BIM与RFID的交互设计及其在工程仓储成本管控系统构建中的应用

黄奇

（福建船政交通职业学院，福建 福州 350000）

0 引言

BIM的全称为Building Information Modeling，通常翻译作建筑信息模型。BIM属于一种基于多维数字技术对工程项目中的各种有关数据进行集成的信息模型，能够信息化地描述工程项目的自身特点与功能。BIM模型可以直观地、可视化地将工程项目的实体与参数呈现给工程人员[1]。BIM模型是一个完善的信息模型，可以将工程各种数据、进程及资源联结在一起，从而完整地描述工程的全貌[2]。

RFID 的全称为Radio Frequency Identification，通常翻译作无线射频识别技术。RFID系统的组成部分包括标签、接收读写器、中央信息管理系统及中间件等。RFID属于一种非接触式的识别技术[3]。RFID标签根据其工作原理可分为两种类型，一种称作主动标签或有源标签，这种标签直接向接收读写器发射射频信号；另一种称作被动标签或无源标签，其本身不具备发射信息功能，而是当其进入接收读写器的磁场影响范围后，接收读写器通过其引起的磁场变化产生的感应电流读取其中储存的信息。接收读写器在获取标签中的信息后，借由中间件筛选并优化排除干扰信息后，传送至中央信息服务系统进行信息处理。此过程完全避免了人工录入信息时潜在的失误可能，可以实现信息获取的零错误[4]。并且其接收读写器能够无线获取标签信息，排除障碍物的干扰，还可以同时实现多个标签的识别，从而实现对信号范围内各个物体的精准定位。RFID系统的标签尺寸小巧，便于工程人员携带。同时标签存储容量大，能够满足存储大量的信息以描述物体各项属性的记录需求，还可以预留部分区域，使自身具备一定的信息可扩展性。

BIM与RFID作为现代先进技术，交互结合应用，构建材料管理系统和工程仓储管理系统模型，必将体现出明显的经济效益。本文先对BIM与RFID技术结合的意义、方法进行分析，然后就两项技术相结合构建的工程仓储成本管控系统进行介绍。

1 BIM技术与RFID技术结合的意义

RFID技术可以实现良好的信息追踪，从而保障BIM系统信息获取的实时、准确、完整性，提升信息传递效率。RFID技术同时具备远距离的无线定位功能，能够使施工现场情况和BIM仿真模型的实时对照变得极为便捷，从而令工程管理人员更准确、有效地开展成本管控工作。RFID技术原理见图1。将RFID中的材料与设备等信息集成入BIM中加以综合判断处理，有利于实现缺陷排查的零遗漏、库存物品的动态管理、现场的全面监管等精益建设的理想化目标[5]。工程项目现场的实际信息能够借由BIM系统准确反馈到相关单位及其工作人员，方便工作人员及时进行动态调整，提高仓储的管理效率，并有效减少返工、窝工或材料闲置的问题，同时实现材料、设备的永久可追溯，为有效降低工程项目成本提供有力的支持。

图1 RFID技术原理

BIM与RFID两项技术相结合的一个显著优势是可以快速而准确地传送丰富的信息，杜绝人工失误可能性。例如当材料、设备等进入工程现场时，在安装了RFID阅读器的环境下，若运输车辆的运行速度符合要求，系统甚至可以在完全无人工介入的情况下实现数据的采集。BIM技术及RFID技术的应用与否对于现场信息追踪等方面的影响如表1所示。

表1 BIM与RFID技术结合应用的情况比较

2 BIM与RFID技术的交互方式设计

建设工程项目在施工过程中使用到大量的设备、构件、材料等组件，对于组件的管理工作是建设工程项目管理工作中的一项重要任务，贯穿于生产、运输、入库、安装使用甚至项目报废后部分回收再利用等整个过程。因其管理时间跨度大，工作涉及的内容复杂，故在工程实践过程中，比较容易出现在运输和储存、现场保护、施工工序安排、技术流程管控等方面的问题，而导致额外的费用损失。

