物聯網技術下的建筑信息化監管平臺

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摘要:為解決裝配式建筑工程質量監管的信息化問題，充分利用物聯網技術，簡要分析了基于物聯網技術的裝配式建筑信息化監管平臺的基本內容以及平臺系統基本架構，并對其業務流程進行簡要概述，該平臺的推廣應用，將有利于強化監管能力，提升裝配式建筑工程質量安全水平，實現質量追溯，促進裝配式建筑健康可持續發展。

關鍵詞:信息化，裝配式建筑，監管平臺

引言

建筑產業化和建筑業信息化是我國建筑業可持續發展的兩大組成部分，發展建筑業信息化既符合國家政策，又是行業發展所趨。2013年1月，國務院的《綠色建筑行動方案》明確表明:我國需要發展適合本國國情的建筑體系，發展建筑工業化［1］。裝配式建筑就是在此背景下產生的，是建筑工業化不可或缺的重要組成部分。但裝配式建筑“系統性”的特點與建設行政管理體制“碎片化”的矛盾是裝配式建筑推進過程中的主要障礙［2］。由于裝配式建筑的建造方式的特殊性，預制構件的質量監管是裝配式建筑監管的核心，一個完整的裝配式建筑項目，包含相當體量、種類繁雜的預制構件。但目前建設工程監管部門按照傳統的監管模式對裝配式建筑進行監管，其監管重點依舊是項目審批等前期工作，而對于關乎建設工程質量安全的建造過程疏于管控，缺乏針對裝配式建筑特性的監管體系。由于裝配式建筑預制構件生產到竣工驗收過程中存在眾多監管盲區，如果監管不到位，將會留下安全隱患。針對裝配式建筑監管過程中面臨的問題，本文擬構建基于物聯網技術的裝配式建筑信息化監管平臺，并對其進行簡要分析。

1物聯網技術概述

物聯網(IoT，InternetofThings)即“萬物相連的互聯網”，是互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡，將各種信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，實現在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通［3］。物聯網通常由感知層、網絡層和應用層構成，每層的特點及工作特性都不相同。感知層是實現物聯網全面感知的核心能力，是物聯網中關鍵技術、標準化、產業化方面亟需突破的部分，關鍵在于具備更精確、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、傳感器等具有數據采集功能的各種感知終端構成。網絡層是物聯網的基礎，網絡層主要以廣泛覆蓋的移動通信網絡作為基礎設施，是物聯網中標準化程度最高、產業化能力最強、最成熟的部分，關鍵在于為物聯網應用特征進行優化改造，形成系統感知的網絡［5］。網絡層主要負責傳輸和處理從感知層獲取的原始數據，且對收集到的原始數據進行計算分析和管理等工作。感知層具有數據儲存功能，網絡層具有數據處理和管理功能，但這些功能都要在物聯網的應用層中來完成。應用層是物聯網與行業需求的接口，其主要功能是將處理過的信息完整表達出來，是整個物聯網技術的最終表現。本文研究基于物聯網技術的裝配式建筑信息化監管平臺的核心內容是預制構件的信息化監管，主要使用RFID射頻識別技術以及二維條碼，在感知層中布置，通過手持設備進行識別讀取目標物體信息，將識別到的信息上傳至信息化監管平臺進行數據處理。

