基于构件信息流的装配式混凝土建筑项目工程监理的方式

蔡泽勇，钟才根

（上海同济工程项目管理咨询有限公司， 上海 200092）

0 引 言

建筑施工行业具有悠久的发展历史，是我国国民经济的支柱产业。由于传统建筑施工行业具有的离散性、单件性、松耦合性、流动性、非标准性等特点，致使计算机系统难以服从建筑施工行业的业务逻辑，其关系模型不能覆盖全部实际业务模式。因此，信息化管理很难在传统建筑施工行业应用普及[1]。

随着城镇化和建筑工业化的快速推进，装配式混凝土建筑受到各级政府和建设行业的广泛重视。近 10 年来，在建设主管部门的指导下，经建筑行业众多专业人士的努力，装配式混凝土建筑相关的技术标准体系已基本完备。技术体系的执行客观上要求管理方式同步提升或变革，因此信息化管理方式取代传统管理方式是建筑工业化的内在要求。同时由于 BIM 技术及 RFID 技术的发展和普及，建筑行业信息化管理即将成为现实[2]。本文将从监理企业的视角，基于装配式混凝土建筑的特点，对装配式混凝土建筑的信息化管理方式进行初步的探讨。

1 装配式混凝土建筑的特点

装配式混凝土建筑中，大量的建筑构配件由工厂生产加工完成。这些构配件种类主要有剪力墙、叠合板、阳台、空调板、楼梯、预制梁、预制柱等。预制构配件运至施工现场进行组装，现浇作业较传统建筑项目大幅减少。

装配式建筑从设计到施工组装整个流程中，建筑的构配件作为核心要素始终贯穿其中。在设计阶段，从建筑方案设计开始，设计师遵循一定的设计标准，将结构方案或者建筑方案拆解成一个个构配件。在构配件生产阶段，生产厂家根据设计数据进行模具加工、钢筋弯制及混凝土的浇筑。在构配件装配阶段，施工单位根据设计方案及相应条件制定施工方案对构配件进行组装。

根据装配式混凝土建筑的特点，预制构配件的设计、加工和安装过程的管理成为项目质量、进度、投资管理的核心内容，而将预制构配件作为上述项目信息的主要载体进行监控，有利于基本实现对整个装配式建筑项目的有效管理。

2 BIM 和 RFID 技术

2.1 BIM 的概念及其特点

BIM 是以 3D 数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM 有两个含义：狭义的概念是指包含建筑各种信息的数字化模型；广义的概念则是在项目生命周期内生产和管理数据的过程。

BIM 有以下几个特点。

(1) 建设工程项目中的单一构件作为基本图元元素，每个元素都是数据的集合，数据保持一致性并可全局共享。

(2) 构件的几何信息及材料、结构属性与其他构件的拓扑关系等各种信息的集成化，形成一个数据化的建筑图元，包含着更为丰富的项目信息。

(3) 模型信息相互关联。随着模型变化，与之关联的所有对象将随之更新，并可以生成相应的图形、文档。

BIM 模型中主要包括构配件的基本信息，如名称、规格尺寸和型号、供应商等；可通过在 3D 模型的各个构件上加上时间参数和成本计划，形成 4D BIM 和 5D BIM 模型。

2.2 RFID 技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种智能识别技术。射频识别技术可以利用射频信号实现对目标物体的非接触式识别，同时获取相关信息和数据，对应用环境要求较低，且识别过程无须人工干预。射频识别技术由标签和阅读器两个部分组成。标签安装在需要识别的物体的内部或外部；依赖设计的方法和使用的技术，阅读器可分为只读和读/写两种。

3 混凝土预制构配件的信息流

3.1 BIM 信息模型的建立和预制构件的编码

3.1.1 BIM 信息模型的建立

参数化的 BIM 模型中包含了构件的空间尺寸、拓扑关系、材料属性等。所有构件都是由参数加以控制，模型信息相互关联。如果模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之改变。同时，模型的修改都会反映在对应图纸中，其设计和修改方式都十分便捷，提高了工作效率，并解决了长期以来图纸之间的错、漏、碰、缺而导致的信息不一致的问题。

在 Autodesk 公司的 BIM 软件 Revit Architecture 中，参数化构件被称为“族”(Family)。在软件中创建装配式建筑的构件(例如墙、梁、柱等)，并通过改变具体的尺寸、材料属性等来逐步深化设计；建立的构件数据保存在 BIM 模型之中并可被各方共同使用，为后续各阶段工作打下良好的基础。

在 BIM 3D 建筑模型的基础上，结合相关软件可实现4D 虚拟建造、4D 施工进度管理以及 5D 投资管理。通过4D 虚拟建造以及施工进度安排，每一个构件将关联相应的时间属性。由于预制构件自带的成本属性，通过虚拟建造，可方便计算出每一个付款节点的工程量及相应支付的工程款额度。

