基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺

柏 青

（北京達其科技有限公司 北京 100176）

0 引言

對于我國建筑行業(yè)而言，要想實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須努力實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化與建筑信息化，其中建筑信息化不僅滿足行業(yè)發(fā)展的需求，還需符合我國相關(guān)政策要求。而裝配式建筑作為建筑工業(yè)化中至關(guān)重要的一部分，由于受限于該建筑“系統(tǒng)性”的特點與建設(shè)行政管理體系“碎片化”的矛盾，嚴重制約著裝配式建筑的不斷發(fā)展。同時，裝配式建筑的建設(shè)方式具有一定的特殊性，其監(jiān)管工作的關(guān)鍵在于預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量，然而當前相關(guān)部門的監(jiān)管方式存在諸多問題，具體包括：監(jiān)管不到位、欠缺具有針對性的監(jiān)管體系等，這就難以保證監(jiān)管質(zhì)量[1]?；诖?，相關(guān)部門必須對上述問題進行全面分析，然后依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，科學(xué)合理地構(gòu)建裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

物聯(lián)網(wǎng)主要是萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)，即以互聯(lián)網(wǎng)為核心，通過對網(wǎng)絡(luò)進行延伸與拓展，有機結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)與各種信息傳感設(shè)備，構(gòu)成一個巨大網(wǎng)絡(luò)，打破了時空的限制，實現(xiàn)人、機及物的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)的組成部分具體包括：感知層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層，各部分的特點與工作特性有著很大差異。其中，感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，可讓物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全面感知，其由傳感器、RFID、二維碼等擁有數(shù)據(jù)采集功能的感知終端組成，核心在于具有更加全面、更加精準的感知能力，并且具有低成本、小型化及能耗低的優(yōu)點。網(wǎng)絡(luò)層可實現(xiàn)對移動通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋，這是物聯(lián)網(wǎng)中最為成熟、規(guī)范化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強的組成部分，能夠優(yōu)化和改造物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特征，生成系統(tǒng)感知的網(wǎng)絡(luò)，該部分的主要作用在于：對感知層中的原始數(shù)據(jù)進行傳輸、處理、分析及管理。感知層的功能是數(shù)據(jù)存儲，網(wǎng)絡(luò)層的功能是數(shù)據(jù)處理與管理，然而這些功能均要在應(yīng)用層中來完成，該部分作為物聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)需求的連接口，最終能夠完整地呈現(xiàn)出已處理的信息。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺的重要性

近年來，我國信息化管理平臺日益完善，利用這一管理平臺，有利于提高信息與數(shù)據(jù)的管理水平和能力?；诖?，建筑領(lǐng)域可對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行充分利用，構(gòu)建裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺，該平臺的重要性具體包括：（1）有助于加強建筑工程各參與方的信息交流，即通過信息化管理平臺，各參與方均能夠借助相關(guān)系統(tǒng)來進行信息共享、獲取，掌握工程的進行狀態(tài)，從而顯著提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)調(diào)度能力；（2）有助于實現(xiàn)混凝土構(gòu)件制造的通用化與規(guī)范化，通過建筑信息化平臺開展裝配工作，可以進一步規(guī)范預(yù)制構(gòu)件的編碼規(guī)則，讓產(chǎn)品編碼相一致，這就能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件的規(guī)范化與通用化，再構(gòu)件裝配式建筑部品部件庫，借助其通用性與兼容性等特征，從而共享整個建筑工程的產(chǎn)業(yè)鏈[2]；（3）有助于優(yōu)化和更新建筑行業(yè)管理模式，通過利用信息化平臺，既能夠強化建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈之間的關(guān)聯(lián)，還能夠借助各種先進信息化技術(shù)，來強化建筑各階段的信息交互，從而推動裝配式建筑各流程的順利開展；（4）有助于提高監(jiān)管效果，借助信息化監(jiān)管平臺，能夠?qū)ㄖ┕みM度等加以有力監(jiān)管，各參與方均能夠?qū)崟r登錄平臺獲取工程的進度信息，并且平臺中的信息數(shù)據(jù)可為裝配式建筑建設(shè)提供有力的支持；（5）有利于追尋質(zhì)量管理全過程，通過信息化監(jiān)管平臺，能夠采集到的每一個部品部件的全生命周期信息，從而在實際工程建設(shè)中對其進行嚴格監(jiān)控，并且有效保全工程項目所有的數(shù)據(jù)信息，從而確保后續(xù)質(zhì)量追溯工程的順利開展。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺的分層

