BIM與RFID的交互設計及其在工程倉儲成本管控系統構建中的應用

黃奇

（福建船政交通職業學院，福建 福州 350000）

0 引言

BIM的全稱為Building Information Modeling，通常翻譯作建筑信息模型。BIM屬于一種基于多維數字技術對工程項目中的各種有關數據進行集成的信息模型，能夠信息化地描述工程項目的自身特點與功能。BIM模型可以直觀地、可視化地將工程項目的實體與參數呈現給工程人員[1]。BIM模型是一個完善的信息模型，可以將工程各種數據、進程及資源聯結在一起，從而完整地描述工程的全貌[2]。

RFID 的全稱為Radio Frequency Identification，通常翻譯作無線射頻識別技術。RFID系統的組成部分包括標簽、接收讀寫器、中央信息管理系統及中間件等。RFID屬于一種非接觸式的識別技術[3]。RFID標簽根據其工作原理可分為兩種類型，一種稱作主動標簽或有源標簽，這種標簽直接向接收讀寫器發射射頻信號；另一種稱作被動標簽或無源標簽，其本身不具備發射信息功能，而是當其進入接收讀寫器的磁場影響范圍后，接收讀寫器通過其引起的磁場變化產生的感應電流讀取其中儲存的信息。接收讀寫器在獲取標簽中的信息后，借由中間件篩選并優化排除干擾信息后，傳送至中央信息服務系統進行信息處理。此過程完全避免了人工錄入信息時潛在的失誤可能，可以實現信息獲取的零錯誤[4]。并且其接收讀寫器能夠無線獲取標簽信息，排除障礙物的干擾，還可以同時實現多個標簽的識別，從而實現對信號范圍內各個物體的精準定位。RFID系統的標簽尺寸小巧，便于工程人員攜帶。同時標簽存儲容量大，能夠滿足存儲大量的信息以描述物體各項屬性的記錄需求，還可以預留部分區域，使自身具備一定的信息可擴展性。

BIM與RFID作為現代先進技術，交互結合應用，構建材料管理系統和工程倉儲管理系統模型，必將體現出明顯的經濟效益。本文先對BIM與RFID技術結合的意義、方法進行分析，然后就兩項技術相結合構建的工程倉儲成本管控系統進行介紹。

1 BIM技術與RFID技術結合的意義

RFID技術可以實現良好的信息追蹤，從而保障BIM系統信息獲取的實時、準確、完整性，提升信息傳遞效率。RFID技術同時具備遠距離的無線定位功能，能夠使施工現場情況和BIM仿真模型的實時對照變得極為便捷，從而令工程管理人員更準確、有效地開展成本管控工作。RFID技術原理見圖1。將RFID中的材料與設備等信息集成入BIM中加以綜合判斷處理，有利于實現缺陷排查的零遺漏、庫存物品的動態管理、現場的全面監管等精益建設的理想化目標[5]。工程項目現場的實際信息能夠借由BIM系統準確反饋到相關單位及其工作人員，方便工作人員及時進行動態調整，提高倉儲的管理效率，并有效減少返工、窩工或材料閑置的問題，同時實現材料、設備的永久可追溯，為有效降低工程項目成本提供有力的支持。

圖1 RFID技術原理

BIM與RFID兩項技術相結合的一個顯著優勢是可以快速而準確地傳送豐富的信息，杜絕人工失誤可能性。例如當材料、設備等進入工程現場時，在安裝了RFID閱讀器的環境下，若運輸車輛的運行速度符合要求，系統甚至可以在完全無人工介入的情況下實現數據的采集。BIM技術及RFID技術的應用與否對于現場信息追蹤等方面的影響如表1所示。

表1 BIM與RFID技術結合應用的情況比較

2 BIM與RFID技術的交互方式設計

建設工程項目在施工過程中使用到大量的設備、構件、材料等組件，對于組件的管理工作是建設工程項目管理工作中的一項重要任務，貫穿于生產、運輸、入庫、安裝使用甚至項目報廢后部分回收再利用等整個過程。因其管理時間跨度大，工作涉及的內容復雜，故在工程實踐過程中，比較容易出現在運輸和儲存、現場保護、施工工序安排、技術流程管控等方面的問題，而導致額外的費用損失。