3.1.2 预制构件RFID的编码设计

在预制构件的生产制造阶段，需要对构件植入 RFID标签。标签内包含构件单元的各种信息，以便在构件的运输、入场、存储和吊装过程中对其进行管理。RFID 编码需遵循编码的唯一性、可扩展性、可操作性及简单性原则。图1举例说明构件编码格式[3]。

图1 预制构件的编码格式

“K1”～“K3”为项目代码，用英文字母表示。不足三个字母的项目，前面用 0 补齐。如：世博项目表示为 0 SB。“K4”～“K6”为构件类型，用英文字母表示。不足三个字母的，前面用 0 补齐。如：芯柱表示为0XZ。“K7”～“K8”为位置属性,如：09 表示地上 9 层。“K9”～“K11”为数量编码。“K12”～“K13”为过程代码，施工人员根据构件的施工过程写入：预制构件的制作表示为 ZZ，出厂入场表示为 RC，吊装表示为 DZ，现浇连接表示为 XJ，机械连接表示为 JJ，接缝防水处理表示为FS；其他过程用 QT 字母表示。

3.1.3 现浇部分的编码处理

从经济性和可操作性角度来看，目前国内的装配式混凝土建筑项目很少采用全装配式结构，基本都存在一些现浇混凝土部分。为实现建筑项目的全面及全过程信息化管理，需要对现浇部分的结构进行编码处理。现浇部分也需遵循预制构件的编码原则，根据与已编码预制构件的空间关系或时间关系进行编码设计。现浇部分的编码不植入RFID 中，仅作为 BIM 服务器中对现浇混凝土部分信息的读取和写入的识别标记。

3.2 预制构件的信息类型

预制构件从设计阶段开始到吊装施工验收完成为止，持续不断地产生与构件相关的信息。根据信息类型不同，本文将其分为属性信息和管理信息。

3.2.1 属性信息

属性信息是指预制构件在 BIM 模型建立阶段及其他阶段所赋予构件的属性，包括质量属性、进度属性、成本属性、安全属性、合同属性等。质量属性包含构件的几何尺寸、重量、混凝土类别、钢筋种类和数量、预埋件种类和位置及模具的相关信息。进度属性信息主要来源于 4D 进度模拟。根据 4D 进度模拟结果，每一个预制构件的制作、运输、吊装等过程，都将有一个明确的完成时间节点。这些时间节点与构件进行关联，形成构件的进度属性。构件本身自带成本属性，业主和监理可以根据预制构件工厂生产量及施工现场吊装完成量，进行工程量的计量和工程款的支付，并分析实际投资与计划投资的偏离情况。预制构件的安全属性是指：预制构件在生产制备、运输和吊装过程中与该构件相关的人员(安全员、特种作业人员)资质、运输车辆及吊机的相关要求内容。合同属性包括预制构件的生产厂家、生产日期、安装单位及安装完成日期等内容。

3.2.2 管理信息

管理信息根据管理主体的不同，可以分为设计管理信息、生产厂家管理信息、施工总包管理信息、监理管理信息等。本文所指的管理信息主要指监理管理信息。监理管理的主要内容包括“三控两管一协调”。“三控”是指质量、进度、投资控制，“两管”是指资料管理和合同管理，“一协调”是指协调业主与各参建方的关系。在预制装配式混凝土结构建筑项目中，由于预制构件所具有的属性信息，将预制构件作为最基本的管理对象，将给监理管理带来极大的方便。

在对每一个预制构件的监督管理过程中，有大量的信息产生，包括联系函、通知单、停工单、索赔、变更、检查验收等信息。这一类信息即为管理信息。管理信息根据类型可分为质量管理信息、进度管理信息、投资管理信息、安全管理信息和合同管理信息等。

3.3 预制构件的信息流程

预制构件是贯穿于整个装配式建筑产业链的核心元素，也是监理管理的最基本对象。根据装配式建筑的这一特点，结合RFID技术和BIM技术，可实现对装配式建筑项目从构配件设计、制作到运输、入场、存储、吊装等过程的实时监控，达到控制建造工期和项目成本、保证建筑质量的目的。

在设计阶段完成预制构件的信息建模，同时根据编码规则对每一个预制构件进行编码。预制构件的生产过程中，在构件内植入 RFID 标签同与之对应的编码进行关联。每一过程均可读取和写入信息，服务器及数据库内信息同步更新(如图 2 所示)。本文仅从监理角度，重点介绍预制构件的制作、入场及吊装阶段的管理。

现场管理人员利用 PDA 或 RFID 读卡器，通过无线电信号识别 RFID 标签信息，通过无线网自动登录服务器读取该标签下的信息，并可根据授权进行写入操作。各参建方则可以利用不同终端，通过用户名和密码登录服务器和数据库，进行数据的读取和写入(如图 3 所示)。

