發布日期：2022-05-20 點擊率：115
隨著可持續發展觀念的不斷深入，資源、環境問題日益突出，勞動力不足，人工費比例不斷增加，節能環保的裝配式建筑逐漸成為人們關注的熱點，但是工業化的施工過程出現的“錯漏碰缺”、施工管理過程中信息的不對稱性等問題在一定程度上制約著裝配式建筑的發展。近年來，很多學者對裝配式建筑做了各種研究，最突出的為BIM技術和物聯網技術，其中Chief Architect 的GSA PB 辦公室對4D-BIM項目進行了研究，并開設了全國性的3D-4D-BIM項目;張洋[1]對BIM的信息集成進行了研究;咼丹[2]等人提出將RFID技術應用于建筑工程;張建平[3]等人研究了BIM在施工中的應用;王延魁[4]等人對BIM和RFID在建筑設備運行維護中的應用進行了研究;Pavan Meadati[5]等人在設備管理領域對BIM和RFID技術的整合進行了研究;李天華[6]等人整合了建筑工程全生命周期管理過程中BIM和RFID技術框架。
綜上所述，關于BIM和RFID的研究成果較多，將BIM和RFID兩個系統集成，并應用于包括從構件制作到安裝完成的具體實施流程過程管理的研究還有待于深入。筆者在整合BIM和RFID環境的基礎上，提出裝配式建筑施工管理系統的理論框架，確認施工管理所需信息，建立基于BIM-RFID的現代信息管理平臺架構。
一、現有裝配式建筑施工的優點與不足
1. 優點分析
所謂裝配式建筑就是用預制的構件在現場裝配而成的建筑[7]。相較傳統建筑來說，裝配式建筑所需物料堆放場地小，施工噪音小，標準化的生產方式有利于節約資源和環境保護。同時，裝配式建筑的施工只需對地基做相應的處理之后即可進行組裝，施工速度快，勞動強度低。另外標準化、機械化、高精度的生產方式，保障了建筑物的質量。因此，裝配式建筑包含了傳統建筑無法比擬的優點。
2. 不足分析
裝配式施工也存在很多問題。施工進度受廠商構件生產的速度、運輸方式等多方面因素的制約。施工過程中的變更對構件的生產不利，安裝過程中容易出現“錯、漏、碰、缺" 等情況。裝配式建筑無論是制作還是安裝都具有很強的技術性和專業性，我國建筑產業化進程尚處于初級階段，缺少一批懂工業化技術并熟悉裝配式建筑的專業型人才。
二、BIM與RFID技術在裝配式建筑施工管理中的應用分析
1. BIM技術在裝配式建筑施工管理中應用
BIM技術在裝配式建筑施工管理中的應用主要包括三個部分：施工場地管理、5D動態成本控制和可視化交底。
( 1) 施工場地管理。基于BIM的施工場地管理即在施工前通過計算機虛擬施工場地布置，模擬主要施工機械的施工過程，在滿足塔吊吊運范圍覆蓋整個施工面的同時，盡量減少起重臂交叉;模擬主要材料場地布置，減少甚至避免二次搬運。
( 2) 基于BIM的5D動態成本控制。基于BIM的5D動態施工成本控制即在3D模型的基礎上加上時間、成本形成5D的建筑信息模型，通過虛擬施工看現場的材料堆放、工程進度、資金投入量是否合理，及時發現實際施工過程中存在的問題，優化工期、資源配置，實時調整資源、資金投入，優化工期、費用目標，形成最優的建筑模型，從而指導下一步施工( 見圖1) 。
圖1 基于BIM的5D施工動態控制
在該系統中，首先，需建立BIM模型，并在BIM模型中輸入和項目有關的所有信息，主要包括構配件的基本信息( 如名稱，規格和型號，供應商);其次，在三維模型的各個構件上加上時間參數和成本計劃，形成5DBIM模型;再次，利用計算機依據附加的時間和成本參數進行BIM的5D虛擬施工展示，通過虛擬建造，可以檢查進度或成本計劃是否合理，各種邏輯關系是否準確，及時發現施工過程中可能出現的各種問題和風險，并針對出現的問題對模型和計劃進行修改和調整，進而優化BIM模型，調整進度和成本計劃，將優化完成的模型進行虛擬建造，如果進行虛擬施工后沒有發現問題，則可以指導實施。
