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BIM+物联网技术在装配式混凝土建筑中的应用

发布日期:2018-08-31来源:云南建投第二建设有限公司编辑:张世辉

[摘要]

     本文作者:陈定华   左红祥   王 逵   张 松   陈 丽

1. 前言

   BIM与物联网集成应用,实质上是建筑全过程信息的集成与融合。BIM技术发挥上层信息集成、交互、展示和管理的作用,而物联网技术则承担底层信息感知、采集、传递、监控的功能。二者集成应用可以实现建筑全过程“信息流闭环”,实现虚拟信息化管理与实体环境硬件之间的有机融合。目前BIM在设计阶段应用较多,并开始向建造和运维阶段应用延伸。物联网应用目前主要集中在建造和运维阶段,二者集成应用将会产生极大的价值。

   针对装配式混凝土建筑施工管理的特点,探讨BIM和物联网技术在装配式混凝土建筑各施工过程中的应用;将BIM和RFID芯片相结合,建立信息共享平台架构;探讨了集成的BIM-RFID系统的应用过程,包括在构件制造、运输、进场、合储、吊装过程中的应用,并对BIM-RFID系统的提出可行性建议,推动BIM-RFID技术在装配式混凝土建筑施工过程中的应用。

   随着可持续发展观念的不断深入,资源、环境可题日益突出,人工费比例不断增加,节能环保的装配式混凝土建筑逐渐成为人们关注的热点,但是工业化的施工过程出现的“错漏碰缺”、施工管理过程中信息的不对称性等可题在一定程度上制约着装配式建筑的发展。

2. 工法特点

   2.1在策划阶段:BIM+RFID技术在整体策划阶段对装配式项目的整体布置整体规划上能起到一个系统、智能的整体规划效果。

   2.2在设计阶段:使用BIM技术在深化设计阶段建立装配式混凝土建筑模型,包括预制叠合梁、预制柱、预制叠合板、预制墙板、预制楼梯等预制PC构件以及门、窗、设备等的实体信息,同时涵盖PC构件中钢筋排布、管线排布、预留孔洞等构件信息,研究解决装配式混凝土建筑在深化设计过程中的各类碰撞问题,实现结构、水暖电等各个专业之间的协同设计。整体起到优化建筑性能,创造舒适环境,提高建筑价值的作用。

   2.3在生产和施工阶段:基于物联网的管理信息平台,以PC构件生产、运输、安装为阶段管理核心,在PC构件生产时植入RFID芯片,以此芯片作为构件的识别码及流转媒介,从生产订单、材料采购、生产工序环节、存储、运输、现场堆放、吊装、验收、维护、拆除等环节进行信息采集与分析,并开发BIM的接口,通过BIM实时反映构件状态及属性,实现装配式混凝土建筑建造全寿命周期的质量追踪管理,确保建设过程的质量全面控制。也减少了设计变更,为施工顺序和施工方法提供依据,提高产品和施工质量,减少资源浪费、人工浪费、时间浪费、成本浪费、机械设备浪费等。

   2.4在运营维护阶段:在后期运营维护方面,由于在生产过程中,我们可追溯每一块构件的相关信息,因此,在后期安装调试过程中若是遭到损坏可在管理系统中查找并记录。后期对顾客提供技术服务和纠正使用缺陷也可以作为一个售后服务的依据。还可收集用户反馈意见,受理用户投诉等一系列后期维护信息。对于整个过程来说可做到质量缺陷的可追溯性,建立PC构件等产品的数据库,还有配置相应的智能设备,作为应急处理,也为后期的线上线下服务打好基础。 

3. 适用范围

   MIB+物联网适用于整个产业化成长和发展的过程,我们将使整个系统的设计、产生、安装、调试、管理、维护、升级可在服务器端集中统一实现。企业实行生产流水线,使得产品生产制造整个过程都做到规范化、科学化、制度化,使企业降低经营成本,提高生产效率。

4. 工艺原理

   物联网下的信息管理系统管理是让PC构件拥有唯一编号的无线射频芯片,然后把芯片预埋在PC构件中,针对构件形成的每一步程序以及相关信息都记录芯片内,做到单件管理,此芯片相当于给构件配上了“身份证”,可以通过该身份证读取每个构件生产的全过程,可以实现信息与实物流的快速无缝对接。

