基于BIM+物聯網技術的裝配式建筑協同管理研究

胡 斌，周 磊

（1 甘肅第七建設集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000；2 甘肅建投科技研發有限公司，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

裝配式建筑的建造方式不同于傳統現澆建筑，是通過工廠進行預制構件的生產，然后分期、分批次運輸至現場進行裝配施工，因此，在裝配化的建造模式下，由于建筑構件信息傳輸不及時、不到位，預制構件有可能產生不能在現場進行裝配的情況，對裝配式建筑整體建造進度、質量產生較大的影響；另外，裝配式建筑預制構件由于種類、數量繁多，無論是生產運輸階段，再到其裝配施工階段，預制部品部件全過程的管理具有較高的難度。

BIM（Building information Modeling）平臺能夠協助工程師實現精細化設計、生產及裝配施工，各階段的信息均可高效、準確地傳遞到共享平臺上，為工程項目參建各方提供協同工作所必需的基礎信息數據。物聯網技術可借助BIM 平臺精確定位目標構件，通過電子標簽與無線網絡相關聯，進行建筑信息的共享與傳輸，從而實現對裝配式建筑構件的管理和追蹤。因此，本文提出了一種基于BIM+物聯網技術的裝配式建筑協同管理模式，能夠較好地提高裝配式建筑全壽命周期的信息化管理水平。

2 物聯網技術組成及體系結構

2.1 物聯網的技術組成

目前，物聯網射頻識別技術RFID（Radio Frequency Identification）運用的較為成熟，該技術是通過在需要識別的對象中植入芯片，通過網絡將芯片和識別的對象相關聯，實現識別對象的智能化運用。射頻識別系統主要有以下4 個部分組成：

（1）電子標簽。作為由芯片和耦合元件組成的具有唯一編碼的信號發送器，將其植入待識別對象的內部或表面區域，用以儲存待識別對象信息。

（2）讀寫器。其主要是通過網絡與芯片進行連接通信，并將讀取的數據信息傳輸到頂層應用系統當中。

（3）微型天線。其存在于電子標簽內部，主要用于發射識別對象的信息。

（4）信息處理系統。其主要是根據不同行業需求，開發的集成式信息管理應用軟件，以此提升行業生產效率。

2.2 物聯網的體系結構

由于物聯網技術涉及的面大而廣，通常可以劃分為感知層、網絡層和應用層3 個層次結構（如圖1所示）。

圖1 物聯網體系結構圖

感知層是由感知技術對數據和信息進行收集，感知技術主要包括：

（1）無線傳感器：目前，無線傳感器一般應用于建筑環境狀況、能源使用及室內外空氣質量等相關參數的監測。

（2）攝像機：其直接報告對象或場景的狀態，建筑行業通過使用攝像機監控施工進度和管理施工現場，還可以使用無人駕駛飛行器進行視頻監控工程施工過程安全。

（3）射頻識別（RFID）：RFID 標簽通常有兩種類型，無源標簽和有源標簽。在建筑施工階段，RFID通常應用于跟蹤物料運輸方面。

其他還包括衛星定位GPS 系統、近場通信設備NFC 及二維碼等。

網絡層主要負責處理和傳輸從感知層得到的信息數據。目前，主要的無線技術主要有Wi-Fi 和藍牙兩大類。Wi-Fi 作為現代流行的通信技術，普遍應用于手機、電腦、電視及其他日常電子設備中，其利用無線電波和設備進行局域網絡的連接；藍牙作為另一種通用的無線通信技術，目前廣泛應用于尺寸較小的電子設備中。