針對裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺而言，其基本管理單元是預(yù)制構(gòu)件，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)對整個建設(shè)過程進行跟蹤，圍繞著預(yù)制構(gòu)件廠部品部件工業(yè)化生產(chǎn)、施工現(xiàn)場安裝開展一系列工作，而數(shù)據(jù)信息輸入節(jié)點涉及成品圖深化設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件廠原材料檢驗、構(gòu)件出廠、構(gòu)件運輸、施工安裝等環(huán)節(jié)，并將單向工程作為數(shù)據(jù)信息匯總單元的一個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)信息化管理系統(tǒng)。為此，可將該平臺系統(tǒng)的總體架構(gòu)劃分成感知層、管理層及應(yīng)用層[3]。

3.1 感知層

在構(gòu)件廠工業(yè)化生產(chǎn)過程中，可在預(yù)制構(gòu)件的表面鑲嵌二維碼或RFTD射頻識別標簽，并寫入部品部件全部的生產(chǎn)信息，具體包括：構(gòu)件型號、構(gòu)件設(shè)計圖、構(gòu)件重量等基本信息，伴隨著生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不斷推進，將會依次寫入構(gòu)件的出廠、運輸、進場、施工安裝等信息。接下來在實際的施工環(huán)節(jié)中，相關(guān)工作人員可借助RFTD或二維碼讀寫器來獲取部品部件的信息數(shù)據(jù)，然后依據(jù)信息化管理平臺的要求將這些信息數(shù)據(jù)上傳到對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫之中，從而有利于后續(xù)更好地存儲和處理。

3.2 管理層

管理層主要是結(jié)合平臺系統(tǒng)的功能需求，為其安全穩(wěn)定運行提供必要的保障，也可為感知層收集和管理數(shù)據(jù)提供平臺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換路徑，并為應(yīng)用層提供一定的支持。管理層具體涉及數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘等信息技術(shù)。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是為裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺系統(tǒng)提供相應(yīng)的門戶網(wǎng)絡(luò)或APP，從而確保參與該建筑項目工程的各方能夠順利開展深化審計、預(yù)制構(gòu)件制作、施工安裝、工程監(jiān)管等工作。同時，應(yīng)用層涉及兩個部分：（1）政府監(jiān)管行業(yè)門戶網(wǎng)站，具體作用在于提供行業(yè)動態(tài)、發(fā)布市場原材料信息價、市場材料庫及項目審批；該網(wǎng)站不僅是建筑行業(yè)信息發(fā)布平臺，更是建筑行業(yè)內(nèi)裝配式建筑項目各參與方的互動平臺，該網(wǎng)站的主導(dǎo)者為裝配式建筑管理辦公室，主要目標是構(gòu)建優(yōu)良的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，推動產(chǎn)業(yè)內(nèi)所有企業(yè)的健康穩(wěn)步發(fā)展，創(chuàng)造行業(yè)內(nèi)企業(yè)之間良性的競爭環(huán)境；（2）預(yù)制構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，在準備階段可提供企業(yè)申請和企業(yè)審批方面的支持，在設(shè)計階段可提供深化設(shè)計方面的支持，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)可提供原材料檢驗、生產(chǎn)過程記錄及構(gòu)件入庫檢驗方面的支持，在交付階段可提供構(gòu)件出廠、入場記錄方面的支持，在安裝階段可提供預(yù)制構(gòu)件吊裝、安裝節(jié)點記錄及監(jiān)理驗收方面的支持，在驗收階段可提供分項驗收與竣工驗收方面的支持[4]。由此可見，借助裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑行業(yè)動態(tài)、工程在線審批等一系列信息化管理目標。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺功能模塊

通過對裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺功能進行合理的模塊劃分，有利于后續(xù)對裝配式建筑工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的各類信息數(shù)據(jù)進行整理與歸檔，以便更好地進行建筑質(zhì)量追溯。以下主要對該監(jiān)管平臺的各功能模塊進行簡要分析。

4.1 企業(yè)認證模塊

對于企業(yè)認證模塊而言，主要功能在于對裝配式建筑工程各參與方進入系統(tǒng)的資質(zhì)進行全面審查，待工程項目的審批立項通過以后，這一信息化監(jiān)管平臺將會自動進行目標項目編號。如果有參與方想要進入系統(tǒng)，那么必須進行認證申請，且獲得政府主管部門審批以后，方可進入到系統(tǒng)之中，同時系統(tǒng)會為其提供能夠登錄平臺的賬號和密碼[5]。當企業(yè)認證合格后，有關(guān)政府部門將會結(jié)合認證結(jié)果發(fā)放生產(chǎn)許可，然后根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的申請，為其提供RFID讀寫器和芯片。

