田 曉 坤

(河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引言

建筑產(chǎn)業(yè)化和建筑業(yè)信息化是我國建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的兩大組成部分，發(fā)展建筑業(yè)信息化既符合國家政策，又是行業(yè)發(fā)展所趨。2013年1月，國務(wù)院發(fā)布的《綠色建筑行動方案》明確表明：我國需要發(fā)展適合本國國情的建筑體系，發(fā)展建筑工業(yè)化[1]。裝配式建筑就是在此背景下產(chǎn)生的，是建筑工業(yè)化不可或缺的重要組成部分。但裝配式建筑“系統(tǒng)性”的特點與建設(shè)行政管理體制“碎片化”的矛盾是裝配式建筑推進過程中的主要障礙[2]。由于裝配式建筑的建造方式的特殊性，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量監(jiān)管是裝配式建筑監(jiān)管的核心，一個完整的裝配式建筑項目，包含相當(dāng)體量、種類繁雜的預(yù)制構(gòu)件。但目前建設(shè)工程監(jiān)管部門按照傳統(tǒng)的監(jiān)管模式對裝配式建筑進行監(jiān)管，其監(jiān)管重點依舊是項目審批等前期工作，而對于關(guān)乎建設(shè)工程質(zhì)量安全的建造過程疏于管控，缺乏針對裝配式建筑特性的監(jiān)管體系。由于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)到竣工驗收過程中存在眾多監(jiān)管盲區(qū)，如果監(jiān)管不到位，將會留下安全隱患。針對裝配式建筑監(jiān)管過程中面臨的問題，本文擬構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺，并對其進行簡要分析。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)(IoT，Internet of Things)即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯(lián)互通[3]。物聯(lián)網(wǎng)通常由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成，每層的特點及工作特性都不相同。感知層是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化方面亟需突破的部分，關(guān)鍵在于具備更精確、更全面的感知能力，并解決低功耗、小型化和低成本問題[4]。感知層是由二維條碼、RFID、傳感器等具有數(shù)據(jù)采集功能的各種感知終端構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)層主要以廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，是物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強、最成熟的部分，關(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征進行優(yōu)化改造，形成系統(tǒng)感知的網(wǎng)絡(luò)[5]。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)傳輸和處理從感知層獲取的原始數(shù)據(jù)，且對收集到的原始數(shù)據(jù)進行計算分析和管理等工作。感知層具有數(shù)據(jù)儲存功能，網(wǎng)絡(luò)層具有數(shù)據(jù)處理和管理功能，但這些功能都要在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層中來完成。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)需求的接口，其主要功能是將處理過的信息完整表達出來，是整個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最終表現(xiàn)。

本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺的核心內(nèi)容是預(yù)制構(gòu)件的信息化監(jiān)管，主要使用RFID射頻識別技術(shù)以及二維條碼，在感知層中布置，通過手持設(shè)備進行識別讀取目標(biāo)物體信息，將識別到的信息上傳至信息化監(jiān)管平臺進行數(shù)據(jù)處理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺

2.1 裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺簡介

裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺是以預(yù)制構(gòu)件作為基本管理單元；以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為跟蹤技術(shù)手段；以預(yù)制構(gòu)件廠部品部件工業(yè)化生產(chǎn)和施工現(xiàn)場安裝為核心；以深化設(shè)計成品圖、預(yù)制構(gòu)件廠原材料檢驗、生產(chǎn)過程監(jiān)理檢驗、構(gòu)件出廠、構(gòu)件運輸、構(gòu)件進場、施工安裝、施工工序監(jiān)理檢驗驗收等為數(shù)據(jù)信息輸入節(jié)點；以單項工程為數(shù)據(jù)信息匯總單元的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)信息化管理系統(tǒng)。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工作原理，本文研究裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺系統(tǒng)的總體架構(gòu)(如圖1所示)分為三層：感知層、管理層和應(yīng)用層：

1)感知層。

通過預(yù)制構(gòu)件在構(gòu)件廠工業(yè)化生產(chǎn)過程中，將RFID射頻識別標(biāo)簽或二維碼鑲嵌在預(yù)制構(gòu)件表面，同時寫入部品部件在生產(chǎn)過程中的各項信息，如預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計圖、構(gòu)件編號、構(gòu)件重量、尺寸等基本信息。隨著項目的推進，倉儲、出廠、運輸、進場、堆場、施工安裝等信息被依次寫入。然后在施工階段通過手持RFID(二維碼)讀寫器采集數(shù)據(jù)，將采集到的部品部件的信息，按照信息化管理平臺的要求進行上傳，并傳送到不同的數(shù)據(jù)庫中，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的儲存和數(shù)據(jù)處理。

2)管理層。

管理層是根據(jù)平臺系統(tǒng)的功能需求，為平臺系統(tǒng)正常運行提供了保障，為應(yīng)用層提供支持，為感知層采集的數(shù)據(jù)儲存、管理提供空間和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換路徑。此部分具體包括數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)。

