基于RFID技术的装配式构件质量动态跟踪系统

杨航， 刘铁， 吴艳萍， 金超， 杨莉琼

（1. 西南科技大学土木工程与建筑学院；2. 宁波建工股份有限公司）

1 引言

住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑业发展规划》，提出以智慧工地建设为载体，推广项目级建筑产业互联网平台，运用信息化手段解决施工现场实际问题，强化关键环节质量安全管控，提升工程项目建设管理水平。因此，针对装配式建筑有必要建立集成化、信息化的全过程质量动态跟踪体系，旨在提升产业链协同效率和建造质量。随着智慧工地的发展与不断深入应用，越来越多的项目利用BIM 技术、物联网、信息标识技术等实现了对物资的信息化管理，有效地提升了管理效率[1]。学者们也相继提出了结合BIM 与二维码技术、射频标签技术的装配式构件质量管理思路，但大部分研究侧重生产阶段或施工阶段[2-8]，平台管理功能主要考虑质量跟踪溯源，未考虑与其他目标的融合与协同，也未考虑产业链上各方的业务协同。因此，本文从多方多目标协同管理的角度，提出装配式构件全寿命周期质量进度管理系统方案，为提升装配式建筑质量管理水平提供参考。

2 装配式构件质量管理需求分析

装配式构件全寿命周期内管理流程涉及众多节点企业，生产阶段管理的主要目的是构件能够按需“准时生产”，过早或过迟生产都会导致项目建造成本增加。构件出厂后，施工单位需及时掌握构件的实时位置，以确认或调整施工计划。首先，从预制生产到现场施工的数据采集主要以人工手动输入，容易造成信息不完整。同时，项目管理人员很难及时掌握构件堆场、存储位置等信息，质量工程师现场检查时无法对构件进行定位，浪费大量时间和人力寻找构件；其次，由于采用传统的通信方式，如电子邮件、电话和传真，不同各方之间的信息共享受到限制，出现构件信息录入不及时、信息处理效率较低和信息录入错误等问题，导致现场质量管控和安装操作管理效率较低。生产制造商、运输方和现场施工方之间的合作需要依赖实时信息，如预制构件的状态、交付进度和组件的位置。由于人工输入操作使得这些信息延迟反馈，导致施工进度的可见性和可追溯性差。在装配式生产条件下，施工各环节紧密相连，效率较传统施工技术有较大提升，施工企业更需要实时数据、信息支撑决策和施工计划。而大量的信息储存和读取是普通条码系统所无法实现的，这也是RFID 技术的优势所在，能够利用RFID 标签实现构件生产、运输、储存与施工计划的无缝连接。

3 基于BIM 和RFID 技术的装配式构件质量动态跟踪系统

3.1 系统架构

根据装配式构件追踪管理流程，本系统构建基于云平台的多方协同管理架构，如图1所示，涉及全过程、利益相关者、信息流以及实时的信息可见性和可追溯性。以施工企业为平台管理方，其他参与方诸如设计、生产、运输等单位，通过流程逻辑分别赋予相关人员数据采集、上传、查看等权限，利用多种服务来促进物料管理、运输计划和调度、现场执行管理和过程监控。

图1 质量动态跟踪系统架构图

3.2 系统模块

该系统围绕装配式构件全寿命周期管理，基于BIM 建立从原材料采购、生产阶段、物流运输阶段、装配施工阶段到运维阶段的全过程质量进度动态跟踪系统。设计阶段系统功能主要有BIM 模块、订单管理模块；生产阶段系统功能主要包括生产计划、生产管理、质量管理及库存管理模块；运输阶段包括运输计划、运输位置管理模块；施工阶段主要包括安装进度管理、安装质量管理、库存管理以及数据可视化管理模块（见图2）。

图2 质量动态跟踪系统模块图

4 质量动态跟踪系统的应用

4.1 系统信息流模型

项目设计阶段建立包含构件属性信息的三维模型，通过BIM 模型便可实现订单的自动生成。构件生产阶段，通过绑定RFID 实现构件质量、进度、库存、运输等信息的实时采集与输入；物流运输阶段，司机通过GPS实时跟踪运输车辆所在位置和路径信息；现场装配阶段，通过扫描RFID 实现订单验货信息、库存及堆场信息、安装质量进度信息的实时采集与输入，为多方协同与管理方案优化提供决策支持（见图3）。

图3 质量动态跟踪系统信息流模型

4.2 系统功能设计

4.2.1 设计阶段

系统分为网页端和手持端。网页端可以导入BIM模型、图纸等信息，点选模型可直接导出构件明细表进而生成订单相关信息。

4.2.2 构件生产阶段

生产阶段可以从BIM 软件中选择一组预制构件，并将其转换为生产厂家所需的格式(如图纸和数量)，并生成标准化的生产订单。首先从BIM中提取订单信息，包括标识符、时间、组件规格、体积和材料，根据优先级将这些订单发布给生产厂家。网页端可根据订单明细确定生产计划。可实时查看并更新构件状态，查询构件所有质量数据，并可下载导出。手持设备为构件绑定RFID标签，手持端可通过扫码录入实时生产数据，更新构件状态。

4.2.3 物流运输阶段

物流运输阶段可以跟踪预制构件在整个物流和供应链中的实时状态和位置，使用RFID和GPS技术实时跟踪运输车辆，然后显示它们的状态、进度和当前位置。网页端可实时查看并更新构件位置信息，查询构件装车信息。手持端可通过扫码核实运输单明细，确保构件正确装车。

4.2.4 现场装配阶段

网页端可实时查看及更新产品状态，不同状态的构件通过赋颜色可视化显示在BIM模型中。网页端可根据装配进度下达质检通知单，质检人员可通过手机端或网页端实时上传质量数据。现场装配时，管理人员可通过手持终端扫码核对构件装配位置是否与BIM一致。

4.3 系统界面设计

该系统界面分为手持端和网页端，手持端主要是用来采集信息，生产、施工、运输等企业相关人员通过登录系统进入相关界面进行信息核对与填写。手持端功能RFID绑定、质检核对、计划入库、实际入库、构件交付、物流信息、装配记录等。网页端主要用于企业管理人员随时了解构件状态及质量数据，主要功能包括BIM 模型、生成订单、构件生产、构件运输、现场吊装、系统管理等（见图4）。

图4 手机端和网页端界面设计

5 结语

传统建造管理模式下的装配式建筑设计、生产、运输、施工之间相互脱节，无法对装配式构件全寿命周期的质量进行实时动态管理，本文设计的基于BIM 和RFID 的装配式构件质量动态跟踪系统不仅实现了对构件的实时跟踪溯源，而且能有效地促进多方协同管理，支持共同决策。