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BIM+物聯網技術在裝配式混凝土建筑中的應用

發布日期:2018-08-31來源:云南建投第二建設有限公司編輯:張世輝

[摘要]

        本文作者:陳定華  左紅祥  王 逵  張 松  陳 麗

1. 前言

   BIM與物聯網集成應用,實質上是建筑全過程信息的集成與融合。BIM技術發揮上層信息集成、交互、展示和管理的作用,而物聯網技術則承擔底層信息感知、采集、傳遞、監控的功能。二者集成應用可以實現建筑全過程“信息流閉環”,實現虛擬信息化管理與實體環境硬件之間的有機融合。目前BIM在設計階段應用較多,并開始向建造和運維階段應用延伸。物聯網應用目前主要集中在建造和運維階段,二者集成應用將會產生極大的價值。

   針對裝配式混凝土建筑施工管理的特點,探討BIM和物聯網技術在裝配式混凝土建筑各施工過程中的應用;將BIM和RFID芯片相結合,建立信息共享平臺架構;探討了集成的BIM-RFID系統的應用過程,包括在構件制造、運輸、進場、合儲、吊裝過程中的應用,并對BIM-RFID系統的推廣提出可行性建議,推動BIM-RFID技術在裝配式混凝土建筑施工過程中的應用。

   隨著可持續發展觀念的不斷深入,資源、環境可題日益突出,人工費比例不斷增加,節能環保的裝配式混凝土建筑逐漸成為人們關注的熱點,但是工業化的施工過程出現的“錯漏碰缺”、施工管理過程中信息的不對稱性等可題在一定程度上制約著裝配式建筑的發展。

2. 工法特點

   2.1在策劃階段:BIM+RFID技術在整體策劃階段對裝配式項目的整體布置整體規劃上能起到一個系統、智能的整體規劃效果。

   2.2在設計階段:使用BIM技術在深化設計階段建立裝配式混凝土建筑模型,包括預制疊合梁、預制柱、預制疊合板、預制墻板、預制樓梯等預制PC構件以及門、窗、設備等的實體信息,同時涵蓋PC構件中鋼筋排布、管線排布、預留孔洞等構件信息,研究解決裝配式混凝土建筑在深化設計過程中的各類碰撞問題,實現結構、水暖電等各個專業之間的協同設計。整體起到優化建筑性能,創造舒適環境,提高建筑價值的作用。

   2.3在生產和施工階段:基于物聯網的管理信息平臺,以PC構件生產、運輸、安裝為階段管理核心,在PC構件生產時植入RFID芯片,以此芯片作為構件的識別碼及流轉媒介,從生產訂單、材料采購、生產工序環節、存儲、運輸、現場堆放、吊裝、驗收、維護、拆除等環節進行信息采集與分析,并開發BIM的接口,通過BIM實時反映構件狀態及屬性,實現裝配式混凝土建筑建造全壽命周期的質量追蹤管理,確保建設過程的質量全面控制。也減少了設計變更,為施工順序和施工方法提供依據,提高產品和施工質量,減少資源浪費、人工浪費、時間浪費、成本浪費、機械設備浪費等。

   2.4在運營維護階段:在后期運營維護方面,由于在生產過程中,我們可追溯每一塊構件的相關信息,因此,在后期安裝調試過程中若是遭到損壞可在管理系統中查找并記錄。后期對顧客提供技術服務和糾正使用缺陷也可以作為一個售后服務的依據。還可收集用戶反饋意見,受理用戶投訴等一系列后期維護信息。對于整個過程來說可做到質量缺陷的可追溯性,建立PC構件等產品的數據庫,還有配置相應的智能設備,作為應急處理,也為后期的線上線下服務打好基礎。 

3. 適用范圍

   MIB+物聯網適用于整個產業化成長和發展的過程,我們將使整個系統的設計、產生、安裝、調試、管理、維護、升級可在服務器端集中統一實現。企業實行生產流水線,使得產品生產制造整個過程都做到規范化、科學化、制度化,使企業降低經營成本,提高生產效率。

4. 工藝原理

   物聯網下的信息管理系統管理是讓PC構件擁有唯一編號的無線射頻芯片,然后把芯片預埋在PC構件中,針對構件形成的每一步程序以及相關信息都記錄芯片內,做到單件管理,此芯片相當于給構件配上了“身份證”,可以通過該身份證讀取每個構件生產的全過程,可以實現信息與實物流的快速無縫對接。

