基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)制裝配建筑信息管理平臺(tái)的研究及應(yīng)用

趙 峰 劉 剛

(1.浙江省建設(shè)投資集團(tuán)有限公司,杭州 310012； 2.浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司,杭州 310012)

引言

信息化和工業(yè)化深度融合改造傳統(tǒng)建筑業(yè)是大勢(shì)所趨[1]，而BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是建筑業(yè)信息化的一個(gè)重要體現(xiàn)[2-4]。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以使建筑設(shè)計(jì)條件參數(shù)化，使得施工企業(yè)用工由傳統(tǒng)粗放式管理轉(zhuǎn)向?qū)嵜凭?xì)化管理[5]。同時(shí)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了專業(yè)間協(xié)同作業(yè)，不再發(fā)生專業(yè)分工變成專業(yè)分割[6]。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也已經(jīng)以其無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施融入到裝配式建筑中。

但是目前裝配式建筑信息管理平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用多集中于單向信息通道，無法形成整體的信息貫通，例如：金鳳誠(chéng)[7]從施工方角度出發(fā)，研發(fā)了基于BIM的物資管理系統(tǒng)，提升企業(yè)施工物資管理水平和管理效率； 胡友斌[8]基于BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用，從設(shè)計(jì)角度提出有效提高預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)效率的方法； 呂永泰[9]等從建設(shè)方入手，分析了基于BIM、VR及移動(dòng)應(yīng)用等新技術(shù)在地產(chǎn)品質(zhì)管理的應(yīng)用場(chǎng)景及方法； 劉足[10]等由技術(shù)優(yōu)化角度進(jìn)入，將BIM技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合簡(jiǎn)化了優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提高了優(yōu)化效率，使結(jié)構(gòu)布置方案更加合理，工程造價(jià)有效降低，有助于項(xiàng)目各參與方直觀地控制工程成本。

由以上相關(guān)研究可以看出，大多數(shù)的裝配式建筑信息管理平臺(tái)主要是服務(wù)于建設(shè)、設(shè)計(jì)、咨詢或者施工方其中一個(gè)過程的信息化。因此，建立多方協(xié)同的信息貫通通道就顯得很有必要。

1 信息管理平臺(tái)的建立

基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)制裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)信息管理平臺(tái)，通過整合構(gòu)件狀態(tài)、智能安裝、進(jìn)度計(jì)劃、物料統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量驗(yàn)收等信息，實(shí)現(xiàn)各參與方高效的信息交流和協(xié)同工作，以優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)布置，指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，管控建筑構(gòu)件運(yùn)輸與安裝。其中構(gòu)件管理平臺(tái)流程如圖1所示，平臺(tái)構(gòu)架如圖2所示，平臺(tái)構(gòu)件全生命周期的工序狀態(tài)管理及參與各方的責(zé)任定義如圖3。

圖1 構(gòu)件管理平臺(tái)流程

圖2 管理平臺(tái)構(gòu)架

圖3 平臺(tái)全生命期參與各方職責(zé)

2 信息管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的全過程管理及工序狀態(tài)管控等的項(xiàng)目管理需求，利用物聯(lián)網(wǎng)、BIM、二維碼等技術(shù)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行整體構(gòu)架設(shè)計(jì)。平臺(tái)由軟件系統(tǒng)和智能硬件組成，平臺(tái)系統(tǒng)支持電腦的Web端、手機(jī)App使用。同時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在公有的阿里云上，支持單位、項(xiàng)目的自有部署。平臺(tái)設(shè)計(jì)思路是對(duì)裝配式建筑進(jìn)行工業(yè)化的分解，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息對(duì)制造和安裝的自動(dòng)流轉(zhuǎn)以及全過程信息的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)和可視化展示，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)掌控，利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的固化和對(duì)使用方各自數(shù)據(jù)的決策支持。研發(fā)平臺(tái)設(shè)置有登錄Web端和移動(dòng)端，其中移動(dòng)端如圖4所示。

圖4 工業(yè)化建筑項(xiàng)目管理平臺(tái)移動(dòng)端

平臺(tái)所用的軟硬件如圖5和圖6所示。該平臺(tái)主要功能：根據(jù)預(yù)制裝配式建筑施工流程，從PC構(gòu)件設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)深化、生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、安裝、驗(yàn)收等全部環(huán)節(jié)嚴(yán)格管控； 對(duì)PC構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤； 將RFID技術(shù)應(yīng)用于PC構(gòu)件追蹤，實(shí)現(xiàn)PC構(gòu)件全流程監(jiān)控； 將管理系統(tǒng)收集和分析的數(shù)據(jù)，通過對(duì)工業(yè)化構(gòu)件一一對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則，導(dǎo)入到BIM模型中，形成基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的信息管理平臺(tái)，在工程項(xiàng)目中進(jìn)行進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理等； 為用戶提供項(xiàng)目數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析服務(wù)。