2基于物聯網技術的裝配式建筑信息化監管平臺

2．1裝配式建筑信息化監管平臺簡介

裝配式建筑信息化監管平臺是以預制構件作為基本管理單元;以物聯網技術作為跟蹤技術手段;以預制構件廠部品部件工業化生產和施工現場安裝為核心;以深化設計成品圖、預制構件廠原材料檢驗、生產過程監理檢驗、構件出廠、構件運輸、構件進場、施工安裝、施工工序監理檢驗驗收等為數據信息輸入節點;以單項工程為數據信息匯總單元的物聯網技術信息化管理系統。基于物聯網技術工作原理，本文研究裝配式建筑信息化監管平臺系統的總體架構(如圖1所示)分為三層:感知層、管理層和應用層:1)感知層。通過預制構件在構件廠工業化生產過程中，將RFID射頻識別標簽或二維碼鑲嵌在預制構件表面，同時寫入部品部件在生產過程中的各項信息，如預制構件深化設計圖、構件編號、構件重量、尺寸等基本信息。隨著項目的推進，倉儲、出廠、運輸、進場、堆場、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)讀寫器采集數據，將采集到的部品部件的信息，按照信息化管理平臺的要求進行上傳，并傳送到不同的數據庫中，以便實現數據信息的儲存和數據處理。2)管理層。管理層是根據平臺系統的功能需求，為平臺系統正常運行提供了保障，為應用層提供支持，為感知層采集的數據儲存、管理提供空間和數據轉換路徑。此部分具體包括數據儲存、數據挖掘、數據分析等信息技術。3)應用層。應用層為系統提供具體的應用軟件或門戶網站，用以滿足裝配式建筑項目深化設計、預制構件生產、預制構件運輸、施工安裝以及裝配式建筑項目政府主管部門等各個參與方的管理需求。本文研究裝配式建筑信息化管理平臺系統應用層包含政府監管行業門戶網站和預制構件物聯網業務支撐系統兩大部分(見圖2)，集行業門戶、市場原材料信息價、標準化部品部件信息價、項目審批、企業認證、深化設計備案、預制構件廠生產、施工安裝、竣工驗收、工程監控以及大數據分析等功能于一體。通過裝配式建筑信息化監管平臺實現行業動向、項目的在線審批以及動態監管等信息化管理目標。監管部門行業門戶網站由裝配式建筑管理辦公室主導，既是一個行業信息平臺，又是一個行業內裝配式建筑項目參與單位的互動平臺。主要目標是建設良好的裝配式建筑產業生態環境，促進產業鏈內各個企業良性發展，創造行業內企業間公平競爭環境。行業門戶網站設置行業動態、裝配式構件信息價更新、轄區市場內裝配式建筑用金屬件等材料的產品庫以及轄區內裝配式建筑項目審批等級入口等功能欄。其中，監管部門將獨立設置大數據分析和系統內在建項目的動態監控等欄目，供監管部門針對轄區內裝配式建筑項目進行可視化的管控。業務支撐系統包括裝配式建筑項目過程中的準備環節、設計環節、預制構件生產環節、預制構件交付環節、施工安裝環節和驗收環節6個過程管理環節。

2．2裝配式建筑信息化監管平臺的業務流程分析

結合平臺系統功能結構以及項目調研，裝配式建筑信息化管理平臺根據項目參與角色在本項目中的參與程度以及需要配合支持的工作劃分為:企業認證模塊、深化設計管理模塊、預制構件生產管理模塊、施工安裝管理模塊和竣工驗收管理模塊共計5個模塊(見圖3)。劃分模塊后便于數據信息的整理、歸檔和質量追溯時的查閱。1)企業認證模塊。在裝配式建筑項目審批立項通過以后，平臺內生成目標項目編號。裝配式建筑項目各參與方:建設方、設計方、生產方、施工方和監理方首先需要在平臺中提出各自的認證申請，經政府主管部門審批合格后，方可進入系統。申請合格之后，系統會向各參與方分配平臺登錄使用的賬號和密碼。對于認證合格的企業，政府主管部門發放生產許可，根據生產企業申請，由主管部門向其發放RFID讀寫器和RFID芯片。2)深化設計模塊。深化設計人員結合BIM技術對PC單體項目建模、拆分、碰撞檢查、深化設計出圖和裝配式建筑吊裝施工模擬等一系列工作，最后將深化設計成果(圖紙+BIM模型)上傳至信息化管理平臺數據庫，供預制構件單位下載使用。3)預制構件生產單位管理模塊。預制構件生產過程中需要采集的數據信息有預制構件深化設計圖、BIM模型數據、部品部件編號(唯一編號)、隱蔽工程檢查記錄文檔或圖片、使用的金屬鍵(數量、規格、品牌)、部品部件原材料合格證、審查過程中的圖片資料、部品部件生產時間、完成時間、檢驗人員信息以及預制構件入庫時間。上述需要采集的信息都將寫入RFID標簽，且RFID擁有唯一ID編碼，這樣每一個預制構件都有屬于自己的“身份證”，將在BIM模型中一一對應，為后續施工安裝中構件快速定位提供了便利條件，更為預制構件質量追溯提供了有力證據。4)施工安裝管理模塊。該模塊主要為預制構件從構件出廠后到施工安裝完畢之間的各個環節的過程信息記錄提供保障。其保證了預制構件運輸過程、預制構件進場、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:預制構件運輸過程記錄、預制構件進場驗收、監理驗收、預制構件定位、節點裝配記錄和監理驗收。該階段主要采集數據為:預制構件進場驗收單、預制構件吊裝定位圖片、套筒灌漿視頻影像記錄等內容。然后，施工模擬BIM模型上傳至信息化管理平臺，供建設單位或總包單位查看項目的施工進度，對項目進度進行有效把控。5)竣工驗收管理模塊。該模塊主要是匯總驗收時所需要的各種資料，形成裝配式建筑項目工程檔案，并且保證竣工驗收過程符合相關法規規定。該模塊資料收集形式為web端上傳，主要包括分項驗收和竣工驗收。上傳資料為項目全過程中產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主要是依據項目建造過程信息化管理的思想，通過運用物聯網技術，以及后期BIM技術的擴展引用，以預制構件工業化生產為主線對裝配式建筑建造過程進行集成信息化管理。該管理平臺的功能主要包括預制構件的生產數據收集、預制構件出廠交付信息收集、施工安裝信息收集處理以及平臺內設計數據的共享等，這些功能將為項目內不同參與方提供建筑信息管理服務，以及為監管部門提供信息整合、調配等服務。信息化管理平臺核心工作就是處理裝配式建筑全過程內的管理數據，通過信息化管理平臺打通項目參與各方的交互壁壘，使得操作現場產生的巨大的信息數據得以及時處理，進而加快施工進度。

