基于无线射频技术的BIM预制构件物流管理平台研究

王美华 高 路 范志宏 翟 韦 侯羽中 林 捷

(1.上海建工集团股份有限公司，上海 200062； 2.上海建集团工程总院，上海 200070；3.上海自动化仪表院,上海 200062； 4.上海建工五建集团,上海 200062)

基于无线射频技术的BIM预制构件物流管理平台研究

王美华1高 路2范志宏3翟 韦4侯羽中4林 捷4

(1.上海建工集团股份有限公司，上海 200062； 2.上海建集团工程总院，上海 200070；3.上海自动化仪表院,上海 200062； 4.上海建工五建集团,上海 200062)

为了适应市场经济和社会的生产发展趋势，国内外都对预制装配式的建筑技术进行着深入的研究。本文基于现在已有的技术形式对预制化构件的物流管理方式和维护保修方式进行探讨，以实际项目运用成果作为反馈。旨在做到对预制构件从生产加工到运输堆放再到调试安装最后到维护检修整个过程的全程可视，便于管理人员根据工程的实际情况调整方式，这样利用有限的维护资源可以最大限度地保障预制构件的后续使用质量，进而提高了预制构件在物流方面和维护方面资源配给的精确性和总体调度效能。

BIM； RFID； 物流跟踪； 信息平台

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.19

1 技术背景概况

众所周知，传统意义上物联网已发展到自动识别技术的程度，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术，可以分为：光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、IC卡技术、条形码技术、射频识别技术(RFID)。其中RFID可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间剪力机械或者光学接触其中RFID的标签可以结合PDA接收机让识别距离达到十几米，并且无线射频装置不需要放置在可识别视线之内，并可以嵌入到物体的内部。目前建筑行业推行的预制结构，让构件从生产结束之后，可以像传统工业品一般贴上标签，方便精细化的物流管理，所以我们尝试使用RFID技术与建筑预制构件结合。

2 技术整合思考

依托于RFID的物联网具有便携性、操作性强的特点； 而预制化建筑推行之后，建筑构件的精细化管理从运输、装配、堆放都需要便携和可操作的技术支持。在这样的背景和管理要求下，我们考虑一套技术整合体系，为了让建筑构件在生产运输以至于后期的维护检修的阶段都能进行严格的把控，以保障预制化建筑的正常生产和使用。

这套系统就是以RFID自动识别技术和网络平台技术为基础形成的，以装配式建筑生产全过程的产业链为主线，采集部品设计、原材料入库检验，生产过程检验、部品出库检验、运输过程、装配过程、监理验收过程、全周期的质量数据依据现行的建设法律法规，实现了信息化技术与现行建设标准与规范相吻合。在技术结合关键点上，考虑预制部品构件的可视化需求，我们在技术整合中引入BIM技术，对BIM模型进行轻量化处理，利用RFID技术进行构件的点对点连接，展现在平台上，进行综合技术方案整合以实现建筑质量可追溯，最终实现对象与人、对象与对象的互联。

2 系统设计目标

2.1 整合供应链信息改善供应链效率

这个目标的设计主要以信息技术为中心切入装配式构件的供应链体系，通过运行基于无线射频技术以及BIM技术的信息管理、实现信息高效互通，及时并准确的掌握建设项目信息中出现的缺失和错误，对于集成优化业务流程，降低构件生产仓库、施工现场库存，减少堆放成本，提高进度控制水平有着明显的效果。

2.2 实现预制构件精细化管理水平

在实现基本的供应链目标后，我们考虑该平台系统需要落实到构件的精细化管理的具体事项中，让预制构件生产管理技术，时刻掌握预制构件的信息，尤其是一些关键构件，对其进行准确定位，缩短搜索时间，提高构件制作、运输、安装质量监督的可视化和自动化，及时预测可能发生的突发事件，并对其做出反馈。

通过研究系统在全过程周期内的生产、运输、安装进度、质量控制等管理内容，我们设计一套编码体系与BIM模型关联，通过网页端进行构件的实时监控，最终实现装配式建筑建造全过程的管理无纸化和建造全过程的信息可追溯，做到现场构件“零堆放”，缩减建造工期，降低全寿命周期管理成本，助推预制装配式建筑施工真正工业化建造。

