BIM和RFID技术在装配式建筑全生命周期管理的应用研究

摘 要：随着国内人口红利的逐渐消失，装配式建筑逐渐成为建筑业的热点，国家也在政策层面渐渐加大力度去发展装配建筑。近年来随着装配式构件的施工工艺与技术的发展，技术层面的问题也已得到解决，然而管理层面的问题仍未解决。如设计、生产、运输、施工之间信息传递不畅，装配式构件设计精细化程度不高，容易出现碰撞，造成后期返工，同时构件库存管理效率低，管理上的问题已经成为制约装配式建筑发展的主要因素。本文针对这些问题，提出了利用BIM和RFID技术对装配式建筑生命周期的应用进行分析，并应用案例分析论证了BIM与RFID技术能有效地解决这些问题。

关键词：BIM；RFID；装配式建筑；应用研究

当前国家为了推动装配式建筑的发展，颁布了许多关于预制装配式建筑的规范《装配混凝土住宅体系设计规程》（2010年）、《装配整体式混凝土结构技术规程》（2011年）、《装配式钢结构建筑技术标准》（2017年）、《装配式木结构建筑技术标准》（2017年）、《装配式混凝土建筑技术标准》（2017年）。同时还颁布了许多政策，其中在“十三五”装配式建筑行动方案中，指出到到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，其中重点推进地区达到20%以上，积极推进地区达到15%以上，鼓励推进地区达到10%以上。与传统建筑相比较，装配式建筑采用工业化生产方式，具有提高生产效率，节约资源，大大缩短工期的优势。在当今人口红利逐渐消失，装配式建筑是建筑未来发展的方向与趋势。

1 装配式建筑存在的不足

构件设计与生产之间信息不流通，缺乏有效的整合，使设计生产之间不能全面协调，导致大量的返工现象，只有解决设计、生产、施工等各个环节的问题，才能更好地完成不同的建筑体系[1]。

预制构件的精细化程度不足。工业化建筑施工过程中，还常出现“错、漏、碰、缺”等现象，制约着装配式建筑的发展。装配式建筑对预留孔洞位置精度要求较高，很多装配式建筑采用混凝土结构，预留预埋时，要求尺寸与位置尽量精确，否则可能要重新开槽或开洞，这样不但加大施工难度，耽误工期，甚至会影响结构的穩定性。

装配式建筑与传统的建筑施工相比，大部分的构件与材料都是在工厂加工的，现场的湿作业相对较少，因此构件的管理变得尤为重要。装配式构件的管理工作是一个复杂的过程，很多实际的装配式建筑项目中，无论是轻钢龙骨装配式建筑还是预制混凝土装配式建筑，在实际管理过程中，构件的运输、存储、施工工序与技术流程方面极容易出现问题。

为了能更好地解决这些问题，本文将引入BIM与RFID技术对装配式建筑设计、生产、施工过程进行优化。

2 BIM与RFID的技术原理

2.1 BIM技术原理

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，最早由美国乔治亚技术学院的“BIM之父”Eastman 在它的著作中最早提出了信息模型的概念，他将BIM定义为BIM是通过参数化建立模型，是建筑设施的物理性质与功能性质的数字化表达[2]。BIM在建筑设施整个生命周期作为一个分享与存储信息平台，从概念设计阶段到拆除阶段具有很大的应用价值。BIM具有可视化、模拟性、协调性、优化性、可出图性五大特点，基于BIM各参与方在建筑项目的生命周期中可及时沟通，共享信息，在这些数据的基础上进行分析，做出适宜高效的决策。

2.2 RFID技术原理

无线射频识别（RFID）技术是一种不需要识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，直接通过无线电讯号进行识别特定目标与读取相关信息数据的技术。其组成部分只要包括应答器、阅读器、软件系统。同时RFID还有以下特点：快速扫面，体积小型化，穿透性与无障碍阅读，数据记忆容量大，安全性高。RFID阅读器可同时扫描多个RFID标签，RFID对水、油、化学药品等都有较强的抵抗性，还能够穿透木材、纸张、塑料等非透明的材质，并能穿透性通信。