針對此種現象，本文提出工程項目BIM和RFID技術相結合的交互方式設計思路，如圖2所示。建設工程項目在其全壽命周期的各個階段均和其他階段之間存在著信息交換，故BIM與RFID技術結合的交互模型也應當可以體現各設備、構件和材料在生產、運輸、入庫、安裝使用甚至報廢后部分回收再利用等全過程中的相關信息。因此應當對所需添加RFID標簽的組件進行一定篩選，并對其中信息數據加以結構化處理，以便于工程技術人員的信息使用，提升建設工程項目的管控效率及能力。在進行信息篩選的過程中，應當將分部、分項或單位工程的特征，設備、構件、材料的類型等作為選擇的依據，并且應當符合工藝流程的需求，同時還應當與本項目的具體要求及項目的實際管理水平相符合。

圖2 BIM和RFID技術相結合的交互模型

目標組件在生產完成后即可添加RFID標簽，并在預定或根據實際需要選擇的時間節點對其標簽進行掃描，以提取標簽中存儲的數據或根據實際情況對其中信息進行一定修改；從RFID標簽中獲得的數據將傳送至BIM系統中進行處理，以實現對關鍵的設備、構件、材料進行實時的監控管理。

隨著技術的進步，RFID標簽能夠保存的最大信息量有了一定提高，但始終是有限的，一味擴大信息存儲量也會增加RFID技術的使用成本。因此，應當根據實際需求選擇必要的信息進行記錄，并隨著項目的變化利用相應的軟件加以修改。為確保信息得到有效記錄，RFID標簽的存儲空間須劃分為如下區域：

（1）編碼信息字段部分。為了能夠在BIM數據庫中迅速準確地查找到組件，應當為各目標組件設置不相重復的唯一編碼字符。同時為符合與BIM數據庫編碼庫的兼容性，應當根據固定的規則進行編碼，以確保項目內編碼的一致性。

（2）規格信息字段部分。此區域用于對組件在制造完成后衍生出的屬性特征進行記錄。為確保數據的有效性，按照其具體用途，主要的記錄參數類型可以有所不同。例如對于空調設備，應當對其品牌、尺寸、功率、制冷制熱效率、能耗比等進行相關記錄。

（3）狀態信息字段部分。此區域用于記錄組件目前所處的階段（如生產制造、運輸、儲存、安裝、運營維護等）及其子階段（如吊裝啟動、吊裝就位、安裝驗收等）。不同的階段應設置不同級別的數據修改權限，以避免發生組件越權使用等情況而導致管理混亂或組件丟失。

（4）過程信息字段部分。此區域用于記錄組件當前所處的時間節點信息。RFID標簽中的實時進程數據會隨所處階段的不同而發生變化。例如，吊裝指令僅可適用于安裝施工過程當中。因此為了節約存儲空間，RFID標簽的過程信息字段部分只需要記錄組件當前所處生命階段的相關數據，而其過程中的詳細變化記錄可借助BIM數據庫進行查找。此字段的操作權限應由狀態信息字段部分設定的修改權限決定。

（5）空間信息字段部分。此區域用于記錄組件的目前所處空間位置或安裝空間位置，以便于對組件進行保管與監控。

（6）維保歷史信息字段部分。此區域用于記錄運營維護階段的主要歷史參數，如累計保養次數、累計維修次數、剩余預計使用壽命、前次維保的時間等，以便于運營維護單位等及時確認組件當前或可預期的未來的大致性能，為其維護保養計劃提供基礎依據。與過程信息字段部分相似，為了節約存儲空間，詳細變化記錄不必完全記錄在RFID標簽中，而可借助BIM數據庫進行查找。

3 基于BIM與RFID技術的工程倉儲成本管控系統的構建

基于BIM與RFID技術，構建材料管理系統和工程倉儲管理系統模型，用于工程倉儲成本管控。

基于BIM與RFID技術的設備材料管理系統應當將設備與材料的外型尺寸、性能參數、實時位置等標簽信息整合進BIM數據庫中，以利于實現材料設備信息動態管理的目的。將RFID技術在信息更新、傳輸、讀寫等方面的優點，與BIM技術在信息集成與提取等方面的優點結合起來，可以有效地克服傳統材料設備管理方法的缺陷，提高材料設備管理的可視化程度。

如圖3所示，基于BIM與RFID技術的材料管理系統整體上分為數據層、功能層及用戶應用層三個層次。在這其中，數據層是一個將BIM數據庫信息及RFID標簽信息整合在一起的大數據庫；功能層繼承了系統的主要管理功能；用戶層則可以為不同使用權限的用戶提供設備、材料申報，已完成作業、待完成作業等的查詢與操作平臺。

圖3 基于BIM及RFID技術的設備材料管理系統框架

在數據層，BIM的數據庫為擬安裝材料設備提供環境信息與歷史信息，RFID標簽為材料設備提供品牌、型號、編號等基本屬性與空間位置、性能狀態等當前參數信息。BIM數據庫中保存有以往設計階段與已完施工的各種信息，這些信息中并非都與當前材料設備管理有強關聯性。因此，應對BIM數據庫中與材料設備管理有較大價值的數據進行甄別和篩選，而非一概予以繼承。

