物联网技术在装配式建筑中的应用现状

刘大君 吴 玫

(江苏城乡建设职业学院，江苏 常州213000)

随着建筑产业化的发展，装配式建筑逐渐成为建筑产业中的新生态。随着大批新型装配式建筑的纷纷落成并投入使用，装配式建筑开始面对其在全寿命周期内的诸多问题，如：沉降、变形、抗震、电气线路老化、水汽管路渗漏等建筑本身及其设备的疲劳和老化问题，建筑能耗问题以及防灾抗灾能力等等。日趋成熟的物联网技术可实现对目标物体的非接触自动识别，不受覆盖物遮挡的干扰，可远距离通讯，穿透性极强，抗污染能力和耐久性好，为装配式建筑的安全、能耗等信息的全面采集、可靠传送、云端共享、深度分析、智能处理和趋势预测提供了技术基础。研究物联网技术在装配式建筑安全监督以及运行管理中的创新应用，对于保障装配式建筑安全稳定运行、降低可能的灾害事故风险、减少运行成本、延长使用寿命等，具有十分显著的经济效益。同时，研究基于物联网技术的装配式建筑将有力地推动装配式建筑的创新和持续健康发展，也为物联网技术的推广应用拓宽了领域，具有相当广泛和长远的社会价值。

1 物联网技术在装配式建筑中的应用

《“十三五”装配式建筑行动方案》中提出了物联网技术在装配式建筑中的应用建议，采用植入芯片或标注二维码等方式，实现装配式建筑全过程的质量追溯。从建筑业的未来发展看，信息化与建筑工业化与的深度融合必然对粗放的传统建筑业的生产方式产生重大变革，物联网技术、BIM（建筑信息模型）技术、大数据、云计算等现代化技术手段必将成为建筑工业化的基本配置。[1]

目前，物联网技术在环境监测、工农业生产、交通运输、智慧医疗等领域已经得到广泛应用。在建筑产业现代化发展的历史潮流下，物联网技术也逐渐深入到建筑领域，在质量追溯、安全监督等方面发挥特殊的作用。

1.1 装配式建筑的质量追溯

装配式建筑质量追溯系统是以装配式建筑生产全过程的产业链为主线，以预制构件的设计参数为基础，利用RFID 技术(二维码标识等)不断丰富其相关信息，包括：构件原材料、加工环节、检验出库、运输、存放、吊装、验收等全周期的质量数据，实现装配式建筑质量的全程可追溯。

1.2 装配式建筑的安全监督

物联网技术在装配式建筑中的应用贯穿了装配式建筑的全寿命周期，在预制构件生产、运输、吊装以及装配式建筑的运营管理、灾害预警等环节都将发挥重大作用。与传统建筑相比，装配式建筑的施工过程有一定的特殊性，如吊装作业、高空作业等较多，使得装配式建筑的建造过程中存在很多安全隐患。需要重点监督的施工节点包括：预制构件的运输、预制构件的存放、预制构件的吊装、临边及高处作业、临时用电等。利用物联网技术可以对装配式建筑的安全生产的各个环节进行实时监控，及时发现安全问题，保证安全生产。

2 国内外研究现状及发展动态分析

国外学者Lu W 等人对RFID 技术运用于公共建筑全寿命周期的设备管理进行了探讨；[2]Costin A 等人通过实例尝试了将RFID 技术运用于钢结构工程的可视化过程管理；[3]Safa 等人探讨了在预制管道生产及施工中使用摄像和激光扫描技术自动收集管道施工数据，通过与预定指标进行比对来甄别可能的质量缺陷，从而保证施工质量。[4]Park 等人提出了以自动质量检测模块为支撑的主动质量管理体系。[5]Hamid 等人充分利用物联网技术和BIM 技术，对施工过程中信息匮乏、数据割裂和缺乏沟通等问题提供了有效的解决方案，实现了建筑施工质量的动态监控。[6]从国外学者的研究成果来看，已经具备了将物联网技术应用于装配式建筑的质量在线监测，实现质量动态管理的技术基础。

