物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)

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摘要:為解決裝配式建筑工程質(zhì)量監(jiān)管的信息化問題，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，簡(jiǎn)要分析了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)的基本內(nèi)容以及平臺(tái)系統(tǒng)基本架構(gòu)，并對(duì)其業(yè)務(wù)流程進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，該平臺(tái)的推廣應(yīng)用，將有利于強(qiáng)化監(jiān)管能力，提升裝配式建筑工程質(zhì)量安全水平，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯，促進(jìn)裝配式建筑健康可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:信息化，裝配式建筑，監(jiān)管平臺(tái)

引言

建筑產(chǎn)業(yè)化和建筑業(yè)信息化是我國建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的兩大組成部分，發(fā)展建筑業(yè)信息化既符合國家政策，又是行業(yè)發(fā)展所趨。2013年1月，國務(wù)院的《綠色建筑行動(dòng)方案》明確表明:我國需要發(fā)展適合本國國情的建筑體系，發(fā)展建筑工業(yè)化［1］。裝配式建筑就是在此背景下產(chǎn)生的，是建筑工業(yè)化不可或缺的重要組成部分。但裝配式建筑“系統(tǒng)性”的特點(diǎn)與建設(shè)行政管理體制“碎片化”的矛盾是裝配式建筑推進(jìn)過程中的主要障礙［2］。由于裝配式建筑的建造方式的特殊性，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量監(jiān)管是裝配式建筑監(jiān)管的核心，一個(gè)完整的裝配式建筑項(xiàng)目，包含相當(dāng)體量、種類繁雜的預(yù)制構(gòu)件。但目前建設(shè)工程監(jiān)管部門按照傳統(tǒng)的監(jiān)管模式對(duì)裝配式建筑進(jìn)行監(jiān)管，其監(jiān)管重點(diǎn)依舊是項(xiàng)目審批等前期工作，而對(duì)于關(guān)乎建設(shè)工程質(zhì)量安全的建造過程疏于管控，缺乏針對(duì)裝配式建筑特性的監(jiān)管體系。由于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)到竣工驗(yàn)收過程中存在眾多監(jiān)管盲區(qū)，如果監(jiān)管不到位，將會(huì)留下安全隱患。針對(duì)裝配式建筑監(jiān)管過程中面臨的問題，本文擬構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)(IoT，InternetofThings)即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通［3］。物聯(lián)網(wǎng)通常由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成，每層的特點(diǎn)及工作特性都不相同。感知層是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化方面亟需突破的部分，關(guān)鍵在于具備更精確、更全面的感知能力，并解決低功耗、小型化和低成本問題［4］。感知層是由二維條碼、RFID、傳感器等具有數(shù)據(jù)采集功能的各種感知終端構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)層主要以廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，是物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強(qiáng)、最成熟的部分，關(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征進(jìn)行優(yōu)化改造，形成系統(tǒng)感知的網(wǎng)絡(luò)［5］。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)傳輸和處理從感知層獲取的原始數(shù)據(jù)，且對(duì)收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析和管理等工作。感知層具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，網(wǎng)絡(luò)層具有數(shù)據(jù)處理和管理功能，但這些功能都要在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層中來完成。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)需求的接口，其主要功能是將處理過的信息完整表達(dá)出來，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最終表現(xiàn)。本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)的核心內(nèi)容是預(yù)制構(gòu)件的信息化監(jiān)管，主要使用RFID射頻識(shí)別技術(shù)以及二維條碼，在感知層中布置，通過手持設(shè)備進(jìn)行識(shí)別讀取目標(biāo)物體信息，將識(shí)別到的信息上傳至信息化監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)