4.2 深化設(shè)計模塊

對于深化設(shè)計模塊而言，主要功能在于為深化設(shè)計工作人員提供相關(guān)圖紙和建筑模型，以便其結(jié)合BIM技術(shù)來開展裝配式建筑工程項目的建模、拆模、碰撞檢查、設(shè)計圖紙?zhí)岢?、施工模擬等多方面的工作，然后將深化設(shè)計成果上傳到信息化監(jiān)管平臺上，以便預(yù)制構(gòu)件單位根據(jù)這一設(shè)計成果來開展生產(chǎn)工作。通常而言，會通過圖紙+BIM模型的方式來展現(xiàn)深化設(shè)計成果。

4.3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位管理模塊

對于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位管理模塊而言，主要是在取得深化設(shè)計成果以后，為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位提供深化設(shè)計圖與BIM模型數(shù)據(jù)等，以及部品部件編號、數(shù)量、規(guī)格、生產(chǎn)時間、金屬鍵品牌等一系列數(shù)據(jù)信息，而這些數(shù)據(jù)信息將會寫入到RFID標簽中，由于僅有RFID具備ID編碼，所以每個預(yù)制件都具備獨一無二的“身份證”，且一一對應(yīng)BIM模型，從而有效保障后續(xù)預(yù)制件施工安裝的順利開展，還能夠迅速定位每一個構(gòu)建，以便預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量追溯。

4.4 施工安裝管理模塊

對于施工安裝管理模塊而言，主要功能在于對預(yù)制構(gòu)件從出廠至施工各個階段的數(shù)據(jù)信息進行全面記錄，保障預(yù)制構(gòu)件從運輸、進場、安裝施工等每一個流程均能夠查詢、追溯；同時，該模塊能夠?qū)︻A(yù)制構(gòu)件的整個運輸過程進行全面記錄，且在其進場時進行驗收、定位及節(jié)點裝配記錄等。在具體施工安裝時，信息化監(jiān)管平臺能夠?qū)︻A(yù)制構(gòu)件的進場驗收單、吊裝定位信息等數(shù)據(jù)信息進行籌集，然后把施工模擬BIM模型上傳到這一平臺上，以便相關(guān)參與方隨時隨地通過該平臺獲取施工項目進度信息，從而更加合理地管控施工進度。

在預(yù)制構(gòu)件的卸載過程中，可借助RFID技術(shù)來實時監(jiān)控預(yù)制構(gòu)件進入施工現(xiàn)場后的運行路線和施工人員操作情況。由于預(yù)制構(gòu)件的操作在技術(shù)上有著很高的要求，因此必須配備具備豐富經(jīng)驗、專業(yè)技術(shù)水平較高的操作人才。施工安裝管理模塊的數(shù)據(jù)庫中存儲著工程施工現(xiàn)場所有人員的信息，一旦所配備的操作人員技術(shù)能力不能滿足相關(guān)要求，系統(tǒng)則會馬上發(fā)出警報。同時，當預(yù)制構(gòu)件的運輸路線存在障礙時，或是操作人員的行為不當，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件無法保持穩(wěn)定狀態(tài)時，射頻識別系統(tǒng)會把相關(guān)信息傳送至閱讀器，以便相關(guān)人員及時發(fā)現(xiàn)潛在危險，并采取有效措施進行處理。

在預(yù)制構(gòu)件存放過程中，由于預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量較大、種類較多，這就大大增加了施工安裝監(jiān)管的難度，而通過合理運用射頻識別技術(shù)，對預(yù)制構(gòu)件的庫存信息進行采集，具體包括：庫存地點、進庫日期、各時間段負責(zé)監(jiān)管的人員信息等，若查詢到的實際信息和預(yù)期設(shè)置不一致，系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的警告信息，提醒相關(guān)監(jiān)管人員及時處理。

在預(yù)制構(gòu)件吊裝過程中，通過將RFID讀寫器安裝到施工機械設(shè)備上，即可有效把握機械的空間信息，一旦有人員進入到機械設(shè)備周圍危險區(qū)域，則會馬上發(fā)出警報，避免機械對人造成打擊。同時，可將RFID讀寫器安裝到預(yù)制構(gòu)件上，吊裝時能夠?qū)㈩A(yù)制構(gòu)件投影作為圓心，將人的反應(yīng)距離作為半徑，形成一個圓形區(qū)域，也就是危險區(qū)域，當有人員進入這一危險區(qū)域，就會發(fā)出警報。除此之外，可基于現(xiàn)場操作人員和預(yù)支構(gòu)件的空間直線距離，明確是否進入危險范圍的標準，若有人員超過這一標準，系統(tǒng)就會馬上發(fā)出警報，以此來確保預(yù)制構(gòu)件施工工作的安全有序開展[6]。

