黃奇

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350000）

0 引言

BIM的全稱(chēng)為Building Information Modeling，通常翻譯作建筑信息模型。BIM屬于一種基于多維數(shù)字技術(shù)對(duì)工程項(xiàng)目中的各種有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成的信息模型，能夠信息化地描述工程項(xiàng)目的自身特點(diǎn)與功能。BIM模型可以直觀地、可視化地將工程項(xiàng)目的實(shí)體與參數(shù)呈現(xiàn)給工程人員[1]。BIM模型是一個(gè)完善的信息模型，可以將工程各種數(shù)據(jù)、進(jìn)程及資源聯(lián)結(jié)在一起，從而完整地描述工程的全貌[2]。

RFID 的全稱(chēng)為Radio Frequency Identification，通常翻譯作無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)。RFID系統(tǒng)的組成部分包括標(biāo)簽、接收讀寫(xiě)器、中央信息管理系統(tǒng)及中間件等。RFID屬于一種非接觸式的識(shí)別技術(shù)[3]。RFID標(biāo)簽根據(jù)其工作原理可分為兩種類(lèi)型，一種稱(chēng)作主動(dòng)標(biāo)簽或有源標(biāo)簽，這種標(biāo)簽直接向接收讀寫(xiě)器發(fā)射射頻信號(hào)；另一種稱(chēng)作被動(dòng)標(biāo)簽或無(wú)源標(biāo)簽，其本身不具備發(fā)射信息功能，而是當(dāng)其進(jìn)入接收讀寫(xiě)器的磁場(chǎng)影響范圍后，接收讀寫(xiě)器通過(guò)其引起的磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流讀取其中儲(chǔ)存的信息。接收讀寫(xiě)器在獲取標(biāo)簽中的信息后，借由中間件篩選并優(yōu)化排除干擾信息后，傳送至中央信息服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。此過(guò)程完全避免了人工錄入信息時(shí)潛在的失誤可能，可以實(shí)現(xiàn)信息獲取的零錯(cuò)誤[4]。并且其接收讀寫(xiě)器能夠無(wú)線獲取標(biāo)簽信息，排除障礙物的干擾，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)標(biāo)簽的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)范圍內(nèi)各個(gè)物體的精準(zhǔn)定位。RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽尺寸小巧，便于工程人員攜帶。同時(shí)標(biāo)簽存儲(chǔ)容量大，能夠滿足存儲(chǔ)大量的信息以描述物體各項(xiàng)屬性的記錄需求，還可以預(yù)留部分區(qū)域，使自身具備一定的信息可擴(kuò)展性。

BIM與RFID作為現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，交互結(jié)合應(yīng)用，構(gòu)建材料管理系統(tǒng)和工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)模型，必將體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本文先對(duì)BIM與RFID技術(shù)結(jié)合的意義、方法進(jìn)行分析，然后就兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建的工程倉(cāng)儲(chǔ)成本管控系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 BIM技術(shù)與RFID技術(shù)結(jié)合的意義

RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)良好的信息追蹤，從而保障BIM系統(tǒng)信息獲取的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、完整性，提升信息傳遞效率。RFID技術(shù)同時(shí)具備遠(yuǎn)距離的無(wú)線定位功能，能夠使施工現(xiàn)場(chǎng)情況和BIM仿真模型的實(shí)時(shí)對(duì)照變得極為便捷，從而令工程管理人員更準(zhǔn)確、有效地開(kāi)展成本管控工作。RFID技術(shù)原理見(jiàn)圖1。將RFID中的材料與設(shè)備等信息集成入BIM中加以綜合判斷處理，有利于實(shí)現(xiàn)缺陷排查的零遺漏、庫(kù)存物品的動(dòng)態(tài)管理、現(xiàn)場(chǎng)的全面監(jiān)管等精益建設(shè)的理想化目標(biāo)[5]。工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際信息能夠借由BIM系統(tǒng)準(zhǔn)確反饋到相關(guān)單位及其工作人員，方便工作人員及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高倉(cāng)儲(chǔ)的管理效率，并有效減少返工、窩工或材料閑置的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料、設(shè)備的永久可追溯，為有效降低工程項(xiàng)目成本提供有力的支持。

