BIM及信息化技术在铝合金模板体系应用研究

王 宁

(中铁建设集团有限公司 北京 100040)

1 前言

铝合金模板以其重量轻、施工精度高、施工周期短、浇筑一次成型、美观整洁、无建筑垃圾等诸多优势得到了建筑业界广泛推崇。但由于铝合金模板产品工艺复杂性，从铝锭、铝水、铝棒、挤压铝型材，到铝合金模板成型，再到现场施工，最后返厂翻新需经多道程序才能实现周转应用。由于铝合金模板体系链条较多，全寿命周期缺乏统一管理，设计、加工生产、现场应用、返厂各阶段结合不够紧密，存在各种问题。如铝合金模板前期设计不足易造施工效率低、质量缺陷、模板资源浪费等；生产加工精度不够直接会影响结构成型质量，模板周转次数、搭建方式等均降低了铝合金模板优越性。本文基于BIM及信息化技术对铝合金模板进行技术创新，通过BIM、信息化、RFID无线识别、模板识别、VR及MR等方面技术应用，使模板体系实现精细化、可视化管理[1-3]。

2 铝合金模板体系各阶段存在的问题

2.1 设计配模阶段

目前铝合金模板设计面临的复杂情况有结构截面变化多、构件尺寸变化大、异型节点较多、水电预留洞口每层布置不一等。设计配模阶段施工单位需会同结构、建筑、门窗、机电、通风、精装、栏杆、燃气、弱电、消防、防雷、电梯、铝模生产厂家等多个专业进行策划沟通。由于前期铝模需求方与铝模供应方大多通过图纸会审、会议交流等方式进行设计确认，且双方对结构设计、铝模设计了解深度不同，对优化、提升点认知不一，制约了铝合金模板优越性，后期会产生大量设计、使用问题。同时由于时间及条件限制，铝合金模板生产单位库存数据与配模方案脱节，设计人员无法对工厂库存模板进行选择，导致部分不常用标准件和非标件长期呆滞[4-6]。

2.2 生产加工阶段

铝合金模板生产加工包含计划排产、平库、抛丸、锯切、冲压、焊接、整形、喷涂等环节。首先通过计划排产生成生产任务单，所有工序根据任务单上的信息进行作业，各工序生产进度及物料流转无法及时掌控，出现异常情况无法及时预警，项目交期得不到保障[7-9]。

2.3 出入库阶段

出库前需进行铝合金模板预拼装，其设计、加工各环节依然会由于人、机、料、法、环等因素导致一系列误差。铝合金模板生产加工单位涉及的平库入库环节均通过纸质单据流转，平库时通过生产任务单物料信息进行人工找板，操作过程易造成规格与实物不符、仓库物料混乱等问题。模板入库时采取人工抄单、计数，在出入库作业完成后由账务员根据纸质单据将模板出入库信息录入电子台账，此过程需消耗大量的人力物力，同时还难以保证账实相符。铝合金模板盘点时实际库存与盘点数据不一致概率高，资产安全隐患较大。

2.4 施工及返厂阶段

施工初期，由于施工人员不熟悉，铝合金模板现场安装易出错。施工阶段出现问题后，由于铝合金模板体系多工序环节，问题反馈、权责划分较为困难，整个体系得不到有效的循环改进提升。另外，铝模板周转次数多、周转时间长，在漫长的周转使用过程中存在一定程度损毁，无有效办法追踪每块板的周转去向，不能做到精准掌控资产量。模板的流转牵扯到供应工厂、物流运输、项目方、劳务方等多家单位，出厂后的模板经常出现丢失现象，发货和返厂物资无法平衡，造成极大的成本损失[10-12]。

为解决现有管理方式的弊端，本文应用BIM及信息化技术来解决上述问题。

3 BIM及信息化技术在铝合金模板体系应用

3.1 三维建模及MR技术应用

设计配模阶段，配模设计人员需通过PKPM、SolidWorks、Revit、神机妙算等BIM三维建模软件，依据配模规则及铝模深化图纸进行配模，并结合库存情况，全方位考虑。深化设计需充分考虑外墙线条细部作法，滴水线、找坡要求，确保一次成型，减少后期返工。转换层、局部变化部位采用铝木、铝塑等材料相结合的方式，减少成本投入，主体结构及二次砌筑预留深化效果示例见图1。将模型与虚拟混合现实技术相结合，导入MR眼镜中，通过对预拼装进行三维模拟，降低设计阶段错误率。

在施工阶段，通过MR虚拟现实技术，将铝合金模板模型导入MR眼镜中，实现沉浸式三维全空间可视化交底及节点展示，示例见图2。同时通过设计阶段深化建模与现场结构及图纸进行匹配对比，可实现权责划分，减少责任推诿现象。

3.2 无线射频识别技术应用

无线射频识别技术(RFID)来源于雷达技术，通过在物体表面嵌入RFID芯片实现对物资的定位和全流程管理。将RFID射频电子芯片与铝合金模板构件进行绑定，赋予每块铝合金模板唯一的身份标签，并实现非接触式信息读写，形成大数据系统，可随时随地对库存模板进行筛选和调取。

3.2.1 RFID在铝合金模板体系中技术要求

RFID技术主要通过智能芯片、高频读写器及高频发卡器实现信息采集功能。铝合金模板生产需经过抛丸、喷涂工序，抛丸是将模板送入设备，使用1.0～1.4 mm钢丸进行反复冲击，将模板表面附着物清理干净，故芯片与模板连接部位及芯片本身的抗冲击要求较高；喷涂作业需对模板进行200℃ ～230℃高温固化20 min以上，芯片装载材料需选取耐高温材料。