3)應(yīng)用層。

應(yīng)用層為系統(tǒng)提供具體的應(yīng)用軟件或門戶網(wǎng)站，用以滿足裝配式建筑項目深化設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、預(yù)制構(gòu)件運輸、施工安裝以及裝配式建筑項目政府主管部門等各個參與方的管理需求。

本文研究裝配式建筑信息化管理平臺系統(tǒng)應(yīng)用層包含政府監(jiān)管行業(yè)門戶網(wǎng)站和預(yù)制構(gòu)件物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)兩大部分(見圖2)，集行業(yè)門戶、市場原材料信息價、標(biāo)準(zhǔn)化部品部件信息價、項目審批、企業(yè)認(rèn)證、深化設(shè)計備案、預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)、施工安裝、竣工驗收、工程監(jiān)控以及大數(shù)據(jù)分析等功能于一體。通過裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺實現(xiàn)行業(yè)動向、項目的在線審批以及動態(tài)監(jiān)管等信息化管理目標(biāo)。

監(jiān)管部門行業(yè)門戶網(wǎng)站由裝配式建筑管理辦公室主導(dǎo)，既是一個行業(yè)信息發(fā)布平臺，又是一個行業(yè)內(nèi)裝配式建筑項目參與單位的互動平臺。主要目標(biāo)是建設(shè)良好的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)各個企業(yè)良性發(fā)展，創(chuàng)造行業(yè)內(nèi)企業(yè)間公平競爭環(huán)境。行業(yè)門戶網(wǎng)站設(shè)置行業(yè)動態(tài)、裝配式構(gòu)件信息價發(fā)布更新、轄區(qū)市場內(nèi)裝配式建筑用金屬件等材料的產(chǎn)品庫以及轄區(qū)內(nèi)裝配式建筑項目審批等級入口等功能欄。其中，監(jiān)管部門將獨立設(shè)置大數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)內(nèi)在建項目的動態(tài)監(jiān)控等欄目，供監(jiān)管部門針對轄區(qū)內(nèi)裝配式建筑項目進行可視化的管控。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)包括裝配式建筑項目過程中的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、設(shè)計環(huán)節(jié)、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)、預(yù)制構(gòu)件交付環(huán)節(jié)、施工安裝環(huán)節(jié)和驗收環(huán)節(jié)6個過程管理環(huán)節(jié)。

2.2 裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺的業(yè)務(wù)流程分析

結(jié)合平臺系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)以及項目調(diào)研，裝配式建筑信息化管理平臺根據(jù)項目參與角色在本項目中的參與程度以及需要配合支持的工作劃分為：企業(yè)認(rèn)證模塊、深化設(shè)計管理模塊、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理模塊、施工安裝管理模塊和竣工驗收管理模塊共計5個模塊(見圖3)。劃分模塊后便于數(shù)據(jù)信息的整理、歸檔和質(zhì)量追溯時的查閱。

1)企業(yè)認(rèn)證模塊。

在裝配式建筑項目審批立項通過以后，平臺內(nèi)生成目標(biāo)項目編號。裝配式建筑項目各參與方：建設(shè)方、設(shè)計方、生產(chǎn)方、施工方和監(jiān)理方首先需要在平臺中提出各自的認(rèn)證申請，經(jīng)政府主管部門審批合格后，方可進入系統(tǒng)。申請合格之后，系統(tǒng)會向各參與方分配平臺登錄使用的賬號和密碼。對于認(rèn)證合格的企業(yè)，政府主管部門發(fā)放生產(chǎn)許可，根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)申請，由主管部門向其發(fā)放RFID讀寫器和RFID芯片。

2)深化設(shè)計模塊。

深化設(shè)計人員結(jié)合BIM技術(shù)對PC單體項目建模、拆分、碰撞檢查、深化設(shè)計出圖和裝配式建筑吊裝施工模擬等一系列工作，最后將深化設(shè)計成果(圖紙+BIM模型)上傳至信息化管理平臺數(shù)據(jù)庫，供預(yù)制構(gòu)件單位下載使用。

3)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位管理模塊。

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中需要采集的數(shù)據(jù)信息有預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計圖、BIM模型數(shù)據(jù)、部品部件編號(唯一編號)、隱蔽工程檢查記錄文檔或圖片、使用的金屬鍵(數(shù)量、規(guī)格、品牌)、部品部件原材料合格證、審查過程中的圖片資料、部品部件生產(chǎn)時間、完成時間、檢驗人員信息以及預(yù)制構(gòu)件入庫時間。上述需要采集的信息都將寫入RFID標(biāo)簽，且RFID擁有唯一ID編碼，這樣每一個預(yù)制構(gòu)件都有屬于自己的“身份證”，將在BIM模型中一一對應(yīng)，為后續(xù)施工安裝中構(gòu)件快速定位提供了便利條件，更為預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量追溯提供了有力證據(jù)。

