基于BIM的装配式BIPV质量追溯系统构建

赵家敏

（云南开放大学，云南 昆明 650223）

当前，为落实2030年前CO₂排出峰值量达标，到2060年前碳中和量值达标，国家围绕“绿色化、低碳化、数智化”出台了不少政策，特别对分布式光伏电站装配式BIPV项目开发给予极大政策支持。这给推进“建筑+光伏”一体化布局，开展先进技术与绿色建设系统集成，提供了新发展路径。但是，要让装配式BIPV在运营使用期间不发生质量问题，就必须对项目运用BIM技术开展从规划、设计、生产、运输、安装、运维等全生命周期的正向设计工作，并在屋顶和幕墙等构件生产过程中，利用“BIM+RFID”技术构建质量追溯系统，为项目后期质量追踪、维修更换提供有效、便捷、准确的信息。

1 装配式BIPV概述

1.1 装配式

在建筑行业，装配式是指一种在工厂预制构件和现场连接安装的建筑建造方式，装配式不但减少了人工和现场湿法作业，还融合了大量数字化技术，更符合建筑业产业现代化、智能化、绿色化的发展方向。根据主体结构的不同，装配式建筑可以分为钢结构、混凝土结构、木结构及其他三种类型。

1.2 BIPV

（1）BIPV的定义。BIPV（Building Integrated Photovoltaic）是把太阳能发电这种技术集成到建筑围外护结构表面的绿色能源发展路径；不同于BAPV(Building Attached Photovoltaic，附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统）。BIPV是与建筑物进行“三同时”技术并与建筑物完美结合的一体化太阳能发电光伏系统，即“建材料型”太阳能光伏建筑物。BAPV是一种依附于建筑物表面的分离式太阳能发电光伏系统，俗称太阳能发电建筑的“安装型”光伏。BIPV就是对框架结构建筑物整个围护结构的屋顶、外墙和窗户等部分用光伏阵列器件（构件）代替建材吸收太阳直射和反射光，光伏阵列构件同时起到建材和发电双重作用。

（2）BIPV优缺点。BIPV优点主要有：提供绿色能源，降低碳排量；就地发用电可最大限度减少输配电损耗；与传统BAPV不同，太阳能发电空间利用率高等。BIPV不足之处主要有：太阳能发电峰值时段与人们生活用电模式形成供需不匹配；在空气污染严重地区日常维护困难；接线盒和串接器产生的电弧有较高火灾风险；相应规范还不完善；建造成本较高等。虽然国家和地方也出台了很多支持BIPV产业发展的政策，但其商业化程度较慢，仅占光伏应用的1%～3%。但随着新技术的更新迭代，这些问题和困难都会被逐步解决。

1.3 装配式BIPV

装配式BIPV就是对采用装配式建造理念实现光伏建筑一体化拼装模式；“装配式BIPV＝装配式＋建筑光伏一体化”，将为绿色建筑能源升级带来理念上和技术上的重要创新。其采取施工装配集成化路线，通过现场装配施工，可按建筑结构特点量体裁衣，适配性和与建筑的贴合性较强，与建筑一体化程度较高，且能在运输过程中有效保护产品材料，减少不必要的损耗。装配式BIPV建材防水、防火、抗风揭、抗重压、防老化性能出色，能更好地保护建筑屋顶和内部结构。此外，装配式BIPV采用单晶技术，发电效率高，性能稳定。

2 质量追溯系统内涵

2.1 质量追溯系统

质量追溯系统是生产执行系统（MES）组成部分，它是建立在物联网（IoT）基础上，采用射频识别（RFID）技术实现生产过程数据采集，电子标签附着于或嵌入被追踪物体，通过对原料编码、生产管控、条码管理、标识管理等多角度系统监督，实现生产全过程生产质量管控，同时结合精益化管理理念对加工流程优化，发展成产品质量跟踪产业化体系。

2.2 质量追溯作用

质量追溯管理与生产执行系统有机融合可帮助企业更实时、高效、准确、可靠实现生产过程和质量管理。在生产过程中，把每个工序或每项工作的质量状态信息记录在电子标签，并随同产品同步流转；当用户发现产品出现问题时，可用条码自动识别技术查清产品的信息数据，并及时反馈给生产者采取补救措施，维护用户利益和企业声誉，避免更大的损失。这种全新的管理模式可以让生产企业和责任者的职责分明，查处有据，极大地增强相关者在生产过程中的责任感，有效地提升了产品质量和用户满意度。