此外，利用BIM技術可以很好地處理施工過程中的各種變更。當施工過程中的設計變更發生時，利用BIM將變更關聯到模型中，同時反映出工程量以及造價的變更，使決策者更清楚設計的變更對造價的影響[8]，及時調整資金籌措和投入計劃。
( 3) 可視化技術交底。可視化交底即在各工序施工前，利用BIM技術虛擬展示各施工工藝，尤其對新技術、新工藝以及復雜節點進行全尺寸三維展示，有效減少因人的主觀因素造成的錯誤理解，使交底更直觀、更容易理解，使各部門之間的溝通更加高效。
2. RFID技術在裝配式建筑施工管理中應用
不同于傳統的建筑工程施工作業管理，裝配式建筑的施工管理過程可以分為五個環節：制作、運輸、入場、存儲和吊裝。能否及時準確地掌握施工過程中各種構件的制造、運輸、到場等信息，很大程度上影響著整個工程的進度管理及施工工序，施工現場有效的構件信息，有利于現場的各構配件及部品體系的堆放，減少二次搬運。但傳統的材料管理方式其信息不僅容易出錯，而且有一定的滯后性，為解決裝配式建筑生產與施工過程的脫節問題，筆者探討將RFID技術應用于裝配式建筑施工全過程中，其應用環節及方法如圖2所示。
圖2 構件信息在RFID中的流轉流程圖
( 1) 構件制作階段。在構件預制階段，首先，由預制場的預制人員利用讀寫設備，將
構件或部品的所有信息( 如：預制柱的尺寸、養護信息等) 寫到RFID芯片中，根據用戶需
求和當前編碼方法[9-10]，同時借鑒工程合同清單的編碼規則，對構件進行編碼( 見圖3) 。然后由制作人員將寫有構件所有信息的RFID芯片植入到構件或部品體系中，以供以
后各階段工作人員讀取、查閱相關信息。
圖3 構件編碼格式示意圖
K1-3：項目名稱，用英文字母表示，不足三個字母的項目，前面用0補齊，如: 奧運
項目表示為0AY;K4-5：單位工程編碼，采用1-99號數字編碼，如: 奧運村第9號樓，表示為09;K6: 地上/地下工程，地下表示為0，地上表示為1;K7-8: 樓層號，如: 地上9層表示為09;K9: 構件類型，如: 柱( Column)-C，梁( Beam)-B，樓板( Floor)-F，…;K10-12: 數量編碼;K13-14: 作業狀態，該欄屬于狀態欄，隨RFID采集信息的狀態進行更新，如倉儲階段-CC，安裝階段-AZ，…;K15-17: 擴充區。
( 2) 構件運輸階段。在構件運輸階段，主要是將RFID芯片植入到運輸車輛上，隨時收集車輛運輸狀況，尋求最短路程和最短時間線路，從而有效降低運輸費用和加快工程進度。
( 3) 構配件入場及存儲管理階段。門禁系統中的讀卡器接收到運輸車輛入場信息后立即通知相關人員進行入場檢驗及現場驗收，驗收合格后按照規定運輸到指定位置堆放，并將構配件的到場信息錄入到RFID芯片中，以便日后查閱構配件到場信息及使用情況。
( 4) 構件吊裝階段。地面工作人員和施工機械操作人員各持閱讀器和顯示器，地面人員讀取構件相關信息，其結果隨即顯示在顯示器上，機械操作人員根據顯示器上的信息按次序進行吊裝，一步到位，省時省力。此外，利用RFID技術能夠在小范圍內實現精確定位的特性，可以快速定位、安排運輸車輛，提高工作效率。
3. BIM和RFID在建筑工程項目施工過程管理中的集成應用
現代信息管理系統中，BIM與RFID分屬兩個系統———施工控制和材料監管。將BIM和RFID技術相結合，建立一個現代信息技術平臺( 基于BIM和RFID的建筑工程項目施工過程管理系統架構見圖4) 。即在BIM模型的數據庫中添加兩個屬性———位置屬性和進度屬性，使我們在軟件應用中得到構件在模型中的位置信息和進度信息，具體應用如下：
( 1) 構件制作、運輸階段。以BIM模型建立的數據庫作為數據基礎，RFID收集到的信息及時傳遞到基礎數據庫中，并通過定義好的位置屬性和進度屬性與模型相匹配。此外，通過RFID反饋的信息，精準預測構件是否能按計劃進場，做出實際進度與計劃進度對比分析，如有偏差，適時調整進度計劃或施工工序，避免出現窩工或構配件的堆積，以及場地和資金占用等情況。