2．1裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)簡(jiǎn)介

裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)是以預(yù)制構(gòu)件作為基本管理單元;以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為跟蹤技術(shù)手段;以預(yù)制構(gòu)件廠部品部件工業(yè)化生產(chǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)安裝為核心;以深化設(shè)計(jì)成品圖、預(yù)制構(gòu)件廠原材料檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程監(jiān)理檢驗(yàn)、構(gòu)件出廠、構(gòu)件運(yùn)輸、構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)、施工安裝、施工工序監(jiān)理檢驗(yàn)驗(yàn)收等為數(shù)據(jù)信息輸入節(jié)點(diǎn);以單項(xiàng)工程為數(shù)據(jù)信息匯總單元的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)信息化管理系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)工作原理，本文研究裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)的總體架構(gòu)(如圖1所示)分為三層:感知層、管理層和應(yīng)用層:1)感知層。通過預(yù)制構(gòu)件在構(gòu)件廠工業(yè)化生產(chǎn)過程中，將RFID射頻識(shí)別標(biāo)簽或二維碼鑲嵌在預(yù)制構(gòu)件表面，同時(shí)寫入部品部件在生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)信息，如預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)圖、構(gòu)件編號(hào)、構(gòu)件重量、尺寸等基本信息。隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，倉儲(chǔ)、出廠、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)、堆場(chǎng)、施工安裝等信息被依次寫入。然后在施工階段通過手持RFID(二維碼)讀寫器采集數(shù)據(jù)，將采集到的部品部件的信息，按照信息化管理平臺(tái)的要求進(jìn)行上傳，并傳送到不同的數(shù)據(jù)庫中，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)處理。2)管理層。管理層是根據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)的功能需求，為平臺(tái)系統(tǒng)正常運(yùn)行提供了保障，為應(yīng)用層提供支持，為感知層采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、管理提供空間和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換路徑。此部分具體包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)。3)應(yīng)用層。應(yīng)用層為系統(tǒng)提供具體的應(yīng)用軟件或門戶網(wǎng)站，用以滿足裝配式建筑項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、施工安裝以及裝配式建筑項(xiàng)目政府主管部門等各個(gè)參與方的管理需求。本文研究裝配式建筑信息化管理平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用層包含政府監(jiān)管行業(yè)門戶網(wǎng)站和預(yù)制構(gòu)件物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)兩大部分(見圖2)，集行業(yè)門戶、市場(chǎng)原材料信息價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)化部品部件信息價(jià)、項(xiàng)目審批、企業(yè)認(rèn)證、深化設(shè)計(jì)備案、預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)、施工安裝、竣工驗(yàn)收、工程監(jiān)控以及大數(shù)據(jù)分析等功能于一體。通過裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)行業(yè)動(dòng)向、項(xiàng)目的在線審批以及動(dòng)態(tài)監(jiān)管等信息化管理目標(biāo)。監(jiān)管部門行業(yè)門戶網(wǎng)站由裝配式建筑管理辦公室主導(dǎo)，既是一個(gè)行業(yè)信息平臺(tái)，又是一個(gè)行業(yè)內(nèi)裝配式建筑項(xiàng)目參與單位的互動(dòng)平臺(tái)。主要目標(biāo)是建設(shè)良好的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)各個(gè)企業(yè)良性發(fā)展，創(chuàng)造行業(yè)內(nèi)企業(yè)間公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。行業(yè)門戶網(wǎng)站設(shè)置行業(yè)動(dòng)態(tài)、裝配式構(gòu)件信息價(jià)更新、轄區(qū)市場(chǎng)內(nèi)裝配式建筑用金屬件等材料的產(chǎn)品庫以及轄區(qū)內(nèi)裝配式建筑項(xiàng)目審批等級(jí)入口等功能欄。其中，監(jiān)管部門將獨(dú)立設(shè)置大數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)內(nèi)在建項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)監(jiān)控等欄目，供監(jiān)管部門針對(duì)轄區(qū)內(nèi)裝配式建筑項(xiàng)目進(jìn)行可視化的管控。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)包括裝配式建筑項(xiàng)目過程中的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)、預(yù)制構(gòu)件交付環(huán)節(jié)、施工安裝環(huán)節(jié)和驗(yàn)收環(huán)節(jié)6個(gè)過程管理環(huán)節(jié)。