3基于物聯網技術的裝配式建筑信息化管理平臺的意義

在建筑業信息化的背景下，對基于物聯網技術的裝配式建筑信息化管理平臺進行研究，其具體意義:1)提升全產業鏈信息交流能力。借助管理平臺，打通上下游企業的信息交互，通過統一的平臺了解各環節進度，并實現信息實時更新，從而提升預制構件生產調度能力。2)加快推進預制混凝土構件標準化、通用化。通過裝配式建筑信息化平臺的應用，可以規范預制構件的編碼規則，統一生成產品編碼，并推進構件標準化、通用化。建立具有通用性、兼容性、開放性特點的裝配式建筑部品部件庫，供全產業鏈共享。3)促進建筑業管理模式升級。通過裝配式建筑信息化平臺，緊密連接上下游企業，可進一步通過BIM等信息化技術手段搭建裝配式建筑各個環節中的信息交互平臺，實現裝配式建筑全產業鏈中各種信息平臺的支持，從點到面探索推廣信息化技術在建筑工業化管理中的應用，實現建筑業信息化管理模式轉型升級。4)強化監管能力。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，有利于強化監管能力，為各級主管部門與企業生產運營提供數據支撐，促進裝配式建筑健康可持續發展。5)實現質量管理可追溯。對部品部件全生命周期的信息采集，將在建筑實體的建造過程中實現之間監督、監控，且有效保存全過程中產生的數據信息，實現質量追溯。

4結語

隨著建筑工業化和產業化進程的深入，預制裝配式建筑在國家政策的大力支持下飛速發展。預制裝配式混凝土結構(PC)預制構件是裝配整體式混凝土結構的基本組成單位，是裝配式建筑項目管理工作中的基本單元。對于以預制構件為單位，基于物聯網技術的裝配式建筑信息化監管平臺的推廣應用，有利于強化監管能力，為各級主管部門與企業生產運營提供數據支撐，提高企業經營管理效率、降低成本，提升裝配式建筑工程質量安全水平，有利于解決當前裝配式建筑行業信息不對稱、信息孤島和政府監管難度大等障礙，促進裝配式建筑健康可持續發展。

參考文獻:

［1］中共中央國務院．綠色建筑行動方案［Z］．2013．

［2］周翔宇．裝配式建筑監管現狀和發展對策［J］．建筑技藝，2017(10):124-125．

［3］賈益剛．物聯網技術在環境監測和預警中的應用研究［J］．上海建設科技，2010(6):65-67．

［4］陳馨，王一秋．物聯網技術和運營初探［J］．電信技術，2010(8):37-39．

［5］王俊姝．物聯網技術構成與關鍵技術分析［J］．信息技術，2015(5):54．

作者：田曉坤 單位：河南理工大學土木工程學院