基于BIM的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件跟蹤定位技術(shù)研究

（中國建筑第二工程局有限公司華東公司）

苑金超

1 引言

《2016-2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》強(qiáng)調(diào)，在裝配式建筑中應(yīng)大力推進(jìn)BIM、智能化、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的集成應(yīng)用。BIM 技術(shù)作為當(dāng)前建筑業(yè)使用最廣泛的信息技術(shù)之一，具有可視化、協(xié)同工作、模擬性、參數(shù)化等特點(diǎn)，能夠促進(jìn)項(xiàng)目的各參與方和各專業(yè)之間的有效交流，信息共享，避免方案出錯(cuò)，提高項(xiàng)目的精細(xì)化管理水平。尤其是在裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝及運(yùn)維環(huán)節(jié)，集成應(yīng)用以BIM 為基礎(chǔ)的信息技術(shù)，可以全面整合裝配式建筑建造生產(chǎn)的全環(huán)節(jié)工作，形成一體化的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和裝配流程，提高構(gòu)件質(zhì)量，便于管理人員對施工項(xiàng)目的全面把控。

2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件跟蹤定位技術(shù)的發(fā)展

預(yù)制構(gòu)件作為裝配式建筑的基礎(chǔ)要素，特點(diǎn)是數(shù)量多、成型度好、形狀類似。在建造裝配式建筑的時(shí)候，通過應(yīng)用信息技術(shù)，識別預(yù)制構(gòu)件信息、獲取構(gòu)件所處位置，可以科學(xué)、合理地組織施工和調(diào)配資源。這樣能很好地避免傳統(tǒng)建造過程中構(gòu)件易丟失、位置不明確、裝配有問題等情況。預(yù)制構(gòu)件的追蹤定位管理是動(dòng)態(tài)的，需要信息化技術(shù)的強(qiáng)力支撐[1]。

2.1 BIM+GIS技術(shù)

利用BIM 技術(shù)搭建裝配式建筑三維數(shù)字信息平臺，各參與方和各專業(yè)人員，基于BIM 模型進(jìn)行信息溝通和分享。在模型中可以看到預(yù)制構(gòu)件的三維數(shù)字模型，通過開放接口形成標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化和多樣化的預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行集成、協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑項(xiàng)目進(jìn)度、時(shí)間、階段的模擬和把控。BIM可以將設(shè)計(jì)與構(gòu)件加工廠、施工現(xiàn)場在數(shù)據(jù)平臺上進(jìn)行對接，便于對預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的控制和尺寸核驗(yàn)。

BIM 構(gòu)建了包含預(yù)制構(gòu)件所有信息的三維數(shù)字模型，是一個(gè)高度集成的平臺，其可視化功能與GIS參數(shù)對象的屬性相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對施工進(jìn)度的監(jiān)控，分析出設(shè)備的運(yùn)行位置。施工管理人員可以按照預(yù)制構(gòu)件在不同階段的位置信息，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)掌握相關(guān)信息并對現(xiàn)階段的施工工作進(jìn)行合理安排。

2.2 數(shù)字測量技術(shù)

隨著大體量、超高層裝配式建筑的逐漸增多，建筑施工的精度要求也越來越高。應(yīng)用BIM 技術(shù)可以保證裝配式建筑BIM模型信息的準(zhǔn)確度，再借助智能全站儀等設(shè)備將BIM數(shù)據(jù)模型引進(jìn)工地現(xiàn)場，利用模型進(jìn)行放樣定位，收集真實(shí)的建造數(shù)據(jù)，不斷更新模型中的數(shù)據(jù)信息。“BIM+智能型全站儀”的數(shù)字化定位系統(tǒng)是新的發(fā)展趨勢。

除了智能型全站儀之外，用于工程測量、數(shù)據(jù)采集和處理自動(dòng)化、測量控制智能化的新設(shè)備還有GNSS、三維激光掃儀、攝影測量技術(shù)等，可以大大提高裝配式建筑的施工質(zhì)量和效率。這些新的數(shù)字化技術(shù)也為裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝奠定了基礎(chǔ)。

2.3 自動(dòng)識別和追蹤定位技術(shù)

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)階段，若不能得到有效管理和控制，會(huì)造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題，利用RFID自動(dòng)數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)字化管理構(gòu)件的生產(chǎn)流程，保證各環(huán)節(jié)質(zhì)量數(shù)據(jù)的完整性?；谧詣?dòng)識別和追蹤定位技術(shù)便攜性高、操作性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件可以依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化管理，給構(gòu)件等設(shè)備、物資張貼二維碼或RFID標(biāo)簽，結(jié)合GPS 和GIS 技術(shù)，通過有效識別，完成對預(yù)制構(gòu)件及物資設(shè)備的實(shí)時(shí)追蹤定位。應(yīng)用BIM 和二維碼或RFID 技術(shù)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件管理系統(tǒng)，可進(jìn)行信息交互，及時(shí)、準(zhǔn)確了解項(xiàng)目信息中的問題，進(jìn)一步提高施工管理效率[2]。

3 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件跟蹤定位技術(shù)的具體應(yīng)用

雖然基于工廠規(guī)?；a(chǎn)的方式提高了工程效率，但是也增加了預(yù)制構(gòu)件的跟蹤和管理難度，導(dǎo)致一些新問題出現(xiàn)。

