基于BIM-RFID的建筑工地人員管理系統(tǒng)研究

趙靜 趙金煜 張碩凱

摘要：在研究建筑工地人員管理落后現(xiàn)狀后，結(jié)合BIM與RFID技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢，總結(jié)當(dāng)前建筑工地人員管理問題與控制要點，進行建筑工地人員管理系統(tǒng)研發(fā)。首先構(gòu)建人員管理體系，然后設(shè)計基于“BIM-RFID” 技術(shù)的人員管理系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑施工階段人員智能化管理、保障人員安全等功能，推進智慧工地建設(shè)。

Abstract： After studying the backward situation of construction site personnel management， combining the application advantages of BIM and RFID technology in related fields， this paper summarizes the current management problems and control points of construction site personnel， and carries out the research and development of construction site personnel management system. Firstly， the personnel management system is constructed， and then the personnel management system based on BIM-RFID technology is designed to realize the functions of intelligent personnel management and personnel safety in the construction stage， so as to promote the construction of intelligent sites.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);RFID技術(shù);人員管理系統(tǒng);智慧工地

Key words： BIM;RFID;personnel management system;smart site

中圖分類號：TU721+.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0012-03

0 ?引言

建筑業(yè)內(nèi)一直缺少成熟的、在項目建設(shè)期內(nèi)進行人員信息（人員工種與在崗情況）實時記錄、現(xiàn)場管理、事后存儲的人員信息管理與人員安全管理系統(tǒng)?；诮ㄖ臉I(yè)人員具有流動性大、人員素質(zhì)較低等特征，建筑工地人員管理存在一系列的人員管理問題。

隨著“BIM”滲透建筑行業(yè)的各模塊，集成化的數(shù)據(jù)思想為管理人員管理現(xiàn)場施工人員提供新的技術(shù)思路;在此基礎(chǔ)上的“BIM-RFID”理論也引發(fā)了大量學(xué)者思考。周盛世等通過具體案例提出BIM 和 RFID 技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)施工現(xiàn)場人員實時管控，對建筑施工現(xiàn)場各種信息的收集與處理起到積極作用[1]。姚彬峰等提出在越來越復(fù)雜的現(xiàn)代建筑營造環(huán)境中，將RFID與 BIM 結(jié)合，有助于建筑工地資料傳送、信息管理[2]。王廷魁等通過建立基于BIM與RFID技術(shù)的建筑設(shè)備運行維護管理系統(tǒng)，證明了兩者的結(jié)合有助于管理人員信息處理能力、幫助項目節(jié)約資源[3]。

當(dāng)前學(xué)者的研究重點主要集中在“BIM-RFID”信息傳播、學(xué)術(shù)討論等方面，對于建筑工地人員信息與人員安全管理的研究較少，文章就建筑工地人員安全管理與信息管理的特點結(jié)合建筑工地具體要求，運用“BIM-RFID”技術(shù)實現(xiàn)人員信息與安全管理無紙化、數(shù)據(jù)化、結(jié)構(gòu)化，提高人員管理質(zhì)量與管理效率。

1 ?基本概念

1.1 BIM基本概念

BIM（Building Information Modeling）是建筑信息化模型，隨著近幾年各地政策的推動，BIM概念在建筑業(yè)內(nèi)已經(jīng)不再新鮮，大部分建筑公司成立了“BIM中心”等部門支持本公司BIM技術(shù)發(fā)展，在不斷推進的同時，業(yè)內(nèi)人員也逐漸對BIM有了新的認(rèn)識。許多學(xué)者提倡BIM不能局限于“建筑三維模型”，應(yīng)該將BIM看作是一個動態(tài)管理過程，著眼于建筑的各方面，為項目帶來真正的價值。其中，侯宇在建筑工地危險源識別過程中引進了BIM技術(shù)，通過BIM技術(shù)強大的數(shù)據(jù)整合能力，使得建筑工地管理人員在進行危險源安全管理的過程中得心應(yīng)手[4]。

1.2 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)起源于第二次世界大戰(zhàn)期間，該技術(shù)是利用空間耦合原理，基于射頻技術(shù)進行無線信息傳輸（圖1）。

近些年伴隨著第四次工業(yè)革命與裝配式建筑的浪潮，該技術(shù)在國內(nèi)外建筑構(gòu)件智能識別領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展，為建筑智能化、數(shù)據(jù)化起到了積極推動作用。建筑業(yè)構(gòu)件RFID技術(shù)的快速發(fā)展襯托出建筑業(yè)人員RFID技術(shù)發(fā)展的欠缺，為填補行業(yè)內(nèi)空白，文章運用RFID技術(shù)研發(fā)建筑工地人員管理系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)工地人員管理數(shù)字化，高效化。

