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基于BIM和RFID技术的装配式建筑施工过程管理

针对装配式建筑施工管理的特点,探讨BIM和RFID在装配式建筑各施工过程中的应用;将BIM和RFID相结合,建立信息共享平台架构; 探讨了集成的BIM-RFID系统的应用过程,包括在构件制造、运输、进场、仓储、吊装过程中的应用,并对BIM-RFID系统的推广提出可行性建议,推动BIM-RFID技术在装配式建筑施工过程中的应用。 随着可持续发展观念的不断深入,资源、环境问题日益突出,劳动力不足,人工费比例不断增加,节能环保的装配式建筑逐渐成为人们关注的热点,但是工业化的施工过程出现的“错漏碰缺”、施工管理过程中信息的不对称性等问题在一定程度上制约着装配式建筑的发展。近年来,很多学者对装配式建筑做了各种研究,最突出的为BIM技术和物联网技术,其中Chief Architect 的GSA PB 办公室对4D-BIM项目进行了研究,并开设了全国性的3D-4D-BIM项目;张洋[1]对BIM的信息集成进行了研究;呙丹[2]等人提出将RFID技术应用于建筑工程;张建平[3]等人研究了BIM在施工中的应用;王延魁[4]等人对BIM和RFID在建筑设备运行维护中的应用进行了研究;Pavan Meadati[5]等人在设备管理领域对BIM和RFID技术的整合进行了研究;李天华[6]等人整合了建筑工程全生命周期管理过程中BIM和RFID技术框架。  综上所述,关于BIM和RFID的研究成果较多,将BIM和RFID两个系统集成,并应用于包括从构件制作到安装完成的具体实施流程过程管理的研究还有待于深入。笔者在整合BIM和RFID环境的基础上,提出装配式建筑施工管理系统的理论框架,确认施工管理所需信息,建立基于BIM-RFID的现代信息管理平台架构。   一、现有装配式建筑施工的优点与不足  1. 优点分析  所谓装配式建筑就是用预制的构件在现场装配而成的建筑[7]。相较传统建筑来说,装配式建筑所需物料堆放场地小,施工噪音小,标准化的生产方式有利于节约资源和环境保护。同时,装配式建筑的施工只需对地基做相应的处理之后即可进行组装,施工速度快,劳动强度低。另外标准化、机械化、高精度的生产方式,保障了建筑物的质量。因此,装配式建筑包含了传统建筑无法比拟的优点。  2. 不足分析  装配式施工也存在很多问题。施工进度受厂商构件生产的速度、运输方式等多方面因素的制约。施工过程中的变更对构件的生产不利,安装过程中容易出现“错、漏、碰、缺" 等情况。装配式建筑无论是制作还是安装都具有很强的技术性和专业性,我国建筑产业化进程尚处于初级阶段,缺少一批懂工业化技术并熟悉装配式建筑的专业型人才。   二、BIM与RFID技术在装配式建筑施工管理中的应用分析  1. BIM技术在装配式建筑施工管理中应用 BIM技术在装配式建筑施工管理中的应用主要包括三个部分:施工场地管理、5D动态成本控制和可视化交底。  ( 1) 施工场地管理。基于BIM的施工场地管理即在施工前通过计算机虚拟施工场地布置,模拟主要施工机械的施工过程,在满足塔吊吊运范围覆盖整个施工面的同时,尽量减少起重臂交叉;模拟主要材料场地布置,减少甚至避免二次搬运。  ( 2) 基于BIM的5D动态成本控制。基于BIM的5D动态施工成本控制即在3D模型的基础上加上时间、成本形成5D的建筑信息模型,通过虚拟施工看现场的材料堆放、工程进度、资金投入量是否合理,及时发现实际施工过程中存在的问题,优化工期、资源配置,实时调整资源、资金投入,优化工期、费用目标,形成最优的建筑模型,从而指导下一步施工( 见图1) 。
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  图1 基于BIM的5D施工动态控制
  在该系统中,首先,需建立BIM模型,并在BIM模型中输入和项目有关的所有信息,主要包括构配件的基本信息( 如名称,规格和型号,供应商);其次,在三维模型的各个构件上加上时间参数和成本计划,形成5DBIM模型;再次,利用计算机依据附加的时间和成本参数进行BIM的5D虚拟施工展示,通过虚拟建造,可以检查进度或成本计划是否合理,各种逻辑关系是否准确,及时发现施工过程中可能出现的各种问题和风险,并针对出现的问题对模型和计划进行修改和调整,进而优化BIM模型,调整进度和成本计划,将优化完成的模型进行虚拟建造,如果进行虚拟施工后没有发现问题,则可以指导实施。  此外,利用BIM技术可以很好地处理施工过程中的各种变更。当施工过程中的设计变更发生时,利用BIM将变更关联到模型中,同时反映出工程量以及造价的变更,使决策者更清楚设计的变更对造价的影响[8],及时调整资金筹措和投入计划。  ( 3) 可视化技术交底。可视化交底即在各工序施工前,利用BIM技术虚拟展示各施工工艺,尤其对新技术、新工艺以及复杂节点进行全尺寸三维展示,有效减少因人的主观因素造成的错误理解,使交底更直观、更容易理解,使各部门之间的沟通更加高效。  2. RFID技术在装配式建筑施工管理中应用 不同于传统的建筑工程施工作业管理,装配式建筑的施工管理过程可以分为五个环节:制作、运输、入场、存储和吊装。能否及时准确地掌握施工过程中各种构件的制造、运输、到场等信息,很大程度上影响着整个工程的进度管理及施工工序,施工现场有效的构件信息,有利于现场的各构配件及部品体系的堆放,减少二次搬运。但传统的材料管理方式其信息不仅容易出错,而且有一定的滞后性,为解决装配式建筑生产与施工过程的脱节问题,笔者探讨将RFID技术应用于装配式建筑施工全过程中,其应用环节及方法如图2所示。
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  图2 构件信息在RFID中的流转流程图

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