芯片防水性、金属屏蔽性要求较高。铝合金模板施工环境恶劣，太阳暴晒及雨雪天气无法避免，芯片附着在模板表面必然要求其防水性好。在识别过程中可能出现金属干扰或屏蔽导致无法读数、读数不准确等问题。

芯片与模板连接主要有焊接、螺栓连接和胶粘等方式，其耐高温、耐冲击、防水、防屏蔽等要求均需同时满足，芯片设计见图3。

3.2.2 RFID实现功能

引入RFID芯片是为保证铝合金模板全生命周期的管理，芯片信息应包括:资产编号、模板类别、模板名称、规格型号、模板面积、生产厂家、生产日期、登记日期、当前状态、当前位置、周转次数等，扫描信息如表1所示。

表1 芯片显示模板数据示例

3.2.3 出入库登记

铝合金模板出入库时通过专用读写器对RFID智能芯片进行扫描(见图4)，扫描结果通过基于RFID无线射频识别技术的智能物资管理系统进行存储，并与后台同步共享。出入库物资在账面进行自动添加与扣减，该功能可有效降低人为错误，减少抄单、录单、人工测量等作业环节。由于铝合金模板体量大，使用手持读写器扫描劳动量较大，可对扫描作业进行自动化产线规划，扫描结果同步传递至移动或PC终端，进而降低人工成本，提升作业效率。

3.2.4 数据可视化

扫描识别信息通过后台存储后可实现数据可视化管理，包括仓储物资、在制物资、在租物资等。该功能在设计配模阶段可以让设计师随时监控工厂内资产库存结构，便于呆滞物资消耗。在模板返厂阶段可与项目核对返厂数量，避免物料在现场丢失，造成成本损失。返厂改制模板，芯片对应信息可擦写，对应规格在后台数据库中进行更新。

3.3 信息化系统ERP线上管理开发

信息化系统ERP是整合了企业管理理念、业务流程、基础数据、人物力、计算软硬件于一身的综合数字化管理平台，是物联网技术与管理思想的融合，实现企业人、财、物、信息、时间、空间等管理体系所需资源进行综合平衡和优化管理，协调企业对产品全寿命周期进行高效管理，进而提高企业综合竞争力。

3.3.1 系统设计思路

ERP系统开发旨在打造企业铝模项目管理的一体化平台，是为了促进铝合金模板从设计到生产加工、发货、施工、资产返厂翻新等铝合金模板体系全周期各个环节的信息流通，消除企业内部信息孤岛，增强各环节信息流转的时效性和准确性，解决项目过程物料流失的安全隐患问题，提高计划调度的准确性和时效性。以现代网络、通讯技术、计算机软件等IT技术为依托，通过手持终端及PC终端进行数据采集与处理，实现铝模板体系信息化协同管理，提高管理效率[13]。

3.3.2 功能板块

系统涉及业务覆盖项目管理、设计管理、生产管理、仓储管理等多个模块，各大板块相互关联，集信息上传、业务审批、数据采集、数据统计分析为一体，为企业标准化、精细化管理提供有效保障。

3.3.3 项目管理板块

项目管理板块集订单状态、合同状态、客户信息、项目信息、订单分配、订单下发、计划建立、进度跟踪、流程监控、过程审批于一身，功能设计旨在建立完整的项目管理体系，利用信息系统改善、提高项目管理效率，实现项目各个节点的信息透明，方便各环节信息获取与调用，保证项目过程信息的共享和畅通，提升各部门、工序、环节工作联动性及时效性。

3.3.4 设计管理板块

设计管理板块主要包括深化对接、变更确认、变更费用评估与确认、资料审核、资料传递。设计管理板块各层级环环相扣，资料统一管理便于数据调用与问题核查，同时可作为各业务板块结算依据，为业务结算提供最直接凭证，解决资料传递不准确性问题，避免因过程信息传递、沟通信息错误造成不必要的时间成本浪费和纠纷，降低客户满意度。

3.3.5 生产管理板块

生产管理板块主要包含订单接收、计划排产、资产平库、改制等功能，审批流贯穿整个环节。通过既定的计算机逻辑语言代替人工，调用仓储物资进行平库、改制等工作，可提高工作效率2倍以上，并能保证数据方案准确性，有效减少了资产浪费与流失，实现智能高效管理，达到降本增效效果。

3.3.6 仓储管理板块

系统仓储管理板块集库位划分、采购入库、领用出库、资产调拨于一身，出入库管理采用基本算法结合原始BOM清单自动累加扣减，所有出入库均有痕迹，且能实时体现仓储状态，对资产保有量、各类型模板分布进行大数据提取，清晰直观，实现资产实时统计，有效规避因人工资产盘点人员疏忽造成数据失准的风险，同时相对人工资产盘点可大幅节约人力、物力的占用。通过信息化、云计算管理可以为方案设计、体系优化决策提供重要支持。

3.3.7 统计报表

在各业务环节流转过程中，给定特定的逻辑，对过程数据信息进行抓取、分析，将实际项目信息、生产进度、资产分布情况、交期预警等信息归集到主界面，形成实时更新的管理看板。在该共享界面能实时展现需求信息，避免过程数据交叉、信息传递遗漏等问题。

4 结束语

本文基于BIM及信息化技术对铝合金模板体系进行研究，应用BIM、RFID无线射频识别技术、定位、物联网等现代化信息技术系统，为每个设备或资产赋予独一无二的电子身份标签，利用5G、网络等信息化手段，实现铝合金模板体系全寿命周期高效跟踪管理，达到大数据统计、数据分析、产品迭代优化等目的，在降本增效的同时，实现数字化管理运营，提升铝合金模板的优越性，使设计、生产加工、使用各环节合理化，达到绿色建造、智慧建造的效果。在当前新常态发展背景之下，智能化、数字化、信息化、自动化必将成为企业变革的重点方向。