BIM和物联网技术在建筑工程材料管理中的运用

谢文闻

(福建省第五建筑工程公司,福建 泉州 362000)

0 前 言

BIM技术是贯穿整体建筑工程,实现全周期管理的重要技术,可依据建筑项目各项数据信息建设“三维仿真建筑模型”。而物联网技术则是对计算机信息、通信、传感等技术的最新整合应用技术,可应用于工程收集、传递、共享、处理各阶段“环境状态信息”及指令执行等方面[1]。材料管理作为建筑工程中重要环节,可融合BIM与物联网技术,提高材料管理效率,从而实现规范化、科学化的材料管理。

1 建筑工程项目中材料管理的重要性

建筑工程项目中,建筑企业材料成本占总成本60%以上,可见材料管理具有十分重要的作用。

施工作为工程项目实施过程,是决定建筑质量的重要阶段,若是想要提高项目质量,则应当重视质量控制。而材料是建筑施工的基本与前提,其质量高低对于整体工程项目质量具有直接影响。我国《建筑法》中指出：建筑工程中的设备、材料、配件等,必须与产品质量及设计标准相符。建设部《合同范本》中,对于材料管理也提出：工程材料、设备需要有相应产品合格证书,材料需拥有资质等级材料检验单位给出的试验报告及材质证书[2]。材料的使用、操作、存储环境等若是出现变化,均会影响整体建筑施工质量。并且,完成工程建设后,其质量问题无法像工业产品一样解体、拆卸、更换配件,可见加强材料管理已经成为建筑工程中提高质量管理及成本管理的重要途径,通过控制材料质量,可有效减少材料损耗,将材料成本降低,才能真正实现低成本、高效益、高质量的工程项目建设。

2 BIM和物联网技术的融合

BIM(建筑信息模型)以建筑数字化信息为中心构建“三维虚拟现实模型”,贯穿于项目全生命周期,可通过碰撞检测、管线综合、模拟计算、智能建筑管控等应用完成现场管理、信息交换等工作[3]。因此,BIM应用属于动态联系过程,此过程中可实时感知、采集、控制、监督工程项目的环境及其状态信息,实现人工测量与报表化管理相结合的管理模式。

而物联网技术通过物联网中智能传感器、定位装置、RFID标签、二维码、视频前端等感知层设施,可实现不间断、实时化的监控建筑工程环境状态信息,并将参数利用移动网络汇集到数据库之中,形成可追溯、连续的动态监测记录,此记录为BIM静态模型赋予了数据动态更新的能力,让其“活”起来。将人、物与BIM模型相连接,可在“三维虚拟现实模型”中呈现各种孤立、分散的现场信息,为工作人员分析、观察提供数据模型支持,辅助管理者进行决策。所以,将BIM技术与物联网技术相结合,能够突破数据与实体、现实与虚拟之间的差异,完成现场材料管理工作。

笔者公司将福州大学晋江市科教园项目作为BIM试点，此项目建立了土建、机电等模型,并将各类项目信息融入于模型之中,在碰撞检测及模型的建立中,及时发现图纸问题以及各专业的协调问题,提前与设计沟通,出具相应的解决方案。现场人员利用模型,可以合理地布置材料放置位置,物料的规整放置,使得现场的施工和物料运输井然有序；通过工程量的计算,结合施工进度,精准、及时地采购物资,解决了采购物资在时间上的拖延以及物料浪费等问题。

3 BIM和物联网技术在材料管理中的应用

3.1 编制材料使用计划

在编制材料用量计划中,BIM5D可通过工程量计算模型与定额库匹配,直接得出用量结果,主要是通过BIM5D技术建立三层数据模型,分别为业务层、数据层、表现层,数据层可收集建筑物实体材料信息,分析工程中材料应用成本,业务层中则分为模型操作与业务规则,形成产品新的表现形式。如,钢筋材料管理中,可使用MVC架构,建立BIM5D数据模型,向Time和Cost这两部分拓展,统计局部工程的材料使用量[4]。笔者公司福州大学晋江市科教园项目,利用BIM5D、project等一系列软件,加上三维模型,整合出5D模型。并以BIM5D关联数据库特点为依据,当工程发生变更时,及时修改工程3D模型后,工程量也会随之产生变化,数据库也会进行更新。结合工程进度与不同工程阶段(WBS),工作人员可以此为依据,按照时间进度对材料使用量进行统计,以便编写月度材料计划。每天在系统中录入工程进度,还可预估第二天材料使用量，这大大提升了福州大学晋江市科教园项目的材料管理。

