基于構(gòu)件信息流的裝配式混凝土建筑項目工程監(jiān)理的方式

蔡澤勇，鐘才根

（上海同濟(jì)工程項目管理咨詢有限公司， 上海 200092）

0 引 言

建筑施工行業(yè)具有悠久的發(fā)展歷史，是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。由于傳統(tǒng)建筑施工行業(yè)具有的離散性、單件性、松耦合性、流動性、非標(biāo)準(zhǔn)性等特點(diǎn)，致使計算機(jī)系統(tǒng)難以服從建筑施工行業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯，其關(guān)系模型不能覆蓋全部實際業(yè)務(wù)模式。因此，信息化管理很難在傳統(tǒng)建筑施工行業(yè)應(yīng)用普及[1]。

隨著城鎮(zhèn)化和建筑工業(yè)化的快速推進(jìn)，裝配式混凝土建筑受到各級政府和建設(shè)行業(yè)的廣泛重視。近 10 年來，在建設(shè)主管部門的指導(dǎo)下，經(jīng)建筑行業(yè)眾多專業(yè)人士的努力，裝配式混凝土建筑相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系已基本完備。技術(shù)體系的執(zhí)行客觀上要求管理方式同步提升或變革，因此信息化管理方式取代傳統(tǒng)管理方式是建筑工業(yè)化的內(nèi)在要求。同時由于 BIM 技術(shù)及 RFID 技術(shù)的發(fā)展和普及，建筑行業(yè)信息化管理即將成為現(xiàn)實[2]。本文將從監(jiān)理企業(yè)的視角，基于裝配式混凝土建筑的特點(diǎn)，對裝配式混凝土建筑的信息化管理方式進(jìn)行初步的探討。

1 裝配式混凝土建筑的特點(diǎn)

裝配式混凝土建筑中，大量的建筑構(gòu)配件由工廠生產(chǎn)加工完成。這些構(gòu)配件種類主要有剪力墻、疊合板、陽臺、空調(diào)板、樓梯、預(yù)制梁、預(yù)制柱等。預(yù)制構(gòu)配件運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，現(xiàn)澆作業(yè)較傳統(tǒng)建筑項目大幅減少。

裝配式建筑從設(shè)計到施工組裝整個流程中，建筑的構(gòu)配件作為核心要素始終貫穿其中。在設(shè)計階段，從建筑方案設(shè)計開始，設(shè)計師遵循一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將結(jié)構(gòu)方案或者建筑方案拆解成一個個構(gòu)配件。在構(gòu)配件生產(chǎn)階段，生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行模具加工、鋼筋彎制及混凝土的澆筑。在構(gòu)配件裝配階段，施工單位根據(jù)設(shè)計方案及相應(yīng)條件制定施工方案對構(gòu)配件進(jìn)行組裝。

根據(jù)裝配式混凝土建筑的特點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)配件的設(shè)計、加工和安裝過程的管理成為項目質(zhì)量、進(jìn)度、投資管理的核心內(nèi)容，而將預(yù)制構(gòu)配件作為上述項目信息的主要載體進(jìn)行監(jiān)控，有利于基本實現(xiàn)對整個裝配式建筑項目的有效管理。

2 BIM 和 RFID 技術(shù)

2.1 BIM 的概念及其特點(diǎn)

BIM 是以 3D 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。BIM 有兩個含義：狹義的概念是指包含建筑各種信息的數(shù)字化模型；廣義的概念則是在項目生命周期內(nèi)生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)的過程。

BIM 有以下幾個特點(diǎn)。

(1) 建設(shè)工程項目中的單一構(gòu)件作為基本圖元元素，每個元素都是數(shù)據(jù)的集合，數(shù)據(jù)保持一致性并可全局共享。

(2) 構(gòu)件的幾何信息及材料、結(jié)構(gòu)屬性與其他構(gòu)件的拓?fù)潢P(guān)系等各種信息的集成化，形成一個數(shù)據(jù)化的建筑圖元，包含著更為豐富的項目信息。