   將裝配式技術與BIM技術、物聯網技術有機結合,設計方面作用于BIM管理,在從生產,安裝,后期運營維護都由構件本身的“身份證”來進行管理,整個裝配式混凝土建筑的設計-實驗-生產-安裝-運營維護一體化管控模式都在BIM+互聯網下的信息管理系統來進行監督管理全過程。該系統的開發與研究為將來智能建筑、智能墻體奠定了基礎,在未來的建筑業發展中,基于該系統的開發,可以在很大空間上與互聯網等其他信息平臺相連接。

 5. 施工工藝流程及操作要點

   5.1本項目使用BIM技術在深化設計階段建立的裝配式混凝土建筑模型,基于BIM的三維數字化模型集成了PC構件的包含編號、部位、尺寸、鋼筋排布、預留預埋孔洞等全套基本信息,并以此信息作為基本數據庫,使用物聯網技術,研究開發管理信息平臺,實現各個階段、各參與方的信息交流與共享,實現裝配式混凝土建筑建造過程的信息化管理。

   5.2基于BIM在深化設計上的基礎數據,與BIM數據端口集合,在計算機后臺服務器上,對整個生產過程進行計劃性安排工作,追隨生產過程,再到安裝并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。此管理系統主要解決產品生產和產品安裝以及后期運營管理之間的"鴻溝",實現產品生命周期中的制造、裝配、物流等各個方面的功能,降低設計到生產制造之間的不確定性,并在生產過程中得以評估與檢驗,從而縮短產品生產到安裝的轉化的時間,并且提高產品的可靠性與成功率。該管理體系在品質方面貫徹質量管理原則,進行可靠性管理,針對每一道工序進行檢查和驗收;針對產品開發和技術方面能收集和整理書籍信息,對信息有可追溯性,并對產品生產、安裝、后期維護進行可靠性,安全性管理,做好每一個價值工程,并對工序能力的研究能力有很大作用,還能為產業化工人的流水線生產提供生產的指導書,是工人每天工作的依據和開始。在生產和制造方面,生產監督和檢驗,在各關鍵階段對產品進行測試。實施工序控制。通過各種方法,判斷工序質量是否符合標準,質量數據的波動是否合理,工序是否處于穩定狀態等。出現偏離標準或異常狀況時,應查找原因,采取措施。 維護生產和試驗設備,檢查各種儀器。 標注原材料和產品,使之可追溯。預防不合格品的產生,查明出現原因,采取改進措施,對措施實施效果進行研究。 管好在制品,督促作業者對加工件實行自檢。落實 “ 不合格品不流入下道工序 ” 的規則。 負責制定設備動計劃,制定設備更新計劃,進行日常維護、保養保證設備運轉處于良好狀態。在堆放存儲方面,各類物料按構件類型分區隔離存放。采取適當措施保存構件,定期檢查盤點,及進發現受損品并上報處理。在后期運營維護方面,由于在上產過程過程中,我們就已經記錄下來了每一塊構件的相關信息,因為,在后期安裝調試過程中若是遭到損壞可在管理系統中查找并記錄。后期構件出售時還能記錄顧客訂貨合同或購買中的所有要求,盡量滿足。對顧客提供技術服務和糾正使用缺陷。收集用戶反饋意見,受理用戶投訴等一系列后期維護信息。

   5.3在前期深化設計中

   (1)使用BIM技術在深化設計階段建立裝配式混凝土建筑模型,包括預制疊合梁、預制柱、預制疊合板、預制墻板、預制樓梯等預制PC構件以及門、窗、設備等的實體信息,并對存儲PC構件中鋼筋排布、管線排布、預留孔洞等構件信息,優化和解決裝配式混凝土建筑在深化設計過程中的結構、水暖電等各個專業之間的管線和鋼筋的碰撞問題。

  

   十字梁節點                            鋼筋碰撞檢測

   (2)在生產過程中

   ① 人員管理——任務分配

   a.每位工人持有與自己身份唯一對應的ID卡;

   b.在每一次任務分配時,可以對每一位工人進行授權,指定他們在該次任務中專門負責某一工序。

   ② 工序與工作流管理

   工序:

   a. 刷卡激活(先刷個人ID卡,有權限才能刷構件芯片)

   b. 施工過程,可設定施工時長

   c. 驗收,再次刷卡并跳出驗收檢查單(設計模板,可自行編輯設置是或否選擇題)

   d. 若上一環節有任何步驟未完成,下一環節就無法開始

   e.生產情況管理(在后臺可動態更新生產情況:計劃生產、實際生產、合格數量、不合格數量等)

   f.特殊情況(工人操作錯誤、缺席、卡片遺失等應急對策)

