基于RFID技術(shù)的裝配式構(gòu)件質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)

楊航， 劉鐵， 吳艷萍， 金超， 楊莉瓊

（1. 西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院；2. 寧波建工股份有限公司）

1 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出以智慧工地建設(shè)為載體，推廣項(xiàng)目級(jí)建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，運(yùn)用信息化手段解決施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)化關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量安全管控，提升工程項(xiàng)目建設(shè)管理水平。因此，針對(duì)裝配式建筑有必要建立集成化、信息化的全過(guò)程質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤體系，旨在提升產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效率和建造質(zhì)量。隨著智慧工地的發(fā)展與不斷深入應(yīng)用，越來(lái)越多的項(xiàng)目利用BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、信息標(biāo)識(shí)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了對(duì)物資的信息化管理，有效地提升了管理效率[1]。學(xué)者們也相繼提出了結(jié)合BIM 與二維碼技術(shù)、射頻標(biāo)簽技術(shù)的裝配式構(gòu)件質(zhì)量管理思路，但大部分研究側(cè)重生產(chǎn)階段或施工階段[2-8]，平臺(tái)管理功能主要考慮質(zhì)量跟蹤溯源，未考慮與其他目標(biāo)的融合與協(xié)同，也未考慮產(chǎn)業(yè)鏈上各方的業(yè)務(wù)協(xié)同。因此，本文從多方多目標(biāo)協(xié)同管理的角度，提出裝配式構(gòu)件全壽命周期質(zhì)量進(jìn)度管理系統(tǒng)方案，為提升裝配式建筑質(zhì)量管理水平提供參考。

2 裝配式構(gòu)件質(zhì)量管理需求分析

裝配式構(gòu)件全壽命周期內(nèi)管理流程涉及眾多節(jié)點(diǎn)企業(yè)，生產(chǎn)階段管理的主要目的是構(gòu)件能夠按需“準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)”，過(guò)早或過(guò)遲生產(chǎn)都會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目建造成本增加。構(gòu)件出廠后，施工單位需及時(shí)掌握構(gòu)件的實(shí)時(shí)位置，以確認(rèn)或調(diào)整施工計(jì)劃。首先，從預(yù)制生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)施工的數(shù)據(jù)采集主要以人工手動(dòng)輸入，容易造成信息不完整。同時(shí)，項(xiàng)目管理人員很難及時(shí)掌握構(gòu)件堆場(chǎng)、存儲(chǔ)位置等信息，質(zhì)量工程師現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)無(wú)法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行定位，浪費(fèi)大量時(shí)間和人力尋找構(gòu)件；其次，由于采用傳統(tǒng)的通信方式，如電子郵件、電話和傳真，不同各方之間的信息共享受到限制，出現(xiàn)構(gòu)件信息錄入不及時(shí)、信息處理效率較低和信息錄入錯(cuò)誤等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控和安裝操作管理效率較低。生產(chǎn)制造商、運(yùn)輸方和現(xiàn)場(chǎng)施工方之間的合作需要依賴(lài)實(shí)時(shí)信息，如預(yù)制構(gòu)件的狀態(tài)、交付進(jìn)度和組件的位置。由于人工輸入操作使得這些信息延遲反饋，導(dǎo)致施工進(jìn)度的可見(jiàn)性和可追溯性差。在裝配式生產(chǎn)條件下，施工各環(huán)節(jié)緊密相連，效率較傳統(tǒng)施工技術(shù)有較大提升，施工企業(yè)更需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、信息支撐決策和施工計(jì)劃。而大量的信息儲(chǔ)存和讀取是普通條碼系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，這也是RFID 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在，能夠利用RFID 標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存與施工計(jì)劃的無(wú)縫連接。

3 基于BIM 和RFID 技術(shù)的裝配式構(gòu)件質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)裝配式構(gòu)件追蹤管理流程，本系統(tǒng)構(gòu)建基于云平臺(tái)的多方協(xié)同管理架構(gòu)，如圖1所示，涉及全過(guò)程、利益相關(guān)者、信息流以及實(shí)時(shí)的信息可見(jiàn)性和可追溯性。以施工企業(yè)為平臺(tái)管理方，其他參與方諸如設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)葐挝唬ㄟ^(guò)流程邏輯分別賦予相關(guān)人員數(shù)據(jù)采集、上傳、查看等權(quán)限，利用多種服務(wù)來(lái)促進(jìn)物料管理、運(yùn)輸計(jì)劃和調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行管理和過(guò)程監(jiān)控。

圖1 質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)模塊

該系統(tǒng)圍繞裝配式構(gòu)件全壽命周期管理，基于BIM 建立從原材料采購(gòu)、生產(chǎn)階段、物流運(yùn)輸階段、裝配施工階段到運(yùn)維階段的全過(guò)程質(zhì)量進(jìn)度動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)。設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)功能主要有BIM 模塊、訂單管理模塊；生產(chǎn)階段系統(tǒng)功能主要包括生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理及庫(kù)存管理模塊；運(yùn)輸階段包括運(yùn)輸計(jì)劃、運(yùn)輸位置管理模塊；施工階段主要包括安裝進(jìn)度管理、安裝質(zhì)量管理、庫(kù)存管理以及數(shù)據(jù)可視化管理模塊（見(jiàn)圖2）。

