包含的所有信息輸入并存儲到BIM 物業管理系統中，這樣建筑物中的所有構件和各種設備的運行情況就可以即時被掌握，及時發現和處理損壞或不合格的預制構件。所有信息通過RFID 標簽傳遞給BIM平臺然后供物業系統隨時監測。

圖3 自動化裝配流程圖

5 結論

本文通過對基于BIM和RFID 技術在建筑自動化裝配的研究，以及裝配式混凝土構件在我國的現狀及應用，隨著BIM 和RFID 技術在預制構件中應用的推廣，必將開啟建筑行業的信息化時代。我國建筑業產業化，自動化的必然發展趨勢，能夠提高制造的高效性，構件的標準化和市場化，降低成本，推動建筑產業化發展。