BIM及信息化技術在鋁合金模板體系應用研究

王 寧

(中鐵建設集團有限公司 北京 100040)

1 前言

鋁合金模板以其重量輕、施工精度高、施工周期短、澆筑一次成型、美觀整潔、無建筑垃圾等諸多優勢得到了建筑業界廣泛推崇。但由于鋁合金模板產品工藝復雜性，從鋁錠、鋁水、鋁棒、擠壓鋁型材，到鋁合金模板成型，再到現場施工，最后返廠翻新需經多道程序才能實現周轉應用。由于鋁合金模板體系鏈條較多，全壽命周期缺乏統一管理，設計、加工生產、現場應用、返廠各階段結合不夠緊密，存在各種問題。如鋁合金模板前期設計不足易造施工效率低、質量缺陷、模板資源浪費等；生產加工精度不夠直接會影響結構成型質量，模板周轉次數、搭建方式等均降低了鋁合金模板優越性。本文基于BIM及信息化技術對鋁合金模板進行技術創新，通過BIM、信息化、RFID無線識別、模板識別、VR及MR等方面技術應用，使模板體系實現精細化、可視化管理[1-3]。

2 鋁合金模板體系各階段存在的問題

2.1 設計配模階段

目前鋁合金模板設計面臨的復雜情況有結構截面變化多、構件尺寸變化大、異型節點較多、水電預留洞口每層布置不一等。設計配模階段施工單位需會同結構、建筑、門窗、機電、通風、精裝、欄桿、燃氣、弱電、消防、防雷、電梯、鋁模生產廠家等多個專業進行策劃溝通。由于前期鋁模需求方與鋁模供應方大多通過圖紙會審、會議交流等方式進行設計確認，且雙方對結構設計、鋁模設計了解深度不同，對優化、提升點認知不一，制約了鋁合金模板優越性，后期會產生大量設計、使用問題。同時由于時間及條件限制，鋁合金模板生產單位庫存數據與配模方案脫節，設計人員無法對工廠庫存模板進行選擇，導致部分不常用標準件和非標件長期呆滯[4-6]。

2.2 生產加工階段

鋁合金模板生產加工包含計劃排產、平庫、拋丸、鋸切、沖壓、焊接、整形、噴涂等環節。首先通過計劃排產生成生產任務單，所有工序根據任務單上的信息進行作業，各工序生產進度及物料流轉無法及時掌控，出現異常情況無法及時預警，項目交期得不到保障[7-9]。

2.3 出入庫階段

出庫前需進行鋁合金模板預拼裝，其設計、加工各環節依然會由于人、機、料、法、環等因素導致一系列誤差。鋁合金模板生產加工單位涉及的平庫入庫環節均通過紙質單據流轉，平庫時通過生產任務單物料信息進行人工找板，操作過程易造成規格與實物不符、倉庫物料混亂等問題。模板入庫時采取人工抄單、計數，在出入庫作業完成后由賬務員根據紙質單據將模板出入庫信息錄入電子臺賬，此過程需消耗大量的人力物力，同時還難以保證賬實相符。鋁合金模板盤點時實際庫存與盤點數據不一致概率高，資產安全隱患較大。

2.4 施工及返廠階段

施工初期，由于施工人員不熟悉，鋁合金模板現場安裝易出錯。施工階段出現問題后，由于鋁合金模板體系多工序環節，問題反饋、權責劃分較為困難，整個體系得不到有效的循環改進提升。另外，鋁模板周轉次數多、周轉時間長，在漫長的周轉使用過程中存在一定程度損毀，無有效辦法追蹤每塊板的周轉去向，不能做到精準掌控資產量。模板的流轉牽扯到供應工廠、物流運輸、項目方、勞務方等多家單位，出廠后的模板經常出現丟失現象，發貨和返廠物資無法平衡，造成極大的成本損失[10-12]。