   工作流管理:可以任意編輯設置工序并保存為一個個工作流(設計模板)

   ③ ID識別功能

   移動設備掃描芯片后,可以顯示出構件的詳細信息,道工序生產過程中會記錄生產時間及生產人員。

   信息還包括構建類型、規格尺寸、用途、編號、樓層、重量等(會預留可編輯字段)

   (3)在倉儲和運輸過程中:分類別分批次進行堆放,在系統中一對一進行管理和保護,在后期運輸過程中,手持PDA手持設備識別運輸構件,再次同時記錄構件運輸情況,記錄構件是否完整或者缺陷問題。結合BIM端口的后臺程序全過程跟蹤構件信息和構件運輸情況。

   (4)在施工過程中,每一PC構件的塊安裝位置和安裝程度與BIM設計和存儲數據一致,后臺程序全過程監督和管理,在使用過程中,后臺對構件進行監管和后期服務,并時刻保存和記錄相關數據。

   (5)在后期運營維護中,管理和存儲所有數據,在銷售過程中,運用后臺程序查找和銷售構件,整個系統的每一環節相互關聯,所有管理人員可以查看著整個過程的相關數據,相互交流,相互監督和管理。在構件質量不過關時追溯相關記錄,尋找責任人。

6. 材料及設備

   6.1材料:ID加厚芯片,無線網和服務器,軟件系統安裝包,鐵絲,BIM軟件安裝包。

   6.2設備:后臺操作系統接入端口設備,BIM深化設計電腦設備,ID后臺程序服務設備,小型鉆孔機,PDA手持設備。

7. 質量控制

   后臺程序統一由專人操作專人進行管理,管理人員可以下載相應APP查看信息內容,但是進行相關操作需要得到后臺程序人員給予權限,才能進入進行操作。PDA手持設備人員在工作時統一由裝置PDA設備裝置,防止損壞PAD設備或者進入灰塵;PDA手持設備人員由專人使用和管理,一對一進行操作,只有通過指定人員的驗證其他人員才能開始此道工序或者是由質量員驗收完整才能進行下一道工序,環環相扣,質量和工作同時進行,驗收不過關者重新進行工作,因此耽誤的誤工費由此工序工作人員承擔。對每道工序進行了時間限制,造成不避免的窩工現象,避免耽誤工程項目進度。

 8. 安全控制

   安全是文明施工和進度質量的前提,是生產的關鍵。

   8.1建立完善的質量和安全生產管理體系。

   8.2具備相應的生產設施和熟練的工藝技術,以及要有必要的試驗檢測手段。

   8.3運用BIM在深化設計的應用,在深化設計階段,應滿足建筑、結構和機電設備等各專業的要求,且應該滿足構件制作、運輸、安裝等各環節的綜合要求。

   8.4堆碼區的地面應平整,排水暢通,并具有足夠的地基承載力。

   8.5預制構件上應該放置在墊塊上,防止雨水侵蝕。

   8.6嚴禁非工作人員在堆碼長時間逗留,以免構件倒塌造成傷害。

   8.7預制疊合板必須有序水平疊放,每疊疊合板不得超過6塊,并根據疊合板的尺寸和強度進行調整。

   8.8應編制可行的專項施工方案,審批通過后方可作業。

   8.9構件在運輸過程中,不應超重超載,超寬,應該滿足貨車道路運輸規范。

   8.10開車時過岔道、過彎路、啟動時都應該加強觀察周邊情況,鳴笛警示,開車時車速不宜過快。

   8.11吊點位置的布局和吊具的安全性都必須嚴格按照設計和驗算結果,吊點的強度和剛度必須符合設計要求,吊具應當符合起吊強度的要求。

   8.12吊裝前應進行技術交底工作。

   8.13構件吊裝過程中除了專業中作人員之外其他閑雜人員不得在吊裝區域范圍內活動。

   8.14施工項目的主要管理人員應具有一定的裝配式結構施工從業經驗,構件安裝和灌漿作業人員應培訓考核合格后方能進行上崗作業,高空吊裝人員應持證上崗,應在高度清醒下作業。

