物联网技术下的建筑信息化监管平台

摘要:为解决装配式建筑工程质量监管的信息化问题，充分利用物联网技术，简要分析了基于物联网技术的装配式建筑信息化监管平台的基本内容以及平台系统基本架构，并对其业务流程进行简要概述，该平台的推广应用，将有利于强化监管能力，提升装配式建筑工程质量安全水平，实现质量追溯，促进装配式建筑健康可持续发展。

关键词:信息化，装配式建筑，监管平台

引言

建筑产业化和建筑业信息化是我国建筑业可持续发展的两大组成部分，发展建筑业信息化既符合国家政策，又是行业发展所趋。2013年1月，国务院的《绿色建筑行动方案》明确表明:我国需要发展适合本国国情的建筑体系，发展建筑工业化［1］。装配式建筑就是在此背景下产生的，是建筑工业化不可或缺的重要组成部分。但装配式建筑“系统性”的特点与建设行政管理体制“碎片化”的矛盾是装配式建筑推进过程中的主要障碍［2］。由于装配式建筑的建造方式的特殊性，预制构件的质量监管是装配式建筑监管的核心，一个完整的装配式建筑项目，包含相当体量、种类繁杂的预制构件。但目前建设工程监管部门按照传统的监管模式对装配式建筑进行监管，其监管重点依旧是项目审批等前期工作，而对于关乎建设工程质量安全的建造过程疏于管控，缺乏针对装配式建筑特性的监管体系。由于装配式建筑预制构件生产到竣工验收过程中存在众多监管盲区，如果监管不到位，将会留下安全隐患。针对装配式建筑监管过程中面临的问题，本文拟构建基于物联网技术的装配式建筑信息化监管平台，并对其进行简要分析。

1物联网技术概述

物联网(IoT，InternetofThings)即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通［3］。物联网通常由感知层、网络层和应用层构成，每层的特点及工作特性都不相同。感知层是实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中关键技术、标准化、产业化方面亟需突破的部分，关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本问题［4］。感知层是由二维条码、RFID、传感器等具有数据采集功能的各种感知终端构成。网络层是物联网的基础，网络层主要以广泛覆盖的移动通信网络作为基础设施，是物联网中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分，关键在于为物联网应用特征进行优化改造，形成系统感知的网络［5］。网络层主要负责传输和处理从感知层获取的原始数据，且对收集到的原始数据进行计算分析和管理等工作。感知层具有数据储存功能，网络层具有数据处理和管理功能，但这些功能都要在物联网的应用层中来完成。应用层是物联网与行业需求的接口，其主要功能是将处理过的信息完整表达出来，是整个物联网技术的最终表现。本文研究基于物联网技术的装配式建筑信息化监管平台的核心内容是预制构件的信息化监管，主要使用RFID射频识别技术以及二维条码，在感知层中布置，通过手持设备进行识别读取目标物体信息，将识别到的信息上传至信息化监管平台进行数据处理。