圖1 RFID技術(shù)原理

BIM與RFID兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是可以快速而準(zhǔn)確地傳送豐富的信息，杜絕人工失誤可能性。例如當(dāng)材料、設(shè)備等進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，在安裝了RFID閱讀器的環(huán)境下，若運(yùn)輸車(chē)輛的運(yùn)行速度符合要求，系統(tǒng)甚至可以在完全無(wú)人工介入的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。BIM技術(shù)及RFID技術(shù)的應(yīng)用與否對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)信息追蹤等方面的影響如表1所示。

表1 BIM與RFID技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的情況比較

2 BIM與RFID技術(shù)的交互方式設(shè)計(jì)

建設(shè)工程項(xiàng)目在施工過(guò)程中使用到大量的設(shè)備、構(gòu)件、材料等組件，對(duì)于組件的管理工作是建設(shè)工程項(xiàng)目管理工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)，貫穿于生產(chǎn)、運(yùn)輸、入庫(kù)、安裝使用甚至項(xiàng)目報(bào)廢后部分回收再利用等整個(gè)過(guò)程。因其管理時(shí)間跨度大，工作涉及的內(nèi)容復(fù)雜，故在工程實(shí)踐過(guò)程中，比較容易出現(xiàn)在運(yùn)輸和儲(chǔ)存、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、施工工序安排、技術(shù)流程管控等方面的問(wèn)題，而導(dǎo)致額外的費(fèi)用損失。

針對(duì)此種現(xiàn)象，本文提出工程項(xiàng)目BIM和RFID技術(shù)相結(jié)合的交互方式設(shè)計(jì)思路，如圖2所示。建設(shè)工程項(xiàng)目在其全壽命周期的各個(gè)階段均和其他階段之間存在著信息交換，故BIM與RFID技術(shù)結(jié)合的交互模型也應(yīng)當(dāng)可以體現(xiàn)各設(shè)備、構(gòu)件和材料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、入庫(kù)、安裝使用甚至報(bào)廢后部分回收再利用等全過(guò)程中的相關(guān)信息。因此應(yīng)當(dāng)對(duì)所需添加RFID標(biāo)簽的組件進(jìn)行一定篩選，并對(duì)其中信息數(shù)據(jù)加以結(jié)構(gòu)化處理，以便于工程技術(shù)人員的信息使用，提升建設(shè)工程項(xiàng)目的管控效率及能力。在進(jìn)行信息篩選的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將分部、分項(xiàng)或單位工程的特征，設(shè)備、構(gòu)件、材料的類(lèi)型等作為選擇的依據(jù)，并且應(yīng)當(dāng)符合工藝流程的需求，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)與本項(xiàng)目的具體要求及項(xiàng)目的實(shí)際管理水平相符合。

圖2 BIM和RFID技術(shù)相結(jié)合的交互模型

目標(biāo)組件在生產(chǎn)完成后即可添加RFID標(biāo)簽，并在預(yù)定或根據(jù)實(shí)際需要選擇的時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)其標(biāo)簽進(jìn)行掃描，以提取標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)或根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其中信息進(jìn)行一定修改；從RFID標(biāo)簽中獲得的數(shù)據(jù)將傳送至BIM系統(tǒng)中進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵的設(shè)備、構(gòu)件、材料進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID標(biāo)簽?zāi)軌虮４娴淖畲笮畔⒘坑辛艘欢ㄌ岣撸冀K是有限的，一味擴(kuò)大信息存儲(chǔ)量也會(huì)增加RFID技術(shù)的使用成本。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需求選擇必要的信息進(jìn)行記錄，并隨著項(xiàng)目的變化利用相應(yīng)的軟件加以修改。為確保信息得到有效記錄，RFID標(biāo)簽的存儲(chǔ)空間須劃分為如下區(qū)域：