   将装配式技术与BIM技术、物联网技术有机结合,设计方面作用于BIM管理,在从生产,安装,后期运营维护都由构件本身的“身份证”来进行管理,整个装配式混凝土建筑的设计-实验-生产-安装-运营维护一体化管控模式都在BIM+互联网下的信息管理系统来进行监督管理全过程。该系统的开发与研究为将来智能建筑、智能墙体奠定了基础,在未来的建筑业发展中,基于该系统的开发,可以在很大空间上与互联网等其他信息平台相连接。

 5. 施工工艺流程及操作要点

   5.1本项目使用BIM技术在深化设计阶段建立的装配式混凝土建筑模型,基于BIM的三维数字化模型集成了PC构件的包含编号、部位、尺寸、钢筋排布、预留预埋孔洞等全套基本信息,并以此信息作为基本数据库,使用物联网技术,研究开发管理信息平台,实现各个阶段、各参与方的信息交流与共享,实现装配式混凝土建筑建造过程的信息化管理。

   5.2基于BIM在深化设计上的基础数据,与BIM数据端口集合,在计算机后台服务器上,对整个生产过程进行计划性安排工作,追随生产过程,再到安装并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。此管理系统主要解决产品生产和产品安装以及后期运营管理之间的"鸿沟",实现产品生命周期中的制造、装配、物流等各个方面的功能,降低设计到生产制造之间的不确定性,并在生产过程中得以评估与检验,从而缩短产品生产到安装的转化的时间,并且提高产品的可靠性与成功率。该管理体系在品质方面贯彻质量管理原则,进行可靠性管理,针对每一道工序进行检查和验收;针对产品开发和技术方面能收集和整理书籍信息,对信息有可追溯性,并对产品生产、安装、后期维护进行可靠性,安全性管理,做好每一个价值工程,并对工序能力的研究能力有很大作用,还能为产业化工人的流水线生产提供生产的指导书,是工人每天工作的依据和开始。在生产和制造方面,生产监督和检验,在各关键阶段对产品进行测试。实施工序控制。通过各种方法,判断工序质量是否符合标准,质量数据的波动是否合理,工序是否处于稳定状态等。出现偏离标准或异常状况时,应查找原因,采取措施。 维护生产和试验设备,检查各种仪器。 标注原材料和产品,使之可追溯。预防不合格品的产生,查明出现原因,采取改进措施,对措施实施效果进行研究。 管好在制品,督促作业者对加工件实行自检。落实 “ 不合格品不流入下道工序 ” 的规则。 负责制定设备动计划,制定设备更新计划,进行日常维护、保养保证设备运转处于良好状态。在堆放存储方面,各类物料按构件类型分区隔离存放。采取适当措施保存构件,定期检查盘点,及进发现受损品并上报处理。在后期运营维护方面,由于在上产过程过程中,我们就已经记录下来了每一块构件的相关信息,因为,在后期安装调试过程中若是遭到损坏可在管理系统中查找并记录。后期构件出售时还能记录顾客订货合同或购买中的所有要求,尽量满足。对顾客提供技术服务和纠正使用缺陷。收集用户反馈意见,受理用户投诉等一系列后期维护信息。

   5.3在前期深化设计中

   (1)使用BIM技术在深化设计阶段建立装配式混凝土建筑模型,包括预制叠合梁、预制柱、预制叠合板、预制墙板、预制楼梯等预制PC构件以及门、窗、设备等的实体信息,并对存储PC构件中钢筋排布、管线排布、预留孔洞等构件信息,优化和解决装配式混凝土建筑在深化设计过程中的结构、水暖电等各个专业之间的管线和钢筋的碰撞问题。

  

   十字梁节点                            钢筋碰撞检测

   (2)在生产过程中

   ① 人员管理——任务分配

   a.每位工人持有与自己身份唯一对应的ID卡;

   b.在每一次任务分配时,可以对每一位工人进行授权,指定他们在该次任务中专门负责某一工序。

   ② 工序与工作流管理

   工序:

   a. 刷卡激活(先刷个人ID卡,有权限才能刷构件芯片)

   b. 施工过程,可设定施工时长

   c. 验收,再次刷卡并跳出验收检查单(设计模板,可自行编辑设置是或否选择题)

   d. 若上一环节有任何步骤未完成,下一环节就无法开始

   e.生产情况管理(在后台可动态更新生产情况:计划生产、实际生产、合格数量、不合格数量等)

   f.特殊情况(工人操作错误、缺席、卡片遗失等应急对策)

