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装配式建筑信息化管理的探索与实践论文

发布时间:2018-12-21 17:03:32 来源:职称论 我要评论














职称论(zhichenglun.com):
 
摘 要:随着建筑行业劳动力成本的增加及人们环境意识的提高,对劳动力依赖小、环境影响小的装配式建筑开始受到关注。然而,装配式建筑对信息管理的要求高,传统信息管理手段难以满足装配式建筑的需求。因此,基于智慧工地理论,集成BIM、物联网、移动互联网和大数据等先进信息技术,提出装配式建筑信息管理模型,并结合实际案例说明模型在装配式建筑设计、生产、施工和运维环节的具体应用。装配式建筑信息管理模型为智慧工地理论提供了实际的应用框架,为以后的相关研究提供了参考,同时为装配式建筑的设计、生产、施工和运维 4 个阶段提供了高效的信息管理手段。

关键词:装配式建筑;信息化管理;信息管理模型;智慧工地

Exploration and Practice of Information Management in Prefabricated Buildings
ZHANG Zhong-hua,SUN Hui,LIU Ying,FENG Wei-dong,XIAO Yi

(China Construction Science&Technology Group Co. Ltd.,ShenZhen 518000,China)

Abstract:With the increased labor cost and the rising environmental awareness in construction industry,the prefabricated buildings, which have less labor intensity and environmental impacts, attract more and more attention. However,the prefabricated buildings have a high demand for information management,which the traditional information management methods usually fail to meet. Thus this paper proposes an information management model for prefabricated buildings based on smart construction site theory and the integration of advanced information technologies,such as BIM,internet of things,mobile IT and big data. Moreover,a case study is used to show specific applications of the model in building design,building component fabrication,construction and maintenance process. This model provides practical framework for smart construction site theory and offers guidance for future studies, which can be regarded as an efficient information management method for the above four stages of prefabricated buildings.
Keywords:prefabricated building;Information management;Information management model;Smart construction site

现浇混凝土一直是中国的主要建筑建造方式。但是,随着建筑行业劳动力成本的增加,以及人们环境意识的提高[1],对劳动力依赖大、对环境影响大的传统现浇混凝土已不能够满足社会的需要[2]。因此,中国政府开始大力提倡劳动力依赖小[3]、环境影响小[4]的装配式建筑的发展。国务院办公厅在《关于促进建筑业持续健康发展的意见》和《关于大力发展装配式建筑的指导意见》中明确提出推广装配式建筑。

相比传统现浇混凝土,装配式混凝土建造需要利益相关者进行更多的信息交流[5]:在设计时需要设计单位和预制构件厂沟通构件的尺寸和类型,保证预制构件厂的生产条件能够满足构件设计图;在施工时需要预制构件厂、运输单位和施工单位相互协调,保证构件按时到达施工现场。此外,由于装配式混凝土对预制构件的质量要求高,对构件的生产、运输、现场仓储和吊装过程的信息需要严格管理[6]。因此,装配式混凝土对信息管理的要求更高,传统的信息管理手段难以满足其要求。

智慧工地是将如云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、建筑信息模型(BIM)等先进信息技术与建造技术融合,辅助现场信息采集,实现建造过程各利益相关方信息共享与协同的新型信息管理方式[7,8]。国内外许多学者对智慧工地进行了探索。毛志兵[9]对智慧工地的特征进行了详细阐述,并从感知、替代、智慧 3 个方面对智慧工地进行阶段性划分。马健翔[10]通过对智慧工地云平台的大数据研究,提出了智慧工地云平台管理体系框架。

Hammad 等[11]基于多主体仿真和机械自动化控制理论,构建改善现场安全管理和施工效率的智慧工地信息管理模型。Pyeon 等[12]基于智慧工地理论,以移动互联网 App 为载体,构建了施工现场人力、材料和机械的信息监控与管理模型。

虽然智慧工地能够给装配式项目提供高效的信息管理方式,但是目前智慧工地的相关研究多处于理论层面,缺少在实际装配式项目中的应用模型。因此,本文提出基于智慧工地理论的装配式建筑信息化管理模型,并结合深圳裕璟幸福家园项目说明模型的运作流程。深圳裕璟幸福家园项目由中建科技有限公司承建,位于深圳市坪山新区,总建筑面积 64050m2,共 3 栋楼,3 栋楼的标准层预制率分别为 49.3%、49.3%和 47.2%。

1基于智慧工地理论的装配式建筑信息化管理模型

本文提出的装配式建筑信息化管理模型,将设计、生产、运输、施工和运维等多个阶段的信息进行采集,并将采集到的信息集成于统一的大数据数字信息平台之上,利用平台将信息在开发商、设计单位、预制构件厂、运输单位和施工单位等多个利益相关者之间进行交互与共享,再结合 BIM 技术、移动互联网技术和物联网技术等,对设计、生产、运输、施工和运维等多个阶段进行管理,以实现装配式建筑的全产业链信息化应用。

