基于BIM和RFID技术的装配式建筑施工过程管理

　　随着可持续发展观念的不断深入，资源、环境问题日益突出，劳动力不足，人工费比例不断增加，节能环保的装配式建筑逐渐成为人们关注的热点，但是工业化的施工过程出现的“错漏碰缺”、施工管理过程中信息的不对称性等问题在一定程度上制约着装配式建筑的发展。近年来，很多学者对装配式建筑做了各种研究，最突出的为BIM技术和物联网技术，其中Chief Architect 的GSA PB 办公室对4D-BIM项目进行了研究，并开设了全国性的3D-4D-BIM项目;张洋[1]对BIM的信息集成进行了研究;呙丹[2]等人提出将RFID技术应用于建筑工程;张建平[3]等人研究了BIM在施工中的应用;王延魁[4]等人对BIM和RFID在建筑设备运行维护中的应用进行了研究;Pavan Meadati[5]等人在设备管理领域对BIM和RFID技术的整合进行了研究;李天华[6]等人整合了建筑工程全生命周期管理过程中BIM和RFID技术框架。

　　综上所述，关于BIM和RFID的研究成果较多，将BIM和RFID两个系统集成，并应用于包括从构件制作到安装完成的具体实施流程过程管理的研究还有待于深入。笔者在整合BIM和RFID环境的基础上，提出装配式建筑施工管理系统的理论框架，确认施工管理所需信息，建立基于BIM-RFID的现代信息管理平台架构。

　　一、现有装配式建筑施工的优点与不足

　　1. 优点分析

　　所谓装配式建筑就是用预制的构件在现场装配而成的建筑[7]。相较传统建筑来说，装配式建筑所需物料堆放场地小，施工噪音小，标准化的生产方式有利于节约资源和环境保护。同时，装配式建筑的施工只需对地基做相应的处理之后即可进行组装，施工速度快，劳动强度低。另外标准化、机械化、高精度的生产方式，保障了建筑物的质量。因此，装配式建筑包含了传统建筑无法比拟的优点。

　　2. 不足分析

　　装配式施工也存在很多问题。施工进度受厂商构件生产的速度、运输方式等多方面因素的制约。施工过程中的变更对构件的生产不利，安装过程中容易出现“错、漏、碰、缺" 等情况。装配式建筑无论是制作还是安装都具有很强的技术性和专业性，我国建筑产业化进程尚处于初级阶段，缺少一批懂工业化技术并熟悉装配式建筑的专业型人才。

　　二、BIM与RFID技术在装配式建筑施工管理中的应用分析

　　1. BIM技术在装配式建筑施工管理中应用

　　BIM技术在装配式建筑施工管理中的应用主要包括三个部分：施工场地管理、5D动态成本控制和可视化交底。

　　( 1) 施工场地管理。基于BIM的施工场地管理即在施工前通过计算机虚拟施工场地布置，模拟主要施工机械的施工过程，在满足塔吊吊运范围覆盖整个施工面的同时，尽量减少起重臂交叉;模拟主要材料场地布置，减少甚至避免二次搬运。

　　( 2) 基于BIM的5D动态成本控制。基于BIM的5D动态施工成本控制即在3D模型的基础上加上时间、成本形成5D的建筑信息模型，通过虚拟施工看现场的材料堆放、工程进度、资金投入量是否合理，及时发现实际施工过程中存在的问题，优化工期、资源配置，实时调整资源、资金投入，优化工期、费用目标，形成最优的建筑模型，从而指导下一步施工( 见图1) 。

　　图1 基于BIM的5D施工动态控制

　　在该系统中，首先，需建立BIM模型，并在BIM模型中输入和项目有关的所有信息，主要包括构配件的基本信息( 如名称，规格和型号，供应商);其次，在三维模型的各个构件上加上时间参数和成本计划，形成5DBIM模型;再次，利用计算机依据附加的时间和成本参数进行BIM的5D虚拟施工展示，通过虚拟建造，可以检查进度或成本计划是否合理，各种逻辑关系是否准确，及时发现施工过程中可能出现的各种问题和风险，并针对出现的问题对模型和计划进行修改和调整，进而优化BIM模型，调整进度和成本计划，将优化完成的模型进行虚拟建造，如果进行虚拟施工后没有发现问题，则可以指导实施。