2基于物联网技术的装配式建筑信息化监管平台

2．1装配式建筑信息化监管平台简介

装配式建筑信息化监管平台是以预制构件作为基本管理单元;以物联网技术作为跟踪技术手段;以预制构件厂部品部件工业化生产和施工现场安装为核心;以深化设计成品图、预制构件厂原材料检验、生产过程监理检验、构件出厂、构件运输、构件进场、施工安装、施工工序监理检验验收等为数据信息输入节点;以单项工程为数据信息汇总单元的物联网技术信息化管理系统。基于物联网技术工作原理，本文研究装配式建筑信息化监管平台系统的总体架构(如图1所示)分为三层:感知层、管理层和应用层:1)感知层。通过预制构件在构件厂工业化生产过程中，将RFID射频识别标签或二维码镶嵌在预制构件表面，同时写入部品部件在生产过程中的各项信息，如预制构件深化设计图、构件编号、构件重量、尺寸等基本信息。随着项目的推进，仓储、出厂、运输、进场、堆场、施工安装等信息被依次写入。然后在施工阶段通过手持RFID(二维码)读写器采集数据，将采集到的部品部件的信息，按照信息化管理平台的要求进行上传，并传送到不同的数据库中，以便实现数据信息的储存和数据处理。2)管理层。管理层是根据平台系统的功能需求，为平台系统正常运行提供了保障，为应用层提供支持，为感知层采集的数据储存、管理提供空间和数据转换路径。此部分具体包括数据储存、数据挖掘、数据分析等信息技术。3)应用层。应用层为系统提供具体的应用软件或门户网站，用以满足装配式建筑项目深化设计、预制构件生产、预制构件运输、施工安装以及装配式建筑项目政府主管部门等各个参与方的管理需求。本文研究装配式建筑信息化管理平台系统应用层包含政府监管行业门户网站和预制构件物联网业务支撑系统两大部分(见图2)，集行业门户、市场原材料信息价、标准化部品部件信息价、项目审批、企业认证、深化设计备案、预制构件厂生产、施工安装、竣工验收、工程监控以及大数据分析等功能于一体。通过装配式建筑信息化监管平台实现行业动向、项目的在线审批以及动态监管等信息化管理目标。监管部门行业门户网站由装配式建筑管理办公室主导，既是一个行业信息平台，又是一个行业内装配式建筑项目参与单位的互动平台。主要目标是建设良好的装配式建筑产业生态环境，促进产业链内各个企业良性发展，创造行业内企业间公平竞争环境。行业门户网站设置行业动态、装配式构件信息价更新、辖区市场内装配式建筑用金属件等材料的产品库以及辖区内装配式建筑项目审批等级入口等功能栏。其中，监管部门将独立设置大数据分析和系统内在建项目的动态监控等栏目，供监管部门针对辖区内装配式建筑项目进行可视化的管控。业务支撑系统包括装配式建筑项目过程中的准备环节、设计环节、预制构件生产环节、预制构件交付环节、施工安装环节和验收环节6个过程管理环节。

2．2装配式建筑信息化监管平台的业务流程分析

结合平台系统功能结构以及项目调研，装配式建筑信息化管理平台根据项目参与角色在本项目中的参与程度以及需要配合支持的工作划分为:企业认证模块、深化设计管理模块、预制构件生产管理模块、施工安装管理模块和竣工验收管理模块共计5个模块(见图3)。划分模块后便于数据信息的整理、归档和质量追溯时的查阅。1)企业认证模块。在装配式建筑项目审批立项通过以后，平台内生成目标项目编号。装配式建筑项目各参与方:建设方、设计方、生产方、施工方和监理方首先需要在平台中提出各自的认证申请，经政府主管部门审批合格后，方可进入系统。申请合格之后，系统会向各参与方分配平台登录使用的账号和密码。对于认证合格的企业，政府主管部门发放生产许可，根据生产企业申请，由主管部门向其发放RFID读写器和RFID芯片。2)深化设计模块。深化设计人员结合BIM技术对PC单体项目建模、拆分、碰撞检查、深化设计出图和装配式建筑吊装施工模拟等一系列工作，最后将深化设计成果(图纸+BIM模型)上传至信息化管理平台数据库，供预制构件单位下载使用。3)预制构件生产单位管理模块。预制构件生产过程中需要采集的数据信息有预制构件深化设计图、BIM模型数据、部品部件编号(唯一编号)、隐蔽工程检查记录文档或图片、使用的金属键(数量、规格、品牌)、部品部件原材料合格证、审查过程中的图片资料、部品部件生产时间、完成时间、检验人员信息以及预制构件入库时间。上述需要采集的信息都将写入RFID标签，且RFID拥有唯一ID编码，这样每一个预制构件都有属于自己的“身份证”，将在BIM模型中一一对应，为后续施工安装中构件快速定位提供了便利条件，更为预制构件质量追溯提供了有力证据。4)施工安装管理模块。该模块主要为预制构件从构件出厂后到施工安装完毕之间的各个环节的过程信息记录提供保障。其保证了预制构件运输过程、预制构件进场、堆放以及施工安装过程可查、可控、可追溯。该模块主要功能包括:预制构件运输过程记录、预制构件进场验收、监理验收、预制构件定位、节点装配记录和监理验收。该阶段主要采集数据为:预制构件进场验收单、预制构件吊装定位图片、套筒灌浆视频影像记录等内容。然后，施工模拟BIM模型上传至信息化管理平台，供建设单位或总包单位查看项目的施工进度，对项目进度进行有效把控。5)竣工验收管理模块。该模块主要是汇总验收时所需要的各种资料，形成装配式建筑项目工程档案，并且保证竣工验收过程符合相关法规规定。该模块资料收集形式为web端上传，主要包括分项验收和竣工验收。上传资料为项目全过程中产生的文档资料以及图片影像资料。装配式建筑信息化管理平台主要是依据项目建造过程信息化管理的思想，通过运用物联网技术，以及后期BIM技术的扩展引用，以预制构件工业化生产为主线对装配式建筑建造过程进行集成信息化管理。该管理平台的功能主要包括预制构件的生产数据收集、预制构件出厂交付信息收集、施工安装信息收集处理以及平台内设计数据的共享等，这些功能将为项目内不同参与方提供建筑信息管理服务，以及为监管部门提供信息整合、调配等服务。信息化管理平台核心工作就是处理装配式建筑全过程内的管理数据，通过信息化管理平台打通项目参与各方的交互壁垒，使得操作现场产生的巨大的信息数据得以及时处理，进而加快施工进度。

