陳紅杰 李高鋒 武永峰

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 徐州 221116)

0 引言

2017年3月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《“十三五”裝配式建筑行動方案》中指出，到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上，其中重點推進地區(qū)達到20%以上，積極推進地區(qū)達到15%以上，鼓勵推進地區(qū)達到10%以上[1]。在國家大力推進裝配式建筑的背景下，有關(guān)裝配式建筑的研究也層出不窮。裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑不同，它是以一種工業(yè)化流水線的模式生產(chǎn)建筑構(gòu)件，再通過運輸設(shè)備運送到施工現(xiàn)場，最后進行拼裝的過程，與搭積木類似。這種生產(chǎn)模式的變革使得裝配式建筑的進度目標與傳統(tǒng)方式有很大差別，而關(guān)于裝配式建筑進度管理內(nèi)容和方法的研究卻不多。

要獲得施工現(xiàn)場實際進度，需要現(xiàn)場人員進行信息收集，完成數(shù)據(jù)收集后再與計劃進度進行對比。這種方法不能隨時隨地查看施工進度，不能及時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)計劃，也不能對施工速度進行及時控制，不利于精細化管理。而裝配式建筑施工是一種工業(yè)化的施工，施工場地非常有限，不能出現(xiàn)某些構(gòu)件短缺或某些構(gòu)件過量的問題，因此裝配施工的進度控制既要有節(jié)奏，又要實行精細化管理。無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸式、可遠程讀取無線電波的通信技術(shù)[2]，可以通過無線電信號識別電子標簽的EPC碼識別特定目標[3]。利用RFID技術(shù)可以準確識別和定位構(gòu)件的具體位置，對裝配式構(gòu)件進行追蹤定位，并自動收集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)隨時隨地的進度收集。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)是建筑業(yè)信息化發(fā)展的最新技術(shù)，可以將構(gòu)件的信息從設(shè)計階段到施工階段，再到運行維護階段進行無損傳遞，因具有可視化、模擬性等特性在工程實踐中得到了廣泛應(yīng)用。將RFID與BIM技術(shù)進行集成應(yīng)用，能夠?qū)ρb配式建筑的進度管理進行實時控制。

郭紅領(lǐng)等研究了BIM和RFID技術(shù)在安全管理中的應(yīng)用[4]，對施工現(xiàn)場的危險源進行預警。董娜等在工業(yè)或建筑構(gòu)件進度管理中集成使用BIM與RFID技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)進度管理[5]。齊賀等將BIM與RFID用于裝配式建筑項目的施工管理中，對檢測構(gòu)件和施工人員安全情況進行實時檢測等[2]。仲青等主要研究現(xiàn)場施工監(jiān)控系統(tǒng)的建立技術(shù)[6-7]。由于BIM技術(shù)和RFID在我國建筑領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅猛，基于此技術(shù)的集成應(yīng)用多用于現(xiàn)場的危險源預警及進度的管理，取得了一定的成果。

1 相關(guān)原理

1.1 BIM技術(shù)原理

雖然近年來BIM技術(shù)在國內(nèi)外建筑市場中的應(yīng)用非常廣泛，BIM技術(shù)的定義卻沒有一個統(tǒng)一的說法。美國國家標準技術(shù)研究院對BIM技術(shù)的定義為“是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)字化表達”。各個國家對BIM的定義不同，但是均認可BIM技術(shù)是一個3D的數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)協(xié)同管理、可視化、模擬性等特點的應(yīng)用。并指出BIM是覆蓋建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位等參與方的全方位的管理技術(shù)，同時是策劃階段、設(shè)計階段、施工階段、運行維護階段的全生命周期應(yīng)用的信息化技術(shù)。

1.2 RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)是一種利用電子標簽進行無線電信號識別的通信技術(shù)，應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、食品安全溯源等(圖1)。RFID技術(shù)的最大特點是非接觸式，可以穿透木材、混凝土等材料進行無障礙通信。RFID的讀寫器有手持式和固定式兩種。手持式讀寫器的讀寫距離不大于0.2m，信息流量小。固定式讀寫器讀的距離可大于12m，寫的距離約為讀的距離的60%，信息流量大。由于裝配式建筑的構(gòu)件是在工廠加工完成的，此時可以用手持式讀寫器寫入構(gòu)件的加工時間、養(yǎng)護時間、出廠時間等信息，目的在于準確記錄每一個構(gòu)件的生產(chǎn)日期。在運輸途中，可以采用GPS定位器隨時記錄構(gòu)件的位置。裝配式建筑的施工場地往往有限，對建筑構(gòu)件加工、運輸、吊裝時間的精度要求高，且施工現(xiàn)場條件相對比較惡劣，因此，采用固定式讀寫器更符合現(xiàn)場要求。

