BIM与RFID技术在装配式建筑施工管理中的应用

     装配式建筑作为一种效率高、精度高、成本低、质量好、资源节约的建筑得到了广泛应用，相对于其优点，装配式建筑对技术和管理的要求也更高，其工作流程、施工环节相对较为复杂，工程项目中相关信息的传达必须准确、及时，由此BIM、RFID作为新兴的信息管理技术，做好其集成应用具有重要意义。

     目前，装配式施工进度主要受厂商构件生产的速度、运输方式等多方面因素制约。设计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。因此,将BIM和RFID集成，并应用于包括从构件制作到安装全过程管理，将极大提高生产效率。

     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)。

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，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。

     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。

图2 构件信息在RFID中流转流程图

    (1)构件制作阶段。 在构件预制阶段，首先，由预制场的预制人员利用读写设备，将构件或部品的所有信息(如:预制柱的尺寸、养护信息等) 写到RFID芯片中，根据用户需求和当前编码方法，同时借鉴工程合同清单的编码规则，对构件进行编码(见图3) 。然后由制作人员将写有构件所有信息的RFID芯片植入到构件或部品体系中，以供以后各阶段工作人员读取、查阅相关信息。

图3 构件编码格式示意图

      K1-3:项目名称，用英文字母表示，不足三个字母的项目，前面用0补齐，如:奥运项目表示为0AY;

K4-5:单位工程编码，采用1-99号数字编码，如: 奥运村第9号楼，表示为09;

K6:地上/地下工程，地下表示为0，地上表示为1;

K7-8:楼层号，如:地上9层表示为09;

K9:构件类型，如: 柱(Column)-C，梁(Beam)-B，楼板(Floor)-F，…;

K10-12:数量编码;

K13-14:作业状态，该栏属于状态栏，随RFID采集信息的状态进行更新，如仓储阶段-CC，安装阶段-AZ，…;

K15-17:扩充区。

     (2)构件运输阶段。 在构件运输阶段，主要是将RFID芯片植入到运输车辆上，随时收集车辆运输状况，寻求最短路程和最短时间线路，从而有效降低运输费用和加快工程进度。

     (3)构配件入场及存储管理阶段。 门禁系统中的读卡器接收到运输车辆入场信息后立即通知相关人员进行入场检验及现场验收，验收合格后按照规定运输到指定位置堆放，并将构配件的到场信息录入到RFID芯片中，以便日后查阅构配件到场信息及使用情况。

     (4) 构件吊装阶段。 地面工作人员和施工机械操作人员各持阅读器和显示器，地面人员读取构件相关信息，其结果随即显示在显示器上，机械操作人员根据显示器上的信息按次序进行吊装，一步到位，省时省力。此外，利用RFID技术能够在小范围内实现精确定位的特性，可以快速定位、安排运输车辆，提高工作效率。

     现代信息管理系统中，BIM与RFID分属两个系统——施工控制和材料监管。将BIM和RFID技术相结合，建立一个现代信息技术平台(基于BIM和RFID的建筑工程项目施工过程管理系统架构）见图(4)。即在BIM模型的数据库中添加两个属性——位置属性和进度属性，使我们在软件应用中得到构件在模型中的位置信息和进度信息，具体应用如下:

    (1)构件制作、运输阶段。 以BIM模型建立的数据库作为数据基础，RFID收集到的信息及时传递到基础数据库中，并通过定义好的位置属性和进度属性与模型相匹配。此外，通过RFID反馈的信息，精准预测构件是否能按计划进场，做出实际进度与计划进度对比分析，如有偏差，适时调整进度计划或施工工序，避免出现窝工或构配件的堆积，以及场地和资金占用等情况。

图4 基于BIM和RFID的施工管理系统架构

     (2)构件入场、现场管理阶段。 构件入场时，RFID Reader读取到的构件信息传递到数据库中，并与BIM模型中的位置属性和进度属性相匹配，保证信息的准确性;同时通过BIM模型中定义的构件的位置属性，可以明确显示各构件所处区域位置，在构件或材料存放时，做到构配件点对点堆放，避免二次搬运。

    (3)构件吊装阶段。 若只有BIM模型，单纯的靠人工输入吊装信息，不仅容易出错而且不利于信息的及时传递;若只有RFID，只能在数据库中查看构件信息，通过二维图纸进行抽象的想象，通过个人的主管判断，其结果可能不尽相同。BIM-RFID有利于信息的及时传递，从具体的三维视图中呈现及时的进度对比和二算对比。

     综上所述，现代装配式建筑施工过程管理中，BIM、RFID技术是两大先进的、核心的技术，与浇筑类建筑相比，装配式建筑更便于标签植入，通过RFID技术进行施工工地信息实时采集，并实时传输至信息中心BIM中，及时更新数据、调整模型与实际数据的偏差，开展相应的跟踪管理，切实提高装配式建筑整体建造及管理水平。

     随着科学技术的不断发展，装配式建筑以高精度、高效率、设计体系完整等一系列的优势使其在全球范围内受到高度重视。通过BIM与RFID技术的推行，可以有效地提高装配式建筑从设计到运维整个寿命周期协同作业。推动BIM和RFID技术在装配式建筑全寿命周期过程中的应用,符合我国在建筑行业实现绿色建筑的发展。