應用層是由行業之間不同的應用系統組成，一般是將行業之間不同數據進行歸并整理，并提出個性化智能應用解決方案，是物聯網中功能最強大的一環。

3 物聯網技術對比分析

目前，在物聯網領域廣泛應用的兩大技術分別是射頻識別技術RFID 和二維碼技術，本文分別對其信息存儲、識別能力、成本、耐用性等方面進行對比分析（見表1）。

表1 物聯網技術對比分析

在信息存儲方面，射頻識別技術RFID 和二維碼技術均可存儲較多的字符，但是射頻識別技術存儲的信息量更大、更廣，可以對大型復雜構件的全備信息進行存儲。

在識別能力方面，射頻識別技術RFID 可同時對多個目標對象的信息自動識別，無需接觸，相對于近距離單次掃碼過程，RFID 的識別能力明顯更勝一籌。

在成本方面，二維碼技術的優勢顯而易見，二維碼的打印、粘貼成本遠遠低于芯片類的電子標簽。

在耐用性方面，射頻識別技術RFID 和二維碼技術均具有較好的環境適應性能，使用壽命均較長。

4 BIM+物聯網技術協同管理

在工程項目中，BIM 平臺是信息存儲、處理和共享的大腦，物聯網技術則主要應用于預制構件信息的搜集、監測和傳輸等。因此，物聯網技術在工程項目的高效利用離不開BIM 建筑信息模型的支撐。通過對BIM+物聯網技術協同管理在裝配式建筑領域構預制構件進度、質量、成本等方面的研究，可以最大限度的實現工程項目全壽命周期信息的實時共享，提高對裝配式建筑部品、部件的追蹤管理和質量管理能力，進一步推動我國裝配式建筑的信息化、智能化建設能力。

4.1 構件進度管理

由于BIM+物聯網技術協同管理模式的相關建筑信息一方面來源于設計階段的設計數據，另一方面則來源于在裝配式部品部件生產、運輸及裝配施工過程中利用物聯網技術RFID 實時跟蹤采集的數據。根據裝配式建筑預制構件在進度管理中所需要的信息，提出基于BIM+物聯網技術的構件進度管理體系（如圖2 所示）。

圖2 BIM+物聯網技術構件進度管理

4.2 構件質量管理

由于裝配式建筑建造方式相比普通現澆建筑具有獨特性，對其進行質量管理時，一部分工作需要在裝配式建筑預制構件的工廠進行，另一部分則需要在裝配式建筑裝配施工現場展開。基于BIM+物聯網技術的構件質量管理體系主要是從預制構件的施工準備、生產制造、現場裝配、質量驗收4 個階段進行控制（如圖3 所示）。

圖3 BIM+物聯網技術構件質量管理

4.3 構件成本管理

基于BIM+物聯網技術的構件成本管理主要是從以下3 個方面進行管理：

（1）生產制造階段。基于BIM 強大的深化設計能力，裝配式建筑部品部件在生產制造階段所需要的信息數據能夠快速獲取，以便在各類預制構件生產前提前準備好各類物資，提高生產效率，在一定程度上降低生產制造階段的成本。

（2）構件運輸階段。通過BIM+物聯網技術可對預制構件成品從運輸到現場堆放各個重要節點進行實施監控，如遇特殊情況可及時作出調整和優化，進一步提高預制部品部件的運輸效率，可在一定程度上降低構件運輸成本。

（3）裝配施工階段。利用BIM+物聯網技術對裝配過程中的關鍵節點進行模擬控制，對裝配施工過程的危險狀況做到提前了解和預防。通過對比不同方案的安全和經濟性，實現裝配施工的高效率，可在一定程度上降低工程成本。

5 結論

本文通過提出基于BIM+物聯網的裝配式建筑協同管理模式，可以較好地提高裝配式建筑預制構件的進度、質量、成本管理效率，得出以下結論：

（1）通過對物聯網領域應用較多的二維碼和RFID 技術進行對比分析，在信息存儲、識別能力、耐用性方面，RFID 技術表現的更加優異，而在成本方面，二維碼技術的優勢更為明顯。

（2）物聯網技術在工程項目的高效利用離不開BIM 建筑信息模型的支撐，因此，在裝配式建筑建設全壽命周期中BIM +物聯網技術的集成運用，能夠最大化地提高裝配式建筑信息化、智能化管理效率。

（3）由于裝配式建筑建造方式與以往傳統現澆建筑有很大的不同，運用BIM+物聯網技術可以更好地對施工準備階段、生產制造階段、現場裝配階段、質量驗收階段進行全流程協同管理。