1.3 RFID+BIM技術(shù)

“RFID+”技術(shù)已經(jīng)在煤礦業(yè)、物體運輸業(yè)、安全產(chǎn)品操作間等領(lǐng)域有了較多應(yīng)用，形成了一系列產(chǎn)業(yè)。“RFID+”巨大的應(yīng)用潛力吸引了大量學(xué)者進行研究：李成學(xué)等在研究煤礦井下人員管理方面時，通過運用“RFID+”技術(shù)研制煤礦井下人員管理系統(tǒng)，有效解決了井下實時人員統(tǒng)計難的技術(shù)難題[5];曹新穎等在分析裝配式構(gòu)建生產(chǎn)流程與質(zhì)量影響因素后，構(gòu)建基于“RFID+BIM”技術(shù)的建筑構(gòu)件質(zhì)量管理流程體系，極大的保障了建筑構(gòu)件質(zhì)量，改善了以往的建筑構(gòu)件粗放式管理模式[6]。李天華通過相關(guān)案例證實了 BIM-RFID 融合技術(shù)在建筑全壽命周期各階段中存在著交流共享信息效率提升的效果[7]。已有的成功案例，使得“RFID+”的實用性逐漸為人所知，文章基于當(dāng)前建筑工地人員管理的特點，基于“BIM+RFID”技術(shù)，構(gòu)建建筑工地人員管理系統(tǒng)。

2 ?基于“BIM-RFID”的建筑工地人員管理系統(tǒng)

建筑工地人員管理與信息采集工作由于工作所處環(huán)境的特點，管理過程存在人員變動大、工種繁多、人員進出頻繁等特征，要求在設(shè)計建筑工地在進行人員智能管理系統(tǒng)時，引進的技術(shù)必須支持身份感知、后臺運行、數(shù)據(jù)更新等功能。而近些年被廣泛使用的“BIM”與“RFID”技術(shù)在該方面具有獨特優(yōu)勢，通過搭建具有人員穩(wěn)定識別、數(shù)據(jù)交互存儲等功能的建筑工地人員管理系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑工地人員實時管理。

在該系統(tǒng)中，BIM技術(shù)通過建筑前期建立的三維模型，為后續(xù)建筑場布安全區(qū)域劃分提供依據(jù)，隨著建筑進度的不斷推進，依據(jù)三維模型實時更新安全區(qū)域，實現(xiàn)全過程人員安全管理。引入RFID技術(shù)將人員信息錄入RFID芯片，運用RFID傳感器進行識別，提高工作質(zhì)量與效率，使后期信息追溯成為可能。兩者的結(jié)合，可以實現(xiàn)人員信息管理與人員安全管理自動化。

2.1 人員管理系統(tǒng)架構(gòu)

BIM+RFID技術(shù)下的建筑工地人員管理系統(tǒng)包括：RFID芯片系統(tǒng)、BIM安全區(qū)域系統(tǒng)、現(xiàn)場管理系統(tǒng)、智能存儲系統(tǒng)、智慧閘機系統(tǒng)。五個子系統(tǒng)相互之間存在信息交互，依據(jù)設(shè)置的人員訪問權(quán)限，管理人員分別對相應(yīng)系統(tǒng)進行操作。（圖2）

2.2 人員管理子系統(tǒng)

①RFID芯片系統(tǒng)：該子系統(tǒng)的工作內(nèi)容主要是依據(jù)業(yè)主在人員管理方面的需求，結(jié)合Python語言進行RFID芯片編程，在已經(jīng)編程好的界面進行人員信息錄入（圖3），制作建筑工地人員實名制卡貼，依據(jù)工地實際需要設(shè)計適宜波長的RFID讀寫器。

②BIM安全區(qū)域系統(tǒng)：該子系統(tǒng)的主要工作是基于已經(jīng)建好BIM三維模型與場布模型，對施工場所進行動態(tài)安全區(qū)域劃分，立足于BIM技術(shù)自身優(yōu)勢，緊隨施工進度更新安全區(qū)域，做到全過程人員安全管理。

③現(xiàn)場管理系統(tǒng)：該子系統(tǒng)是在HPC高性能運算主機的支持下，進行現(xiàn)場系統(tǒng)管理，施工現(xiàn)場信息在計算機運算層與交互層之間轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，智能化人員信息管理系統(tǒng)。