3基于物联网技术的装配式建筑信息化管理平台的意义

在建筑业信息化的背景下，对基于物联网技术的装配式建筑信息化管理平台进行研究，其具体意义:1)提升全产业链信息交流能力。借助管理平台，打通上下游企业的信息交互，通过统一的平台了解各环节进度，并实现信息实时更新，从而提升预制构件生产调度能力。2)加快推进预制混凝土构件标准化、通用化。通过装配式建筑信息化平台的应用，可以规范预制构件的编码规则，统一生成产品编码，并推进构件标准化、通用化。建立具有通用性、兼容性、开放性特点的装配式建筑部品部件库，供全产业链共享。3)促进建筑业管理模式升级。通过装配式建筑信息化平台，紧密连接上下游企业，可进一步通过BIM等信息化技术手段搭建装配式建筑各个环节中的信息交互平台，实现装配式建筑全产业链中各种信息平台的支持，从点到面探索推广信息化技术在建筑工业化管理中的应用，实现建筑业信息化管理模式转型升级。4)强化监管能力。研究成果将有助于提升装配式建筑在建造过程中的信息化程度，有利于强化监管能力，为各级主管部门与企业生产运营提供数据支撑，促进装配式建筑健康可持续发展。5)实现质量管理可追溯。对部品部件全生命周期的信息采集，将在建筑实体的建造过程中实现之间监督、监控，且有效保存全过程中产生的数据信息，实现质量追溯。

4结语

随着建筑工业化和产业化进程的深入，预制装配式建筑在国家政策的大力支持下飞速发展。预制装配式混凝土结构(PC)预制构件是装配整体式混凝土结构的基本组成单位，是装配式建筑项目管理工作中的基本单元。对于以预制构件为单位，基于物联网技术的装配式建筑信息化监管平台的推广应用，有利于强化监管能力，为各级主管部门与企业生产运营提供数据支撑，提高企业经营管理效率、降低成本，提升装配式建筑工程质量安全水平，有利于解决当前装配式建筑行业信息不对称、信息孤岛和政府监管难度大等障碍，促进装配式建筑健康可持续发展。

参考文献:

［1］中共中央国务院．绿色建筑行动方案［Z］．2013．

［2］周翔宇．装配式建筑监管现状和发展对策［J］．建筑技艺，2017(10):124-125．

［3］贾益刚．物联网技术在环境监测和预警中的应用研究［J］．上海建设科技，2010(6):65-67．

［4］陈馨，王一秋．物联网技术和运营初探［J］．电信技术，2010(8):37-39．

［5］王俊姝．物联网技术构成与关键技术分析［J］．信息技术，2015(5):54．

作者：田晓坤 单位：河南理工大学土木工程学院