圖4 基于BIM和RFID的施工管理系統架構
( 2) 構件入場、現場管理階段。構件入場時，RFID Reader讀取到的構件信息傳遞到數據庫中，并與BIM模型中的位置屬性和進度屬性相匹配，保證信息的準確性;同時通過BIM模型中定義的構件的位置屬性，可以明確顯示各構件所處區域位置，在構件或材料存放時，做到構配件點對點堆放，避免二次搬運。
( 3) 構件吊裝階段。若只有BIM模型，單純的靠人工輸入吊裝信息，不僅容易出錯而且不利于信息的及時傳遞;若只有RFID，只能在數據庫中查看構件信息，通過二維圖紙進行抽象的想象，通過個人的主管判斷，其結果可能不盡相同。BIM-RFID有利于信息的及時傳遞，從具體的三維視圖中呈現及時的進度對比和二算對比。
三、BIM和RFID技術在裝配式建筑施工過程管理中應用的困難及建議
1. 應用的困難
( 1) 相關技術標準不完善。關于BIM，國外相關的技術標準較為完善，國內則比較欠缺，到目前為止，由官方發布的僅有意見稿，一些地區發布了地方性的實施標準，其通用性不足，沒有統一的實施方案。
( 2) 行業認可度低。對于BIM和RFID等現代信息技術，國家大力支持，可行業內的認可度較低。設計院、施工單位等考慮自身利益，不愿意使用; 業主是BIM和RFID技術的最大受益者，由于到目前為止還沒有具體的收益數據，對未來收益的多少存在風險，業主在現實的利益面前不愿意冒這種風險。
( 3) 信息不流通。我國建筑業分設計、施工、運營維護等多個階段，各階段又分為設備安裝等多個專業，各階段各專業的利益主體不同，相互間的利益關系不一樣，各利益主體間為了最大限度的保護自己的利益，不愿意將自己的信息共享，這在很大程度上阻礙了信息的流通。
2. 應用的建議
( 1) 出臺BIM和RFID技術在裝配式建筑施工過程管理應用標準。BIM和RFID技術推進信息交流和共享，BIM標準的制定需要政府和整個行業的共同參與，此外，將RFID-BIM應用到施工過程管理中還需要更高層次的應用標準，這樣才能滿足行業應用需求。加快實施《2011—2015年建筑業信息化發展綱要》，出臺國家強制性應用標準。
(2) 加大對BIM及相關軟件的開發力度。我國BIM的發展尚處于初級階段，除核心建模軟件以外的其它BIM軟件開發較少( 如與BIM接口的軟件) ，并不能達到現代信息技術真正意義上的集成、共享、協同、標準，這在很大程度上限制了BIM的發展，因此，加大BIM及其相關軟件的開發力度刻不容緩。
( 3) 加強人才培養與持證上崗規定。在我國BIM技術的發展尚處于初級階段，RFID技術在裝配式建筑中的應用也處于設想階段，我們需要一大批懂軟件管理又精于裝配式建筑的專業型人才，對人才進行統一考核，實行持證上崗。
( 4) 加強信息協作與信息共享。企業信息關乎自身利益，因此企業一般不愿意共享自己的數據資源，這使得模型中缺少應用數據，降低模型使用的價值。因此政府或行業各部門一方面應鼓勵專業間的信息交流，另一方面應加強信息管理，防止內部數據資源的流失，保護企業權益。
四、結論
BIM技術作為21世紀建筑業發展的重要變革，將成為推動裝配式建筑發展的新動力，借助BIM技術，可以避免裝配式建筑在施工過程中的“錯、漏、碰、缺”。筆者結合BIM技術與RFID技術，通過信息集成，快速的進行進度分析和二算對比，進一步優化資源、工期配置，順利完成工程目標。所提出的基于BIM與RFID技術集成的建筑施工過程管理方案有助于提升裝配式建筑施工過程管理水平。融入更多先進理論技術的BIM與RFID技術的深度集成是未來裝配式建筑施工過程管理的主要研究方向。
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