圖1 RFID工作原理

1.3 進度信息化采集原理

首先，利用BIM技術(shù)對裝配式建筑進行建模(現(xiàn)階段實為翻模)，將各專業(yè)進行合成、碰撞檢查及深化設(shè)計。其次，完成深化設(shè)計以后，在模型上對每個構(gòu)件進行編碼，編碼要簡單易懂。并將該構(gòu)件的相關(guān)信息(如表1所示)進行掛接，且需要將位置信息、計劃時間信息提前編寫(表1中所示黑體部分信息)。然后，將利用BIM技術(shù)編碼的構(gòu)件進行自動出圖，圖樣交給PC構(gòu)件加工廠加工制作。將建模的標簽中編碼、名稱、計劃信息進行加工并存儲到RFID的芯片上，將芯片預埋到預制構(gòu)件上。再次，完成構(gòu)件加工后，按計劃時間運輸構(gòu)件，記錄實際出廠時間、實際進入倉庫時間、實際出庫時間及實際入場時間、實際吊裝時間等信息。最后，采用塔吊等吊裝設(shè)備進行拼裝，若精度合格則自動讀取并記錄安裝時間，若安裝精度不符合要求則提出警示。

裝配式構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、吊裝的全過程所需的信息技術(shù)見表1。

(續(xù))

不同階段構(gòu)件的計劃時間可以提前關(guān)聯(lián)到構(gòu)件上，可以在建模軟件中實現(xiàn)，也可以在BIM 5D或其他進度模擬軟件中實現(xiàn)。構(gòu)件的實際時間通過讀寫器的信息可以通過二次開發(fā)軟件導入Revit中，從而實現(xiàn)進度計劃的信息化采集。這種“BIM+RFID”的模式滿足構(gòu)件生產(chǎn)、運輸?shù)娜^程信息化管理，可以進行反向追溯，不僅可以查明構(gòu)件的相關(guān)時間信息，也可以追尋其負責人和操作人，便于構(gòu)件的質(zhì)量控制。

2 案例分析

2.1 案例描述

該工程為XX市政務(wù)中心的會議樓，共8層，預制構(gòu)件有柱、梁、樓板、陽臺板、樓梯、女兒墻，建筑整體預制率為51.3%。甲方要求集成運用各種綠色技術(shù)，實現(xiàn)建筑的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地和綠色環(huán)保，實現(xiàn)無外模板、無外腳手架、無現(xiàn)場砌筑、無抹灰的綠色施工。采用“少規(guī)格、多組合”設(shè)計原則，降低建造成本，縮短施工周期；利用綠色技術(shù)節(jié)約后期的運營成本。

本項目采用國際通用BIM建模軟件Revit進行模型建立。對進度的采集以結(jié)構(gòu)工程為例，結(jié)構(gòu)建模如圖2所示(說明：本模型精確定位了每個構(gòu)件的位置，對構(gòu)件的細部構(gòu)造沒有進行詳細建模，僅滿足研究需要)。

2.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

本工程裝配式建筑的構(gòu)件較多，在裝配過程中容易出現(xiàn)意想不到的誤差。建筑構(gòu)件的產(chǎn)品一旦被生產(chǎn)出來便具有不可逆性，一旦誤差超出可控范圍將會導致構(gòu)件無法使用，因此裝配式建筑在工程設(shè)計階段的要求很高。相較于傳統(tǒng)施工方式，裝配式建筑更加節(jié)能、環(huán)保，受環(huán)境因素的影響較小，可以加快施工進度，使工程早日投入使用，發(fā)揮生產(chǎn)價值。甲方對本工程的環(huán)保、節(jié)能方面的要求較高，因此需要借助BIM技術(shù)實現(xiàn)對本工程構(gòu)件的全過程設(shè)計及施工過程的預先安排，以最大限度地減少施工中的不合理之處，降低工程造價。依據(jù)設(shè)計圖樣和甲方對模型精度的要求，建立結(jié)構(gòu)工程的初始BIM模型。