(3) 模型信息相互關(guān)聯(lián)。隨著模型變化，與之關(guān)聯(lián)的所有對象將隨之更新，并可以生成相應(yīng)的圖形、文檔。

BIM 模型中主要包括構(gòu)配件的基本信息，如名稱、規(guī)格尺寸和型號、供應(yīng)商等；可通過在 3D 模型的各個構(gòu)件上加上時間參數(shù)和成本計劃，形成 4D BIM 和 5D BIM 模型。

2.2 RFID 技術(shù)

射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是一種智能識別技術(shù)。射頻識別技術(shù)可以利用射頻信號實現(xiàn)對目標(biāo)物體的非接觸式識別，同時獲取相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，對應(yīng)用環(huán)境要求較低，且識別過程無須人工干預(yù)。射頻識別技術(shù)由標(biāo)簽和閱讀器兩個部分組成。標(biāo)簽安裝在需要識別的物體的內(nèi)部或外部；依賴設(shè)計的方法和使用的技術(shù)，閱讀器可分為只讀和讀/寫兩種。

3 混凝土預(yù)制構(gòu)配件的信息流

3.1 BIM 信息模型的建立和預(yù)制構(gòu)件的編碼

3.1.1 BIM 信息模型的建立

參數(shù)化的 BIM 模型中包含了構(gòu)件的空間尺寸、拓?fù)潢P(guān)系、材料屬性等。所有構(gòu)件都是由參數(shù)加以控制，模型信息相互關(guān)聯(lián)。如果模型中的某個對象發(fā)生變化，與之關(guān)聯(lián)的所有對象都會隨之改變。同時，模型的修改都會反映在對應(yīng)圖紙中，其設(shè)計和修改方式都十分便捷，提高了工作效率，并解決了長期以來圖紙之間的錯、漏、碰、缺而導(dǎo)致的信息不一致的問題。

在 Autodesk 公司的 BIM 軟件 Revit Architecture 中，參數(shù)化構(gòu)件被稱為“族”(Family)。在軟件中創(chuàng)建裝配式建筑的構(gòu)件(例如墻、梁、柱等)，并通過改變具體的尺寸、材料屬性等來逐步深化設(shè)計；建立的構(gòu)件數(shù)據(jù)保存在 BIM 模型之中并可被各方共同使用，為后續(xù)各階段工作打下良好的基礎(chǔ)。

在 BIM 3D 建筑模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)軟件可實現(xiàn)4D 虛擬建造、4D 施工進(jìn)度管理以及 5D 投資管理。通過4D 虛擬建造以及施工進(jìn)度安排，每一個構(gòu)件將關(guān)聯(lián)相應(yīng)的時間屬性。由于預(yù)制構(gòu)件自帶的成本屬性，通過虛擬建造，可方便計算出每一個付款節(jié)點(diǎn)的工程量及相應(yīng)支付的工程款額度。

3.1.2 預(yù)制構(gòu)件RFID的編碼設(shè)計

在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)制造階段，需要對構(gòu)件植入 RFID標(biāo)簽。標(biāo)簽內(nèi)包含構(gòu)件單元的各種信息，以便在構(gòu)件的運(yùn)輸、入場、存儲和吊裝過程中對其進(jìn)行管理。RFID 編碼需遵循編碼的唯一性、可擴(kuò)展性、可操作性及簡單性原則。圖1舉例說明構(gòu)件編碼格式[3]。

圖1 預(yù)制構(gòu)件的編碼格式

“K1”～“K3”為項目代碼，用英文字母表示。不足三個字母的項目，前面用 0 補(bǔ)齊。如：世博項目表示為 0 SB?！癒4”～“K6”為構(gòu)件類型，用英文字母表示。不足三個字母的，前面用 0 補(bǔ)齊。如：芯柱表示為0XZ?！癒7”～“K8”為位置屬性,如：09 表示地上 9 層?！癒9”～“K11”為數(shù)量編碼。“K12”～“K13”為過程代碼，施工人員根據(jù)構(gòu)件的施工過程寫入：預(yù)制構(gòu)件的制作表示為 ZZ，出廠入場表示為 RC，吊裝表示為 DZ，現(xiàn)澆連接表示為 XJ，機(jī)械連接表示為 JJ，接縫防水處理表示為FS；其他過程用 QT 字母表示。