（1）編碼信息字段部分。為了能夠在BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中迅速準(zhǔn)確地查找到組件，應(yīng)當(dāng)為各目標(biāo)組件設(shè)置不相重復(fù)的唯一編碼字符。同時(shí)為符合與BIM數(shù)據(jù)庫(kù)編碼庫(kù)的兼容性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)固定的規(guī)則進(jìn)行編碼，以確保項(xiàng)目?jī)?nèi)編碼的一致性。

（2）規(guī)格信息字段部分。此區(qū)域用于對(duì)組件在制造完成后衍生出的屬性特征進(jìn)行記錄。為確保數(shù)據(jù)的有效性，按照其具體用途，主要的記錄參數(shù)類(lèi)型可以有所不同。例如對(duì)于空調(diào)設(shè)備，應(yīng)當(dāng)對(duì)其品牌、尺寸、功率、制冷制熱效率、能耗比等進(jìn)行相關(guān)記錄。

（3）狀態(tài)信息字段部分。此區(qū)域用于記錄組件目前所處的階段（如生產(chǎn)制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等）及其子階段（如吊裝啟動(dòng)、吊裝就位、安裝驗(yàn)收等）。不同的階段應(yīng)設(shè)置不同級(jí)別的數(shù)據(jù)修改權(quán)限，以避免發(fā)生組件越權(quán)使用等情況而導(dǎo)致管理混亂或組件丟失。

（4）過(guò)程信息字段部分。此區(qū)域用于記錄組件當(dāng)前所處的時(shí)間節(jié)點(diǎn)信息。RFID標(biāo)簽中的實(shí)時(shí)進(jìn)程數(shù)據(jù)會(huì)隨所處階段的不同而發(fā)生變化。例如，吊裝指令僅可適用于安裝施工過(guò)程當(dāng)中。因此為了節(jié)約存儲(chǔ)空間，RFID標(biāo)簽的過(guò)程信息字段部分只需要記錄組件當(dāng)前所處生命階段的相關(guān)數(shù)據(jù)，而其過(guò)程中的詳細(xì)變化記錄可借助BIM數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查找。此字段的操作權(quán)限應(yīng)由狀態(tài)信息字段部分設(shè)定的修改權(quán)限決定。

（5）空間信息字段部分。此區(qū)域用于記錄組件的目前所處空間位置或安裝空間位置，以便于對(duì)組件進(jìn)行保管與監(jiān)控。

（6）維保歷史信息字段部分。此區(qū)域用于記錄運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的主要?dú)v史參數(shù)，如累計(jì)保養(yǎng)次數(shù)、累計(jì)維修次數(shù)、剩余預(yù)計(jì)使用壽命、前次維保的時(shí)間等，以便于運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位等及時(shí)確認(rèn)組件當(dāng)前或可預(yù)期的未來(lái)的大致性能，為其維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃提供基礎(chǔ)依據(jù)。與過(guò)程信息字段部分相似，為了節(jié)約存儲(chǔ)空間，詳細(xì)變化記錄不必完全記錄在RFID標(biāo)簽中，而可借助BIM數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查找。

3 基于BIM與RFID技術(shù)的工程倉(cāng)儲(chǔ)成本管控系統(tǒng)的構(gòu)建

基于BIM與RFID技術(shù)，構(gòu)建材料管理系統(tǒng)和工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)模型，用于工程倉(cāng)儲(chǔ)成本管控。

基于BIM與RFID技術(shù)的設(shè)備材料管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)將設(shè)備與材料的外型尺寸、性能參數(shù)、實(shí)時(shí)位置等標(biāo)簽信息整合進(jìn)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中，以利于實(shí)現(xiàn)材料設(shè)備信息動(dòng)態(tài)管理的目的。將RFID技術(shù)在信息更新、傳輸、讀寫(xiě)等方面的優(yōu)點(diǎn)，與BIM技術(shù)在信息集成與提取等方面的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以有效地克服傳統(tǒng)材料設(shè)備管理方法的缺陷，提高材料設(shè)備管理的可視化程度。