為解決現有管理方式的弊端，本文應用BIM及信息化技術來解決上述問題。

3 BIM及信息化技術在鋁合金模板體系應用

3.1 三維建模及MR技術應用

設計配模階段，配模設計人員需通過PKPM、SolidWorks、Revit、神機妙算等BIM三維建模軟件，依據配模規則及鋁模深化圖紙進行配模，并結合庫存情況，全方位考慮。深化設計需充分考慮外墻線條細部作法，滴水線、找坡要求，確保一次成型，減少后期返工。轉換層、局部變化部位采用鋁木、鋁塑等材料相結合的方式，減少成本投入，主體結構及二次砌筑預留深化效果示例見圖1。將模型與虛擬混合現實技術相結合，導入MR眼鏡中，通過對預拼裝進行三維模擬，降低設計階段錯誤率。

在施工階段，通過MR虛擬現實技術，將鋁合金模板模型導入MR眼鏡中，實現沉浸式三維全空間可視化交底及節點展示，示例見圖2。同時通過設計階段深化建模與現場結構及圖紙進行匹配對比，可實現權責劃分，減少責任推諉現象。

3.2 無線射頻識別技術應用

無線射頻識別技術(RFID)來源于雷達技術，通過在物體表面嵌入RFID芯片實現對物資的定位和全流程管理。將RFID射頻電子芯片與鋁合金模板構件進行綁定，賦予每塊鋁合金模板唯一的身份標簽，并實現非接觸式信息讀寫，形成大數據系統，可隨時隨地對庫存模板進行篩選和調取。

3.2.1 RFID在鋁合金模板體系中技術要求

RFID技術主要通過智能芯片、高頻讀寫器及高頻發卡器實現信息采集功能。鋁合金模板生產需經過拋丸、噴涂工序，拋丸是將模板送入設備，使用1.0～1.4 mm鋼丸進行反復沖擊，將模板表面附著物清理干凈，故芯片與模板連接部位及芯片本身的抗沖擊要求較高；噴涂作業需對模板進行200℃ ～230℃高溫固化20 min以上，芯片裝載材料需選取耐高溫材料。

芯片防水性、金屬屏蔽性要求較高。鋁合金模板施工環境惡劣，太陽暴曬及雨雪天氣無法避免，芯片附著在模板表面必然要求其防水性好。在識別過程中可能出現金屬干擾或屏蔽導致無法讀數、讀數不準確等問題。

芯片與模板連接主要有焊接、螺栓連接和膠粘等方式，其耐高溫、耐沖擊、防水、防屏蔽等要求均需同時滿足，芯片設計見圖3。

3.2.2 RFID實現功能

引入RFID芯片是為保證鋁合金模板全生命周期的管理，芯片信息應包括:資產編號、模板類別、模板名稱、規格型號、模板面積、生產廠家、生產日期、登記日期、當前狀態、當前位置、周轉次數等，掃描信息如表1所示。

表1 芯片顯示模板數據示例

3.2.3 出入庫登記

鋁合金模板出入庫時通過專用讀寫器對RFID智能芯片進行掃描(見圖4)，掃描結果通過基于RFID無線射頻識別技術的智能物資管理系統進行存儲，并與后臺同步共享。出入庫物資在賬面進行自動添加與扣減，該功能可有效降低人為錯誤，減少抄單、錄單、人工測量等作業環節。由于鋁合金模板體量大，使用手持讀寫器掃描勞動量較大，可對掃描作業進行自動化產線規劃，掃描結果同步傳遞至移動或PC終端，進而降低人工成本，提升作業效率。

3.2.4 數據可視化

掃描識別信息通過后臺存儲后可實現數據可視化管理，包括倉儲物資、在制物資、在租物資等。該功能在設計配模階段可以讓設計師隨時監控工廠內資產庫存結構，便于呆滯物資消耗。在模板返廠階段可與項目核對返廠數量，避免物料在現場丟失，造成成本損失。返廠改制模板，芯片對應信息可擦寫，對應規格在后臺數據庫中進行更新。

3.3 信息化系統ERP線上管理開發

信息化系統ERP是整合了企業管理理念、業務流程、基礎數據、人物力、計算軟硬件于一身的綜合數字化管理平臺，是物聯網技術與管理思想的融合，實現企業人、財、物、信息、時間、空間等管理體系所需資源進行綜合平衡和優化管理，協調企業對產品全壽命周期進行高效管理，進而提高企業綜合競爭力。

