基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑協(xié)同管理研究

胡 斌，周 磊

（1 甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000；2 甘肅建投科技研發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

裝配式建筑的建造方式不同于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，是通過(guò)工廠進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，然后分期、分批次運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配施工，因此，在裝配化的建造模式下，由于建筑構(gòu)件信息傳輸不及時(shí)、不到位，預(yù)制構(gòu)件有可能產(chǎn)生不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配的情況，對(duì)裝配式建筑整體建造進(jìn)度、質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響；另外，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件由于種類、數(shù)量繁多，無(wú)論是生產(chǎn)運(yùn)輸階段，再到其裝配施工階段，預(yù)制部品部件全過(guò)程的管理具有較高的難度。

BIM（Building information Modeling）平臺(tái)能夠協(xié)助工程師實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及裝配施工，各階段的信息均可高效、準(zhǔn)確地傳遞到共享平臺(tái)上，為工程項(xiàng)目參建各方提供協(xié)同工作所必需的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可借助BIM 平臺(tái)精確定位目標(biāo)構(gòu)件，通過(guò)電子標(biāo)簽與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行建筑信息的共享與傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑構(gòu)件的管理和追蹤。因此，本文提出了一種基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑協(xié)同管理模式，能夠較好地提高裝配式建筑全壽命周期的信息化管理水平。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成及體系結(jié)構(gòu)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)組成

目前，物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別技術(shù)RFID（Radio Frequency Identification）運(yùn)用的較為成熟，該技術(shù)是通過(guò)在需要識(shí)別的對(duì)象中植入芯片，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將芯片和識(shí)別的對(duì)象相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)識(shí)別對(duì)象的智能化運(yùn)用。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要有以下4 個(gè)部分組成：

（1）電子標(biāo)簽。作為由芯片和耦合元件組成的具有唯一編碼的信號(hào)發(fā)送器，將其植入待識(shí)別對(duì)象的內(nèi)部或表面區(qū)域，用以儲(chǔ)存待識(shí)別對(duì)象信息。

（2）讀寫(xiě)器。其主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與芯片進(jìn)行連接通信，并將讀取的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)巾攲討?yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中。

（3）微型天線。其存在于電子標(biāo)簽內(nèi)部，主要用于發(fā)射識(shí)別對(duì)象的信息。

（4）信息處理系統(tǒng)。其主要是根據(jù)不同行業(yè)需求，開(kāi)發(fā)的集成式信息管理應(yīng)用軟件，以此提升行業(yè)生產(chǎn)效率。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及的面大而廣，通常可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3 個(gè)層次結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖

感知層是由感知技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集，感知技術(shù)主要包括：

（1）無(wú)線傳感器：目前，無(wú)線傳感器一般應(yīng)用于建筑環(huán)境狀況、能源使用及室內(nèi)外空氣質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。

（2）攝像機(jī)：其直接報(bào)告對(duì)象或場(chǎng)景的狀態(tài)，建筑行業(yè)通過(guò)使用攝像機(jī)監(jiān)控施工進(jìn)度和管理施工現(xiàn)場(chǎng)，還可以使用無(wú)人駕駛飛行器進(jìn)行視頻監(jiān)控工程施工過(guò)程安全。

（3）射頻識(shí)別（RFID）：RFID 標(biāo)簽通常有兩種類型，無(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽。在建筑施工階段，RFID通常應(yīng)用于跟蹤物料運(yùn)輸方面。

其他還包括衛(wèi)星定位GPS 系統(tǒng)、近場(chǎng)通信設(shè)備NFC 及二維碼等。

網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)處理和傳輸從感知層得到的信息數(shù)據(jù)。目前，主要的無(wú)線技術(shù)主要有Wi-Fi 和藍(lán)牙兩大類。Wi-Fi 作為現(xiàn)代流行的通信技術(shù)，普遍應(yīng)用于手機(jī)、電腦、電視及其他日常電子設(shè)備中，其利用無(wú)線電波和設(shè)備進(jìn)行局域網(wǎng)絡(luò)的連接；藍(lán)牙作為另一種通用的無(wú)線通信技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于尺寸較小的電子設(shè)備中。

應(yīng)用層是由行業(yè)之間不同的應(yīng)用系統(tǒng)組成，一般是將行業(yè)之間不同數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并整理，并提出個(gè)性化智能應(yīng)用解決方案，是物聯(lián)網(wǎng)中功能最強(qiáng)大的一環(huán)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)比分析

目前，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的兩大技術(shù)分別是射頻識(shí)別技術(shù)RFID 和二維碼技術(shù)，本文分別對(duì)其信息存儲(chǔ)、識(shí)別能力、成本、耐用性等方面進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)表1）。