3 BIM和RFID技术在装配式建筑全生命周期管理中的应用

3.1 BIM和RFID技术在装配式建筑设计阶段的应用

目前工程项目都需要多专业之间的协同进行，单一设计专业自身设计图纸发生碰撞的比例较小，设计变更的原因有很多，主要由于各设计专业间的不协调、设计施工间不协同，业主对施工图纸的理解与实际效果有偏差。传统模式下采用CAD进行解决多专业、多参与方间的协调问题是很难的，对各专业人员的空间想象能力非常高。在BIM平台下，各专业设计人员可以有一个直观、清楚的认识，而不用再对二维图纸进行费劲地想象。传统的二维图纸中各平面图、剖面图、详图之间不关联的，修改其中一个图纸的构件图元，其他还应修改各自相应的构件图元，当构件图元较多的时候容易出现错漏的现象，而在采用BIM的情况下，修改了其中一个构件图元，则该图元对于的视图会自动进行修改，各视图之间具有联动性，节约设计修改的时间。

在设计阶段，各设计专业人员利用BIM技术建立结构模型、建筑模型、暖通模型、给排水模型、消防模型，利用链接功能，进行整合模型，再利用Naviswork的“clash detective”功能，进行碰撞检查，出具碰撞报告，各专业设计人员根据碰撞报告进行施工图纸的优化，减少施工过程中出现的碰撞，节约成本与缩短工期，具体碰撞优化流程如图1所示。各设计专业进行协同沟通，主要进行信息的实时共享与传递。模型实时更新并不是各专业的每一次变动都需各专业的跟进配合，在变更完成后，应及时通知其他专业的设计人员，若设计人员有意见应及时通知原设计变更者，并与其他设计人员进行沟通

协调。

3.2 BIM与RFID技术在装配式建筑构件运输阶段的应用

在构件运输阶段，利用RFID阅读器采集构件出厂、到达现场的时间，并及时上传到数据库中，同时将其位置属性、进度状态与BIM模型进行结合[4]。通过RFID采集的信息，进行构件实际进度与计划进度的偏差分析，预测原计划是否能够顺利完成，若不能完成应及时调整计划，增加运输车辆与人员，同时还可以及时调整施工工序，避免窝工与构件的堆积，减少场地占用与成本的增加。构件进场过程中，应控制好车辆、人员、材料的速度，方便RFID阅读器的自动读取信息，这种方式减少了人员的工作与录入信息可能出现的错误。当数据信息积累到一定程度后，可进行运输次数、运输路线的优化，分析出说时间与路程相对较短的路线。

3.3 BIM与RFID技术在装配式建筑施工阶段的应用

装配式建筑吊装过程复杂、施工机械化程度要求高、施工安全保障要求高，在运输构件进场前，利用BIM技术对构件装配施工过程进行可视化交底，对装配式建筑进行模拟仿真，模拟吊装过程与其他的一些施工工艺，方便现场安装人员快速地了解到整栋楼各工序之间的搭接顺序与各工艺的施工流程，避免施工过程中的失误导致重大经济损失[5]。同时在构件安装之前，还应组织工人到工厂进行预拼装，提高施工人员的安装效率与减少现场施工的失误。

构件入场后，由验收人员进行构件的验收，利用RFID阅读器进行构件识别，辨别出构件所处的位置，做到点对点的摆放存储，避免二次搬运。在吊装过程中，施工人员通过RFID阅读器扫描装配式构件，查看构件在BIM平台中所处的位置，进行准确无误地安装，做到一步到位，节省时间与人力物力。安装完毕后，将安装过程中主要负责人信息与安装出现的问题及时反馈到BIM平台上。这个过程可使信息及时快速地传递，为现场实际进度与计划进度的比较提供依据，方便及时调整计划。

3.4 BIM与RFID技术在装配式建筑运营阶段的应用

在装配式建筑运营维护阶段，它不仅仅需要现阶段的信息，同时还需要整个寿命周期各阶段的信息，如设施维护信息，应包括竣工验收阶段的图纸与验收资料，设备安装信息与修改记录等。对于很多项目而言，项目的信息是十分庞大，涉及到专业、文件、人员也非常多，在这个过程若要进行搜索某一个设备的信息，工作量是非常大，而且效率也很低。当采用BIM与RFID技术时，可使得这些过程简单化、高效化。

BIM技术可使装配式建筑整个寿命周期信息化，在运营维护阶段，管理人员可通过RFID阅读器扫面预制构件，直接获取构件的生产厂家、安装人员、构造尺寸等信息。当出现质量问题时，可以快速直接地查询到责任人与生产厂家，明确构件的责任归属，可以将问题从运营维护阶段一直追溯至构件设计生产阶段。