2．2裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)的業(yè)務(wù)流程分析

結(jié)合平臺(tái)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)以及項(xiàng)目調(diào)研，裝配式建筑信息化管理平臺(tái)根據(jù)項(xiàng)目參與角色在本項(xiàng)目中的參與程度以及需要配合支持的工作劃分為:企業(yè)認(rèn)證模塊、深化設(shè)計(jì)管理模塊、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理模塊、施工安裝管理模塊和竣工驗(yàn)收管理模塊共計(jì)5個(gè)模塊(見圖3)。劃分模塊后便于數(shù)據(jù)信息的整理、歸檔和質(zhì)量追溯時(shí)的查閱。1)企業(yè)認(rèn)證模塊。在裝配式建筑項(xiàng)目審批立項(xiàng)通過以后，平臺(tái)內(nèi)生成目標(biāo)項(xiàng)目編號(hào)。裝配式建筑項(xiàng)目各參與方:建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、生產(chǎn)方、施工方和監(jiān)理方首先需要在平臺(tái)中提出各自的認(rèn)證申請(qǐng)，經(jīng)政府主管部門審批合格后，方可進(jìn)入系統(tǒng)。申請(qǐng)合格之后，系統(tǒng)會(huì)向各參與方分配平臺(tái)登錄使用的賬號(hào)和密碼。對(duì)于認(rèn)證合格的企業(yè)，政府主管部門發(fā)放生產(chǎn)許可，根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)申請(qǐng)，由主管部門向其發(fā)放RFID讀寫器和RFID芯片。2)深化設(shè)計(jì)模塊。深化設(shè)計(jì)人員結(jié)合BIM技術(shù)對(duì)PC單體項(xiàng)目建模、拆分、碰撞檢查、深化設(shè)計(jì)出圖和裝配式建筑吊裝施工模擬等一系列工作，最后將深化設(shè)計(jì)成果(圖紙+BIM模型)上傳至信息化管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，供預(yù)制構(gòu)件單位下載使用。3)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位管理模塊。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中需要采集的數(shù)據(jù)信息有預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)圖、BIM模型數(shù)據(jù)、部品部件編號(hào)(唯一編號(hào))、隱蔽工程檢查記錄文檔或圖片、使用的金屬鍵(數(shù)量、規(guī)格、品牌)、部品部件原材料合格證、審查過程中的圖片資料、部品部件生產(chǎn)時(shí)間、完成時(shí)間、檢驗(yàn)人員信息以及預(yù)制構(gòu)件入庫時(shí)間。上述需要采集的信息都將寫入RFID標(biāo)簽，且RFID擁有唯一ID編碼，這樣每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件都有屬于自己的“身份證”，將在BIM模型中一一對(duì)應(yīng)，為后續(xù)施工安裝中構(gòu)件快速定位提供了便利條件，更為預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量追溯提供了有力證據(jù)。4)施工安裝管理模塊。該模塊主要為預(yù)制構(gòu)件從構(gòu)件出廠后到施工安裝完畢之間的各個(gè)環(huán)節(jié)的過程信息記錄提供保障。其保證了預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過程、預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)、堆放以及施工安裝過程可查、可控、可追溯。該模塊主要功能包括:預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過程記錄、預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、監(jiān)理驗(yàn)收、預(yù)制構(gòu)件定位、節(jié)點(diǎn)裝配記錄和監(jiān)理驗(yàn)收。該階段主要采集數(shù)據(jù)為:預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收單、預(yù)制構(gòu)件吊裝定位圖片、套筒灌漿視頻影像記錄等內(nèi)容。然后，施工模擬BIM模型上傳至信息化管理平臺(tái)，供建設(shè)單位或總包單位查看項(xiàng)目的施工進(jìn)度，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行有效把控。5)竣工驗(yàn)收管理模塊。該模塊主要是匯總驗(yàn)收時(shí)所需要的各種資料，形成裝配式建筑項(xiàng)目工程檔案，并且保證竣工驗(yàn)收過程符合相關(guān)法規(guī)規(guī)定。該模塊資料收集形式為web端上傳，主要包括分項(xiàng)驗(yàn)收和竣工驗(yàn)收。上傳資料為項(xiàng)目全過程中產(chǎn)生的文檔資料以及圖片影像資料。裝配式建筑信息化管理平臺(tái)主要是依據(jù)項(xiàng)目建造過程信息化管理的思想，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及后期BIM技術(shù)的擴(kuò)展引用，以預(yù)制構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)為主線對(duì)裝配式建筑建造過程進(jìn)行集成信息化管理。該管理平臺(tái)的功能主要包括預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集、預(yù)制構(gòu)件出廠交付信息收集、施工安裝信息收集處理以及平臺(tái)內(nèi)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享等，這些功能將為項(xiàng)目?jī)?nèi)不同參與方提供建筑信息管理服務(wù)，以及為監(jiān)管部門提供信息整合、調(diào)配等服務(wù)。信息化管理平臺(tái)核心工作就是處理裝配式建筑全過程內(nèi)的管理數(shù)據(jù)，通過信息化管理平臺(tái)打通項(xiàng)目參與各方的交互壁壘，使得操作現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的巨大的信息數(shù)據(jù)得以及時(shí)處理，進(jìn)而加快施工進(jìn)度。

