BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑全生命周期管理的應(yīng)用研究

摘 要：隨著國內(nèi)人口紅利的逐漸消失，裝配式建筑逐漸成為建筑業(yè)的熱點，國家也在政策層面漸漸加大力度去發(fā)展裝配建筑。近年來隨著裝配式構(gòu)件的施工工藝與技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)層面的問題也已得到解決，然而管理層面的問題仍未解決。如設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、施工之間信息傳遞不暢，裝配式構(gòu)件設(shè)計精細化程度不高，容易出現(xiàn)碰撞，造成后期返工，同時構(gòu)件庫存管理效率低，管理上的問題已經(jīng)成為制約裝配式建筑發(fā)展的主要因素。本文針對這些問題，提出了利用BIM和RFID技術(shù)對裝配式建筑生命周期的應(yīng)用進行分析，并應(yīng)用案例分析論證了BIM與RFID技術(shù)能有效地解決這些問題。

關(guān)鍵詞：BIM；RFID；裝配式建筑；應(yīng)用研究

當前國家為了推動裝配式建筑的發(fā)展，頒布了許多關(guān)于預(yù)制裝配式建筑的規(guī)范《裝配混凝土住宅體系設(shè)計規(guī)程》（2010年）、《裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（2011年）、《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標準》（2017年）、《裝配式木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標準》（2017年）、《裝配式混凝土建筑技術(shù)標準》（2017年）。同時還頒布了許多政策，其中在“十三五”裝配式建筑行動方案中，指出到到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。與傳統(tǒng)建筑相比較，裝配式建筑采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，具有提高生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，大大縮短工期的優(yōu)勢。在當今人口紅利逐漸消失，裝配式建筑是建筑未來發(fā)展的方向與趨勢。

1 裝配式建筑存在的不足

構(gòu)件設(shè)計與生產(chǎn)之間信息不流通，缺乏有效的整合，使設(shè)計生產(chǎn)之間不能全面協(xié)調(diào)，導致大量的返工現(xiàn)象，只有解決設(shè)計、生產(chǎn)、施工等各個環(huán)節(jié)的問題，才能更好地完成不同的建筑體系[1]。

預(yù)制構(gòu)件的精細化程度不足。工業(yè)化建筑施工過程中，還常出現(xiàn)“錯、漏、碰、缺”等現(xiàn)象，制約著裝配式建筑的發(fā)展。裝配式建筑對預(yù)留孔洞位置精度要求較高，很多裝配式建筑采用混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)留預(yù)埋時，要求尺寸與位置盡量精確，否則可能要重新開槽或開洞，這樣不但加大施工難度，耽誤工期，甚至會影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

裝配式建筑與傳統(tǒng)的建筑施工相比，大部分的構(gòu)件與材料都是在工廠加工的，現(xiàn)場的濕作業(yè)相對較少，因此構(gòu)件的管理變得尤為重要。裝配式構(gòu)件的管理工作是一個復(fù)雜的過程，很多實際的裝配式建筑項目中，無論是輕鋼龍骨裝配式建筑還是預(yù)制混凝土裝配式建筑，在實際管理過程中，構(gòu)件的運輸、存儲、施工工序與技術(shù)流程方面極容易出現(xiàn)問題。

為了能更好地解決這些問題，本文將引入BIM與RFID技術(shù)對裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工過程進行優(yōu)化。

2 BIM與RFID的技術(shù)原理

2.1 BIM技術(shù)原理

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，最早由美國喬治亞技術(shù)學院的“BIM之父”Eastman 在它的著作中最早提出了信息模型的概念，他將BIM定義為BIM是通過參數(shù)化建立模型，是建筑設(shè)施的物理性質(zhì)與功能性質(zhì)的數(shù)字化表達[2]。BIM在建筑設(shè)施整個生命周期作為一個分享與存儲信息平臺，從概念設(shè)計階段到拆除階段具有很大的應(yīng)用價值。BIM具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性五大特點，基于BIM各參與方在建筑項目的生命周期中可及時溝通，共享信息，在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行分析，做出適宜高效的決策。

