基于BIM的裝配式BIPV質(zhì)量追溯系統(tǒng)構(gòu)建

趙家敏

（云南開放大學(xué)，云南 昆明 650223）

當(dāng)前，為落實(shí)2030年前CO?排出峰值量達(dá)標(biāo)，到2060年前碳中和量值達(dá)標(biāo)，國家圍繞“綠色化、低碳化、數(shù)智化”出臺了不少政策，特別對分布式光伏電站裝配式BIPV項(xiàng)目開發(fā)給予極大政策支持。這給推進(jìn)“建筑+光伏”一體化布局，開展先進(jìn)技術(shù)與綠色建設(shè)系統(tǒng)集成，提供了新發(fā)展路徑。但是，要讓裝配式BIPV在運(yùn)營使用期間不發(fā)生質(zhì)量問題，就必須對項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)開展從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)維等全生命周期的正向設(shè)計(jì)工作，并在屋頂和幕墻等構(gòu)件生產(chǎn)過程中，利用“BIM+RFID”技術(shù)構(gòu)建質(zhì)量追溯系統(tǒng)，為項(xiàng)目后期質(zhì)量追蹤、維修更換提供有效、便捷、準(zhǔn)確的信息。

1 裝配式BIPV概述

1.1 裝配式

在建筑行業(yè)，裝配式是指一種在工廠預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)場連接安裝的建筑建造方式，裝配式不但減少了人工和現(xiàn)場濕法作業(yè)，還融合了大量數(shù)字化技術(shù)，更符合建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、智能化、綠色化的發(fā)展方向。根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的不同，裝配式建筑可以分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)及其他三種類型。

1.2 BIPV

（1）BIPV的定義。BIPV（Building Integrated Photovoltaic）是把太陽能發(fā)電這種技術(shù)集成到建筑圍外護(hù)結(jié)構(gòu)表面的綠色能源發(fā)展路徑；不同于BAPV(Building Attached Photovoltaic，附著在建筑物上的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)）。BIPV是與建筑物進(jìn)行“三同時(shí)”技術(shù)并與建筑物完美結(jié)合的一體化太陽能發(fā)電光伏系統(tǒng)，即“建材料型”太陽能光伏建筑物。BAPV是一種依附于建筑物表面的分離式太陽能發(fā)電光伏系統(tǒng)，俗稱太陽能發(fā)電建筑的“安裝型”光伏。BIPV就是對框架結(jié)構(gòu)建筑物整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的屋頂、外墻和窗戶等部分用光伏陣列器件（構(gòu)件）代替建材吸收太陽直射和反射光，光伏陣列構(gòu)件同時(shí)起到建材和發(fā)電雙重作用。

（2）BIPV優(yōu)缺點(diǎn)。BIPV優(yōu)點(diǎn)主要有：提供綠色能源，降低碳排量；就地發(fā)用電可最大限度減少輸配電損耗；與傳統(tǒng)BAPV不同，太陽能發(fā)電空間利用率高等。BIPV不足之處主要有：太陽能發(fā)電峰值時(shí)段與人們生活用電模式形成供需不匹配；在空氣污染嚴(yán)重地區(qū)日常維護(hù)困難；接線盒和串接器產(chǎn)生的電弧有較高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；相應(yīng)規(guī)范還不完善；建造成本較高等。雖然國家和地方也出臺了很多支持BIPV產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，但其商業(yè)化程度較慢，僅占光伏應(yīng)用的1%～3%。但隨著新技術(shù)的更新迭代，這些問題和困難都會(huì)被逐步解決。

1.3 裝配式BIPV

裝配式BIPV就是對采用裝配式建造理念實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化拼裝模式；“裝配式BIPV＝裝配式＋建筑光伏一體化”，將為綠色建筑能源升級帶來理念上和技術(shù)上的重要?jiǎng)?chuàng)新。其采取施工裝配集成化路線，通過現(xiàn)場裝配施工，可按建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)量體裁衣，適配性和與建筑的貼合性較強(qiáng)，與建筑一體化程度較高，且能在運(yùn)輸過程中有效保護(hù)產(chǎn)品材料，減少不必要的損耗。裝配式BIPV建材防水、防火、抗風(fēng)揭、抗重壓、防老化性能出色，能更好地保護(hù)建筑屋頂和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，裝配式BIPV采用單晶技術(shù)，發(fā)電效率高，性能穩(wěn)定。