针对此种现象，本文提出工程项目BIM和RFID技术相结合的交互方式设计思路，如图2所示。建设工程项目在其全寿命周期的各个阶段均和其他阶段之间存在着信息交换，故BIM与RFID技术结合的交互模型也应当可以体现各设备、构件和材料在生产、运输、入库、安装使用甚至报废后部分回收再利用等全过程中的相关信息。因此应当对所需添加RFID标签的组件进行一定筛选，并对其中信息数据加以结构化处理，以便于工程技术人员的信息使用，提升建设工程项目的管控效率及能力。在进行信息筛选的过程中，应当将分部、分项或单位工程的特征，设备、构件、材料的类型等作为选择的依据，并且应当符合工艺流程的需求，同时还应当与本项目的具体要求及项目的实际管理水平相符合。

图2 BIM和RFID技术相结合的交互模型

目标组件在生产完成后即可添加RFID标签，并在预定或根据实际需要选择的时间节点对其标签进行扫描，以提取标签中存储的数据或根据实际情况对其中信息进行一定修改；从RFID标签中获得的数据将传送至BIM系统中进行处理，以实现对关键的设备、构件、材料进行实时的监控管理。

随着技术的进步，RFID标签能够保存的最大信息量有了一定提高，但始终是有限的，一味扩大信息存储量也会增加RFID技术的使用成本。因此，应当根据实际需求选择必要的信息进行记录，并随着项目的变化利用相应的软件加以修改。为确保信息得到有效记录，RFID标签的存储空间须划分为如下区域：

（1）编码信息字段部分。为了能够在BIM数据库中迅速准确地查找到组件，应当为各目标组件设置不相重复的唯一编码字符。同时为符合与BIM数据库编码库的兼容性，应当根据固定的规则进行编码，以确保项目内编码的一致性。

（2）规格信息字段部分。此区域用于对组件在制造完成后衍生出的属性特征进行记录。为确保数据的有效性，按照其具体用途，主要的记录参数类型可以有所不同。例如对于空调设备，应当对其品牌、尺寸、功率、制冷制热效率、能耗比等进行相关记录。

（3）状态信息字段部分。此区域用于记录组件目前所处的阶段（如生产制造、运输、储存、安装、运营维护等）及其子阶段（如吊装启动、吊装就位、安装验收等）。不同的阶段应设置不同级别的数据修改权限，以避免发生组件越权使用等情况而导致管理混乱或组件丢失。

（4）过程信息字段部分。此区域用于记录组件当前所处的时间节点信息。RFID标签中的实时进程数据会随所处阶段的不同而发生变化。例如，吊装指令仅可适用于安装施工过程当中。因此为了节约存储空间，RFID标签的过程信息字段部分只需要记录组件当前所处生命阶段的相关数据，而其过程中的详细变化记录可借助BIM数据库进行查找。此字段的操作权限应由状态信息字段部分设定的修改权限决定。

（5）空间信息字段部分。此区域用于记录组件的目前所处空间位置或安装空间位置，以便于对组件进行保管与监控。

（6）维保历史信息字段部分。此区域用于记录运营维护阶段的主要历史参数，如累计保养次数、累计维修次数、剩余预计使用寿命、前次维保的时间等，以便于运营维护单位等及时确认组件当前或可预期的未来的大致性能，为其维护保养计划提供基础依据。与过程信息字段部分相似，为了节约存储空间，详细变化记录不必完全记录在RFID标签中，而可借助BIM数据库进行查找。

3 基于BIM与RFID技术的工程仓储成本管控系统的构建

基于BIM与RFID技术，构建材料管理系统和工程仓储管理系统模型，用于工程仓储成本管控。

基于BIM与RFID技术的设备材料管理系统应当将设备与材料的外型尺寸、性能参数、实时位置等标签信息整合进BIM数据库中，以利于实现材料设备信息动态管理的目的。将RFID技术在信息更新、传输、读写等方面的优点，与BIM技术在信息集成与提取等方面的优点结合起来，可以有效地克服传统材料设备管理方法的缺陷，提高材料设备管理的可视化程度。

如图3所示，基于BIM与RFID技术的材料管理系统整体上分为数据层、功能层及用户应用层三个层次。在这其中，数据层是一个将BIM数据库信息及RFID标签信息整合在一起的大数据库；功能层继承了系统的主要管理功能；用户层则可以为不同使用权限的用户提供设备、材料申报，已完成作业、待完成作业等的查询与操作平台。

图3 基于BIM及RFID技术的设备材料管理系统框架

在数据层，BIM的数据库为拟安装材料设备提供环境信息与历史信息，RFID标签为材料设备提供品牌、型号、编号等基本属性与空间位置、性能状态等当前参数信息。BIM数据库中保存有以往设计阶段与已完施工的各种信息，这些信息中并非都与当前材料设备管理有强关联性。因此，应对BIM数据库中与材料设备管理有较大价值的数据进行甄别和筛选，而非一概予以继承。

