基于BIM 和RFID 的建筑自动化装配研究

王柳舒 张圣彩

（黄河科技学院，河南 郑州450063）

1 BIM 技术和RFID 技术

BIM是建筑信息模型的简称，BIM技术是利用各种BIM软件，例如Revit.利用系统族或自画族将工程建设各个构件组合成一个构件库。然后对这些族添加各种材料，图形信息，以及构件组装先后信息等各种信息。构建多维信息模型，模型信息动态变化，建设各个阶段丰富信息，改进信息，实现实时动态控制。

RFID 技术，俗称电子标签，可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建立机械或光学接触。将RFID 标签附着于目标物上，通过扫描读写器读取数据。RFID 技术可识别高速移动的物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。每个标签具有唯一的电子编码，进而识别目标对象。阅读器用来读取标签信息，天线传递射频信号。

2 装配式建筑构件预制产业化

装配式建筑是用预支的构件在工地装配而成的建筑。通过古代建筑研究不难发现，古代建筑大多以木结构为主，先有木匠制作各种规格的构件，按照基座类，柱类，围护类，斗拱类，梁架类，屋面类六类归类。构件运至现场进行搭建形成完整的建筑。由古代建筑以及机械工业原理可以实现建筑行业的改革，装配式建筑不仅可以节省人力，提高效率，还能减少粉尘污染，不仅实现工业化还能实现绿色施工。

2.1 建筑物标准化信息

对装配式建筑进行编码可以实现建筑构件到施工现场进行快速组装。建筑信息编码应该按照建筑的分类标准进行，才有利于建筑在组装过程中的控制。建筑物通过代码信息的形式在建筑模型间与不同操作平台间实现信息集成共享。一套完整的编码体系为建筑信息模型和城市建筑信息数据库搭建了一座坚固的桥梁。通过BIM建筑信息模型，将这些数据按照一定规律进行分类和编码，使其有序地存入模型中，这样才能对它们进行类别存储，快速调用所需信息，以满足各种分析需要。本文根据建筑物的位置信息，本文提出一种编码模式，将建筑物属性信息编码如下图1。

图1 建筑BIM 编码方法

位置信息中的省，自治区，直辖市代码按照GB/T 2260 规则编制，市，区，县代码按GB/T 2260 规则编制，从左至右第一位编写市代码，第二位编写市辖区代码。地域代码参照各省，自治区，直辖市统计局编制的《行政区划名称与代码》进行编码。地域代码从左至右第一，二，三位编写街道（乡镇）代码，第四五位编写居委会（村委会代码）。设施顺序码从001 起始，每换一个居民委员会顺序号均从001 开始编写。属性信息中的建筑类型，专业类型，分部分项工程即按照清单规范进行编码，最后的物理特征即按照上文废弃物分类进行编码。例如SN-BLQ-03-001-01-04-02-003-J.，依次编码即可。

2.2 构件标准化设计

在装配式建筑物标准化信息下。要对构件进行标准化设计，首先要建立标准化构建库，将预制构件参数化，放入构件库中。

结构预制构件库

在标准化设计过程中，先有设计单位按照项目的功能结构需求进行设计，将设计的墙，柱，梁等按照上表编码进行标准参数化设计，结构，建筑，暖通设计单位通过BIM 模型，将设计信息进行整合，在结构，建筑，管道有冲突的地方进行通过可视化进行优化调整，建立一个贯穿全寿命周期的数据库档案模型。在BIM平台上对每个构件进行编码，这时需要使用RFID 技术对建筑各构件框架进行编码，并为每个构件分配一个单独的编码。

图2 项目信息编码图

在各专业设计的过程中就对构件信息进行了统一分类编码。对标准化构件进行拆解设计，可以参数化归类，根据预制构件编码系统，每个预制单元分配到一个唯一的编码，随后存储在RFID 标签上。同时，预制构件的数据存储到BIM模型中，并传输到建筑全生命周期后阶段。

2.3 构件标准化制造

构件标准化制造就是将标准化设计的构件在预制加工企业进行标准化加工，养护，直到生成成品的过程。根据上述标准化设计过程的构件拆解设计，BIM 信息平台和RFID 阅读器对RFID 标签识别，机械自动化组装吊装钢筋位置，水电，预埋件位置，门窗预埋位置，随即进行模板安装，在搅拌机通过计算机进行编程控制，自动化配料，自动化搅拌，自动化浇筑混凝土，采用自动喷淋养护系统对构件进行养护，脱模，经过质检形成构件成品, 在RFID 管理信息系统中建立仓库的地形图，在入库时将构件所放位置输入到基于RFID 管理信息系统进行保存堆放。这对预制构件加工企业的生产规模以及企业工业化先进水平进行了要求。