2.2 RFID技術(shù)原理

無線射頻識別（RFID）技術(shù)是一種不需要識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸，直接通過無線電訊號進行識別特定目標與讀取相關(guān)信息數(shù)據(jù)的技術(shù)。其組成部分只要包括應(yīng)答器、閱讀器、軟件系統(tǒng)。同時RFID還有以下特點：快速掃面，體積小型化，穿透性與無障礙閱讀，數(shù)據(jù)記憶容量大，安全性高。RFID閱讀器可同時掃描多個RFID標簽，RFID對水、油、化學藥品等都有較強的抵抗性，還能夠穿透木材、紙張、塑料等非透明的材質(zhì)，并能穿透性通信。

3 BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑全生命周期管理中的應(yīng)用

3.1 BIM和RFID技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段的應(yīng)用

目前工程項目都需要多專業(yè)之間的協(xié)同進行，單一設(shè)計專業(yè)自身設(shè)計圖紙發(fā)生碰撞的比例較小，設(shè)計變更的原因有很多，主要由于各設(shè)計專業(yè)間的不協(xié)調(diào)、設(shè)計施工間不協(xié)同，業(yè)主對施工圖紙的理解與實際效果有偏差。傳統(tǒng)模式下采用CAD進行解決多專業(yè)、多參與方間的協(xié)調(diào)問題是很難的，對各專業(yè)人員的空間想象能力非常高。在BIM平臺下，各專業(yè)設(shè)計人員可以有一個直觀、清楚的認識，而不用再對二維圖紙進行費勁地想象。傳統(tǒng)的二維圖紙中各平面圖、剖面圖、詳圖之間不關(guān)聯(lián)的，修改其中一個圖紙的構(gòu)件圖元，其他還應(yīng)修改各自相應(yīng)的構(gòu)件圖元，當構(gòu)件圖元較多的時候容易出現(xiàn)錯漏的現(xiàn)象，而在采用BIM的情況下，修改了其中一個構(gòu)件圖元，則該圖元對于的視圖會自動進行修改，各視圖之間具有聯(lián)動性，節(jié)約設(shè)計修改的時間。

在設(shè)計階段，各設(shè)計專業(yè)人員利用BIM技術(shù)建立結(jié)構(gòu)模型、建筑模型、暖通模型、給排水模型、消防模型，利用鏈接功能，進行整合模型，再利用Naviswork的“clash detective”功能，進行碰撞檢查，出具碰撞報告，各專業(yè)設(shè)計人員根據(jù)碰撞報告進行施工圖紙的優(yōu)化，減少施工過程中出現(xiàn)的碰撞，節(jié)約成本與縮短工期，具體碰撞優(yōu)化流程如圖1所示。各設(shè)計專業(yè)進行協(xié)同溝通，主要進行信息的實時共享與傳遞。模型實時更新并不是各專業(yè)的每一次變動都需各專業(yè)的跟進配合，在變更完成后，應(yīng)及時通知其他專業(yè)的設(shè)計人員，若設(shè)計人員有意見應(yīng)及時通知原設(shè)計變更者，并與其他設(shè)計人員進行溝通

協(xié)調(diào)。

3.2 BIM與RFID技術(shù)在裝配式建筑構(gòu)件運輸階段的應(yīng)用

在構(gòu)件運輸階段，利用RFID閱讀器采集構(gòu)件出廠、到達現(xiàn)場的時間，并及時上傳到數(shù)據(jù)庫中，同時將其位置屬性、進度狀態(tài)與BIM模型進行結(jié)合[4]。通過RFID采集的信息，進行構(gòu)件實際進度與計劃進度的偏差分析，預(yù)測原計劃是否能夠順利完成，若不能完成應(yīng)及時調(diào)整計劃，增加運輸車輛與人員，同時還可以及時調(diào)整施工工序，避免窩工與構(gòu)件的堆積，減少場地占用與成本的增加。構(gòu)件進場過程中，應(yīng)控制好車輛、人員、材料的速度，方便RFID閱讀器的自動讀取信息，這種方式減少了人員的工作與錄入信息可能出現(xiàn)的錯誤。當數(shù)據(jù)信息積累到一定程度后，可進行運輸次數(shù)、運輸路線的優(yōu)化，分析出說時間與路程相對較短的路線。