   8.15在施工過程中構件和成品都應該符合相應的構件保護措施要求,防止構件損壞或者受到其他物質影響。

   8.16在后臺程序上嚴格按照責任分工和操作流程辦事。

   8.17各種機械設備檢修、維護時應停電、停運轉,如要試運轉,應有針對性的保護措施。且防止機電傷人事故發生。

   8.18進入生產或者施工區域的時候應該佩戴安全帽,做好安全防范工作。

   8.19臨時支撐的受力狀態和臨時架應考慮其穩定性。

 9. 環保措施

   9.1預制構件標志系統應采用綠色水性環保涂料或塑料貼膜等可清除材料。

   9.2 預制構件運輸過程中應采用減少揚塵措施。

   9.3 預制構件進入現場應分類存放整齊,在醒目位置設置標志牌,不得占用臨時道路, 做好成品保護和安全防護工作。

   9.4機械用油時應節約使用,沖洗時應節約用水,以節約油資源、水資源。

   9.5生產區域和施工區域內的污水和廢水合理排放,避免污染其他水資源和城市管道。

   9.6生活垃圾、生產垃圾、施工垃圾應歸類處理后放置垃圾堆,以減少污染,而且施工垃圾應該隨時清運,并每天灑水降塵。

   9.7清運渣土時應注意粉塵排放問題,以免污染大氣。

   9.8水泥和其它易飛揚細顆粒散體材料,要庫內存放或有覆蓋物封閉,運輸要防止遺撒、飛揚,卸運應有降塵措施。

   9.9充分利用空地搞好綠化工作,美化環境。

10. 效益分析

   10.1經濟效益分析

   BIM+物聯網協同應用于裝配式混凝土建筑業實行生產流水線,使得產品生產制造整個過程都做到規范化、科學化、制度化,使企業降低經營成本,提高生產效率。預制構件智能化管理系統的持續開發與優化,形成專利知識產權。目前整個系統是針對工廠生產,運輸,安裝整個過程進行管理和控制,針對整個過程結合BIM進行系統化和信息化管理,工人拿著手持設備進行芯片上的信息輸入,管理人員對其構件進行檢驗,并把芯片植入預制構件中,該芯片會跟隨構件一直存在于構件本體中,做到信息可追溯性。在整個產業化不斷成長和發展的過程中,我們將使整個系統的設計、產生、安裝、調試、管理、維護、升級可在服務器端集中統一實現。企業實行生產流水線,使得產品生產制造整個過程都做到規范化、科學化、制度化,使企業降低經營成本,提高生產效率。

   10.2社會效益分析

   BIM+物聯網協同應用于裝配式混凝土建筑,有助于裝配式技術推廣應用,實現建造、管理中的精細化、集約化,節約資源、保護環境,具有良好的社會效益。

   10.3應用前景分析

   隨著相關政策的逐步實施,裝配式建筑發展的勢頭必然更加迅猛。按照國家政策,至2020年,裝配式建筑占新建建筑的比例將達到30%。而BIM+物聯網協同應用于裝配式混凝土建筑,具有顯著的經濟效益和社會效益,有其先進性、實用性和創新性,在日后必成為建筑業的一種發展趨勢。

11. 實用實例

   項目名稱:昆明市宜良縣某小區立體車庫項目

   昆明市宜良縣耨小區立體車庫全過程采用裝配式混凝土建筑形式建造,為敞開式大型立體停車庫,共計800個車位。采用整體裝配式框架+剪力墻結構體系施工,建筑面積約2.3萬平方米,建筑層數為5層,建筑高度20.7m,抗震設防烈度:8度。預制構件類型:疊合板、疊合梁、預制柱、樓梯,預制率:32.95% ,裝配率:71% 。

   主要功能構成為:環形坡道和五層立體停車庫。基礎為樁基礎及承臺、地梁,一層墻柱及環形坡道、回車道為傳統現澆結構,一層梁板開始為裝配式建筑,連接方式:預制柱采用鋼筋套筒灌漿連接技術,梁板采用疊合方式。二層以上結構除樓梯間、電梯間、回車道、剪力墻、與剪力墻相連接柱、出屋面房、樓梯梯柱、休息平臺外全部采用裝配式施工。

   立體車庫項目運用PKPM計算軟件對結構受力、支撐體系進行驗算,確保施工安全質量。運用BIM技術進行施工組織,預先規避施工過程中所發生的細部問題以及裝配式建筑中“錯、漏、缺、碰”,通過信息集成,然后接入RFID芯片后臺服務器端口,用BIM存儲數據來控制工人生產和施工分配工作,目前,該項目所有PC構件均安裝了RFID芯片,且該芯片的存儲數據和信息記錄均在后臺與BIM連接的數據端口形成了數據庫。該系統的開發與研究為有效的提高了裝配式混凝土建筑的管理水平,為將來的信息化管理,智慧建筑、智能墻體奠定了基礎,在未來的建筑業發展中,基于該系統的開發,可以在很大空間上與互聯網等其他信息平臺相連接。

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