3.3.1 系統設計思路

ERP系統開發旨在打造企業鋁模項目管理的一體化平臺，是為了促進鋁合金模板從設計到生產加工、發貨、施工、資產返廠翻新等鋁合金模板體系全周期各個環節的信息流通，消除企業內部信息孤島，增強各環節信息流轉的時效性和準確性，解決項目過程物料流失的安全隱患問題，提高計劃調度的準確性和時效性。以現代網絡、通訊技術、計算機軟件等IT技術為依托，通過手持終端及PC終端進行數據采集與處理，實現鋁模板體系信息化協同管理，提高管理效率[13]。

3.3.2 功能板塊

系統涉及業務覆蓋項目管理、設計管理、生產管理、倉儲管理等多個模塊，各大板塊相互關聯，集信息上傳、業務審批、數據采集、數據統計分析為一體，為企業標準化、精細化管理提供有效保障。

3.3.3 項目管理板塊

項目管理板塊集訂單狀態、合同狀態、客戶信息、項目信息、訂單分配、訂單下發、計劃建立、進度跟蹤、流程監控、過程審批于一身，功能設計旨在建立完整的項目管理體系，利用信息系統改善、提高項目管理效率，實現項目各個節點的信息透明，方便各環節信息獲取與調用，保證項目過程信息的共享和暢通，提升各部門、工序、環節工作聯動性及時效性。

3.3.4 設計管理板塊

設計管理板塊主要包括深化對接、變更確認、變更費用評估與確認、資料審核、資料傳遞。設計管理板塊各層級環環相扣，資料統一管理便于數據調用與問題核查，同時可作為各業務板塊結算依據，為業務結算提供最直接憑證，解決資料傳遞不準確性問題，避免因過程信息傳遞、溝通信息錯誤造成不必要的時間成本浪費和糾紛，降低客戶滿意度。

3.3.5 生產管理板塊

生產管理板塊主要包含訂單接收、計劃排產、資產平庫、改制等功能，審批流貫穿整個環節。通過既定的計算機邏輯語言代替人工，調用倉儲物資進行平庫、改制等工作，可提高工作效率2倍以上，并能保證數據方案準確性，有效減少了資產浪費與流失，實現智能高效管理，達到降本增效效果。

3.3.6 倉儲管理板塊

系統倉儲管理板塊集庫位劃分、采購入庫、領用出庫、資產調撥于一身，出入庫管理采用基本算法結合原始BOM清單自動累加扣減，所有出入庫均有痕跡，且能實時體現倉儲狀態，對資產保有量、各類型模板分布進行大數據提取，清晰直觀，實現資產實時統計，有效規避因人工資產盤點人員疏忽造成數據失準的風險，同時相對人工資產盤點可大幅節約人力、物力的占用。通過信息化、云計算管理可以為方案設計、體系優化決策提供重要支持。

3.3.7 統計報表

在各業務環節流轉過程中，給定特定的邏輯，對過程數據信息進行抓取、分析，將實際項目信息、生產進度、資產分布情況、交期預警等信息歸集到主界面，形成實時更新的管理看板。在該共享界面能實時展現需求信息，避免過程數據交叉、信息傳遞遺漏等問題。

4 結束語

本文基于BIM及信息化技術對鋁合金模板體系進行研究，應用BIM、RFID無線射頻識別技術、定位、物聯網等現代化信息技術系統，為每個設備或資產賦予獨一無二的電子身份標簽，利用5G、網絡等信息化手段，實現鋁合金模板體系全壽命周期高效跟蹤管理，達到大數據統計、數據分析、產品迭代優化等目的，在降本增效的同時，實現數字化管理運營，提升鋁合金模板的優越性，使設計、生產加工、使用各環節合理化，達到綠色建造、智慧建造的效果。在當前新常態發展背景之下，智能化、數字化、信息化、自動化必將成為企業變革的重點方向。