基于BIM的裝配式BIPV質量追溯系統構建

趙家敏

（云南開放大學，云南 昆明 650223）

當前，為落實2030年前CO?排出峰值量達標，到2060年前碳中和量值達標，國家圍繞“綠色化、低碳化、數智化”出臺了不少政策，特別對分布式光伏電站裝配式BIPV項目開發給予極大政策支持。這給推進“建筑+光伏”一體化布局，開展先進技術與綠色建設系統集成，提供了新發展路徑。但是，要讓裝配式BIPV在運營使用期間不發生質量問題，就必須對項目運用BIM技術開展從規劃、設計、生產、運輸、安裝、運維等全生命周期的正向設計工作，并在屋頂和幕墻等構件生產過程中，利用“BIM+RFID”技術構建質量追溯系統，為項目后期質量追蹤、維修更換提供有效、便捷、準確的信息。

1 裝配式BIPV概述

1.1 裝配式

在建筑行業，裝配式是指一種在工廠預制構件和現場連接安裝的建筑建造方式，裝配式不但減少了人工和現場濕法作業，還融合了大量數字化技術，更符合建筑業產業現代化、智能化、綠色化的發展方向。根據主體結構的不同，裝配式建筑可以分為鋼結構、混凝土結構、木結構及其他三種類型。

1.2 BIPV

（1）BIPV的定義。BIPV（Building Integrated Photovoltaic）是把太陽能發電這種技術集成到建筑圍外護結構表面的綠色能源發展路徑；不同于BAPV(Building Attached Photovoltaic，附著在建筑物上的太陽能光伏發電系統）。BIPV是與建筑物進行“三同時”技術并與建筑物完美結合的一體化太陽能發電光伏系統，即“建材料型”太陽能光伏建筑物。BAPV是一種依附于建筑物表面的分離式太陽能發電光伏系統，俗稱太陽能發電建筑的“安裝型”光伏。BIPV就是對框架結構建筑物整個圍護結構的屋頂、外墻和窗戶等部分用光伏陣列器件（構件）代替建材吸收太陽直射和反射光，光伏陣列構件同時起到建材和發電雙重作用。

（2）BIPV優缺點。BIPV優點主要有：提供綠色能源，降低碳排量；就地發用電可最大限度減少輸配電損耗；與傳統BAPV不同，太陽能發電空間利用率高等。BIPV不足之處主要有：太陽能發電峰值時段與人們生活用電模式形成供需不匹配；在空氣污染嚴重地區日常維護困難；接線盒和串接器產生的電弧有較高火災風險；相應規范還不完善；建造成本較高等。雖然國家和地方也出臺了很多支持BIPV產業發展的政策，但其商業化程度較慢，僅占光伏應用的1%～3%。但隨著新技術的更新迭代，這些問題和困難都會被逐步解決。

1.3 裝配式BIPV

裝配式BIPV就是對采用裝配式建造理念實現光伏建筑一體化拼裝模式；“裝配式BIPV＝裝配式＋建筑光伏一體化”，將為綠色建筑能源升級帶來理念上和技術上的重要創新。其采取施工裝配集成化路線，通過現場裝配施工，可按建筑結構特點量體裁衣，適配性和與建筑的貼合性較強，與建筑一體化程度較高，且能在運輸過程中有效保護產品材料，減少不必要的損耗。裝配式BIPV建材防水、防火、抗風揭、抗重壓、防老化性能出色，能更好地保護建筑屋頂和內部結構。此外，裝配式BIPV采用單晶技術，發電效率高，性能穩定。

2 質量追溯系統內涵

2.1 質量追溯系統

質量追溯系統是生產執行系統（MES）組成部分，它是建立在物聯網（IoT）基礎上，采用射頻識別（RFID）技術實現生產過程數據采集，電子標簽附著于或嵌入被追蹤物體，通過對原料編碼、生產管控、條碼管理、標識管理等多角度系統監督，實現生產全過程生產質量管控，同時結合精益化管理理念對加工流程優化，發展成產品質量跟蹤產業化體系。

2.2 質量追溯作用

質量追溯管理與生產執行系統有機融合可幫助企業更實時、高效、準確、可靠實現生產過程和質量管理。在生產過程中，把每個工序或每項工作的質量狀態信息記錄在電子標簽，并隨同產品同步流轉；當用戶發現產品出現問題時，可用條碼自動識別技術查清產品的信息數據，并及時反饋給生產者采取補救措施，維護用戶利益和企業聲譽，避免更大的損失。這種全新的管理模式可以讓生產企業和責任者的職責分明，查處有據，極大地增強相關者在生產過程中的責任感，有效地提升了產品質量和用戶滿意度。