對初始BIM模型進行分析，發(fā)現(xiàn)其不合理之處，對模型進行深化設(shè)計。通過分析發(fā)現(xiàn)柱網(wǎng)設(shè)計不合理，進深柱網(wǎng)尺寸有7500mm、10300mm、11600mm 3種。這種設(shè)計將會大大增加預制構(gòu)件的種類，不符合標準化施工的要求，因此將柱網(wǎng)尺寸改為7800mm和8300mm兩種，減少構(gòu)件的種類，為實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)做準備。經(jīng)過深化設(shè)計，除將柱網(wǎng)優(yōu)化之外，對疏散樓梯和無障礙樓梯進行優(yōu)化，將原設(shè)計中疏散樓梯的開間尺寸由2600mm、2800mm、3100mm 3種尺寸統(tǒng)一改為2650mm，將原設(shè)計中無障礙樓梯的開間2900mm改為2800mm。通過減少樓梯的類型，減少模具種類。運用全過程設(shè)計思想，綜合考慮預制構(gòu)件洞口的預留，將洞口的尺寸和精度進行精確定位和控制，方便后續(xù)工程的施工。由于國家鼓勵新能源汽車發(fā)展，在地下二層預留30個充電車位，以滿足未來發(fā)展的需要。BIM技術(shù)深化設(shè)計階段的各項工作決定了裝配式構(gòu)件尺寸、位置的精度，對構(gòu)件將來的安裝及重復利用意義重大。

利用深化設(shè)計后的模型，對構(gòu)件進行分解，在模型上進行編碼。例如，2-L-5AB:2表示2層，L表示梁構(gòu)件，5代表縱軸5號軸網(wǎng)，AB兩個字母表示該梁位于橫軸A、B之間。換言之，2-L-5AB表示該梁位于2層標號為5的縱軸上，長度為AB之間。這種命名方式與圖樣習慣保持一致，從名稱上便可以判定該梁的位置信息。也可以將與該梁有關(guān)的其他信息進行輸入，例如材質(zhì)、尺寸、負責人等。將帶有信息的構(gòu)件、節(jié)點、平面等進行設(shè)計出圖，交由預制構(gòu)件場進行制作。同時，按照計劃進度對預制構(gòu)件進行施工進度模擬。

2.3 RFID技術(shù)的應(yīng)用

預制場根據(jù)深化設(shè)計的圖樣及承載的信息進行生產(chǎn)加工，生產(chǎn)過程中對每個構(gòu)件按BIM模型進行編號，將構(gòu)件信息寫入RFID的標簽中。將信息完善后，把標簽預埋在預制構(gòu)件上。由于安裝在施工現(xiàn)場的閱讀器可以無接觸地讀取、識別電子標簽中所保存的構(gòu)件信息，從而達到自動識別構(gòu)件信息的目的。這樣，構(gòu)件從生產(chǎn)、入庫到出庫都可以通過手持掃描儀寫入實際時間。在構(gòu)件運至工地大門時，通過固定式閱讀器自動讀入每個構(gòu)件進入施工現(xiàn)場的時間。在已經(jīng)安裝好的預制構(gòu)件上安裝固定式讀寫器，構(gòu)件安裝好以后的時間即實際吊裝時間。現(xiàn)場固定式讀寫器可以讀取大量標簽的信息，并具有耐油污、讀寫速度極快、信息可靠及時等特點。將收集到的信息通過閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息即構(gòu)件的實際進度信息，該信息被傳送到電腦上，將實際進度信息的模擬與計劃進度的模擬進行對比，找出影響進度的原因。利用RFID技術(shù)對構(gòu)件的實際生產(chǎn)時間、實際入庫時間、實際出庫時間、實際入場時間、實際運輸時間及實際吊裝時間進行收集，過程如圖2所示。

3 結(jié)語

進度管理是項目管理的三大目標之一。利用信息化技術(shù)采集裝配式構(gòu)件的實際進度，可以有效安排施工任務(wù)，使施工進度偏差在可控范圍以內(nèi)，利用RFID技術(shù)實現(xiàn)實際進度的自動化收集，節(jié)約大量人力。將收集的信息結(jié)合BIM技術(shù)，實現(xiàn)預制構(gòu)件進度管理的可視化。然而，由于技術(shù)條件限制，本研究還存在一些不足之處。例如，RFID只能識別構(gòu)件在平面上的信息，而對高程信息的采集較難實現(xiàn)，需要RFID技術(shù)的進一步發(fā)展；選取案例相對簡單，論證BIM技術(shù)與RFID技術(shù)采集進度的可行性時缺乏對復雜實際工程的研究；對于RFID技術(shù)與BIM技術(shù)的信息是否可以實現(xiàn)同種語言交流未做研究。

圖2 BIM、RFID技術(shù)應(yīng)用