3基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化管理平臺(tái)的意義

在建筑業(yè)信息化的背景下，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化管理平臺(tái)進(jìn)行研究，其具體意義:1)提升全產(chǎn)業(yè)鏈信息交流能力。借助管理平臺(tái)，打通上下游企業(yè)的信息交互，通過統(tǒng)一的平臺(tái)了解各環(huán)節(jié)進(jìn)度，并實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)更新，從而提升預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度能力。2)加快推進(jìn)預(yù)制混凝土構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。通過裝配式建筑信息化平臺(tái)的應(yīng)用，可以規(guī)范預(yù)制構(gòu)件的編碼規(guī)則，統(tǒng)一生成產(chǎn)品編碼，并推進(jìn)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。建立具有通用性、兼容性、開放性特點(diǎn)的裝配式建筑部品部件庫，供全產(chǎn)業(yè)鏈共享。3)促進(jìn)建筑業(yè)管理模式升級(jí)。通過裝配式建筑信息化平臺(tái)，緊密連接上下游企業(yè)，可進(jìn)一步通過BIM等信息化技術(shù)手段搭建裝配式建筑各個(gè)環(huán)節(jié)中的信息交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈中各種信息平臺(tái)的支持，從點(diǎn)到面探索推廣信息化技術(shù)在建筑工業(yè)化管理中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)信息化管理模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。4)強(qiáng)化監(jiān)管能力。研究成果將有助于提升裝配式建筑在建造過程中的信息化程度，有利于強(qiáng)化監(jiān)管能力，為各級(jí)主管部門與企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營提供數(shù)據(jù)支撐，促進(jìn)裝配式建筑健康可持續(xù)發(fā)展。5)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理可追溯。對(duì)部品部件全生命周期的信息采集，將在建筑實(shí)體的建造過程中實(shí)現(xiàn)之間監(jiān)督、監(jiān)控，且有效保存全過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯。

4結(jié)語

隨著建筑工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的深入，預(yù)制裝配式建筑在國家政策的大力支持下飛速發(fā)展。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)(PC)預(yù)制構(gòu)件是裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的基本組成單位，是裝配式建筑項(xiàng)目管理工作中的基本單元。對(duì)于以預(yù)制構(gòu)件為單位，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的裝配式建筑信息化監(jiān)管平臺(tái)的推廣應(yīng)用，有利于強(qiáng)化監(jiān)管能力，為各級(jí)主管部門與企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營提供數(shù)據(jù)支撐，提高企業(yè)經(jīng)營管理效率、降低成本，提升裝配式建筑工程質(zhì)量安全水平，有利于解決當(dāng)前裝配式建筑行業(yè)信息不對(duì)稱、信息孤島和政府監(jiān)管難度大等障礙，促進(jìn)裝配式建筑健康可持續(xù)發(fā)展。

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作者：田曉坤 單位：河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院