3 基于BIM的質量追溯體系構建

裝配式BIPV是綠色建筑業發展的一種新模式。裝配式BIPV建造模式必將推動新的生產力與生產關系改革，這種變革更有利于新技術與新管理模式整合。從建造質量溯源的立場考慮，抓住建造全過程部品構件的核心，關聯生產過程各個重要節點，以BIM技術為基礎，整合互聯信息網絡與物聯網技術等信息化技術，構建裝配式BIPV全過程質量監管溯源體系集成新模式。

3.1 質量溯源體系架構

以BIM技術正向設計模型為基礎，加載建設、設計、生產、運輸、施工、監理、監督等相關參與單位的裝配式BIPV過程數據，以編碼技術為手段完成對項目建設全過程的質量監督與管理，搭建質量追溯系統框架，從而實現光伏陣列構件及建筑整體質量可追溯。

質量溯源體系架構采用B/S多個層次模式，分別為基層、數據層、接入層、平臺層和應用層。溯源體系架構搭建涵蓋體系涉及的五個層次，系統必須滿足五個層次的數據收集和體系安全保障的穩定性管理。具體情況如下：

基礎層的系統架構運用政府網絡系統平臺或向通訊服務商租用互聯網數據中心進行數據管理和應用發布。數據層由系統框架數據庫、文檔資源庫組成。接入層由生產企業關聯ERP系統數據、裝配式BIPV安裝企業管理系統組成。平臺層由流程管理、訪問控制、權限管理、日志管理、編碼管理、數據接口等統一數據支撐平臺構成。應用層由各級相關管理部門、生產企業、裝配式BIPV項目參建方、數據服務等構成。質量溯源體系整體架構如圖1。

圖1 質量溯源體系整體架構

3.2 質量溯源碼制作

原材料經過多個流程，生產出多個半成品、產成品的流程叫作“批”，給其賦予數值標志為“批次”。批次處理是指生產企業對原料、加工過程、產成品等使用批來識別，并遵照批量開展監管，它是生產監督與質量溯源的有效方式。這種按“批次”的質量追溯方法既可以減少勞動量，又可以保證有效實施對追溯對象的質量監督。

裝配式BIPV各部品構件是以BIM模型為載體，按照標準化原則完成屋面、墻面、窗戶等外維護光伏陣列構件拆分并輸出BOM表單，在規劃設計、施工安裝、運營維護等環節，由RFID技術收集各環節光伏構件陣列數據質量批次信息流，實行建造項目全過程質量監管，以便運營維護階段開展構件維修和更換服務。構件質量追溯標志制定與運用如圖2所示。

圖2 構件質量追溯標志制定與運用

4 新型質量追溯體系的應用價值

裝配式BIPV全壽命光伏陣列構件要經歷設計、生產、安裝、運營等多個環節，以RFID技術為跟蹤手段，質量追溯需要分別準確采集每個批次與構件質量追溯緊密相關的企業認證、原材料入庫檢驗、構件賦碼、生產過程檢驗、裝車運輸、構件入場驗收、吊裝定位與裝配施工、工程綜合驗收等多個環節的關鍵信息，信息遺漏或錯誤都可能導致質量追溯的無效。同時，為方便施工安裝臨時查驗相關信息，可在構件表面制作臨時二維條碼。通過掃描二維條碼，可查詢該部件的生產企業、原材料供應商、構件生產和安裝過程圖片及視頻等信息。有效提升了作業時效和服務水平。

5 結語

綜合而言，我國裝配式BIPV還處于初步發展階段，以碲化鎘玻璃幕墻為例，其建安成本要比傳統玻璃幕墻高出800～1000元/m2，這可通過后期發電效益超額收回，但依然存在諸多需要完善的方面。本文以BIM+RFID技術為基礎的物聯網質量溯源體系，從部品構件的規劃設計、生產加工、運輸存儲、安裝施工、運營維護等全生命周期進行質量數據信息跟蹤管理，實現項目建設過程信息共享模式的管控與質量溯源。追溯體系的建立，可及時對質量問題跟蹤分析，并提出恰當的應對措施，降低企業風險，降低用戶的損失，使得用戶的利益能夠得到保障，給生產管理帶來明顯的價值和現實意義。