在装配式建筑的寿命周期内，建筑的结构设施（梁、板、墙）与设备设施（机电设备、风管、水管等）都需要進行维护。成功高效的维护方案可直接降低建筑的能耗与维护费用，进而降低建筑的总体的维护成本。BIM模型可充分发挥空间定位与数据信息记录的优势，为维护人员提供相应的空间信息与属性信息，可快速合理地编制维护方案，提高维护的效率。同时对一些重要的设备设施进行维护跟踪记录，方便对设备的使用寿命与适用状态进行预判。

4 案例分析

4.1 项目概况

深圳某装配式建筑项目位于深圳市光明新区，该项目总建筑面积75万m2，是深圳市较大的装配式建筑项目。项目共分为两期，其中一期项目建筑用地面积约4万，总建筑面积约30万，地上最高为36层，地下为2层，住宅用户约1800户，容积率为5.11。

4.2 项目各阶段的应用

在设计阶段，采用BIM技术协助设计，建筑结构、机电、装修一体化设计。利用BIM技术进行协同沟通，提前将室内装修图纸传递到构件生产厂家，提前解决装修过程可能存在的问题。利用BIM进行深化图纸，可以给电缆桥架、给排水暖通管道提供准确地定位，避免装修过程进行开槽开洞，同时也避免错漏碰缺的现象出现，保证了装修的质量。

在生产运输阶段，该项目运用BIM与RFID技术贯穿与构件的生产存储、运输各过程。构件生产前，首先为利用Revit软件简历BIM模型，并为模型构件赋予一个唯一的RFID编码。生产阶段，根据生产排产计划，利用BIM软件明细表功能导出相应构件模型的属性参数，为构件加工机械设备提供可靠的信息数据，保证了构件生产的质量。同时利用RFID技术进行构件出入库管理，实时追踪构件的去向，大大提高了构件库存管理的效率，节约了人力物力。

在施工阶段，项目采用BIM技术在施工前给现场工作人员进行可视化技术交底，让施工作业人员提前了解安装顺序，施工工艺流程，大大提高了工人的工作效率，减少了施工失误的几率。同时通过RFID技术及时把安装数据信息反馈到BIM平台上，为日后维护阶段提供了参考依据，也给接下来的生产安排提供数据支持。

5 结论与展望

BIM与RFID技术的结合给装配式建筑施工提供了新的方向，给装配式建筑的构件设计的精细化提供了技术支持，提高了各设计人员沟通的效率，有效地解决了图纸中错漏碰缺的问题，保证了装配式构件生产的质量，避免不必要的返工。与传统的装配式建筑构件出入库管理相比，BIM与RFID技术可以快速，高效地进行出入库管理，减少人力、物力、财力的投入，同时也避免了人为的出错，也为日后统计分析提供数据信息。

本文虽然分析了BIM与RFID在装配式建筑全生命周期的应用，但这种分析在很多层面还是不够深入，在实际应用中还存在着障碍。RFID与BIM技术本身的应用推广仍然存在着很多问题需解决，对RFID而言存在着标准不完善、成本高、使用寿命与建筑的寿命相比较还是较短；而对于BIM来讲，不仅存在这技术层面的问题，还有管理层面与技术标准规范不完善等问题。我们相信BIM与RFID技术应用是未来装配式发展的趋势，随着技术的发展，这些问题将会被一一解决。

参考文献

[1]丁勇.关于装配式建筑发展的几点思考[J].土木建筑工程信息技术，2014，6（03）：103-105.

[2]Eastman C M. The Use of Computers Instead of Drawings in Building Design[J]. AIA Journal， 1975， 63（3）： 46-50.

[3]董娜，张宁，赵雪媛，熊峰.基于BIM与RFID的工业化建筑构件进度管理研究[J].施工技术，2018，47（10）：5-10.

[4]仲青，苏振民，佘小颉.基于RFID与BIM集成的施工现场安全监控系统构建[J].建筑经济，2014，35（10）：35-39.

[5]白庶，张艳坤，韩凤，张德海，李微.BIM技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].建筑经济，2015，36（11）：106-109.

作者简介

周锦彬（1993-），男，汉族，江门市人，研究生，广东工业大学，研究方向：装配式建筑、BIM的技术应用研究。