2 質(zhì)量追溯系統(tǒng)內(nèi)涵

2.1 質(zhì)量追溯系統(tǒng)

質(zhì)量追溯系統(tǒng)是生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）組成部分，它是建立在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）基礎(chǔ)上，采用射頻識別（RFID）技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集，電子標(biāo)簽附著于或嵌入被追蹤物體，通過對原料編碼、生產(chǎn)管控、條碼管理、標(biāo)識管理等多角度系統(tǒng)監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程生產(chǎn)質(zhì)量管控，同時(shí)結(jié)合精益化管理理念對加工流程優(yōu)化，發(fā)展成產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤產(chǎn)業(yè)化體系。

2.2 質(zhì)量追溯作用

質(zhì)量追溯管理與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)有機(jī)融合可幫助企業(yè)更實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確、可靠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程和質(zhì)量管理。在生產(chǎn)過程中，把每個(gè)工序或每項(xiàng)工作的質(zhì)量狀態(tài)信息記錄在電子標(biāo)簽，并隨同產(chǎn)品同步流轉(zhuǎn)；當(dāng)用戶發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，可用條碼自動(dòng)識別技術(shù)查清產(chǎn)品的信息數(shù)據(jù)，并及時(shí)反饋給生產(chǎn)者采取補(bǔ)救措施，維護(hù)用戶利益和企業(yè)聲譽(yù)，避免更大的損失。這種全新的管理模式可以讓生產(chǎn)企業(yè)和責(zé)任者的職責(zé)分明，查處有據(jù)，極大地增強(qiáng)相關(guān)者在生產(chǎn)過程中的責(zé)任感，有效地提升了產(chǎn)品質(zhì)量和用戶滿意度。

3 基于BIM的質(zhì)量追溯體系構(gòu)建

裝配式BIPV是綠色建筑業(yè)發(fā)展的一種新模式。裝配式BIPV建造模式必將推動(dòng)新的生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系改革，這種變革更有利于新技術(shù)與新管理模式整合。從建造質(zhì)量溯源的立場考慮，抓住建造全過程部品構(gòu)件的核心，關(guān)聯(lián)生產(chǎn)過程各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，整合互聯(lián)信息網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息化技術(shù)，構(gòu)建裝配式BIPV全過程質(zhì)量監(jiān)管溯源體系集成新模式。

3.1 質(zhì)量溯源體系架構(gòu)

以BIM技術(shù)正向設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，加載建設(shè)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工、監(jiān)理、監(jiān)督等相關(guān)參與單位的裝配式BIPV過程數(shù)據(jù)，以編碼技術(shù)為手段完成對項(xiàng)目建設(shè)全過程的質(zhì)量監(jiān)督與管理，搭建質(zhì)量追溯系統(tǒng)框架，從而實(shí)現(xiàn)光伏陣列構(gòu)件及建筑整體質(zhì)量可追溯。

質(zhì)量溯源體系架構(gòu)采用B/S多個(gè)層次模式，分別為基層、數(shù)據(jù)層、接入層、平臺層和應(yīng)用層。溯源體系架構(gòu)搭建涵蓋體系涉及的五個(gè)層次，系統(tǒng)必須滿足五個(gè)層次的數(shù)據(jù)收集和體系安全保障的穩(wěn)定性管理。具體情況如下：