3.3 BIM與RFID技術(shù)在裝配式建筑施工階段的應(yīng)用

裝配式建筑吊裝過程復(fù)雜、施工機械化程度要求高、施工安全保障要求高，在運輸構(gòu)件進場前，利用BIM技術(shù)對構(gòu)件裝配施工過程進行可視化交底，對裝配式建筑進行模擬仿真，模擬吊裝過程與其他的一些施工工藝，方便現(xiàn)場安裝人員快速地了解到整棟樓各工序之間的搭接順序與各工藝的施工流程，避免施工過程中的失誤導致重大經(jīng)濟損失[5]。同時在構(gòu)件安裝之前，還應(yīng)組織工人到工廠進行預(yù)拼裝，提高施工人員的安裝效率與減少現(xiàn)場施工的失誤。

構(gòu)件入場后，由驗收人員進行構(gòu)件的驗收，利用RFID閱讀器進行構(gòu)件識別，辨別出構(gòu)件所處的位置，做到點對點的擺放存儲，避免二次搬運。在吊裝過程中，施工人員通過RFID閱讀器掃描裝配式構(gòu)件，查看構(gòu)件在BIM平臺中所處的位置，進行準確無誤地安裝，做到一步到位，節(jié)省時間與人力物力。安裝完畢后，將安裝過程中主要負責人信息與安裝出現(xiàn)的問題及時反饋到BIM平臺上。這個過程可使信息及時快速地傳遞，為現(xiàn)場實際進度與計劃進度的比較提供依據(jù)，方便及時調(diào)整計劃。

3.4 BIM與RFID技術(shù)在裝配式建筑運營階段的應(yīng)用

在裝配式建筑運營維護階段，它不僅僅需要現(xiàn)階段的信息，同時還需要整個壽命周期各階段的信息，如設(shè)施維護信息，應(yīng)包括竣工驗收階段的圖紙與驗收資料，設(shè)備安裝信息與修改記錄等。對于很多項目而言，項目的信息是十分龐大，涉及到專業(yè)、文件、人員也非常多，在這個過程若要進行搜索某一個設(shè)備的信息，工作量是非常大，而且效率也很低。當采用BIM與RFID技術(shù)時，可使得這些過程簡單化、高效化。

BIM技術(shù)可使裝配式建筑整個壽命周期信息化，在運營維護階段，管理人員可通過RFID閱讀器掃面預(yù)制構(gòu)件，直接獲取構(gòu)件的生產(chǎn)廠家、安裝人員、構(gòu)造尺寸等信息。當出現(xiàn)質(zhì)量問題時，可以快速直接地查詢到責任人與生產(chǎn)廠家，明確構(gòu)件的責任歸屬，可以將問題從運營維護階段一直追溯至構(gòu)件設(shè)計生產(chǎn)階段。

在裝配式建筑的壽命周期內(nèi)，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)施（梁、板、墻）與設(shè)備設(shè)施（機電設(shè)備、風管、水管等）都需要進行維護。成功高效的維護方案可直接降低建筑的能耗與維護費用，進而降低建筑的總體的維護成本。BIM模型可充分發(fā)揮空間定位與數(shù)據(jù)信息記錄的優(yōu)勢，為維護人員提供相應(yīng)的空間信息與屬性信息，可快速合理地編制維護方案，提高維護的效率。同時對一些重要的設(shè)備設(shè)施進行維護跟蹤記錄，方便對設(shè)備的使用壽命與適用狀態(tài)進行預(yù)判。