3 施工装配工业化

3.1 工业化施工

装配式预制构件在不需要现场浇筑混凝土，只需运输到工地装配而成。在构件入场过程中，包含有入场时间等信息，这些信息通过RFID 标签进行记录，在构件储存过程中，包括储存方位，储存位置，这些信息输入RFID 标签可直接用货车进行运输定位，在构件吊装过程中，因为构件多样性和复杂性，在构件储存仓库一个一个找十分困难，但每个构件上都有吊装时间，吊装位置和先后顺序，这些吊装时间，位置信息根据前期的成本，进度，质量控制已经确定，然后通过RFID 标签存储这些信息，吊装时阅读器读取信息，只要有吊装设备就完全可以进行自动化吊装。并且这些信息可以上传到BIM信息平台，供成本，安全，质量等管理者进行实时控制调整。

3.2 Revit API 自动组装

在BIM 平台下，利用参数化Revit 三维建模功能，采用Revit API 类库在Revit 平台上进行二次开发。实现在Revit 平台下空间结构模型的参数化生成程序的开发，完成典型空间网格结构和载荷、支座等结构分析模型要素在Revit 平台下的创建，并且实现结构，支座等的自动化装配。Revit API 是Revit 提供的一系列命名空间和类库，方便用户以程序开发的方式在Revit平台上自定义或扩充相应的功能。利用API 通过编程方式完成一些数据量大、规律性强的建模工作。

Revit API 的二次开发流程为：首先新建项目，利用VS 来创建类库项目，添加对RevitAPI.dll 和RevitAPIUI.dll 的引用，编写代码完成类结构层次的定义，完成结构建模编码的编写，调试程序，启动revit 跟踪程序执行。类定义和编写过程的核心部分是对应每种结构类型的模型生成函数。首先定义Revit 文档，再建立事务对象。然后可任意建立节点坐标，节点对象，然后根据节点坐标和结构杆件连接先后顺序，建立单元对象，然后可自动生成模型。在此过程中所有的信息都是存储在RFID 标签上的，通过BIM的Revit API 接口进行连接交互去实现模型自动化，然后控制机械设备进行自动化施工。

4 运用BIM 和RFID 技术对自动化装配的影响

首先在设计阶段此技术可以实现复杂预制构件节点的三维模型，方便生产和施工人员对设计图纸的读图性，施工之间的完整传递。可以实现上下游企业及各专业之间的信息协作。RFID 标签编码保证每个构件单元对应代码标识的唯一性，保证每个构件在生产、运输、吊装运营维护等过程中的信息准确无误。将RFID 标签中的信息传输到BIM信息平台中进行判断和处理，并合理安排施工顺序、规划构件运输顺序、运输的车次、路线等等，对于精益建设中的零缺陷、零库存理想化目标实现非常有利。

在施工阶段RFID 技术随时追踪和监控预制构件的储存和吊装，以施工现场的无线网络为媒介及时的传递相关信息，同时把RFID 与BIM相结合，保证信息完整，加速信息传递，减少了工作人员在录入信息时潜在的错误，可实现零失误。预制构件进入施工现场接受核查时，不需要人员参与，在入口处通过RFID 阅读器采集数据，不仅提高了效率、减少了人工操作而且降低了成本。

在运维阶段预制构件所包含的所有信息输入并存储到BIM 物业管理系统中，这样建筑物中的所有构件和各种设备的运行情况就可以即时被掌握，及时发现和处理损坏或不合格的预制构件。所有信息通过RFID 标签传递给BIM平台然后供物业系统随时监测。

图3 自动化装配流程图

5 结论

本文通过对基于BIM和RFID 技术在建筑自动化装配的研究，以及装配式混凝土构件在我国的现状及应用，随着BIM 和RFID 技术在预制构件中应用的推广，必将开启建筑行业的信息化时代。我国建筑业产业化，自动化的必然发展趋势，能够提高制造的高效性，构件的标准化和市场化，降低成本，推动建筑产业化发展。