基礎(chǔ)層的系統(tǒng)架構(gòu)運(yùn)用政府網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺或向通訊服務(wù)商租用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用發(fā)布。數(shù)據(jù)層由系統(tǒng)框架數(shù)據(jù)庫、文檔資源庫組成。接入層由生產(chǎn)企業(yè)關(guān)聯(lián)ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)、裝配式BIPV安裝企業(yè)管理系統(tǒng)組成。平臺層由流程管理、訪問控制、權(quán)限管理、日志管理、編碼管理、數(shù)據(jù)接口等統(tǒng)一數(shù)據(jù)支撐平臺構(gòu)成。應(yīng)用層由各級相關(guān)管理部門、生產(chǎn)企業(yè)、裝配式BIPV項(xiàng)目參建方、數(shù)據(jù)服務(wù)等構(gòu)成。質(zhì)量溯源體系整體架構(gòu)如圖1。

圖1 質(zhì)量溯源體系整體架構(gòu)

3.2 質(zhì)量溯源碼制作

原材料經(jīng)過多個(gè)流程，生產(chǎn)出多個(gè)半成品、產(chǎn)成品的流程叫作“批”，給其賦予數(shù)值標(biāo)志為“批次”。批次處理是指生產(chǎn)企業(yè)對原料、加工過程、產(chǎn)成品等使用批來識別，并遵照批量開展監(jiān)管，它是生產(chǎn)監(jiān)督與質(zhì)量溯源的有效方式。這種按“批次”的質(zhì)量追溯方法既可以減少勞動(dòng)量，又可以保證有效實(shí)施對追溯對象的質(zhì)量監(jiān)督。

裝配式BIPV各部品構(gòu)件是以BIM模型為載體，按照標(biāo)準(zhǔn)化原則完成屋面、墻面、窗戶等外維護(hù)光伏陣列構(gòu)件拆分并輸出BOM表單，在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)營維護(hù)等環(huán)節(jié)，由RFID技術(shù)收集各環(huán)節(jié)光伏構(gòu)件陣列數(shù)據(jù)質(zhì)量批次信息流，實(shí)行建造項(xiàng)目全過程質(zhì)量監(jiān)管，以便運(yùn)營維護(hù)階段開展構(gòu)件維修和更換服務(wù)。構(gòu)件質(zhì)量追溯標(biāo)志制定與運(yùn)用如圖2所示。

圖2 構(gòu)件質(zhì)量追溯標(biāo)志制定與運(yùn)用

4 新型質(zhì)量追溯體系的應(yīng)用價(jià)值

裝配式BIPV全壽命光伏陣列構(gòu)件要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)營等多個(gè)環(huán)節(jié)，以RFID技術(shù)為跟蹤手段，質(zhì)量追溯需要分別準(zhǔn)確采集每個(gè)批次與構(gòu)件質(zhì)量追溯緊密相關(guān)的企業(yè)認(rèn)證、原材料入庫檢驗(yàn)、構(gòu)件賦碼、生產(chǎn)過程檢驗(yàn)、裝車運(yùn)輸、構(gòu)件入場驗(yàn)收、吊裝定位與裝配施工、工程綜合驗(yàn)收等多個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵信息，信息遺漏或錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致質(zhì)量追溯的無效。同時(shí)，為方便施工安裝臨時(shí)查驗(yàn)相關(guān)信息，可在構(gòu)件表面制作臨時(shí)二維條碼。通過掃描二維條碼，可查詢該部件的生產(chǎn)企業(yè)、原材料供應(yīng)商、構(gòu)件生產(chǎn)和安裝過程圖片及視頻等信息。有效提升了作業(yè)時(shí)效和服務(wù)水平。

5 結(jié)語

綜合而言，我國裝配式BIPV還處于初步發(fā)展階段，以碲化鎘玻璃幕墻為例，其建安成本要比傳統(tǒng)玻璃幕墻高出800～1000元/m2，這可通過后期發(fā)電效益超額收回，但依然存在諸多需要完善的方面。本文以BIM+RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量溯源體系，從部品構(gòu)件的規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、運(yùn)輸存儲、安裝施工、運(yùn)營維護(hù)等全生命周期進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)信息跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)過程信息共享模式的管控與質(zhì)量溯源。追溯體系的建立，可及時(shí)對質(zhì)量問題跟蹤分析，并提出恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，降低用戶的損失，使得用戶的利益能夠得到保障，給生產(chǎn)管理帶來明顯的價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。