物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

劉大君 吳 玫

(江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院，江蘇 常州213000)

隨著建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，裝配式建筑逐漸成為建筑產(chǎn)業(yè)中的新生態(tài)。隨著大批新型裝配式建筑的紛紛落成并投入使用，裝配式建筑開始面對(duì)其在全壽命周期內(nèi)的諸多問題，如：沉降、變形、抗震、電氣線路老化、水汽管路滲漏等建筑本身及其設(shè)備的疲勞和老化問題，建筑能耗問題以及防災(zāi)抗災(zāi)能力等等。日趨成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的非接觸自動(dòng)識(shí)別，不受覆蓋物遮擋的干擾，可遠(yuǎn)距離通訊，穿透性極強(qiáng)，抗污染能力和耐久性好，為裝配式建筑的安全、能耗等信息的全面采集、可靠傳送、云端共享、深度分析、智能處理和趨勢(shì)預(yù)測(cè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑安全監(jiān)督以及運(yùn)行管理中的創(chuàng)新應(yīng)用，對(duì)于保障裝配式建筑安全穩(wěn)定運(yùn)行、降低可能的災(zāi)害事故風(fēng)險(xiǎn)、減少運(yùn)行成本、延長(zhǎng)使用壽命等，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑將有力地推動(dòng)裝配式建筑的創(chuàng)新和持續(xù)健康發(fā)展，也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用拓寬了領(lǐng)域，具有相當(dāng)廣泛和長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)價(jià)值。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》中提出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用建議，采用植入芯片或標(biāo)注二維碼等方式，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全過程的質(zhì)量追溯。從建筑業(yè)的未來發(fā)展看，信息化與建筑工業(yè)化與的深度融合必然對(duì)粗放的傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產(chǎn)方式產(chǎn)生重大變革，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM（建筑信息模型）技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代化技術(shù)手段必將成為建筑工業(yè)化的基本配置。[1]

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的歷史潮流下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也逐漸深入到建筑領(lǐng)域，在質(zhì)量追溯、安全監(jiān)督等方面發(fā)揮特殊的作用。

1.1 裝配式建筑的質(zhì)量追溯

裝配式建筑質(zhì)量追溯系統(tǒng)是以裝配式建筑生產(chǎn)全過程的產(chǎn)業(yè)鏈為主線，以預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)，利用RFID 技術(shù)(二維碼標(biāo)識(shí)等)不斷豐富其相關(guān)信息，包括：構(gòu)件原材料、加工環(huán)節(jié)、檢驗(yàn)出庫、運(yùn)輸、存放、吊裝、驗(yàn)收等全周期的質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑質(zhì)量的全程可追溯。

1.2 裝配式建筑的安全監(jiān)督

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用貫穿了裝配式建筑的全壽命周期，在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝以及裝配式建筑的運(yùn)營(yíng)管理、災(zāi)害預(yù)警等環(huán)節(jié)都將發(fā)揮重大作用。與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑的施工過程有一定的特殊性，如吊裝作業(yè)、高空作業(yè)等較多，使得裝配式建筑的建造過程中存在很多安全隱患。需要重點(diǎn)監(jiān)督的施工節(jié)點(diǎn)包括：預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸、預(yù)制構(gòu)件的存放、預(yù)制構(gòu)件的吊裝、臨邊及高處作業(yè)、臨時(shí)用電等。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)裝配式建筑的安全生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題，保證安全生產(chǎn)。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

國(guó)外學(xué)者Lu W 等人對(duì)RFID 技術(shù)運(yùn)用于公共建筑全壽命周期的設(shè)備管理進(jìn)行了探討；[2]Costin A 等人通過實(shí)例嘗試了將RFID 技術(shù)運(yùn)用于鋼結(jié)構(gòu)工程的可視化過程管理；[3]Safa 等人探討了在預(yù)制管道生產(chǎn)及施工中使用攝像和激光掃描技術(shù)自動(dòng)收集管道施工數(shù)據(jù)，通過與預(yù)定指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)來甄別可能的質(zhì)量缺陷，從而保證施工質(zhì)量。[4]Park 等人提出了以自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)模塊為支撐的主動(dòng)質(zhì)量管理體系。[5]Hamid 等人充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和BIM 技術(shù)，對(duì)施工過程中信息匱乏、數(shù)據(jù)割裂和缺乏溝通等問題提供了有效的解決方案，實(shí)現(xiàn)了建筑施工質(zhì)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。[6]從國(guó)外學(xué)者的研究成果來看，已經(jīng)具備了將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理的技術(shù)基礎(chǔ)。

