基于BIM+物联网技术的装配式建筑协同管理研究

胡 斌，周 磊

（1 甘肃第七建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000；2 甘肃建投科技研发有限公司，甘肃 兰州 730050）

1 概述

装配式建筑的建造方式不同于传统现浇建筑，是通过工厂进行预制构件的生产，然后分期、分批次运输至现场进行装配施工，因此，在装配化的建造模式下，由于建筑构件信息传输不及时、不到位，预制构件有可能产生不能在现场进行装配的情况，对装配式建筑整体建造进度、质量产生较大的影响；另外，装配式建筑预制构件由于种类、数量繁多，无论是生产运输阶段，再到其装配施工阶段，预制部品部件全过程的管理具有较高的难度。

BIM（Building information Modeling）平台能够协助工程师实现精细化设计、生产及装配施工，各阶段的信息均可高效、准确地传递到共享平台上，为工程项目参建各方提供协同工作所必需的基础信息数据。物联网技术可借助BIM 平台精确定位目标构件，通过电子标签与无线网络相关联，进行建筑信息的共享与传输，从而实现对装配式建筑构件的管理和追踪。因此，本文提出了一种基于BIM+物联网技术的装配式建筑协同管理模式，能够较好地提高装配式建筑全寿命周期的信息化管理水平。

2 物联网技术组成及体系结构

2.1 物联网的技术组成

目前，物联网射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification）运用的较为成熟，该技术是通过在需要识别的对象中植入芯片，通过网络将芯片和识别的对象相关联，实现识别对象的智能化运用。射频识别系统主要有以下4 个部分组成：

（1）电子标签。作为由芯片和耦合元件组成的具有唯一编码的信号发送器，将其植入待识别对象的内部或表面区域，用以储存待识别对象信息。

（2）读写器。其主要是通过网络与芯片进行连接通信，并将读取的数据信息传输到顶层应用系统当中。

（3）微型天线。其存在于电子标签内部，主要用于发射识别对象的信息。

（4）信息处理系统。其主要是根据不同行业需求，开发的集成式信息管理应用软件，以此提升行业生产效率。

2.2 物联网的体系结构

由于物联网技术涉及的面大而广，通常可以划分为感知层、网络层和应用层3 个层次结构（如图1所示）。

图1 物联网体系结构图

感知层是由感知技术对数据和信息进行收集，感知技术主要包括：

（1）无线传感器：目前，无线传感器一般应用于建筑环境状况、能源使用及室内外空气质量等相关参数的监测。

（2）摄像机：其直接报告对象或场景的状态，建筑行业通过使用摄像机监控施工进度和管理施工现场，还可以使用无人驾驶飞行器进行视频监控工程施工过程安全。

（3）射频识别（RFID）：RFID 标签通常有两种类型，无源标签和有源标签。在建筑施工阶段，RFID通常应用于跟踪物料运输方面。

其他还包括卫星定位GPS 系统、近场通信设备NFC 及二维码等。

网络层主要负责处理和传输从感知层得到的信息数据。目前，主要的无线技术主要有Wi-Fi 和蓝牙两大类。Wi-Fi 作为现代流行的通信技术，普遍应用于手机、电脑、电视及其他日常电子设备中，其利用无线电波和设备进行局域网络的连接；蓝牙作为另一种通用的无线通信技术，目前广泛应用于尺寸较小的电子设备中。

应用层是由行业之间不同的应用系统组成，一般是将行业之间不同数据进行归并整理，并提出个性化智能应用解决方案，是物联网中功能最强大的一环。

3 物联网技术对比分析

目前，在物联网领域广泛应用的两大技术分别是射频识别技术RFID 和二维码技术，本文分别对其信息存储、识别能力、成本、耐用性等方面进行对比分析（见表1）。

表1 物联网技术对比分析

在信息存储方面，射频识别技术RFID 和二维码技术均可存储较多的字符，但是射频识别技术存储的信息量更大、更广，可以对大型复杂构件的全备信息进行存储。

在识别能力方面，射频识别技术RFID 可同时对多个目标对象的信息自动识别，无需接触，相对于近距离单次扫码过程，RFID 的识别能力明显更胜一筹。

在成本方面，二维码技术的优势显而易见，二维码的打印、粘贴成本远远低于芯片类的电子标签。

在耐用性方面，射频识别技术RFID 和二维码技术均具有较好的环境适应性能，使用寿命均较长。

4 BIM+物联网技术协同管理

在工程项目中，BIM 平台是信息存储、处理和共享的大脑，物联网技术则主要应用于预制构件信息的搜集、监测和传输等。因此，物联网技术在工程项目的高效利用离不开BIM 建筑信息模型的支撑。通过对BIM+物联网技术协同管理在装配式建筑领域构预制构件进度、质量、成本等方面的研究，可以最大限度的实现工程项目全寿命周期信息的实时共享，提高对装配式建筑部品、部件的追踪管理和质量管理能力，进一步推动我国装配式建筑的信息化、智能化建设能力。

4.1 构件进度管理

由于BIM+物联网技术协同管理模式的相关建筑信息一方面来源于设计阶段的设计数据，另一方面则来源于在装配式部品部件生产、运输及装配施工过程中利用物联网技术RFID 实时跟踪采集的数据。根据装配式建筑预制构件在进度管理中所需要的信息，提出基于BIM+物联网技术的构件进度管理体系（如图2 所示）。

图2 BIM+物联网技术构件进度管理

4.2 构件质量管理

由于装配式建筑建造方式相比普通现浇建筑具有独特性，对其进行质量管理时，一部分工作需要在装配式建筑预制构件的工厂进行，另一部分则需要在装配式建筑装配施工现场展开。基于BIM+物联网技术的构件质量管理体系主要是从预制构件的施工准备、生产制造、现场装配、质量验收4 个阶段进行控制（如图3 所示）。

图3 BIM+物联网技术构件质量管理

4.3 构件成本管理

基于BIM+物联网技术的构件成本管理主要是从以下3 个方面进行管理：

（1）生产制造阶段。基于BIM 强大的深化设计能力，装配式建筑部品部件在生产制造阶段所需要的信息数据能够快速获取，以便在各类预制构件生产前提前准备好各类物资，提高生产效率，在一定程度上降低生产制造阶段的成本。

（2）构件运输阶段。通过BIM+物联网技术可对预制构件成品从运输到现场堆放各个重要节点进行实施监控，如遇特殊情况可及时作出调整和优化，进一步提高预制部品部件的运输效率，可在一定程度上降低构件运输成本。

（3）装配施工阶段。利用BIM+物联网技术对装配过程中的关键节点进行模拟控制，对装配施工过程的危险状况做到提前了解和预防。通过对比不同方案的安全和经济性，实现装配施工的高效率，可在一定程度上降低工程成本。

5 结论

本文通过提出基于BIM+物联网的装配式建筑协同管理模式，可以较好地提高装配式建筑预制构件的进度、质量、成本管理效率，得出以下结论：

（1）通过对物联网领域应用较多的二维码和RFID 技术进行对比分析，在信息存储、识别能力、耐用性方面，RFID 技术表现的更加优异，而在成本方面，二维码技术的优势更为明显。

（2）物联网技术在工程项目的高效利用离不开BIM 建筑信息模型的支撑，因此，在装配式建筑建设全寿命周期中BIM +物联网技术的集成运用，能够最大化地提高装配式建筑信息化、智能化管理效率。

（3）由于装配式建筑建造方式与以往传统现浇建筑有很大的不同，运用BIM+物联网技术可以更好地对施工准备阶段、生产制造阶段、现场装配阶段、质量验收阶段进行全流程协同管理。