采用该系统实现精细化管理的有以下关键环节：

(1)物流配送

依赖物流平台技术，通过搭建构件工厂-现场物流配送平台，实现根据实际进度下单、配送，达到现场零库存的目标，解决全市大面积铺开装配式建筑后产能、场地不足的问题。

(2)质量控制

依赖移动互联技术，实现构件工厂监理质量检验责任制，解决目前遇到的构件质量标准化程度严重不足导致后续返工问题。

(3)施工管理

依赖BIM可视化技术，通过运用BIM技术建立精确的预制构件模型，将模型进行轻量化处理，使其可以在基于互联网的平台上运行，利用RFID技术实现电子构件与实体构件的绑定，通过网页的轻量化模型对实体构件的状态进行实时跟踪并利用移动互联平台进行反馈，实现现场装配作业节点全程追踪、验收责任制落实，从而确保项目装配的正确率、高效费比。

3 项目实践

3.1 项目概况

TRON/TL311项目为迪斯尼主题乐园片区2的新增项目，建筑贴邻创极光轮摩托(TL302)和创极光轮天幕(TL308)建造，利用两组游乐色好还是的夹角呈三角形平面布置。本项目设计范围包括1个三角形布局的主体建筑； 2个连接天桥(其连接主题建筑与步行天桥TL300A))； 1个架空休闲广场(由主体建筑、2个连接天桥及步行天桥所围合而成)。建筑用地面积2260m2，建筑总占地面积1720m2，建筑层数3层，建筑高度为16.2m，建筑面积3229m2(如图1)。

图1 总平面图

3.2 功能概述

本工程的物流跟踪采用部分构件进行试点。选取的预制装配式构件有室内VIP区域的一段风管、外挂墙体、钢结构屋顶的主要工字钢。我们为相应的构件加贴一张RFID标签，每个标签都有一个独立代号，RFID标签将在物品出厂前进行贴标，可以进行全程跟踪物品状态，并且在施工完成后可以进行后期运维管理。

构件跟踪系统采用手持终端设备PDA，通过扫描二维码和读取RFID信息，采用将构件的信息通过二维码的信息绑定RFID标签的方式，对构件的状态进行实时有效地跟踪，为管理人员的分析、管理与决策提供了便利。同时这些构件的呈现可以结合BIM平台。

3.3 系统流程

这套管理平台通过与项目上工作人员的几次对接，确定了一个可以操作的工作流程，整理完成的流程图如图2所示。

图2 系统流程图

3.4 实施范围

(1)VIP-3F 暖通专业：考虑项目规模较小，机电专业装配目前最成熟的加工制造可以在暖通风管这个版块，所以项目选取3F的VIP区域暖通风管进行RFID芯片的植入，因为没有吊顶的设计，这些风管在后续进行无源芯片的扫码时候不存在物理构件的遮挡。同时为了让风管的精细化管理到位，在进行BIM模型的时候详细的对每一个构件进行了拆分，通过信息化的编码，可以在后台管理的时候快速的寻找相应构件的参数和尺寸。见图3-4所示。

(2)另外这个项目的屋顶结构采用了钢结构，因为钢结构的BIM软件比较成熟，对于到了深化设计阶段的图纸与模型能够确保图纸与模型的一致性，所以本项目中的钢结构成为供应链体系管理的一个示范，但是考虑钢结构在安装完成之后的层高比较高，使用的RFID技术采用有源发射的芯片，通过手持PDA在一定距离范围内读取构件数据。见图5所示。

图4 风管构件RFID编码列表

(3)另外我们也在室内的钢质防火门部位进行了RFID的布置，共16个地方。这些部位是人流进出比较多的地方，考虑未来展示和演示的效果，RFID在安装结束后不容易长时间展示，所以这些部位我们考虑二维码与BIM模型的关联，方便展示的时候快速了解过程中这些钢质防火门当初进行物流时候的各种状态信息。见图6所示。

(4)该项目中的预制墙体是一个技术的创新点，墙体的分块与连接与隐框玻璃幕墙的做法类似，但是墙体构造还是保留建筑围护体应有的层次。这些部位的做法非常有特色，RFID芯片对每一块板进行的编码，其中包含的信息不乏板块的面积、规格、长度、宽度、总体积、总重量等信息。见图7-8所示。