④數(shù)據(jù)管理中心：基于BIM平臺理念建立的人員管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，智慧分類存儲有該工地各工種人員每日進場時間與出場時間（圖4）：實時顯示在場人數(shù)與工種、智能統(tǒng)計日流量、準(zhǔn)確記錄人員進出場時間，項目工期管理（圖5）。線下數(shù)據(jù)結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，運用Unreal引擎建造3D資料室。實現(xiàn)無紙化資料存儲，為日后追責(zé)提供依據(jù)。

⑤智能閘機系統(tǒng)：該子系統(tǒng)主要工作是配合RFID傳感器在人員進出施工安全通道時自動記錄由配置在工人安全帽中的RFID芯片傳輸?shù)男畔?，對于非本區(qū)域的闖入人員進行語音警告，并以短信方式通知管理人員。

3 ?人員管理系統(tǒng)功能

3.1 安全功能

①施工現(xiàn)場很大一部分人員安全事故的發(fā)生是由于非專業(yè)人員隨意進入施工場所。該類人員缺乏在施工場所相應(yīng)的安全與自我保護意識，對于施工現(xiàn)場安全區(qū)域的劃分不熟悉，極易發(fā)生人員傷害，重則危及生命。為了避免該類安全事故的發(fā)生，施工人員在進入施工場所佩戴內(nèi)置RFID芯片的安全帽，當(dāng)位于通道上方的RFID芯片傳感器感應(yīng)到人員安全帽內(nèi)的芯片時通道閘機才會落下使人員通過?？梢杂行Х乐乖擃惾藛T安全事故的發(fā)生。（圖6）

②佩戴有RFID安全帽的施工人員進入施工場所后，各工種在該工種施工區(qū)域內(nèi)有較多的本工作經(jīng)驗，自我保護意識較高，不易發(fā)生安全事故。然而，由于施工人員本身素質(zhì)等原因，部分員工會在施工期間內(nèi)去往自己不熟悉的其他工種施工區(qū)域，管理人員也無法時刻監(jiān)督該類施工人員，導(dǎo)致人員傷亡概率增大?；谝陨弦蛩?，文章將施工場所按照工種等因素劃分為四個區(qū)域，在各區(qū)域之間的人員通道布置RFID傳感器，當(dāng)有其他工種人員非該工作區(qū)域時，閘機進行語音提示，提醒人員，避免安全事故的發(fā)生。

3.2 人員管理功能

人員管理一直是建筑行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的重點，由于建筑工地人員流動性大，人員混雜等原因，對于工地施工人員與管理人員是否在工作時間處于自己的工作崗位，領(lǐng)導(dǎo)一直只能依靠下屬人員的書本記錄來確定。傳統(tǒng)的建筑工地人員管理，是現(xiàn)場工作人員查詢被記錄人員相關(guān)的在位信息（包括工作時長、加班時長等），人員在崗信息多以紙質(zhì)形式呈交、存放，在使用時不能及時的查詢與更新，管理者需要花費大量的時間進行查詢與驗證，在這個過程中，不可避免的造成誤差，導(dǎo)致部分工作人員加班時間或在位時間有誤差、工資與期望不符，對于公司的未來發(fā)展及其不利。文章基于BIM-RFID技術(shù)建立的人員管理系統(tǒng)，在實名信息錄制與RFID傳感器的幫助下，很好的完成了該部分工作。

4 ?結(jié)語

本系統(tǒng)在研究制造業(yè)與建筑業(yè)市場已有的BIM-RFID應(yīng)用后，結(jié)合本項目已有環(huán)境將該技術(shù)運用到建筑工地人員管理系統(tǒng)設(shè)計中，解決了傳統(tǒng)的建筑工地人員管理效率低、數(shù)據(jù)更新不及時、安全管理松懈等問題，一方面，實現(xiàn)了人員信息從傳統(tǒng)的人工采集到現(xiàn)在的自動采集的轉(zhuǎn)變，人員數(shù)據(jù)智能分類與數(shù)字化存儲。另一方面，將人員安全問題與人員信息管理相結(jié)合，時刻監(jiān)督人員安全問題?；贐IM-RFID技術(shù)的人員管理系統(tǒng)具有信息交流智能化等特點，在提高建筑工地管理人員工作效率的同時，對工作人員安全保護方面有較大應(yīng)用前景，為推動BIM-RFID技術(shù)應(yīng)用落地起到積極推動作用。

參考文獻：

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