　　此外，利用BIM技术可以很好地处理施工过程中的各种变更。当施工过程中的设计变更发生时，利用BIM将变更关联到模型中，同时反映出工程量以及造价的变更，使决策者更清楚设计的变更对造价的影响[8]，及时调整资金筹措和投入计划。

　　( 3) 可视化技术交底。可视化交底即在各工序施工前，利用BIM技术虚拟展示各施工工艺，尤其对新技术、新工艺以及复杂节点进行全尺寸三维展示，有效减少因人的主观因素造成的错误理解，使交底更直观、更容易理解，使各部门之间的沟通更加高效。

　　2. RFID技术在装配式建筑施工管理中应用

　　不同于传统的建筑工程施工作业管理，装配式建筑的施工管理过程可以分为五个环节：制作、运输、入场、存储和吊装。能否及时准确地掌握施工过程中各种构件的制造、运输、到场等信息，很大程度上影响着整个工程的进度管理及施工工序，施工现场有效的构件信息，有利于现场的各构配件及部品体系的堆放，减少二次搬运。但传统的材料管理方式其信息不仅容易出错，而且有一定的滞后性，为解决装配式建筑生产与施工过程的脱节问题，笔者探讨将RFID技术应用于装配式建筑施工全过程中，其应用环节及方法如图2所示。

　　图2 构件信息在RFID中的流转流程图

　　( 1) 构件制作阶段。在构件预制阶段，首先，由预制场的预制人员利用读写设备，将

　　构件或部品的所有信息( 如：预制柱的尺寸、养护信息等) 写到RFID芯片中，根据用户需

　　求和当前编码方法[9-10]，同时借鉴工程合同清单的编码规则，对构件进行编码( 见图3) 。然后由制作人员将写有构件所有信息的RFID芯片植入到构件或部品体系中，以供以

　　后各阶段工作人员读取、查阅相关信息。

　　图3 构件编码格式示意图

　　K1-3：项目名称，用英文字母表示，不足三个字母的项目，前面用0补齐，如: 奥运

　　项目表示为0AY;K4-5：单位工程编码，采用1-99号数字编码，如: 奥运村第9号楼，表示为09;K6: 地上/地下工程，地下表示为0，地上表示为1;K7-8: 楼层号，如: 地上9层表示为09;K9: 构件类型，如: 柱( Column)-C，梁( Beam)-B，楼板( Floor)-F，…;K10-12: 数量编码;K13-14: 作业状态，该栏属于状态栏，随RFID采集信息的状态进行更新，如仓储阶段-CC，安装阶段-AZ，…;K15-17: 扩充区。

　　( 2) 构件运输阶段。在构件运输阶段，主要是将RFID芯片植入到运输车辆上，随时收集车辆运输状况，寻求最短路程和最短时间线路，从而有效降低运输费用和加快工程进度。

　　( 3) 构配件入场及存储管理阶段。门禁系统中的读卡器接收到运输车辆入场信息后立即通知相关人员进行入场检验及现场验收，验收合格后按照规定运输到指定位置堆放，并将构配件的到场信息录入到RFID芯片中，以便日后查阅构配件到场信息及使用情况。

　　( 4) 构件吊装阶段。地面工作人员和施工机械操作人员各持阅读器和显示器，地面人员读取构件相关信息，其结果随即显示在显示器上，机械操作人员根据显示器上的信息按次序进行吊装，一步到位，省时省力。此外，利用RFID技术能够在小范围内实现精确定位的特性，可以快速定位、安排运输车辆，提高工作效率。

　　3. BIM和RFID在建筑工程项目施工过程管理中的集成应用

　　现代信息管理系统中，BIM与RFID分属两个系统———施工控制和材料监管。将BIM和RFID技术相结合，建立一个现代信息技术平台( 基于BIM和RFID的建筑工程项目施工过程管理系统架构见图4) 。即在BIM模型的数据库中添加两个属性———位置属性和进度属性，使我们在软件应用中得到构件在模型中的位置信息和进度信息，具体应用如下：

