BIM技术在施工阶段的应用实例：数据集成驱动可持续设计

1.建筑材料追踪管理以及工具自动化跟踪——Xerafy公司

（1）建筑材料追踪管理 任何复杂的工程项目都需要准确的物料管理系统，以应对不可预见的情况发生，如生产率降低、生产拖延及成本过高等，管理者往往会把这些责任归咎于原材料管理不善。只因建筑公司没有一套准确、实时性强的管理系统来确保设备材料被有效监控和合理分配。但是物理标签的出现无疑为建筑全生命周期内物的管理提供了解决办案，图4-27就给出了物理标签信息流的过程。

图4-27 物理标签的信息流

如今利用RFID（射频识别）技术所建立的自动化实时跟踪系统将实现建筑施工材料更加准确和高效的管理，智能化的管理和信息流使得订单与分配变得简便易操作。当走进建筑工地时，实时监控设备和库存信息就会被及时发送至手持设备；项目经理能够用电子方式确认文件的收发，甚至还可以看到货架的照片。

RFID会实时记录每一项资产的使用情况，通过安装在固定位置的读写器或是手持读写器来扫描安装在资产上的标签，通过网络传输至GPS定位设备来确定方位。资产的ID和其当前位置被传输至中央信息数据库，组织内部拥有访问权限的人员就能够进行实时访问（图4-28）。

图4-28 RFID标签识别流程 图片来源：Xerafy公司提供

在整个施工流程管理系统中，有一部分供应商已经开始使用RFID技术对建设环节前后使用的材料和设备进行自动化管理（图4-29、图4-30）。Tecton就是其中一家公司，它将Xerafy的RFID标签安装在不锈钢结构中，标签能够识别每一部分的预制件，防止在施工过程中发生错误。此外，有了RFID标签，新到的建筑材料和每一批的建筑材料编号都很容易被识别，并且专人专管。对于有质量问题需要被召回的材料，通过RFID也能够快速识别。RFID还可以帮助管理人员识别存储时间过久的材料防止因材料变质而影响建筑质量。

图4-29 RFID技术在建筑全生命周期的运用

图4-30 RFID技术对材料和设备的自动化管理 图片来源：Xerafy公司提供

实践证明，众多用户已经非常认可物联网技术所带来的投资回报率，总体来讲：RFID技术通过减少人工损耗和错误避免了生产宕机的发生，通过防止资产设备的丢失或损坏减少了生产率降低的情况。

（2）工具自动化跟踪 建筑行业需要使用大量重型机械车辆设备，如何缩短车辆维护保养的周期是建筑业管理者们关注的问题。同时，无论是价值10块钱的扳手还是2万块的流体纯度探测仪，在生产需要时，任何种类的工具都必须能及时找到（图4-31）。因此，生产工具的管理也是施工阶段非常重要的环节之一。

目前，制造业、建筑业一直以来沿用的工具筛查、进出库登记等传统管理方式，其高效性和准确性并不能达到管理者的期望。人工管理的弊端是显而易见的：

图4-31 工具箱

1）因错放或偷盗导致工具遗失，从而直接导致替换成本。

2）因人工登记工具资产的进出库而导致生产效率低下，具体表现在找寻丢失的工具以及等待工具重购等。

3）客户满意度降低。(www.xing528.com)

二维码的诞生从根本上改变了工具追踪管理模式，但是人工扫描条码的准确率和寻找丢失工具所花费的时间仍然无法与全自动化的管理同日而语。任何生产环节和设备资产维护工作都会因为无法及时定位相关资产而消耗大量人力成本。与此同时，二维码标签容易被油污、化学污染物腐蚀而难以辨认。综上所述，一种追溯性强且几乎免人力成本的资产方式被提上议事日程，这种解决方案要求对资产进行实时追踪，延长资产使用寿命。

RFID的出现无疑解决了这个难题，其以精确高效的自动化追踪管理技术，大幅降低了工具的重购成本，提高了生产效率和客户满意度。而金属环境会降低RFID标签的表现性能，标签附近的金属也会对射频信号产生影响，甚至会破坏信号反射而导致标签失去性能，因此要维持标签在金属表面和金属内部的可读写性一直以来都是RFID行业面临的挑战之一。