表1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)比分析

在信息存儲(chǔ)方面，射頻識(shí)別技術(shù)RFID 和二維碼技術(shù)均可存儲(chǔ)較多的字符，但是射頻識(shí)別技術(shù)存儲(chǔ)的信息量更大、更廣，可以對(duì)大型復(fù)雜構(gòu)件的全備信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

在識(shí)別能力方面，射頻識(shí)別技術(shù)RFID 可同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)對(duì)象的信息自動(dòng)識(shí)別，無(wú)需接觸，相對(duì)于近距離單次掃碼過(guò)程，RFID 的識(shí)別能力明顯更勝一籌。

在成本方面，二維碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，二維碼的打印、粘貼成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于芯片類的電子標(biāo)簽。

在耐用性方面，射頻識(shí)別技術(shù)RFID 和二維碼技術(shù)均具有較好的環(huán)境適應(yīng)性能，使用壽命均較長(zhǎng)。

4 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)同管理

在工程項(xiàng)目中，BIM 平臺(tái)是信息存儲(chǔ)、處理和共享的大腦，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則主要應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件信息的搜集、監(jiān)測(cè)和傳輸?shù)取Ｒ虼耍锫?lián)網(wǎng)技術(shù)在工程項(xiàng)目的高效利用離不開(kāi)BIM 建筑信息模型的支撐。通過(guò)對(duì)BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)同管理在裝配式建筑領(lǐng)域構(gòu)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度、質(zhì)量、成本等方面的研究，可以最大限度的實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全壽命周期信息的實(shí)時(shí)共享，提高對(duì)裝配式建筑部品、部件的追蹤管理和質(zhì)量管理能力，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)裝配式建筑的信息化、智能化建設(shè)能力。

4.1 構(gòu)件進(jìn)度管理

由于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)同管理模式的相關(guān)建筑信息一方面來(lái)源于設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，另一方面則來(lái)源于在裝配式部品部件生產(chǎn)、運(yùn)輸及裝配施工過(guò)程中利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)RFID 實(shí)時(shí)跟蹤采集的數(shù)據(jù)。根據(jù)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在進(jìn)度管理中所需要的信息，提出基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)件進(jìn)度管理體系（如圖2 所示）。

圖2 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)件進(jìn)度管理

4.2 構(gòu)件質(zhì)量管理

由于裝配式建筑建造方式相比普通現(xiàn)澆建筑具有獨(dú)特性，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量管理時(shí)，一部分工作需要在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的工廠進(jìn)行，另一部分則需要在裝配式建筑裝配施工現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)。基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)件質(zhì)量管理體系主要是從預(yù)制構(gòu)件的施工準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場(chǎng)裝配、質(zhì)量驗(yàn)收4 個(gè)階段進(jìn)行控制（如圖3 所示）。

圖3 BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)件質(zhì)量管理

4.3 構(gòu)件成本管理

基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)件成本管理主要是從以下3 個(gè)方面進(jìn)行管理：

（1）生產(chǎn)制造階段。基于BIM 強(qiáng)大的深化設(shè)計(jì)能力，裝配式建筑部品部件在生產(chǎn)制造階段所需要的信息數(shù)據(jù)能夠快速獲取，以便在各類預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)前提前準(zhǔn)備好各類物資，提高生產(chǎn)效率，在一定程度上降低生產(chǎn)制造階段的成本。

（2）構(gòu)件運(yùn)輸階段。通過(guò)BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對(duì)預(yù)制構(gòu)件成品從運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)堆放各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，如遇特殊情況可及時(shí)作出調(diào)整和優(yōu)化，進(jìn)一步提高預(yù)制部品部件的運(yùn)輸效率，可在一定程度上降低構(gòu)件運(yùn)輸成本。

（3）裝配施工階段。利用BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)裝配過(guò)程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬控制，對(duì)裝配施工過(guò)程的危險(xiǎn)狀況做到提前了解和預(yù)防。通過(guò)對(duì)比不同方案的安全和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)裝配施工的高效率，可在一定程度上降低工程成本。

5 結(jié)論

本文通過(guò)提出基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的裝配式建筑協(xié)同管理模式，可以較好地提高裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)度、質(zhì)量、成本管理效率，得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用較多的二維碼和RFID 技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，在信息存儲(chǔ)、識(shí)別能力、耐用性方面，RFID 技術(shù)表現(xiàn)的更加優(yōu)異，而在成本方面，二維碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工程項(xiàng)目的高效利用離不開(kāi)BIM 建筑信息模型的支撐，因此，在裝配式建筑建設(shè)全壽命周期中BIM +物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成運(yùn)用，能夠最大化地提高裝配式建筑信息化、智能化管理效率。

（3）由于裝配式建筑建造方式與以往傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑有很大的不同，運(yùn)用BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以更好地對(duì)施工準(zhǔn)備階段、生產(chǎn)制造階段、現(xiàn)場(chǎng)裝配階段、質(zhì)量驗(yàn)收階段進(jìn)行全流程協(xié)同管理。