圖5 平臺(tái)軟件

圖6 平臺(tái)硬件

平臺(tái)主要包括五個(gè)中心：項(xiàng)目中心、工作中心、個(gè)人中心、資源中心、配置中心。包含模塊有：項(xiàng)目列表、項(xiàng)目地圖、BIM模型管理、項(xiàng)目分解、構(gòu)件列表、構(gòu)件各工序狀態(tài)、生產(chǎn)管理、決策分析、崗位業(yè)務(wù)流、單位信息、項(xiàng)目管理、系統(tǒng)設(shè)置等。平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造、施工，及對(duì)裝配式建筑全流程、全方位的管控。平臺(tái)通過構(gòu)件編碼規(guī)則將RFID芯片或二維碼攜帶的構(gòu)件全信息與BIM模型中的構(gòu)件關(guān)聯(lián)，對(duì)裝配式建筑從構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放到安裝、驗(yàn)收等全部環(huán)節(jié)的嚴(yán)格管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件應(yīng)力的實(shí)時(shí)跟蹤分析，提供項(xiàng)目數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析服務(wù)等。

平臺(tái)的定位是行業(yè)平臺(tái)，業(yè)務(wù)流程涵蓋了從勘察設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工安裝及運(yùn)行維護(hù)。管理主體涵蓋了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、監(jiān)理、業(yè)主、行業(yè)監(jiān)管等行業(yè)各級(jí)各類單位，通過行業(yè)各方在平臺(tái)上的業(yè)務(wù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人、財(cái)、物的管理融合，如圖7所示。平臺(tái)最終要實(shí)現(xiàn)的是裝配式建筑的全過程智能建造，如圖8所示。

圖7 平臺(tái)核心

圖8 平臺(tái)功能與愿景

3 信息管理平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

麗水市城西公租房及安置房項(xiàng)目工程位于麗水市消防支隊(duì)西北側(cè)。本工程總用地面積73 910m2，建筑占地面積14 042.26m2，總建筑面積203 385.16m2，地上建筑面積(計(jì)容)136 734.9m2，夾層建筑面積9 889.8m2，地下室建筑56 669.71m2。項(xiàng)目新建住宅23幢，其中9層的4幢，10層的10幢，14層的3幢，17層的6幢； 另新建開閉所1幢共1層，專變1幢共1層。結(jié)構(gòu)類型裝配式疊合板現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)體系。

圖9 麗水市城西公租房及安置房項(xiàng)目

3.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段

工業(yè)化建筑項(xiàng)目管理平臺(tái)與PKPM-PC裝配式建筑分析設(shè)計(jì)軟件的互聯(lián)互通(設(shè)計(jì)—施工—體化)，利用PKPM-PC軟件的自由設(shè)計(jì)功能與部件庫(kù)，進(jìn)行項(xiàng)目建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電建模以及細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、深化設(shè)計(jì)等，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)化建筑項(xiàng)目管理平臺(tái)。而后利用PKPM-PC軟件的預(yù)制率、算量統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)物料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成材料統(tǒng)計(jì)表，并利用軟件計(jì)算預(yù)制率。

圖10 基于自主BIM平臺(tái)的全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

圖11 自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料清單

圖12 構(gòu)件廠制作準(zhǔn)備工作 圖13 芯片預(yù)埋

3.3 項(xiàng)目生產(chǎn)施工階段

根據(jù)預(yù)制裝配式建筑施工流程，從PC構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、安裝、驗(yàn)收等全部環(huán)節(jié)嚴(yán)格管控； 對(duì)PC構(gòu)件應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤分析； 將RFID技術(shù)應(yīng)用于PC構(gòu)件追蹤，實(shí)現(xiàn)PC構(gòu)件全流程監(jiān)控； 將管理系統(tǒng)收集和分析的數(shù)據(jù)，通過對(duì)工業(yè)化構(gòu)件對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則，導(dǎo)入到BIM模型中，形成基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的信息管理平臺(tái)，在工程項(xiàng)目中進(jìn)行進(jìn)度管理、質(zhì)量管理。

3.4 項(xiàng)目應(yīng)用效果

圖14 工廠堆放 圖15 構(gòu)件運(yùn)輸

圖16 現(xiàn)場(chǎng)堆放 圖17 樓板吊裝

圖18 現(xiàn)場(chǎng)安裝 圖19 質(zhì)量復(fù)核

麗水城西公租房及安置房項(xiàng)目，利用項(xiàng)目自主BIM平臺(tái)和基于物聯(lián)網(wǎng)的裝配式建筑建造過程關(guān)鍵技術(shù)研究的研究成果，解決基于BIM的預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工各環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵問題，建立了完整的基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)制裝配式建筑全流程集成應(yīng)用體系，通過全過程示范應(yīng)用，促進(jìn)了科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑預(yù)制混凝土構(gòu)件從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞┕さ娜^程管理，有效驗(yàn)證了研究成果的先進(jìn)性及可靠性。在全過程示范項(xiàng)目——麗水市城西公租房及安置房項(xiàng)目工程通過十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目研究成果“基于BIM的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化全過程效率評(píng)價(jià)體系”進(jìn)行評(píng)估，效率提升度為39%。

4 總結(jié)

本項(xiàng)目通過開發(fā)基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的預(yù)制裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)信息管理平臺(tái)，并以實(shí)際工程進(jìn)行預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工的全過程BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范，取得良好的工程使用效果。 針對(duì)我國(guó)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化普遍存在的協(xié)同性較低和信息貫通通道單一問題，提供了切實(shí)可行的實(shí)施方案，一定程度上推動(dòng)了裝配式建筑工業(yè)化和信息化的融合發(fā)展。