围绕装配式建筑的质量问题，国内学者也展开了大量的研究工作。微观层面上，齐宝库等分析了装配式建筑的各施工阶段质量问题产生的原因，主要关注了构件预制生产、节点连接、管线预埋和成品保护四方面的质量问题，并提出了相应的改进建议。[7]张兴龙梳理了装配式建筑现场施工环节的常见的14 个质量问题并提出了具体的防治措施。[8]也有一些学者则进行了较为宏观的体系研究，王全良等开展了基于物联网技术的装配式建筑质量管理系统的研究，利用RFID 技术实现建筑过程中的信息采集和处理，借助于管理信息平台，实现项目各个阶段、各参与方及时的信息共享与交流，最终实现建设阶段的质量监督控制和运行维护阶段的质量追溯[9]；翟鹏从管理理论层面提出了装配式建筑在生产管理模式及质量管理方面的改进方案。[10]这些研究成果进一步明确了我国现阶段装配式建筑的主要质量控制点，用实证证明了物联网技术是解决装配式建筑质量问题的有效手段，并对装配式建筑管理系统的构建形成了初步的设想。

在项目安全检测和预警系统的研究方面则主要聚焦在隧道、桥梁、高速铁路和输电铁塔等高危构筑物上，如：周诚等在武汉地铁隧道施工中建立了基于物联网技术的安全隐患排查与管控体系；[11]丁海萍等对基于物联网的桥梁安全监测预警系统进行了研究；[12]秦煜等设计了基于物联网和云计算的集合日常管养、监测预警、应急处理为一体的高速铁路桥梁运营状态监测预警系统；[13]裘伟敏利用物联网技术对输电铁塔的环境温湿度、倾角状态等参数进行在线监测，可以有效、快速地发现铁塔运行中出现的状况，以便提前进行维护和检修。[14]综上所示，国内外学者已经尝试将物联网技术与装配式建筑相结合，并取得了阶段性的研究成果，但主要的研究方向立足于质量监测、质量追溯和施工管理，对于装配式建筑的安全监督以及投入使用后的运行管理，尤其是安全、节能的监测和预警方面则缺乏较为系统的研究和技术突破。

3 物联网技术在装配式建筑中的应用展望

目前，物联网技术已较为成熟，应用于其他领域的研究和实践成果可以为其在装配式建筑领域的应用提供参考。物联网技术应用于装配式建筑的质量监测体系也较为成熟，在构件工厂预制阶段植入的用于质量监测的部分传感设备仍可为装配式建筑绿色安全智慧管理所延用。因此，物联网技术在装配式建筑中的应用具有广阔的空间。

3.1 物联网技术与装配式建筑的融合创新

物联网技术涉及计算机、通信技术、电子技术、测控技术等专业基础知识，以及管理学、软件开发等多方面知识，是一种跨多学科的交叉学科。装配式建筑是传统建造业中的新兴学科，在项目实施的过程中存在很多新的技术突破点和技术衔接问题。将物联网技术与装配式建筑有机融合是建筑工业化与信息化深度融合的具体体现，将充分发挥交叉学科优势，在推动传统建筑业生产方式的更新、改造和升级的同时，也为物联网技术的推广应用拓宽了领域。

3.2 面向未来的大数据分析与预测

目前国内外对于装配式建筑的相关研究主要面向质量问题追溯和施工现场管理，即为历史数据的记录与分析。面向装配式建筑的未来发展，将充分利用物联网技术融合已有的研究成果（如构件的基础数据、施工过程中的管理数据等），与装配式建筑长期的运行管理数据进行综合分析，给出预见性的、有针对性的灾害预警、节能措施和维修建议，是融合了历史数据、现实数据的大数据分析和预测。

3.3 形成装配式建筑最优化动态管理模式

运用云计算技术，大数据分析及最优算法，产生安全预警及绿色节能控制的智慧管理策略，组建智慧管理服务平台。平台应具有自我学习能力，可以实现自动的、持续的自我完善和最优化处理，保障装配式建筑始终处于动态的、不断优化的管理模式。

3.4 多技术交叉融合的数据平台构架体系

装配式建筑绿色安全智慧管理平台是融合了多种无线网络控制器、可重构性自组网算法及最优构架的数据平台，是一种多技术交叉融合的数据平台构架，包括：系统硬件、通信协议和中间件。该平台构架体系不仅仅适用于装配式建筑，更可以适用于所有类型的建筑物。

综上所述，将物联网技术与装配式建筑有机融合，可实现对装配式建筑结构安全状况的在线监测和预测预警，建筑设备工况的在线监测和预测性维修，能耗监测和绿色运行，最终建立起装配式建筑绿色安全智慧管理的云平台。