4 案例分析

4.1 項目概況

深圳某裝配式建筑項目位于深圳市光明新區(qū)，該項目總建筑面積75萬m2，是深圳市較大的裝配式建筑項目。項目共分為兩期，其中一期項目建筑用地面積約4萬，總建筑面積約30萬，地上最高為36層，地下為2層，住宅用戶約1800戶，容積率為5.11。

4.2 項目各階段的應(yīng)用

在設(shè)計階段，采用BIM技術(shù)協(xié)助設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)、機電、裝修一體化設(shè)計。利用BIM技術(shù)進行協(xié)同溝通，提前將室內(nèi)裝修圖紙傳遞到構(gòu)件生產(chǎn)廠家，提前解決裝修過程可能存在的問題。利用BIM進行深化圖紙，可以給電纜橋架、給排水暖通管道提供準確地定位，避免裝修過程進行開槽開洞，同時也避免錯漏碰缺的現(xiàn)象出現(xiàn)，保證了裝修的質(zhì)量。

在生產(chǎn)運輸階段，該項目運用BIM與RFID技術(shù)貫穿與構(gòu)件的生產(chǎn)存儲、運輸各過程。構(gòu)件生產(chǎn)前，首先為利用Revit軟件簡歷BIM模型，并為模型構(gòu)件賦予一個唯一的RFID編碼。生產(chǎn)階段，根據(jù)生產(chǎn)排產(chǎn)計劃，利用BIM軟件明細表功能導出相應(yīng)構(gòu)件模型的屬性參數(shù)，為構(gòu)件加工機械設(shè)備提供可靠的信息數(shù)據(jù)，保證了構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量。同時利用RFID技術(shù)進行構(gòu)件出入庫管理，實時追蹤構(gòu)件的去向，大大提高了構(gòu)件庫存管理的效率，節(jié)約了人力物力。

在施工階段，項目采用BIM技術(shù)在施工前給現(xiàn)場工作人員進行可視化技術(shù)交底，讓施工作業(yè)人員提前了解安裝順序，施工工藝流程，大大提高了工人的工作效率，減少了施工失誤的幾率。同時通過RFID技術(shù)及時把安裝數(shù)據(jù)信息反饋到BIM平臺上，為日后維護階段提供了參考依據(jù)，也給接下來的生產(chǎn)安排提供數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié)論與展望

BIM與RFID技術(shù)的結(jié)合給裝配式建筑施工提供了新的方向，給裝配式建筑的構(gòu)件設(shè)計的精細化提供了技術(shù)支持，提高了各設(shè)計人員溝通的效率，有效地解決了圖紙中錯漏碰缺的問題，保證了裝配式構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量，避免不必要的返工。與傳統(tǒng)的裝配式建筑構(gòu)件出入庫管理相比，BIM與RFID技術(shù)可以快速，高效地進行出入庫管理，減少人力、物力、財力的投入，同時也避免了人為的出錯，也為日后統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)信息。

本文雖然分析了BIM與RFID在裝配式建筑全生命周期的應(yīng)用，但這種分析在很多層面還是不夠深入，在實際應(yīng)用中還存在著障礙。RFID與BIM技術(shù)本身的應(yīng)用推廣仍然存在著很多問題需解決，對RFID而言存在著標準不完善、成本高、使用壽命與建筑的壽命相比較還是較短；而對于BIM來講，不僅存在這技術(shù)層面的問題，還有管理層面與技術(shù)標準規(guī)范不完善等問題。我們相信BIM與RFID技術(shù)應(yīng)用是未來裝配式發(fā)展的趨勢，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問題將會被一一解決。

參考文獻

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作者簡介

周錦彬（1993-），男，漢族，江門市人，研究生，廣東工業(yè)大學，研究方向：裝配式建筑、BIM的技術(shù)應(yīng)用研究。