　　( 1) 构件制作、运输阶段。以BIM模型建立的数据库作为数据基础，RFID收集到的信息及时传递到基础数据库中，并通过定义好的位置属性和进度属性与模型相匹配。此外，通过RFID反馈的信息，精准预测构件是否能按计划进场，做出实际进度与计划进度对比分析，如有偏差，适时调整进度计划或施工工序，避免出现窝工或构配件的堆积，以及场地和资金占用等情况。

　　图4 基于BIM和RFID的施工管理系统架构

　　( 2) 构件入场、现场管理阶段。构件入场时，RFID Reader读取到的构件信息传递到数据库中，并与BIM模型中的位置属性和进度属性相匹配，保证信息的准确性;同时通过BIM模型中定义的构件的位置属性，可以明确显示各构件所处区域位置，在构件或材料存放时，做到构配件点对点堆放，避免二次搬运。

　　( 3) 构件吊装阶段。若只有BIM模型，单纯的靠人工输入吊装信息，不仅容易出错而且不利于信息的及时传递;若只有RFID，只能在数据库中查看构件信息，通过二维图纸进行抽象的想象，通过个人的主管判断，其结果可能不尽相同。BIM-RFID有利于信息的及时传递，从具体的三维视图中呈现及时的进度对比和二算对比。

　　三、BIM和RFID技术在装配式建筑施工过程管理中应用的困难及建议

　　1. 应用的困难

　　( 1) 相关技术标准不完善。关于BIM，国外相关的技术标准较为完善，国内则比较欠缺，到目前为止，由官方发布的仅有意见稿，一些地区发布了地方性的实施标准，其通用性不足，没有统一的实施方案。

　　( 2) 行业认可度低。对于BIM和RFID等现代信息技术，国家大力支持，可行业内的认可度较低。设计院、施工单位等考虑自身利益，不愿意使用; 业主是BIM和RFID技术的最大受益者，由于到目前为止还没有具体的收益数据，对未来收益的多少存在风险，业主在现实的利益面前不愿意冒这种风险。

　　( 3) 信息不流通。我国建筑业分设计、施工、运营维护等多个阶段，各阶段又分为设备安装等多个专业，各阶段各专业的利益主体不同，相互间的利益关系不一样，各利益主体间为了最大限度的保护自己的利益，不愿意将自己的信息共享，这在很大程度上阻碍了信息的流通。

　　2. 应用的建议

　　( 1) 出台BIM和RFID技术在装配式建筑施工过程管理应用标准。BIM和RFID技术推进信息交流和共享，BIM标准的制定需要政府和整个行业的共同参与，此外，将RFID-BIM应用到施工过程管理中还需要更高层次的应用标准，这样才能满足行业应用需求。加快实施《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》，出台国家强制性应用标准。

　　(2) 加大对BIM及相关软件的开发力度。我国BIM的发展尚处于初级阶段，除核心建模软件以外的其它BIM软件开发较少( 如与BIM接口的软件) ，并不能达到现代信息技术真正意义上的集成、共享、协同、标准，这在很大程度上限制了BIM的发展，因此，加大BIM及其相关软件的开发力度刻不容缓。

　　( 3) 加强人才培养与持证上岗规定。在我国BIM技术的发展尚处于初级阶段，RFID技术在装配式建筑中的应用也处于设想阶段，我们需要一大批懂软件管理又精于装配式建筑的专业型人才，对人才进行统一考核，实行持证上岗。

　　( 4) 加强信息协作与信息共享。企业信息关乎自身利益，因此企业一般不愿意共享自己的数据资源，这使得模型中缺少应用数据，降低模型使用的价值。因此政府或行业各部门一方面应鼓励专业间的信息交流，另一方面应加强信息管理，防止内部数据资源的流失，保护企业权益。

　　四、结论

　　BIM技术作为21世纪建筑业发展的重要变革，将成为推动装配式建筑发展的新动力，借助BIM技术，可以避免装配式建筑在施工过程中的“错、漏、碰、缺”。笔者结合BIM技术与RFID技术，通过信息集成，快速的进行进度分析和二算对比，进一步优化资源、工期配置，顺利完成工程目标。所提出的基于BIM与RFID技术集成的建筑施工过程管理方案有助于提升装配式建筑施工过程管理水平。融入更多先进理论技术的BIM与RFID技术的深度集成是未来装配式建筑施工过程管理的主要研究方向。