功能层主要包括模型扩展、信息扩展、安装及监控等模块。模型扩展功能模块主要用于支持根据需要对模型进行新建、修改或删除操作。信息扩展功能模块用于存储由客户输入、更改及完善等操作产生的相应信息，以方便工程管理人员进行查阅及调用。模型扩展功能模块与信息扩展功能模块应当是相互联动的，其中一项的变化会相应引发另一项相关数据的变化。安装及运行监控功能模块则可贯穿于采购申请、审批、安装施工计划、安装实施、验收与记录等全过程。在其中的各个环节都应将现场操作与系统应用结合起来，以确保目标与管理对象的一致性，从而推动工作流程顺利开展并提高工作的质量和效益。

用户应用层直接面向客户端使用者。系统为用户提供各类重要信息、指令、待处理的工作的提示，以确保操作的一致性与协同性。同时，必要时也可以对不同类型的使用者提供不同的权限及对应范围的可操作界面，以确保材料设备管理的有序性和安全。例如，基层的材料设备管理人员只允许查询设备的三维模型、基本参数或进行报修申请等，而部门负责人则在这些权限的基础上还能进行相关审批及指令下达工作。这样可以使材料设备管理权限与职责清晰，使现场管控更为有序，从而避免材料管理混乱导致的额外时间和经济成本的产生[6]。

根据上述分析，本文构建了基于BIM及RFID技术的工程仓储管理系统模型，如图4所示。基于BIM及RFID技术的工程仓储管理系统应当分为材料与设备的采购及入库、在库监管、领取出库、安装/使用及验收四个主要阶段。

图4 工程仓储管理系统

基于RFID与BIM技术相结合理念构建工程仓储管理系统的主要设计目的是加强仓储盘点、使用监控的响应水平。此系统能够利用RFID对于数据采集的实时性与全面性，实现BIM系统中材料数据库的动态更新，并提高系统数据查询及调用的便捷性。

该工程仓储管理系统可以实现相关数据采集的自动化，通过无线读取RFID标签中的信息，排除障碍物的物理干扰，可以解决BIM数据采集的空间限制问题。仓储数据的实时更新为建设单位、施工单位等项目参与方提供准确可靠的依据，减少工程上的争议，减少索赔等成本风险。同时能为后期运营维护阶段的维保工作提供信息支持，进一步降低维保成本。本系统具备如下功能：

（1）具有权限管理、数据查询、数据提取以及参数调整设置等功能，能实现仓储信息收集的自动化，方便材料与设备管理的无纸化作业，降低人力和资源成本。

（2）信息直达用户端，能够将材料与设备的空间位置、性能状态等信息清晰地展示给工程现场的管理人员，对工程现场管理人员的决策提供明确的依据，加强工程管理人员的仓储成本管控质量。

（3）显著地减少工程仓储管理的人工工作量，有效提升仓储管理工作的效率，杜绝可能产生的人工失误，并实现材料与设备的全程实时监管，有效减少仓储中监守自盗发生的可能性，避免意外的仓储成本损失。

（4）能够满足仓储盘点环节的自动化需求，确保基础数据收集的准确性与及时性，显著提高盘点作业效率及质量，节约时间和经济成本。

（5）能够对项目材料与设备的使用进度进行可视化控制，为工程管理人员制定采购计划提供依据，避免因物料供应不足或滞后导致的窝工或过早、过量采购导致的材料积压，提高工程资金的流动性及使用效率，从而进一步降低工程的成本。

4 结束语

本文对BIM与RFID两项技术的交互模型进行设计，论证两项技术在工程管理中结合应用的可能性。并基于交互模型对两项技术相结合如何构建工程仓储成本管控系统进行了介绍，论证BIM与RFID两项技术在工程仓储成本管控上的优势。该工程仓储管理系统可以实现相关数据采集的自动化，通过无线读取RFID标签中的信息，排除障碍物的物理干扰，可以解决BIM数据采集的空间限制问题。仓储数据的实时更新为建设单位、施工单位等项目参与方提供准确可靠的依据，减少工程上的争议，减少索赔等成本风险。同时能为后期运营维护阶段的维保工作提供信息支持，进一步降低维保成本。