圖2 質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)模塊圖

4 質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)信息流模型

項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段建立包含構(gòu)件屬性信息的三維模型，通過(guò)BIM 模型便可實(shí)現(xiàn)訂單的自動(dòng)生成。構(gòu)件生產(chǎn)階段，通過(guò)綁定RFID 實(shí)現(xiàn)構(gòu)件質(zhì)量、進(jìn)度、庫(kù)存、運(yùn)輸?shù)刃畔⒌膶?shí)時(shí)采集與輸入；物流運(yùn)輸階段，司機(jī)通過(guò)GPS實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)輸車(chē)輛所在位置和路徑信息；現(xiàn)場(chǎng)裝配階段，通過(guò)掃描RFID 實(shí)現(xiàn)訂單驗(yàn)貨信息、庫(kù)存及堆場(chǎng)信息、安裝質(zhì)量進(jìn)度信息的實(shí)時(shí)采集與輸入，為多方協(xié)同與管理方案優(yōu)化提供決策支持（見(jiàn)圖3）。

圖3 質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)信息流模型

4.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.2.1 設(shè)計(jì)階段

系統(tǒng)分為網(wǎng)頁(yè)端和手持端。網(wǎng)頁(yè)端可以導(dǎo)入BIM模型、圖紙等信息，點(diǎn)選模型可直接導(dǎo)出構(gòu)件明細(xì)表進(jìn)而生成訂單相關(guān)信息。

4.2.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

生產(chǎn)階段可以從BIM 軟件中選擇一組預(yù)制構(gòu)件，并將其轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)廠家所需的格式(如圖紙和數(shù)量)，并生成標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)訂單。首先從BIM中提取訂單信息，包括標(biāo)識(shí)符、時(shí)間、組件規(guī)格、體積和材料，根據(jù)優(yōu)先級(jí)將這些訂單發(fā)布給生產(chǎn)廠家。網(wǎng)頁(yè)端可根據(jù)訂單明細(xì)確定生產(chǎn)計(jì)劃。可實(shí)時(shí)查看并更新構(gòu)件狀態(tài)，查詢(xún)構(gòu)件所有質(zhì)量數(shù)據(jù)，并可下載導(dǎo)出。手持設(shè)備為構(gòu)件綁定RFID標(biāo)簽，手持端可通過(guò)掃碼錄入實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，更新構(gòu)件狀態(tài)。

4.2.3 物流運(yùn)輸階段

物流運(yùn)輸階段可以跟蹤預(yù)制構(gòu)件在整個(gè)物流和供應(yīng)鏈中的實(shí)時(shí)狀態(tài)和位置，使用RFID和GPS技術(shù)實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)輸車(chē)輛，然后顯示它們的狀態(tài)、進(jìn)度和當(dāng)前位置。網(wǎng)頁(yè)端可實(shí)時(shí)查看并更新構(gòu)件位置信息，查詢(xún)構(gòu)件裝車(chē)信息。手持端可通過(guò)掃碼核實(shí)運(yùn)輸單明細(xì)，確保構(gòu)件正確裝車(chē)。

4.2.4 現(xiàn)場(chǎng)裝配階段

網(wǎng)頁(yè)端可實(shí)時(shí)查看及更新產(chǎn)品狀態(tài)，不同狀態(tài)的構(gòu)件通過(guò)賦顏色可視化顯示在BIM模型中。網(wǎng)頁(yè)端可根據(jù)裝配進(jìn)度下達(dá)質(zhì)檢通知單，質(zhì)檢人員可通過(guò)手機(jī)端或網(wǎng)頁(yè)端實(shí)時(shí)上傳質(zhì)量數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)，管理人員可通過(guò)手持終端掃碼核對(duì)構(gòu)件裝配位置是否與BIM一致。

4.3 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)界面分為手持端和網(wǎng)頁(yè)端，手持端主要是用來(lái)采集信息，生產(chǎn)、施工、運(yùn)輸?shù)绕髽I(yè)相關(guān)人員通過(guò)登錄系統(tǒng)進(jìn)入相關(guān)界面進(jìn)行信息核對(duì)與填寫(xiě)。手持端功能RFID綁定、質(zhì)檢核對(duì)、計(jì)劃入庫(kù)、實(shí)際入庫(kù)、構(gòu)件交付、物流信息、裝配記錄等。網(wǎng)頁(yè)端主要用于企業(yè)管理人員隨時(shí)了解構(gòu)件狀態(tài)及質(zhì)量數(shù)據(jù)，主要功能包括BIM 模型、生成訂單、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)吊裝、系統(tǒng)管理等（見(jiàn)圖4）。

圖4 手機(jī)端和網(wǎng)頁(yè)端界面設(shè)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)建造管理模式下的裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工之間相互脫節(jié)，無(wú)法對(duì)裝配式構(gòu)件全壽命周期的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，本文設(shè)計(jì)的基于BIM 和RFID 的裝配式構(gòu)件質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)構(gòu)件的實(shí)時(shí)跟蹤溯源，而且能有效地促進(jìn)多方協(xié)同管理，支持共同決策。