如圖3所示，基于BIM與RFID技術(shù)的材料管理系統(tǒng)整體上分為數(shù)據(jù)層、功能層及用戶應(yīng)用層三個(gè)層次。在這其中，數(shù)據(jù)層是一個(gè)將BIM數(shù)據(jù)庫(kù)信息及RFID標(biāo)簽信息整合在一起的大數(shù)據(jù)庫(kù)；功能層繼承了系統(tǒng)的主要管理功能；用戶層則可以為不同使用權(quán)限的用戶提供設(shè)備、材料申報(bào)，已完成作業(yè)、待完成作業(yè)等的查詢(xún)與操作平臺(tái)。

圖3 基于BIM及RFID技術(shù)的設(shè)備材料管理系統(tǒng)框架

在數(shù)據(jù)層，BIM的數(shù)據(jù)庫(kù)為擬安裝材料設(shè)備提供環(huán)境信息與歷史信息，RFID標(biāo)簽為材料設(shè)備提供品牌、型號(hào)、編號(hào)等基本屬性與空間位置、性能狀態(tài)等當(dāng)前參數(shù)信息。BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中保存有以往設(shè)計(jì)階段與已完施工的各種信息，這些信息中并非都與當(dāng)前材料設(shè)備管理有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。因此，應(yīng)對(duì)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中與材料設(shè)備管理有較大價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別和篩選，而非一概予以繼承。

功能層主要包括模型擴(kuò)展、信息擴(kuò)展、安裝及監(jiān)控等模塊。模型擴(kuò)展功能模塊主要用于支持根據(jù)需要對(duì)模型進(jìn)行新建、修改或刪除操作。信息擴(kuò)展功能模塊用于存儲(chǔ)由客戶輸入、更改及完善等操作產(chǎn)生的相應(yīng)信息，以方便工程管理人員進(jìn)行查閱及調(diào)用。模型擴(kuò)展功能模塊與信息擴(kuò)展功能模塊應(yīng)當(dāng)是相互聯(lián)動(dòng)的，其中一項(xiàng)的變化會(huì)相應(yīng)引發(fā)另一項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)的變化。安裝及運(yùn)行監(jiān)控功能模塊則可貫穿于采購(gòu)申請(qǐng)、審批、安裝施工計(jì)劃、安裝實(shí)施、驗(yàn)收與記錄等全過(guò)程。在其中的各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)操作與系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，以確保目標(biāo)與管理對(duì)象的一致性，從而推動(dòng)工作流程順利開(kāi)展并提高工作的質(zhì)量和效益。

用戶應(yīng)用層直接面向客戶端使用者。系統(tǒng)為用戶提供各類(lèi)重要信息、指令、待處理的工作的提示，以確保操作的一致性與協(xié)同性。同時(shí)，必要時(shí)也可以對(duì)不同類(lèi)型的使用者提供不同的權(quán)限及對(duì)應(yīng)范圍的可操作界面，以確保材料設(shè)備管理的有序性和安全。例如，基層的材料設(shè)備管理人員只允許查詢(xún)?cè)O(shè)備的三維模型、基本參數(shù)或進(jìn)行報(bào)修申請(qǐng)等，而部門(mén)負(fù)責(zé)人則在這些權(quán)限的基礎(chǔ)上還能進(jìn)行相關(guān)審批及指令下達(dá)工作。這樣可以使材料設(shè)備管理權(quán)限與職責(zé)清晰，使現(xiàn)場(chǎng)管控更為有序，從而避免材料管理混亂導(dǎo)致的額外時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本的產(chǎn)生[6]。