功能層主要包括模型擴展、信息擴展、安裝及監控等模塊。模型擴展功能模塊主要用于支持根據需要對模型進行新建、修改或刪除操作。信息擴展功能模塊用于存儲由客戶輸入、更改及完善等操作產生的相應信息，以方便工程管理人員進行查閱及調用。模型擴展功能模塊與信息擴展功能模塊應當是相互聯動的，其中一項的變化會相應引發另一項相關數據的變化。安裝及運行監控功能模塊則可貫穿于采購申請、審批、安裝施工計劃、安裝實施、驗收與記錄等全過程。在其中的各個環節都應將現場操作與系統應用結合起來，以確保目標與管理對象的一致性，從而推動工作流程順利開展并提高工作的質量和效益。

用戶應用層直接面向客戶端使用者。系統為用戶提供各類重要信息、指令、待處理的工作的提示，以確保操作的一致性與協同性。同時，必要時也可以對不同類型的使用者提供不同的權限及對應范圍的可操作界面，以確保材料設備管理的有序性和安全。例如，基層的材料設備管理人員只允許查詢設備的三維模型、基本參數或進行報修申請等，而部門負責人則在這些權限的基礎上還能進行相關審批及指令下達工作。這樣可以使材料設備管理權限與職責清晰，使現場管控更為有序，從而避免材料管理混亂導致的額外時間和經濟成本的產生[6]。

根據上述分析，本文構建了基于BIM及RFID技術的工程倉儲管理系統模型，如圖4所示。基于BIM及RFID技術的工程倉儲管理系統應當分為材料與設備的采購及入庫、在庫監管、領取出庫、安裝/使用及驗收四個主要階段。

圖4 工程倉儲管理系統

基于RFID與BIM技術相結合理念構建工程倉儲管理系統的主要設計目的是加強倉儲盤點、使用監控的響應水平。此系統能夠利用RFID對于數據采集的實時性與全面性，實現BIM系統中材料數據庫的動態更新，并提高系統數據查詢及調用的便捷性。

該工程倉儲管理系統可以實現相關數據采集的自動化，通過無線讀取RFID標簽中的信息，排除障礙物的物理干擾，可以解決BIM數據采集的空間限制問題。倉儲數據的實時更新為建設單位、施工單位等項目參與方提供準確可靠的依據，減少工程上的爭議，減少索賠等成本風險。同時能為后期運營維護階段的維保工作提供信息支持，進一步降低維保成本。本系統具備如下功能：

（1）具有權限管理、數據查詢、數據提取以及參數調整設置等功能，能實現倉儲信息收集的自動化，方便材料與設備管理的無紙化作業，降低人力和資源成本。

（2）信息直達用戶端，能夠將材料與設備的空間位置、性能狀態等信息清晰地展示給工程現場的管理人員，對工程現場管理人員的決策提供明確的依據，加強工程管理人員的倉儲成本管控質量。

（3）顯著地減少工程倉儲管理的人工工作量，有效提升倉儲管理工作的效率，杜絕可能產生的人工失誤，并實現材料與設備的全程實時監管，有效減少倉儲中監守自盜發生的可能性，避免意外的倉儲成本損失。

（4）能夠滿足倉儲盤點環節的自動化需求，確保基礎數據收集的準確性與及時性，顯著提高盤點作業效率及質量，節約時間和經濟成本。

（5）能夠對項目材料與設備的使用進度進行可視化控制，為工程管理人員制定采購計劃提供依據，避免因物料供應不足或滯后導致的窩工或過早、過量采購導致的材料積壓，提高工程資金的流動性及使用效率，從而進一步降低工程的成本。

4 結束語

本文對BIM與RFID兩項技術的交互模型進行設計，論證兩項技術在工程管理中結合應用的可能性。并基于交互模型對兩項技術相結合如何構建工程倉儲成本管控系統進行了介紹，論證BIM與RFID兩項技術在工程倉儲成本管控上的優勢。該工程倉儲管理系統可以實現相關數據采集的自動化，通過無線讀取RFID標簽中的信息，排除障礙物的物理干擾，可以解決BIM數據采集的空間限制問題。倉儲數據的實時更新為建設單位、施工單位等項目參與方提供準確可靠的依據，減少工程上的爭議，減少索賠等成本風險。同時能為后期運營維護階段的維保工作提供信息支持，進一步降低維保成本。