图2 预制构件信息流程

图3 预制构件信息读取和写入示意图

4 基于预制构配件信息流的工程质量和进度控制及资料管理

预制构件所具有的质量、进度、成本等属性信息，结合 RFID 和 BIM 技术手段，将为预制装配式混凝土建筑项目的施工监理带来极大的方便。

4.1 预制构件的质量管理

4.1.1 监理资料的数字化

(1) 装配式混凝土结构相关标准和规范的数字化。为实现全面的信息化管理，前期需投入大量的精力，将装配式混凝土结构相关的标准、规范、规程等按照一定的规则录入服务器存储，并对每一条信息进行编码。图 4 举例说明资料编码格式。

“C1”～“C2”为过程代码，用英文字母表示。必须与构件编码的过程代码保持一致。如：预制构件的制作表示为 ZZ，出厂入场表示为 RC，吊装表示为 DZ，现浇连接表示为 XJ，预制构件的机械连接表示为 JJ，接缝防水处理表示为 FS；其他过程用 QT 表示。“C3”～“C4”为信息类型，用英文字母表示。如：一般规定表示为 GD，质量验收表示为 YS；“C5”～“C7”为数量编码，用数字表示。“C8”～“C9”为备注。

图4 资料编码格式

(2) 监理表单数字化。将全部工程监理所需表单录入服务器，并按照表单属性使用“通知单”“联系函”等中文标题进行保存，方便在监理实施过程中调用。

4.1.2 预制构件的质量管理

施工前，由施工单位制定分项工程和检验批(包含预制构件和现浇部分)划分方案，并由监理单位审核。预制构件质量监理流程如图 5 所示。

图5 预制构件质量监理流程

步骤一：施工单位人员在相应阶段根据设计要求完成作业后，将施工过程代码输入 RFID 标签中，并将相关质量信息通过 RFID 标签写入服务器中。

步骤二：监理工程师通过 PDA 或读卡器读取构件的基本信息，服务器软件根据构件编码和信息编码的过程代码自动匹配，将相关信息推送至 PDA。

步骤三：监理工程师根据服务器推送的监理信息资料，结合构件的基本信息，对实际构件进行检查。检查合格，则进入下一道工序；检查不合格，则根据相应标准选择调用相应监理表单告知施工单位，并重复步骤一和步骤二，直至合格才可进入下一道工序。

4.2 预制构件的进度管理

预制构件进度管理的关键点，一是前期的 4D 施工建造模拟；二是建造过程中严格按照建造模拟的施工顺序施工。在前期的 4D 施工建造模拟中，施工单位应根据建设单位的工期要求及自身的施工经验，科学合理地编排施工进度，并将每一个预制构件的各过程时间节点录入相应构件标签下的服务器中；监理单位对施工单位提交的进度进行审核。在施工建造过程中，施工单位应严格按照预制构件的过程时间节点进行生产和施工。服务器中构件进度信息如表 1 所示。

表1 预制构件进度信息表

表1 中计划时间由施工单位在进度计划确定后录入；实际时间根据 PDA 或读卡器自动读取，也可手动输入。软件根据实际进度和计划进度自动判断进度偏差。预制构件吊装的计划进度和实际进度可以借助于甘特图和 BIM 可视化技术来表示。监理单位可根据进度偏离情况，分析进度偏离原因，并结合构件的生产、运输计划进度，进行进度计划的调整。

4.3 预制构件的资料管理

预制构件包含质量、进度、投资、安全、合同及其他方面的信息，通过 RFID 标签与服务器和数据库相关联。在构件从生产制作到吊装的过程中，施工人员通过对标签中过程代码的写入实现对构件的全过程跟踪管理。在管理过程中，不断形成新的质量、进度、投资等管理信息，并通过调用监理表单形成管理资料。在调用过程中，服务器软件根据表单的调用次数自动进行编号。服务器不仅能存储文字信息，也能存储图片、视频影音等信息，方便后期查 阅。图 6 为预制装配式建筑项目的资料管理示意图。

图6 预制装配式建筑项目资料管理

5 结 语

建筑工业化是建筑行业发展的趋势。信息化管理也必将取代传统的工程管理方式。信息化管理的优势是显而易见的。装配式建筑由于其工厂化预制生产、现场组装的特点，同时结合 RFID 及 BIM 技术，非常适合信息化的管理方式。但是，要实现全面的信息化管理，需要有一个各建设方共享的平台和统一的平台接口，并且同时培养用户使用习惯。信息化管理只是工程管理方式变革的起点，结合人工智能技术和监理专家系统的智能化管理，工程管理方式的未来将更值得期待。