根據(jù)上述分析，本文構(gòu)建了基于BIM及RFID技術(shù)的工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)模型，如圖4所示?；贐IM及RFID技術(shù)的工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)分為材料與設(shè)備的采購(gòu)及入庫(kù)、在庫(kù)監(jiān)管、領(lǐng)取出庫(kù)、安裝/使用及驗(yàn)收四個(gè)主要階段。

圖4 工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)

基于RFID與BIM技術(shù)相結(jié)合理念構(gòu)建工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目的是加強(qiáng)倉(cāng)儲(chǔ)盤(pán)點(diǎn)、使用監(jiān)控的響應(yīng)水平。此系統(tǒng)能夠利用RFID對(duì)于數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性與全面性，實(shí)現(xiàn)BIM系統(tǒng)中材料數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新，并提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢(xún)及調(diào)用的便捷性。

該工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，通過(guò)無(wú)線讀取RFID標(biāo)簽中的信息，排除障礙物的物理干擾，可以解決BIM數(shù)據(jù)采集的空間限制問(wèn)題。倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新為建設(shè)單位、施工單位等項(xiàng)目參與方提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)，減少工程上的爭(zhēng)議，減少索賠等成本風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)能為后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的維保工作提供信息支持，進(jìn)一步降低維保成本。本系統(tǒng)具備如下功能：

（1）具有權(quán)限管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)提取以及參數(shù)調(diào)整設(shè)置等功能，能實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)信息收集的自動(dòng)化，方便材料與設(shè)備管理的無(wú)紙化作業(yè)，降低人力和資源成本。

（2）信息直達(dá)用戶端，能夠?qū)⒉牧吓c設(shè)備的空間位置、性能狀態(tài)等信息清晰地展示給工程現(xiàn)場(chǎng)的管理人員，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)管理人員的決策提供明確的依據(jù)，加強(qiáng)工程管理人員的倉(cāng)儲(chǔ)成本管控質(zhì)量。

（3）顯著地減少工程倉(cāng)儲(chǔ)管理的人工工作量，有效提升倉(cāng)儲(chǔ)管理工作的效率，杜絕可能產(chǎn)生的人工失誤，并實(shí)現(xiàn)材料與設(shè)備的全程實(shí)時(shí)監(jiān)管，有效減少倉(cāng)儲(chǔ)中監(jiān)守自盜發(fā)生的可能性，避免意外的倉(cāng)儲(chǔ)成本損失。

（4）能夠滿足倉(cāng)儲(chǔ)盤(pán)點(diǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化需求，確?；A(chǔ)數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性與及時(shí)性，顯著提高盤(pán)點(diǎn)作業(yè)效率及質(zhì)量，節(jié)約時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

（5）能夠?qū)?xiàng)目材料與設(shè)備的使用進(jìn)度進(jìn)行可視化控制，為工程管理人員制定采購(gòu)計(jì)劃提供依據(jù)，避免因物料供應(yīng)不足或滯后導(dǎo)致的窩工或過(guò)早、過(guò)量采購(gòu)導(dǎo)致的材料積壓，提高工程資金的流動(dòng)性及使用效率，從而進(jìn)一步降低工程的成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)BIM與RFID兩項(xiàng)技術(shù)的交互模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，論證兩項(xiàng)技術(shù)在工程管理中結(jié)合應(yīng)用的可能性。并基于交互模型對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合如何構(gòu)建工程倉(cāng)儲(chǔ)成本管控系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，論證BIM與RFID兩項(xiàng)技術(shù)在工程倉(cāng)儲(chǔ)成本管控上的優(yōu)勢(shì)。該工程倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，通過(guò)無(wú)線讀取RFID標(biāo)簽中的信息，排除障礙物的物理干擾，可以解決BIM數(shù)據(jù)采集的空間限制問(wèn)題。倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新為建設(shè)單位、施工單位等項(xiàng)目參與方提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)，減少工程上的爭(zhēng)議，減少索賠等成本風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)能為后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的維保工作提供信息支持，進(jìn)一步降低維保成本。