3.2 材料运输验收

物联网技术在物流供应管理、装配、生产制造等领域中已经得到广泛应用,物联网技术迅速普及在于RFID技术可准确、实时、快速地处理信息,节约大量劳动成本。而在建筑工程项目之中,企业在管理重要材料时,可在厂商生产中在材料中植入相应RFID芯片,加密RFID标签,确保材料来源唯一性,电子标签中应当输入相应的材料生产信息,如生产时间、成分、重量、加工信息、注意事项等,可与质量保证书一起提供给施工单位,明确材料来源,避免材料在运输途中被更换,以免材料出现以次充好的问题。见证取样中,可使用RFID电子标签阅读器快速读取材料信息,并利用物联网实时监控跟踪,检测人员还能在电子标签中输入相应检测报告,还能利用软件集成WLAN或Ethemet完成物体信息识别、采集、处理、远程传送等功能,将信息加密后传至项目部,有助于建筑企业提高验收管理质量。

3.3 材料存储保管

在存储材料时,材料有电子标签,工作人员可手持RFID标签阅读器收集材料信息,可立即汇总整理材料性能、类型、规格等,与领用表相对比,及时发现材料规格、数量是否存在差异,达到日清日结的效果。并且,能对材料库存量进行监控,避免由于材料短缺出现误工、停工等问题,也能保证材料数量适当,以免大量存储材料占用项目周转资金与库存面积,让整体盘点工作更加简单。施工现场也可以安装自动信息阅读器,材料若是被盗取,当经过阅读器时会被检测到RFID标签,则可以自动报警,确保材料存储的安全性。

3.4 材料发放监督

在BIM软件中,材料管理者可自动对领料人员是否出现超额领料的情况进行判别。管理者每次都在系统中录入领料信息,领料人员若是领取材料大于正常损耗与使用量的,系统会对管理者进行提醒。领料时也无需填写限额领料单,在系统中输入相应材料数量与规格,BIM模型会自动生成3D建筑界面,将材料位置直接显示在屏幕中,出库阅读器可自动读取电子标签,完成整体材料出库工作,配合视频监控设施,甚至可完成材料自助出库。建筑构件信息与材料出库记录相连,可记录材料领发台账,从多方面对其进行分析核算,明确材料节超情况、领发情况及其使用效率,比较实际工程中材料消耗量与材料使用计划,分析差值产生原因, 从而为提高施工管理水平提供数据依据。并且,通过多次工程中材料管理数据比对,企业可对自身材料定额进行改进、修正,有效提高整体工程材料管理水平。

另外,材料管理者可在施工现场利用阅读器验证材料电子标签,明确材料是否正确应用到工程施工之中,后台系统中查看材料记录,还可在部分特殊材料结构中嵌入电子标签,以便监控材料使用状态。

3.5 技术应用措施

1)培养管理人才。在材料管理中,建筑企业为保证BIM和物联网技术应用能够贯彻落实,发挥其应有效果,解决现有材料管理者流动性大、缺乏技术应用经验的问题,应当制定相应选聘、培训、考核机制。对于材料管理者应当严格进行考察,保证其对于材料管理岗位职责、BIM技术、物联网技术等均有所了解。并实施岗前培训,内容包含BIM软件及物联网技术应用方法、材料检验标准、入库标准等,未能通过考核的人员则不允许其上岗。项目部还可制定奖惩制度,将材料管理质量与管理人员薪酬待遇相连接,以薪酬体现其工作效率。同时,还应推行“师带徒”模式,让优秀材料管理者指导新员工,储备材料管理人才。

2)建立管理制度。材料管理制度作为管理人员工作标准,应当加强材料采购计划控制、申请控制、供应商评估、定价、验收制度等,并依据项目实际情况制定相应材料内部控制管理制度与实施细则,定期评价内部控制实施效果,完善制度缺陷,真正落实对BIM与物联网技术的应用。

4 总 结

BIM技术与物联网技术的结合应用仍然处于尝试阶段,本文从建筑工程中材料管理重要性出发,分析BIM技术与物联网技术结合应用价值,将其应用于材料运输、存储、使用等环节之中,并以此为基础,提出培养管理人才、建立管理制度的BIM与物联网技术应用优化建议,可有效提高建筑工程材料管理质量,推动建筑行业实现进一步发展。

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