目前，知名封装专家Holland1916与Xerafy公司合作嵌入技术，实现了几乎可以为任何种类的工具、设备和流程启用的RFID功能——嵌入金属的RFID技术（图4-32），该技术已经战胜了金属环境应用，严苛生产环境，长读写距离等制造业普遍存在的应用需求。

图4-32 嵌入金属的RFID标签 图片来源：Xerafy公司提供

以前，可以在金属上使用的RFID技术严格定义为金属表面，嵌入金属的标签和生产源启用RFID的技术还只是个空中楼阁。但现在，追踪和记录工具资产的信息要求满足长距离读写的嵌入金属的RFID技术已经实现，这意味着物联网的发展将持续不断地向各个领域延伸。

2.基于BIM及物联网技术的预制装配式建筑（PC，Prefabricated Concrete）构件生产及施工管理系统——上海城建集团

该项目是大型居住社区浦江基地05-02地块保障房工程项目，采用预制装配整体式混凝土住宅技术建设。该住宅建筑全部由14～18层的高层住宅组成，框剪结构，预制率50%～70%。

作为一个保障房项目，采用预制装配式技术，这就要求在短时间内高质量地完成从设计到施工的全部工作，这个过程中建筑信息的传递及协调工作尤为重要。为了能够在施工阶段实现构件快速准确的定位以及高质量的安装，基于BIM及物联网技术的PC构件生产及施工管理系统被建立起来，并将RFID芯片及现场手持设备应用到了施工中。

利用Revit建立的三维模型（图4-33）能够支持建筑从设计到制造的信息传递，将设计阶段产生的BIM模型供生产阶段提取和更新。BIM在构件生产阶段的显著优势在于信息传递的准确性与时效性强，这使得构件生产的精益生产技术有可能得以真正实现。以精益建造的理论体系作指导，借助BIM的信息化平台，充分发挥BIM强大的技术功能支持与数据信息集中化存储的优势，保证项目全生命周期准确、及时、有效的信息流，才能实现精益生产的目标。通过RFID芯片将虚拟的BIM模型与现实中的构件联系起来，实现了构件生产的集约型管理。

图4-33 保障房项目的Revit模型

项目中采用的基于BIM技术及物联网技术的PC构件生产及施工管理系统平台（图4-34）集成了一个中心数据库和四大子系统，即PC工程的BIM模型中心数据库以及深化设计子系统、PC构件生产阶段管理子系统、现场施工管理子系统、工程远程监控子系统。PC工程的BIM模型中心数据库用于存放具体PC工程的全生命周期BIM模型数据；深化设计子系统将构件深化设计的所有相关数据传输到中心数据库中；PC构件生产阶段管理子系统从中心数据库读取构件深化设计的相关数据以及用于构件生产的基础信息，同时，将每个预制构件的生产过程信息、质量检测信息返回记录中心数据库中；现场施工管理子系统（图4-35）通过读取中心数据库的数据，可以了解本工程构件的生产进度情况以及每个构件的具体信息（重量、安装位置等），同时，将构件的安装情况返回记录在中心数据库中；工程远程监控子系统通过读取中心数据库的相关信息，实现远程动态显示PC工程的建设进度。考虑到工程管理的需要，在每个预制构件中都安装了RFID芯片，并为每个构件进行唯一编号，同时将芯片的信息写入BIM模型，通过手持读写设备实现了PC住宅工程在构件制造、现场施工阶段的数据采集和数据传输问题。通过该系统平台的构建，PC住宅产业化工程项目可以通过它充分共享建造过程中的数据，工程项目的动态进展情况也可以通过BIM模型进行远程的查询，并以三维的形式进行展示，在很大程度上提高了工程管理的效率。

图4-34 基于BIM及物联网技术的PC构件生产及施工管理系统

图4-35 使用手持机及RFID芯片进行构件生产管理

在设计3D-BIM模型数据库的基础上，通过将施工进度数据与模型对象相关联，可以产生具有时间属性的4D模型。该项目借助Autodesk Navisworks的API，实现了基于WEB的3D环境工程进度管理。

采用BIM先进质量技术方法和管理经验，可以降低信息传递过程中的衰减，提高施工质量，加强施工过程中的安全管理。同时，利用手持平板电脑及RFID芯片开发施工管理系统，可指导施工人员吊装定位，实现构件参数属性查询，施工质量指标提示等，并将竣工信息上传到数据库，从而做到施工质量记录可追溯。