3.1.3 現(xiàn)澆部分的編碼處理

從經(jīng)濟(jì)性和可操作性角度來看，目前國內(nèi)的裝配式混凝土建筑項目很少采用全裝配式結(jié)構(gòu)，基本都存在一些現(xiàn)澆混凝土部分。為實現(xiàn)建筑項目的全面及全過程信息化管理，需要對現(xiàn)澆部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼處理?，F(xiàn)澆部分也需遵循預(yù)制構(gòu)件的編碼原則，根據(jù)與已編碼預(yù)制構(gòu)件的空間關(guān)系或時間關(guān)系進(jìn)行編碼設(shè)計?，F(xiàn)澆部分的編碼不植入RFID 中，僅作為 BIM 服務(wù)器中對現(xiàn)澆混凝土部分信息的讀取和寫入的識別標(biāo)記。

3.2 預(yù)制構(gòu)件的信息類型

預(yù)制構(gòu)件從設(shè)計階段開始到吊裝施工驗收完成為止，持續(xù)不斷地產(chǎn)生與構(gòu)件相關(guān)的信息。根據(jù)信息類型不同，本文將其分為屬性信息和管理信息。

3.2.1 屬性信息

屬性信息是指預(yù)制構(gòu)件在 BIM 模型建立階段及其他階段所賦予構(gòu)件的屬性，包括質(zhì)量屬性、進(jìn)度屬性、成本屬性、安全屬性、合同屬性等。質(zhì)量屬性包含構(gòu)件的幾何尺寸、重量、混凝土類別、鋼筋種類和數(shù)量、預(yù)埋件種類和位置及模具的相關(guān)信息。進(jìn)度屬性信息主要來源于 4D 進(jìn)度模擬。根據(jù) 4D 進(jìn)度模擬結(jié)果，每一個預(yù)制構(gòu)件的制作、運(yùn)輸、吊裝等過程，都將有一個明確的完成時間節(jié)點(diǎn)。這些時間節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成構(gòu)件的進(jìn)度屬性。構(gòu)件本身自帶成本屬性，業(yè)主和監(jiān)理可以根據(jù)預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)量及施工現(xiàn)場吊裝完成量，進(jìn)行工程量的計量和工程款的支付，并分析實際投資與計劃投資的偏離情況。預(yù)制構(gòu)件的安全屬性是指：預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)制備、運(yùn)輸和吊裝過程中與該構(gòu)件相關(guān)的人員(安全員、特種作業(yè)人員)資質(zhì)、運(yùn)輸車輛及吊機(jī)的相關(guān)要求內(nèi)容。合同屬性包括預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、安裝單位及安裝完成日期等內(nèi)容。

3.2.2 管理信息

管理信息根據(jù)管理主體的不同，可以分為設(shè)計管理信息、生產(chǎn)廠家管理信息、施工總包管理信息、監(jiān)理管理信息等。本文所指的管理信息主要指監(jiān)理管理信息。監(jiān)理管理的主要內(nèi)容包括“三控兩管一協(xié)調(diào)”?！叭亍笔侵纲|(zhì)量、進(jìn)度、投資控制，“兩管”是指資料管理和合同管理，“一協(xié)調(diào)”是指協(xié)調(diào)業(yè)主與各參建方的關(guān)系。在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑項目中，由于預(yù)制構(gòu)件所具有的屬性信息，將預(yù)制構(gòu)件作為最基本的管理對象，將給監(jiān)理管理帶來極大的方便。

在對每一個預(yù)制構(gòu)件的監(jiān)督管理過程中，有大量的信息產(chǎn)生，包括聯(lián)系函、通知單、停工單、索賠、變更、檢查驗收等信息。這一類信息即為管理信息。管理信息根據(jù)類型可分為質(zhì)量管理信息、進(jìn)度管理信息、投資管理信息、安全管理信息和合同管理信息等。