图5 BIM模型中钢构件RFID编码

图6 RFID位置

图7 预制墙体位置

图9 RFID无线射频技术路线图

图8 预制墙体RFID编码列表

4 系统技术路线(图9)

4.1 BIM建模

系统实施之前，将需要RFID的各专业进行模型的建立，同时在模型属性中为每个管理对象设置唯一编码，方便后续的管理与维护。

4.2 材料采购

在建立好BIM模型之后，导出包含唯一编码的材料清单，发布到平台上。跟踪清单，定制二维码标签(唯一编码、材料名称、规格)，与 RFID 标签(随机编码)一起分发给各专业的材料与设备供应商。

4.3 生产加工

构件生产完成后，我们将在构件上粘贴对应的二维码或者随机的RFID标签，然后通过扫描二维码或者RFID标签，将两者编码建立关联，存入平台数据库，更改状态。随后生产条线工人使用PDA仪器扫描，就可以通过二维码及平台数据库的信息相应构件的信息。

4.4 物流运输

图10

产品生产结束之后，进入上车、下车时分别用终端设备批量扫描 RFID标签，确认后，数据上传至服务器更改状态。

4.5 构件安装

领料、安装时分别用 PDA 或手机/平板扫描 RFID标签/二维码，更改状态。运维(未来可扩展功能)：通过手机/平板扫描二维码获取设备参数、操作手册、维护记录等信息。

5 结束语

现阶段发展循环经济、建设资源节约型社已经迫在眉睫。我国建筑行业在建设过程中也消耗着大量的资源，如何通过技术创新，转变当前粗放型的产业建造方式，确实是目前的主要趋势。此次研究，我们结合迪斯尼项目的特点，采用了BIM技术与预制装配式建筑的特点结合，借助RFID无线射频技术开发了一套管理系统，为我们推进装配式构件的精细化管理、提高供应链效率提供了很好的示范与项目实践支撑，为进一步的建筑产业工业化和可持续发展奠定基础。

[1]Aaron COStin 1，Nipesh PRADHANANGA 2 and Jochen TEIZER 3，Passive RFId and BIM for Real-Time Visualization and Location Tracking Construction Research Congress 2014@ASCE 2014.

[2]E.Ergen 1，G.Demiralp 2，G.Guven 3，Determining The Benefits of An RFID-Based System For Tracking Pre-Fabricated Components in A Supply Chain Construction Research Congress 2011@ASCE 2011.

[3]徐永成，罗日荣，陶利民，陈循，杨述明.射频识别技术国内外应用现状、问题与对策[J].测控技术， 2008， 27(11)

Prefabricated BIM Component Management Platform based on RFID Technology

Wang Meihua1， Gao Lu2， Fan Zhihong3， Di Wei4， Hou Yuzhong4， Lin Jie4

(1ShanghaiConstructionGroupCo.，Ltd.，Shanghai200062，China; 2.ShanghaiConstructionResearchCenter,Shanghai200070，China; 3.ShanghaiAutomaticResearchCenter,Shanghai200062，China; 4.ShanghaiConstructionGroupNO.5Ltd.,Shanghai200062，China)

In order to adapt to the market economy and the development trend of social production，China and abroad are doing the deep researches on prefabricated construction technology.This paper is based on the existing technical forms of prefabricated components of the logistics management and maintenance of maintenance methods，using actual project application achievements as feedback，in order to accomplishthe whole process visualizationonthe prefabricatedcomponents from production and processing to the transportation and storage，finally from debugging and installationto maintenance and overhaul.Itis easy for managers to adjust the way according to the actual situations of the project，toensure a maximum limit of quality for the prefabricated components sevice through making use of the limited maintenance resources，also improve the accuracy and overall scheduling effectiveness of resource allocation in logistics and maintenance of the prefabricated components.

BIM； RFID； Tracking； Information Platform

上海市国际科技合作基金课题“基于工程项目管理的BIM集成综合应用研究与实践”(编号： 14510701200) 【作者简介】 王美华(1968-)，女，副总工程师,主要研究方向：EPC、绿色施工、建筑信息化。

TU17

A

1674-7461(2016)06-0100-06