3 基于BIM的质量追溯体系构建

装配式BIPV是绿色建筑业发展的一种新模式。装配式BIPV建造模式必将推动新的生产力与生产关系改革，这种变革更有利于新技术与新管理模式整合。从建造质量溯源的立场考虑，抓住建造全过程部品构件的核心，关联生产过程各个重要节点，以BIM技术为基础，整合互联信息网络与物联网技术等信息化技术，构建装配式BIPV全过程质量监管溯源体系集成新模式。

3.1 质量溯源体系架构

以BIM技术正向设计模型为基础，加载建设、设计、生产、运输、施工、监理、监督等相关参与单位的装配式BIPV过程数据，以编码技术为手段完成对项目建设全过程的质量监督与管理，搭建质量追溯系统框架，从而实现光伏阵列构件及建筑整体质量可追溯。

质量溯源体系架构采用B/S多个层次模式，分别为基层、数据层、接入层、平台层和应用层。溯源体系架构搭建涵盖体系涉及的五个层次，系统必须满足五个层次的数据收集和体系安全保障的稳定性管理。具体情况如下：

基础层的系统架构运用政府网络系统平台或向通讯服务商租用互联网数据中心进行数据管理和应用发布。数据层由系统框架数据库、文档资源库组成。接入层由生产企业关联ERP系统数据、装配式BIPV安装企业管理系统组成。平台层由流程管理、访问控制、权限管理、日志管理、编码管理、数据接口等统一数据支撑平台构成。应用层由各级相关管理部门、生产企业、装配式BIPV项目参建方、数据服务等构成。质量溯源体系整体架构如图1。

图1 质量溯源体系整体架构

3.2 质量溯源码制作

原材料经过多个流程，生产出多个半成品、产成品的流程叫作“批”，给其赋予数值标志为“批次”。批次处理是指生产企业对原料、加工过程、产成品等使用批来识别，并遵照批量开展监管，它是生产监督与质量溯源的有效方式。这种按“批次”的质量追溯方法既可以减少劳动量，又可以保证有效实施对追溯对象的质量监督。

装配式BIPV各部品构件是以BIM模型为载体，按照标准化原则完成屋面、墙面、窗户等外维护光伏阵列构件拆分并输出BOM表单，在规划设计、施工安装、运营维护等环节，由RFID技术收集各环节光伏构件阵列数据质量批次信息流，实行建造项目全过程质量监管，以便运营维护阶段开展构件维修和更换服务。构件质量追溯标志制定与运用如图2所示。

图2 构件质量追溯标志制定与运用

4 新型质量追溯体系的应用价值

装配式BIPV全寿命光伏阵列构件要经历设计、生产、安装、运营等多个环节，以RFID技术为跟踪手段，质量追溯需要分别准确采集每个批次与构件质量追溯紧密相关的企业认证、原材料入库检验、构件赋码、生产过程检验、装车运输、构件入场验收、吊装定位与装配施工、工程综合验收等多个环节的关键信息，信息遗漏或错误都可能导致质量追溯的无效。同时，为方便施工安装临时查验相关信息，可在构件表面制作临时二维条码。通过扫描二维条码，可查询该部件的生产企业、原材料供应商、构件生产和安装过程图片及视频等信息。有效提升了作业时效和服务水平。

5 结语

综合而言，我国装配式BIPV还处于初步发展阶段，以碲化镉玻璃幕墙为例，其建安成本要比传统玻璃幕墙高出800～1000元/m2，这可通过后期发电效益超额收回，但依然存在诸多需要完善的方面。本文以BIM+RFID技术为基础的物联网质量溯源体系，从部品构件的规划设计、生产加工、运输存储、安装施工、运营维护等全生命周期进行质量数据信息跟踪管理，实现项目建设过程信息共享模式的管控与质量溯源。追溯体系的建立，可及时对质量问题跟踪分析，并提出恰当的应对措施，降低企业风险，降低用户的损失，使得用户的利益能够得到保障，给生产管理带来明显的价值和现实意义。