3.3 預(yù)制構(gòu)件的信息流程

預(yù)制構(gòu)件是貫穿于整個裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈的核心元素，也是監(jiān)理管理的最基本對象。根據(jù)裝配式建筑的這一特點(diǎn)，結(jié)合RFID技術(shù)和BIM技術(shù)，可實現(xiàn)對裝配式建筑項目從構(gòu)配件設(shè)計、制作到運(yùn)輸、入場、存儲、吊裝等過程的實時監(jiān)控，達(dá)到控制建造工期和項目成本、保證建筑質(zhì)量的目的。

在設(shè)計階段完成預(yù)制構(gòu)件的信息建模，同時根據(jù)編碼規(guī)則對每一個預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行編碼。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，在構(gòu)件內(nèi)植入 RFID 標(biāo)簽同與之對應(yīng)的編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。每一過程均可讀取和寫入信息，服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息同步更新(如圖 2 所示)。本文僅從監(jiān)理角度，重點(diǎn)介紹預(yù)制構(gòu)件的制作、入場及吊裝階段的管理。

現(xiàn)場管理人員利用 PDA 或 RFID 讀卡器，通過無線電信號識別 RFID 標(biāo)簽信息，通過無線網(wǎng)自動登錄服務(wù)器讀取該標(biāo)簽下的信息，并可根據(jù)授權(quán)進(jìn)行寫入操作。各參建方則可以利用不同終端，通過用戶名和密碼登錄服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和寫入(如圖 3 所示)。

圖2 預(yù)制構(gòu)件信息流程

圖3 預(yù)制構(gòu)件信息讀取和寫入示意圖

4 基于預(yù)制構(gòu)配件信息流的工程質(zhì)量和進(jìn)度控制及資料管理

預(yù)制構(gòu)件所具有的質(zhì)量、進(jìn)度、成本等屬性信息，結(jié)合 RFID 和 BIM 技術(shù)手段，將為預(yù)制裝配式混凝土建筑項目的施工監(jiān)理帶來極大的方便。

4.1 預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量管理

4.1.1 監(jiān)理資料的數(shù)字化

(1) 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的數(shù)字化。為實現(xiàn)全面的信息化管理，前期需投入大量的精力，將裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程等按照一定的規(guī)則錄入服務(wù)器存儲，并對每一條信息進(jìn)行編碼。圖 4 舉例說明資料編碼格式。

“C1”～“C2”為過程代碼，用英文字母表示。必須與構(gòu)件編碼的過程代碼保持一致。如：預(yù)制構(gòu)件的制作表示為 ZZ，出廠入場表示為 RC，吊裝表示為 DZ，現(xiàn)澆連接表示為 XJ，預(yù)制構(gòu)件的機(jī)械連接表示為 JJ，接縫防水處理表示為 FS；其他過程用 QT 表示。“C3”～“C4”為信息類型，用英文字母表示。如：一般規(guī)定表示為 GD，質(zhì)量驗收表示為 YS；“C5”～“C7”為數(shù)量編碼，用數(shù)字表示?！癈8”～“C9”為備注。

圖4 資料編碼格式

(2) 監(jiān)理表單數(shù)字化。將全部工程監(jiān)理所需表單錄入服務(wù)器，并按照表單屬性使用“通知單”“聯(lián)系函”等中文標(biāo)題進(jìn)行保存，方便在監(jiān)理實施過程中調(diào)用。

4.1.2 預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量管理

施工前，由施工單位制定分項工程和檢驗批(包含預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆部分)劃分方案，并由監(jiān)理單位審核。預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)理流程如圖 5 所示。

圖5 預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)理流程

步驟一：施工單位人員在相應(yīng)階段根據(jù)設(shè)計要求完成作業(yè)后，將施工過程代碼輸入 RFID 標(biāo)簽中，并將相關(guān)質(zhì)量信息通過 RFID 標(biāo)簽寫入服務(wù)器中。