①預(yù)制構(gòu)件種類和數(shù)量繁多，相似構(gòu)件多，在堆放混亂的情況下，尋找需要構(gòu)件更為困難。

②信息數(shù)據(jù)在不同部門記錄和傳遞時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致發(fā)貨、收貨和庫存延誤。由于錯(cuò)誤或延誤供給信息，無法及時(shí)找到所需構(gòu)件，導(dǎo)致施工進(jìn)度延誤。

3.1 預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)階段

裝配式建筑的施工精確度取決于預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的質(zhì)量，深化設(shè)計(jì)階段需要詳細(xì)標(biāo)明所有構(gòu)件的狀態(tài)和裝配信息數(shù)據(jù)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)也要保證構(gòu)件的出廠的精準(zhǔn)度，這樣才能保證施工時(shí)精確的安裝。在實(shí)際工程中，由于存在大量的構(gòu)件種類和數(shù)量，只依靠人工處理很難做到順暢施工。通過BIM 程序中的碰撞檢查功能可以檢測不同構(gòu)件之間、構(gòu)件內(nèi)部各要素之間是否存在相互干涉和碰撞的問題，進(jìn)而調(diào)整構(gòu)件的空間關(guān)系。對裝配式建筑來說，由于大部分構(gòu)件都是在工廠預(yù)制完成，如果在施工安裝時(shí)出現(xiàn)構(gòu)件沖突，就要將構(gòu)件返廠修改或重新生產(chǎn)，從而延長了建設(shè)周期、提高了建設(shè)成本。因此，需要在生產(chǎn)施工之前檢查各系統(tǒng)和構(gòu)件之間的空間關(guān)系，使沖突碰撞問題得以在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)并解決，從而避免在施工裝配時(shí)構(gòu)件無法安裝。

3.2 預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)階段

裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段是連接裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)人員依據(jù)構(gòu)件碰撞檢測結(jié)果調(diào)整沖突點(diǎn)各要素的位置，進(jìn)一步完善構(gòu)件之間的空間關(guān)系。深化設(shè)計(jì)方、構(gòu)件加工方、施工方根據(jù)各自的實(shí)際情況提出要求和條件，確定構(gòu)件加工的范圍和深度，選擇施工方式、加工工藝和加工設(shè)備，對施工方提出現(xiàn)場施工和安裝可行性要求。最后利用BIM 模型直接或輔助輸出構(gòu)件加工信息和施工安裝配信息。通過BIM 模型可以完整和精確的傳達(dá)出構(gòu)件設(shè)計(jì)的三維形體數(shù)據(jù)和其他技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過專業(yè)軟件可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生用于生產(chǎn)的二維圖紙和表格，如構(gòu)件尺寸圖、預(yù)埋定位圖、材料清單及構(gòu)件的三維視圖等構(gòu)件生產(chǎn)加工資料。

3.3 預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸階段

運(yùn)輸車輛出發(fā)前，需要對路線進(jìn)行規(guī)劃及貨物配載。然而在實(shí)際運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸需求信息是不斷變化的，可能會(huì)出現(xiàn)路線臨時(shí)更改的情況。所以，需要對行駛車輛進(jìn)行監(jiān)控和實(shí)時(shí)定位，并根據(jù)動(dòng)態(tài)條件選擇運(yùn)輸路線。在裝配式建筑供應(yīng)鏈中的物流環(huán)節(jié)中，可以利用自動(dòng)識別（如RFID）和定位（如GPS）技術(shù)實(shí)時(shí)采集運(yùn)輸過程中建筑構(gòu)件的狀態(tài)和位置信息。

1）自動(dòng)識別

RFID技術(shù)的雙向通信屬性為構(gòu)件物流運(yùn)輸階段系統(tǒng)控制和信息傳播提供了更大的靈活性。

2）車輛定位

預(yù)制構(gòu)件出廠往工地進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，在所有車輛上安裝RFID標(biāo)簽和GPS定位系統(tǒng)，這樣施工單位可以通過信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫，將構(gòu)件與運(yùn)輸車輛對應(yīng)上，通過GPS 網(wǎng)絡(luò)定位車輛，獲得車輛出發(fā)時(shí)間、車輛速度和位置[3]。

3.4 預(yù)制構(gòu)件的裝配階段

在對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行裝配的過程中，施工管理人員需要對所有構(gòu)件按照施工進(jìn)度階段分組，以便將構(gòu)件批量和施工進(jìn)度關(guān)聯(lián)起來。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)送到施工現(xiàn)場后，并非所有構(gòu)件都會(huì)立即進(jìn)入施工安裝階段。這就需要確定：

①確保在安裝施工之前所需的構(gòu)件已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，以免耽誤工期；

②能夠在安裝之前及時(shí)檢查構(gòu)件的尺寸、類型、數(shù)量和質(zhì)量，并留有足夠的時(shí)間補(bǔ)救錯(cuò)誤；

③大型構(gòu)件可以精準(zhǔn)控制進(jìn)場時(shí)間，保證連續(xù)地完成吊裝作業(yè)。

4 結(jié)語

綜上所述，研究基于BIM技術(shù)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件跟蹤管理問題可以實(shí)現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件的精細(xì)化管理，提高裝配式建筑施工的生產(chǎn)效率，將BIM、GIS、RFID等技術(shù)應(yīng)用在預(yù)制構(gòu)件的全生命周期環(huán)節(jié)中，使裝配式建筑數(shù)字化、信息化、工業(yè)化的建造水平不斷提高，助力建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。