图 1 给出了基于智慧工地理论的装配式建筑信息化管理模型,该模型将传统信息管理模式下各利益相关者之间点对点、单方向的低效率信息传递方式,改变为全方位、交互式、高效率的信息传递方式,为装配式建造提供了高效创新的信息管理手段。
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2装配式建筑信息化管理模型在设计和生产阶段的应用

2.1设计阶段
在设计阶段,模型可以通过 BIM 技术实现对模块化设计的辅助。
(1)数字化设计。利用 BIM 技术,通过预制构件模型对建筑信息的集成实现数字化设计。通过集成 BIM 软件的参数化设计、碰撞检查、明细表统计、三维出图等功能,可以高效地完成钢筋的参数化配筋,精确化定位,材料的全面性统计及三维出图等工作。
(2)多样化组合。不同的预制构件可根据面积大小、布局风格等实际需求拼装成理想的户型部品,不同的户型部品可实现多样化的标准层设计, 实现多样化户型组合。具体流程为:预制构件厂通过模型平台将构件生产流水线的相关信息告知设计单位;设计单位依据获得的模具尺寸等信息对结构设计与构件拆分,并将拆分完的构件设计参数通过模型平台反馈给预制构件厂,以实现构件设计和生产信息的交互。
(3)成果库管理。模型平台可以对交互过程的信息进行记录,将构件厂的相关信息、设计出的户型和构件类型等重要信息进行成果归档,形成构件库、户型部品库与项目库,为以后项目的设计提供参考。

2.2生产阶段
在构件生产阶段,模型可以辅助工厂进行内部管理。工厂从数字化平台中导出设计单位输入的构件设计参数,结合信息化加工(CAM)和制造企业生产过程执行管理系统(MES)技术,将预制构件的三维信息直接导入设备控制系统,做到信息与加工设备的无缝对接,实现预制构件的流程化和智能化制造。同时,由于除去了工厂的二次人工录入, 减少了因人工录入导致的构件参数偏差,提高生产构件的质量。

模型的数字化平台还可以根据预制构件厂提供的构件生产中的划线定位、模具拼装、振捣浇筑和脱模养护等一系列工序信息,将标准化的预制构件生产流程进行记录。在将来新建预制构件厂时, 平台可以为新建厂提供预制构件生产流水线的相关信息,辅助新建厂可进行选址、工作区规划和设备购买,并提供标准化的构件生产流程,辅助新建厂实现高标准、高要求和高效率的生产。

装配式建筑信息化管理模型在设计和生产阶段的运作流程如图 2 所示。
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3装配式建筑信息化管理模型在施工阶段的应用
在施工阶段,基于智慧工地的装配式建筑信息化管理模型集成了远程视频监控、绿色施工动态监控、大型设备动态监控、大数据技术、移动互联网、BIM 技术和 VR 虚拟现实等信息化应用技术,以辅助现场施工管理过程。

3.1造价管理
模型基于 BIM 技术进行造价管理,将 BIM 模型统计的工程量与装配式清单定额进行关联(见图3),实现自动造价核算,解决了传统造价分析中人工工作量大和分析不及时等问题,并且当发生设计变更时,通过在 BIM 模型中进行修改可以直接得到修改后模型的造价,不用重新核算,实现了造价的即时管理。
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3.2进度管理
模型基于 BIM 技术进行进度管理,主要通过将BIM 模型和进度计划进行关联,即时跟踪实际进度,并将实际进度和计划进度进行偏差对比分析, 通过 BIM 模型的空间直观性,及时发现进度滞后情况并调整现场施工安排,进行现场进度的动态管理。此外,可根据实际进度与计划进度的对比形成周进度分析报告、月进度分析报告和总进度分析报告(见图 4)。
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3.3人员实名制管理线上一体化应用
人员实名制管理是劳务管理的一项基础工作。实行人员实名制管理,使总包对管理人员及各分包商人员数量清晰、人证对应、工种调配有序,从而促进劳务企业合法用工、切实维护农民工权益、调动农民工积极性、实现劳务精细化管理。

装配式建筑信息化管理模型将人员名单和相关信息输入数字信息平台,通过一体化信息系统对劳务人员基本信息及出勤情况进行数据采集,按劳务管理要求及时更新台账,并在项目出入口采用人脸识别技术,严格控制项目人员出入,实行项目封闭式管理。