步驟二：監(jiān)理工程師通過 PDA 或讀卡器讀取構(gòu)件的基本信息，服務(wù)器軟件根據(jù)構(gòu)件編碼和信息編碼的過程代碼自動匹配，將相關(guān)信息推送至 PDA。

步驟三：監(jiān)理工程師根據(jù)服務(wù)器推送的監(jiān)理信息資料，結(jié)合構(gòu)件的基本信息，對實際構(gòu)件進(jìn)行檢查。檢查合格，則進(jìn)入下一道工序；檢查不合格，則根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)選擇調(diào)用相應(yīng)監(jiān)理表單告知施工單位，并重復(fù)步驟一和步驟二，直至合格才可進(jìn)入下一道工序。

4.2 預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)度管理

預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度管理的關(guān)鍵點(diǎn)，一是前期的 4D 施工建造模擬；二是建造過程中嚴(yán)格按照建造模擬的施工順序施工。在前期的 4D 施工建造模擬中，施工單位應(yīng)根據(jù)建設(shè)單位的工期要求及自身的施工經(jīng)驗，科學(xué)合理地編排施工進(jìn)度，并將每一個預(yù)制構(gòu)件的各過程時間節(jié)點(diǎn)錄入相應(yīng)構(gòu)件標(biāo)簽下的服務(wù)器中；監(jiān)理單位對施工單位提交的進(jìn)度進(jìn)行審核。在施工建造過程中，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照預(yù)制構(gòu)件的過程時間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)和施工。服務(wù)器中構(gòu)件進(jìn)度信息如表 1 所示。

表1 預(yù)制構(gòu)件進(jìn)度信息表

表1 中計劃時間由施工單位在進(jìn)度計劃確定后錄入；實際時間根據(jù) PDA 或讀卡器自動讀取，也可手動輸入。軟件根據(jù)實際進(jìn)度和計劃進(jìn)度自動判斷進(jìn)度偏差。預(yù)制構(gòu)件吊裝的計劃進(jìn)度和實際進(jìn)度可以借助于甘特圖和 BIM 可視化技術(shù)來表示。監(jiān)理單位可根據(jù)進(jìn)度偏離情況，分析進(jìn)度偏離原因，并結(jié)合構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸計劃進(jìn)度，進(jìn)行進(jìn)度計劃的調(diào)整。

4.3 預(yù)制構(gòu)件的資料管理

預(yù)制構(gòu)件包含質(zhì)量、進(jìn)度、投資、安全、合同及其他方面的信息，通過 RFID 標(biāo)簽與服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)。在構(gòu)件從生產(chǎn)制作到吊裝的過程中，施工人員通過對標(biāo)簽中過程代碼的寫入實現(xiàn)對構(gòu)件的全過程跟蹤管理。在管理過程中，不斷形成新的質(zhì)量、進(jìn)度、投資等管理信息，并通過調(diào)用監(jiān)理表單形成管理資料。在調(diào)用過程中，服務(wù)器軟件根據(jù)表單的調(diào)用次數(shù)自動進(jìn)行編號。服務(wù)器不僅能存儲文字信息，也能存儲圖片、視頻影音等信息，方便后期查 閱。圖 6 為預(yù)制裝配式建筑項目的資料管理示意圖。

圖6 預(yù)制裝配式建筑項目資料管理

5 結(jié) 語

建筑工業(yè)化是建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢。信息化管理也必將取代傳統(tǒng)的工程管理方式。信息化管理的優(yōu)勢是顯而易見的。裝配式建筑由于其工廠化預(yù)制生產(chǎn)、現(xiàn)場組裝的特點(diǎn)，同時結(jié)合 RFID 及 BIM 技術(shù)，非常適合信息化的管理方式。但是，要實現(xiàn)全面的信息化管理，需要有一個各建設(shè)方共享的平臺和統(tǒng)一的平臺接口，并且同時培養(yǎng)用戶使用習(xí)慣。信息化管理只是工程管理方式變革的起點(diǎn)，結(jié)合人工智能技術(shù)和監(jiān)理專家系統(tǒng)的智能化管理，工程管理方式的未來將更值得期待。