圍繞裝配式建筑的質(zhì)量問題，國(guó)內(nèi)學(xué)者也展開了大量的研究工作。微觀層面上，齊寶庫等分析了裝配式建筑的各施工階段質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，主要關(guān)注了構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)、節(jié)點(diǎn)連接、管線預(yù)埋和成品保護(hù)四方面的質(zhì)量問題，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。[7]張興龍梳理了裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)的常見的14 個(gè)質(zhì)量問題并提出了具體的防治措施。[8]也有一些學(xué)者則進(jìn)行了較為宏觀的體系研究，王全良等開展了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑質(zhì)量管理系統(tǒng)的研究，利用RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑過程中的信息采集和處理，借助于管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各個(gè)階段、各參與方及時(shí)的信息共享與交流，最終實(shí)現(xiàn)建設(shè)階段的質(zhì)量監(jiān)督控制和運(yùn)行維護(hù)階段的質(zhì)量追溯[9]；翟鵬從管理理論層面提出了裝配式建筑在生產(chǎn)管理模式及質(zhì)量管理方面的改進(jìn)方案。[10]這些研究成果進(jìn)一步明確了我國(guó)現(xiàn)階段裝配式建筑的主要質(zhì)量控制點(diǎn)，用實(shí)證證明了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是解決裝配式建筑質(zhì)量問題的有效手段，并對(duì)裝配式建筑管理系統(tǒng)的構(gòu)建形成了初步的設(shè)想。

在項(xiàng)目安全檢測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)的研究方面則主要聚焦在隧道、橋梁、高速鐵路和輸電鐵塔等高危構(gòu)筑物上，如：周誠(chéng)等在武漢地鐵隧道施工中建立了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全隱患排查與管控體系；[11]丁海萍等對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究；[12]秦煜等設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的集合日常管養(yǎng)、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處理為一體的高速鐵路橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；[13]裘偉敏利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)輸電鐵塔的環(huán)境溫濕度、傾角狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可以有效、快速地發(fā)現(xiàn)鐵塔運(yùn)行中出現(xiàn)的狀況，以便提前進(jìn)行維護(hù)和檢修。[14]綜上所示，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)嘗試將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝配式建筑相結(jié)合，并取得了階段性的研究成果，但主要的研究方向立足于質(zhì)量監(jiān)測(cè)、質(zhì)量追溯和施工管理，對(duì)于裝配式建筑的安全監(jiān)督以及投入使用后的運(yùn)行管理，尤其是安全、節(jié)能的監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面則缺乏較為系統(tǒng)的研究和技術(shù)突破。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用展望

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已較為成熟，應(yīng)用于其他領(lǐng)域的研究和實(shí)踐成果可以為其在裝配式建筑領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系也較為成熟，在構(gòu)件工廠預(yù)制階段植入的用于質(zhì)量監(jiān)測(cè)的部分傳感設(shè)備仍可為裝配式建筑綠色安全智慧管理所延用。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用具有廣闊的空間。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝配式建筑的融合創(chuàng)新

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、測(cè)控技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，以及管理學(xué)、軟件開發(fā)等多方面知識(shí)，是一種跨多學(xué)科的交叉學(xué)科。裝配式建筑是傳統(tǒng)建造業(yè)中的新興學(xué)科，在項(xiàng)目實(shí)施的過程中存在很多新的技術(shù)突破點(diǎn)和技術(shù)銜接問題。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝配式建筑有機(jī)融合是建筑工業(yè)化與信息化深度融合的具體體現(xiàn)，將充分發(fā)揮交叉學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在推動(dòng)傳統(tǒng)建筑業(yè)生產(chǎn)方式的更新、改造和升級(jí)的同時(shí)，也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用拓寬了領(lǐng)域。

3.2 面向未來的大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于裝配式建筑的相關(guān)研究主要面向質(zhì)量問題追溯和施工現(xiàn)場(chǎng)管理，即為歷史數(shù)據(jù)的記錄與分析。面向裝配式建筑的未來發(fā)展，將充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合已有的研究成果（如構(gòu)件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、施工過程中的管理數(shù)據(jù)等），與裝配式建筑長(zhǎng)期的運(yùn)行管理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，給出預(yù)見性的、有針對(duì)性的災(zāi)害預(yù)警、節(jié)能措施和維修建議，是融合了歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)。

3.3 形成裝配式建筑最優(yōu)化動(dòng)態(tài)管理模式

運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，大數(shù)據(jù)分析及最優(yōu)算法，產(chǎn)生安全預(yù)警及綠色節(jié)能控制的智慧管理策略，組建智慧管理服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)應(yīng)具有自我學(xué)習(xí)能力，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的、持續(xù)的自我完善和最優(yōu)化處理，保障裝配式建筑始終處于動(dòng)態(tài)的、不斷優(yōu)化的管理模式。

3.4 多技術(shù)交叉融合的數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)架體系

裝配式建筑綠色安全智慧管理平臺(tái)是融合了多種無線網(wǎng)絡(luò)控制器、可重構(gòu)性自組網(wǎng)算法及最優(yōu)構(gòu)架的數(shù)據(jù)平臺(tái)，是一種多技術(shù)交叉融合的數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)架，包括：系統(tǒng)硬件、通信協(xié)議和中間件。該平臺(tái)構(gòu)架體系不僅僅適用于裝配式建筑，更可以適用于所有類型的建筑物。

綜上所述，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝配式建筑有機(jī)融合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全狀況的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)預(yù)警，建筑設(shè)備工況的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維修，能耗監(jiān)測(cè)和綠色運(yùn)行，最終建立起裝配式建筑綠色安全智慧管理的云平臺(tái)。