   工作流管理:可以任意编辑设置工序并保存为一个个工作流(设计模板)

   ③ ID识别功能

   移动设备扫描芯片后,可以显示出构件的详细信息,道工序生产过程中会记录生产时间及生产人员。

   信息还包括构建类型、规格尺寸、用途、编号、楼层、重量等(会预留可编辑字段)

   (3)在仓储和运输过程中:分类别分批次进行堆放,在系统中一对一进行管理和保护,在后期运输过程中,手持PDA手持设备识别运输构件,再次同时记录构件运输情况,记录构件是否完整或者缺陷问题。结合BIM端口的后台程序全过程跟踪构件信息和构件运输情况。

   (4)在施工过程中,每一PC构件的块安装位置和安装程度与BIM设计和存储数据一致,后台程序全过程监督和管理,在使用过程中,后台对构件进行监管和后期服务,并时刻保存和记录相关数据。

   (5)在后期运营维护中,管理和存储所有数据,在销售过程中,运用后台程序查找和销售构件,整个系统的每一环节相互关联,所有管理人员可以查看着整个过程的相关数据,相互交流,相互监督和管理。在构件质量不过关时追溯相关记录,寻找责任人。

6. 材料及设备

   6.1材料:ID加厚芯片,无线网和服务器,软件系统安装包,铁丝,BIM软件安装包。

   6.2设备:后台操作系统接入端口设备,BIM深化设计电脑设备,ID后台程序服务设备,小型钻孔机,PDA手持设备。

7. 质量控制

   后台程序统一由专人操作专人进行管理,管理人员可以下载相应APP查看信息内容,但是进行相关操作需要得到后台程序人员给予权限,才能进入进行操作。PDA手持设备人员在工作时统一由装置PDA设备装置,防止损坏PAD设备或者进入灰尘;PDA手持设备人员由专人使用和管理,一对一进行操作,只有通过指定人员的验证其他人员才能开始此道工序或者是由质量员验收完整才能进行下一道工序,环环相扣,质量和工作同时进行,验收不过关者重新进行工作,因此耽误的误工费由此工序工作人员承担。对每道工序进行了时间限制,造成不避免的窝工现象,避免耽误工程项目进度。

 8. 安全控制

   安全是文明施工和进度质量的前提,是生产的关键。

   8.1建立完善的质量和安全生产管理体系。

   8.2具备相应的生产设施和熟练的工艺技术,以及要有必要的试验检测手段。

   8.3运用BIM在深化设计的应用,在深化设计阶段,应满足建筑、结构和机电设备等各专业的要求,且应该满足构件制作、运输、安装等各环节的综合要求。

   8.4堆码区的地面应平整,排水畅通,并具有足够的地基承载力。

   8.5预制构件上应该放置在垫块上,防止雨水侵蚀。

   8.6严禁非工作人员在堆码长时间逗留,以免构件倒塌造成伤害。

   8.7预制叠合板必须有序水平叠放,每叠叠合板不得超过6块,并根据叠合板的尺寸和强度进行调整。

   8.8应编制可行的专项施工方案,审批通过后方可作业。

   8.9构件在运输过程中,不应超重超载,超宽,应该满足货车道路运输规范。

   8.10开车时过岔道、过弯路、启动时都应该加强观察周边情况,鸣笛警示,开车时车速不宜过快。

   8.11吊点位置的布局和吊具的安全性都必须严格按照设计和验算结果,吊点的强度和刚度必须符合设计要求,吊具应当符合起吊强度的要求。

   8.12吊装前应进行技术交底工作。

   8.13构件吊装过程中除了专业中作人员之外其他闲杂人员不得在吊装区域范围内活动。

   8.14施工项目的主要管理人员应具有一定的装配式结构施工从业经验,构件安装和灌浆作业人员应培训考核合格后方能进行上岗作业,高空吊装人员应持证上岗,应在高度清醒下作业。