4)施工安裝管理模塊。

該模塊主要為預(yù)制構(gòu)件從構(gòu)件出廠后到施工安裝完畢之間的各個環(huán)節(jié)的過程信息記錄提供保障。其保證了預(yù)制構(gòu)件運輸過程、預(yù)制構(gòu)件進場、堆放以及施工安裝過程可查、可控、可追溯。該模塊主要功能包括：預(yù)制構(gòu)件運輸過程記錄、預(yù)制構(gòu)件進場驗收、監(jiān)理驗收、預(yù)制構(gòu)件定位、節(jié)點裝配記錄和監(jiān)理驗收。該階段主要采集數(shù)據(jù)為：預(yù)制構(gòu)件進場驗收單、預(yù)制構(gòu)件吊裝定位圖片、套筒灌漿視頻影像記錄等內(nèi)容。然后，施工模擬BIM模型上傳至信息化管理平臺，供建設(shè)單位或總包單位查看項目的施工進度，對項目進度進行有效把控。

5)竣工驗收管理模塊。

該模塊主要是匯總驗收時所需要的各種資料，形成裝配式建筑項目工程檔案，并且保證竣工驗收過程符合相關(guān)法規(guī)規(guī)定。該模塊資料收集形式為web端上傳，主要包括分項驗收和竣工驗收。上傳資料為項目全過程中產(chǎn)生的文檔資料以及圖片影像資料。

裝配式建筑信息化管理平臺主要是依據(jù)項目建造過程信息化管理的思想，通過運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及后期BIM技術(shù)的擴展引用，以預(yù)制構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)為主線對裝配式建筑建造過程進行集成信息化管理。該管理平臺的功能主要包括預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集、預(yù)制構(gòu)件出廠交付信息收集、施工安裝信息收集處理以及平臺內(nèi)設(shè)計數(shù)據(jù)的共享等，這些功能將為項目內(nèi)不同參與方提供建筑信息管理服務(wù)，以及為監(jiān)管部門提供信息整合、調(diào)配等服務(wù)。信息化管理平臺核心工作就是處理裝配式建筑全過程內(nèi)的管理數(shù)據(jù)，通過信息化管理平臺打通項目參與各方的交互壁壘，使得操作現(xiàn)場產(chǎn)生的巨大的信息數(shù)據(jù)得以及時處理，進而加快施工進度。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化管理平臺的意義

在建筑業(yè)信息化的背景下，對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化管理平臺進行研究，其具體意義：

1)提升全產(chǎn)業(yè)鏈信息交流能力。

借助管理平臺，打通上下游企業(yè)的信息交互，通過統(tǒng)一的平臺了解各環(huán)節(jié)進度，并實現(xiàn)信息實時更新，從而提升預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度能力。

2)加快推進預(yù)制混凝土構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。

通過裝配式建筑信息化平臺的應(yīng)用，可以規(guī)范預(yù)制構(gòu)件的編碼規(guī)則，統(tǒng)一生成產(chǎn)品編碼，并推進構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。建立具有通用性、兼容性、開放性特點的裝配式建筑部品部件庫，供全產(chǎn)業(yè)鏈共享。

3)促進建筑業(yè)管理模式升級。

通過裝配式建筑信息化平臺，緊密連接上下游企業(yè)，可進一步通過BIM等信息化技術(shù)手段搭建裝配式建筑各個環(huán)節(jié)中的信息交互平臺，實現(xiàn)裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈中各種信息平臺的支持，從點到面探索推廣信息化技術(shù)在建筑工業(yè)化管理中的應(yīng)用，實現(xiàn)建筑業(yè)信息化管理模式轉(zhuǎn)型升級。

4)強化監(jiān)管能力。

研究成果將有助于提升裝配式建筑在建造過程中的信息化程度，有利于強化監(jiān)管能力，為各級主管部門與企業(yè)生產(chǎn)運營提供數(shù)據(jù)支撐，促進裝配式建筑健康可持續(xù)發(fā)展。

5)實現(xiàn)質(zhì)量管理可追溯。

對部品部件全生命周期的信息采集，將在建筑實體的建造過程中實現(xiàn)之間監(jiān)督、監(jiān)控，且有效保存全過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)質(zhì)量追溯。

4 結(jié)語

隨著建筑工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進程的深入，預(yù)制裝配式建筑在國家政策的大力支持下飛速發(fā)展。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)(PC)預(yù)制構(gòu)件是裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的基本組成單位，是裝配式建筑項目管理工作中的基本單元。對于以預(yù)制構(gòu)件為單位，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺的推廣應(yīng)用，有利于強化監(jiān)管能力，為各級主管部門與企業(yè)生產(chǎn)運營提供數(shù)據(jù)支撐，提高企業(yè)經(jīng)營管理效率、降低成本，提升裝配式建筑工程質(zhì)量安全水平，有利于解決當(dāng)前裝配式建筑行業(yè)信息不對稱、信息孤島和政府監(jiān)管難度大等障礙，促進裝配式建筑健康可持續(xù)發(fā)展。