4.5 竣工驗收管理模塊

對于竣工驗收管理模塊而言，主要功能在于在工程驗收過程中，匯總所有的資料信息，然后生成裝配式建筑的工程檔案，以此作為工程竣工驗收的依據(jù)。在這一模塊中，可借助Web端來對裝配式建筑工程的文檔資料與圖像影像資料等進行收集，資料收集涉及分項驗收和竣工驗收兩個環(huán)節(jié)。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺通過圍繞著預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)與安裝，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進信息化技術(shù)，實現(xiàn)了對整個建筑工程的信息化管理。同時，該平臺能夠?qū)︻A(yù)制構(gòu)件的一系列數(shù)據(jù)信息進行收集，并基于自身的共享性特征使得工程參與各方實現(xiàn)信息共享，并獲得到相應(yīng)的信息管理服務(wù)，強化各參與方之間的互動交流，從而打破以往建筑工程管理中存在的交互壁壘，保障問題可以得到迅速處理，最終有效提高工程的施工效率和質(zhì)量[7]。

5 裝配式建筑監(jiān)管中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)建議

5.1 強化政府引導(dǎo)作用

現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)實施的管理制度，并未明確規(guī)定裝配式建筑監(jiān)管的相關(guān)要求，也缺乏對物聯(lián)網(wǎng)裝配式建筑的政策和法規(guī)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用需要政府與市場的有效引導(dǎo)。因此，政府應(yīng)積極推廣裝配式建筑，充分發(fā)揮自身所具備的指導(dǎo)作用，健全相關(guān)政策、法律法規(guī)，大力推廣物聯(lián)網(wǎng)裝配式建筑。

5.2 積極發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)裝配式建筑技術(shù)

針對物聯(lián)網(wǎng)裝配式建筑施工而言，當前我國預(yù)制裝配式市場中尚未構(gòu)建起與之相適應(yīng)的定額依據(jù)，很多施工企業(yè)也沒有充分掌握相關(guān)技術(shù)要點。為此，相關(guān)部門應(yīng)盡快創(chuàng)建本土化的裝配式建筑機構(gòu)體系，提出全面、科學(xué)的設(shè)計規(guī)范。同時，可從預(yù)制構(gòu)件種類豐富的角度出發(fā)，積極研究預(yù)制構(gòu)件成套集層技術(shù)，并順應(yīng)5G時代發(fā)展的需求，研發(fā)相應(yīng)的運行軟件，以此來確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝配式建筑中的有效應(yīng)用。

5.3 持續(xù)完善產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)

現(xiàn)階段，我國建筑市場缺乏完善的產(chǎn)業(yè)配套，尤其是上下游產(chǎn)業(yè)鏈亟需整合，缺乏高水平的施工單位，無法滿足裝配式建筑的發(fā)展需求。對于裝配式建筑施工而言，需要各參與方都協(xié)同合作，生產(chǎn)廠商需結(jié)合構(gòu)件的規(guī)范化要求來高品質(zhì)地生產(chǎn)相關(guān)預(yù)制構(gòu)件，施工企業(yè)需安排技術(shù)水平高的人員負責(zé)完成預(yù)制構(gòu)件的安裝與后期維護工作，建設(shè)企業(yè)必須對整個裝配式建筑施工過程進行嚴格監(jiān)管，只有各參與方在產(chǎn)業(yè)鏈上達成良好的合作，才能夠確保工程施工質(zhì)量和效率。

6 結(jié)語

綜上所述，當前我國建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得預(yù)制裝配式建筑以其工業(yè)化、綠色化等優(yōu)勢逐漸受到了人們的廣泛關(guān)注，并成為未來建筑業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢之一。然而在實際的裝配式建筑管理過程中，依然存在信息不對稱、監(jiān)管難度大等不足，這些不足嚴重影響到裝配式建筑的品質(zhì)和安全。為了更好地解決這些不足，需要對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行有效利用，構(gòu)建裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺，從而實現(xiàn)對整個裝配式建筑施工過程的全面、嚴格監(jiān)管，可讓施工現(xiàn)場有條不紊，有效提高工程的安全管理水平，還能夠切實保障建筑品質(zhì)，為企業(yè)創(chuàng)造更大化的利益，促進我國裝配式建筑行業(yè)的良好發(fā)展。