   8.15在施工过程中构件和成品都应该符合相应的构件保护措施要求,防止构件损坏或者受到其他物质影响。

   8.16在后台程序上严格按照责任分工和操作流程办事。

   8.17各种机械设备检修、维护时应停电、停运转,如要试运转,应有针对性的保护措施。且防止机电伤人事故发生。

   8.18进入生产或者施工区域的时候应该佩戴安全帽,做好安全防范工作。

   8.19临时支撑的受力状态和临时架应考虑其稳定性。

 9. 环保措施

   9.1预制构件标志系统应采用绿色水性环保涂料或塑料贴膜等可清除材料。

   9.2 预制构件运输过程中应采用减少扬尘措施。

   9.3 预制构件进入现场应分类存放整齐,在醒目位置设置标志牌,不得占用临时道路, 做好成品保护和安全防护工作。

   9.4机械用油时应节约使用,冲洗时应节约用水,以节约油资源、水资源。

   9.5生产区域和施工区域内的污水和废水合理排放,避免污染其他水资源和城市管道。

   9.6生活垃圾、生产垃圾、施工垃圾应归类处理后放置垃圾堆,以减少污染,而且施工垃圾应该随时清运,并每天洒水降尘。

   9.7清运渣土时应注意粉尘排放问题,以免污染大气。

   9.8水泥和其它易飞扬细颗粒散体材料,要库内存放或有覆盖物封闭,运输要防止遗撒、飞扬,卸运应有降尘措施。

   9.9充分利用空地搞好绿化工作,美化环境。

10. 效益分析

   10.1经济效益分析

   BIM+物联网协同应用于装配式混凝土建筑业实行生产流水线,使得产品生产制造整个过程都做到规范化、科学化、制度化,使企业降低经营成本,提高生产效率。预制构件智能化管理系统的持续开发与优化,形成专利知识产权。目前整个系统是针对工厂生产,运输,安装整个过程进行管理和控制,针对整个过程结合BIM进行系统化和信息化管理,工人拿着手持设备进行芯片上的信息输入,管理人员对其构件进行检验,并把芯片植入预制构件中,该芯片会跟随构件一直存在于构件本体中,做到信息可追溯性。在整个产业化不断成长和发展的过程中,我们将使整个系统的设计、产生、安装、调试、管理、维护、升级可在服务器端集中统一实现。企业实行生产流水线,使得产品生产制造整个过程都做到规范化、科学化、制度化,使企业降低经营成本,提高生产效率。

   10.2社会效益分析

   BIM+物联网协同应用于装配式混凝土建筑,有助于装配式技术应用,实现建造、管理中的精细化、集约化,节约资源、保护环境,具有良好的社会效益。

   10.3应用前景分析

   随着相关政策的逐步实施,装配式建筑发展的势头必然更加迅猛。按照国家政策,至2020年,装配式建筑占新建建筑的比例将达到30%。而BIM+物联网协同应用于装配式混凝土建筑,具有显著的经济效益和社会效益,有其先进性、实用性和创新性,在日后必成为建筑业的一种发展趋势。

11. 实用实例

   项目名称:昆明市宜良县某小区立体车库项目

   昆明市宜良县耨小区立体车库全过程采用装配式混凝土建筑形式建造,为敞开式大型立体停车库,共计800个车位。采用整体装配式框架+剪力墙结构体系施工,建筑面积约2.3万平方米,建筑层数为5层,建筑高度20.7m,抗震设防烈度:8度。预制构件类型:叠合板、叠合梁、预制柱、楼梯,预制率:32.95% ,装配率:71% 。

   主要功能构成为:环形坡道和五层立体停车库。基础为桩基础及承台、地梁,一层墙柱及环形坡道、回车道为传统现浇结构,一层梁板开始为装配式建筑,连接方式:预制柱采用钢筋套筒灌浆连接技术,梁板采用叠合方式。二层以上结构除楼梯间、电梯间、回车道、剪力墙、与剪力墙相连接柱、出屋面房、楼梯梯柱、休息平台外全部采用装配式施工。

   立体车库项目运用PKPM计算软件对结构受力、支撑体系进行验算,确保施工安全质量。运用BIM技术进行施工组织,预先规避施工过程中所发生的细部问题以及装配式建筑中“错、漏、缺、碰”,通过信息集成,然后接入RFID芯片后台服务器端口,用BIM存储数据来控制工人生产和施工分配工作,目前,该项目所有PC构件均安装了RFID芯片,且该芯片的存储数据和信息记录均在后台与BIM连接的数据端口形成了数据库。该系统的开发与研究为有效的提高了装配式混凝土建筑的管理水平,为将来的信息化管理,智慧建筑、智能墙体奠定了基础,在未来的建筑业发展中,基于该系统的开发,可以在很大空间上与互联网等其他信息平台相连接。

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