此外,模型还将数字信息平台和移动互联网技术相结合,开发了人员管理的手机 App(见图 5), 项目管理人员可以随时在手机上查看在建项目的劳务队伍、工种统计和务工数量等信息,实现对劳务资源使用的动态掌控。
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3.4安全管理
安全管理是建筑施工中需要高度重视的工作。传统的安全管理手段采用人工监管,不能随时了解工人的出勤情况、工作效率、工作地点和工作中行踪轨迹。因此,装配式建筑信息化管理模型结合数字信息平台和移动互联网技术,研发出了适合工地管理应用的工地人员定位管理系统。人员定位系统利用超宽频(UWB)无线定位识别技术,在人员安全帽安装可发射 UWB 信号的电子标签,并在指定区域安装一定数量的定位基站,通过电子标签与基站的连接,再经过系统算法识别两者的距离,可准确得到安全帽中电子标签的位置(见图 6)。同时, 数字信息平台可以实时跟踪工地现场人员的位置, 记录工人活动的历史轨迹,对于工作时间不在工地区域内及位置发生骤变的人员可以向管理人员发送即时报警提示(见图 7)。
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此外,模型还将数字信息平台、网络技术和视频监控技术结合,形成动态视频监控系统。对与项目可能存在安全隐患的位置,通过布置监控点位, 并将监控点位数据进行实时提取,实现对项目的智能化安全管控(见图 8)。在被授权的前提下,管理人员可以依据项目管理的需求,借助手机 App 或者数字化信息平台随时随地查看监控内容,实现动态安全管控(见图 9)。
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3.5大型机械动态管理
对比传统现浇混凝土施工,装配式混凝土施工由于需要进行构件吊装,更加依赖现场的塔吊等大型垂直运输机械,而机械设备的运行效率对于工程定位引擎 监控终端施工有至关重要的影响。因此,装配式施工需要随时把握现场大型机械的运行情况,以提高机械使用效率。在装配式建筑信息化管理模型中,通过对大型机械进行监测,将采集到的信息及时输入数字信息平台,可以辅助项目管理人员及时发现并处理机械故障等问题,有效排除突发性状况,确保机械和人员的生命财产安全,提高机械使用效率,实现对大型机械的动态监管。图 10 是项目管理人员通过平台对塔吊进行动态监测的示例。

3.6质量管理
在质量管理中,模型结合激光点云扫描技术与BIM 技术,通过三维激光扫描仪的点云成像原理, 获取建筑内部空间几何信息并生成点云模型,再将点云模型输入数字信息平台,通过将点云模型与BIM 模型进行比对,形成建筑实物与 BIM 模型的尺寸偏差报告,从而掌握施工项目的质量信息(见图 11)。
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由于装配式建筑对预制构件的质量要求高,因此在质量管理中需要掌握预制构件生产、运输和吊装过程中的信息。由于以往人工记录的方式容易丢失构件质量管理过程中的信息,而且记录效率低下。因此,模型基于数据库技术、移动互联网技术和二维码技术,开发了预制构件信息追溯系统(见图 12)。通过构建预制构件信息数据库,并在构件上附加二维码,使得构件质量信息与实体绑定。构件信息可以随时通过手机 App 扫描二维码获取,以辅助管理人员进行构件质量管理。各阶段的质量管理负责人员还需要随构件生产、运输、进场质量检查和吊装等工作流程陆续用手机添加相关信息并进行信息维护,实现设计、生产和装配的全过程信息追溯,提高质量管理的效率。
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3.7施工环境管理
由于施工现场环境对装配式施工作业有一定的影响,尤其是现场的风速、天气等因素对构件吊装作业影响较大,需要密切关注。此外,建筑施工现场产生的噪声和扬尘会对城市环境造成较大的负面影响。因此,需要对现场的施工环境进行检测。装配式建筑信息化管理模型通过在现场设置环境检测器,收集现场的风速、扬尘和噪声等信息,并将信息与数字信息平台进行集成(见图 13)。项目管理人员可以随时通过手机施工环境监测 App 查看项目现场环境情况,并依据天气情况对施工进行调整,提高了建设工地的施工调度协调管理水平。
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4装配式建筑信息化管理模型在运维阶段的应用
在施工完毕后,项目交付给开发商进行运维管理。装配式建筑信息化管理模型可以通过将数字信息平台与建筑中的传感器相关联,动态显示建筑内部的温度、湿度、风量和传热系数等建筑性能指标, 并将各项建筑性能指标的标准值作为检测参照,对超过标准值的监测数据进行预警提示(见图 14)。
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数字平台还将虚拟现实技术与 BIM 技术相结合,实现了对在建项目的 360 度全景观察,同时, 通过平台的交互操作,可实现对项目各个位置和空间的自由浏览,从而体验三维的 VR 视觉世界,达到模拟和再现场景的真实环境的效果(见图 15)。
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5结语

装配式混凝土结构建筑由于施工特性,对设计、生产、运输、施工和运维的全过程信息管理要求高, 传统管理手段难以满足其信息管理需求。因此,本文结合智慧工地理论,构建装配式信息管理模型,并结合深圳裕璟幸福家园项目说明模型在设计、生产、施工和运维 4 个阶段如何进行信息管理。模型为智慧工地理论提供了实际的应用框架,为以后的相关研究提供了参考,同时为装配式混凝土建筑的设计、生产、施工和运维 4 个阶段提供了高效的信息管理手段。

参考文献:

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[12]Pyeon M.,Jeon M.,Park J.,Eo Y.,Lee B.Development of Smart Pad Applications for the Management of Construction Site[J].Resources Advances in Information Sciences & Service Sciences,2012,4(15):13-24.
 
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