BIM及信息化技術(shù)在鋁合金模板體系應(yīng)用研究

王 寧

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100040)

1 前言

鋁合金模板以其重量輕、施工精度高、施工周期短、澆筑一次成型、美觀整潔、無(wú)建筑垃圾等諸多優(yōu)勢(shì)得到了建筑業(yè)界廣泛推崇。但由于鋁合金模板產(chǎn)品工藝復(fù)雜性，從鋁錠、鋁水、鋁棒、擠壓鋁型材，到鋁合金模板成型，再到現(xiàn)場(chǎng)施工，最后返廠(chǎng)翻新需經(jīng)多道程序才能實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)應(yīng)用。由于鋁合金模板體系鏈條較多，全壽命周期缺乏統(tǒng)一管理，設(shè)計(jì)、加工生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用、返廠(chǎng)各階段結(jié)合不夠緊密，存在各種問(wèn)題。如鋁合金模板前期設(shè)計(jì)不足易造施工效率低、質(zhì)量缺陷、模板資源浪費(fèi)等；生產(chǎn)加工精度不夠直接會(huì)影響結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量，模板周轉(zhuǎn)次數(shù)、搭建方式等均降低了鋁合金模板優(yōu)越性。本文基于BIM及信息化技術(shù)對(duì)鋁合金模板進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，通過(guò)BIM、信息化、RFID無(wú)線(xiàn)識(shí)別、模板識(shí)別、VR及MR等方面技術(shù)應(yīng)用，使模板體系實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、可視化管理[1-3]。

2 鋁合金模板體系各階段存在的問(wèn)題

2.1 設(shè)計(jì)配模階段

目前鋁合金模板設(shè)計(jì)面臨的復(fù)雜情況有結(jié)構(gòu)截面變化多、構(gòu)件尺寸變化大、異型節(jié)點(diǎn)較多、水電預(yù)留洞口每層布置不一等。設(shè)計(jì)配模階段施工單位需會(huì)同結(jié)構(gòu)、建筑、門(mén)窗、機(jī)電、通風(fēng)、精裝、欄桿、燃?xì)?、弱電、消防、防雷、電梯、鋁模生產(chǎn)廠(chǎng)家等多個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行策劃溝通。由于前期鋁模需求方與鋁模供應(yīng)方大多通過(guò)圖紙會(huì)審、會(huì)議交流等方式進(jìn)行設(shè)計(jì)確認(rèn)，且雙方對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋁模設(shè)計(jì)了解深度不同，對(duì)優(yōu)化、提升點(diǎn)認(rèn)知不一，制約了鋁合金模板優(yōu)越性，后期會(huì)產(chǎn)生大量設(shè)計(jì)、使用問(wèn)題。同時(shí)由于時(shí)間及條件限制，鋁合金模板生產(chǎn)單位庫(kù)存數(shù)據(jù)與配模方案脫節(jié)，設(shè)計(jì)人員無(wú)法對(duì)工廠(chǎng)庫(kù)存模板進(jìn)行選擇，導(dǎo)致部分不常用標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件長(zhǎng)期呆滯[4-6]。

2.2 生產(chǎn)加工階段

鋁合金模板生產(chǎn)加工包含計(jì)劃排產(chǎn)、平庫(kù)、拋丸、鋸切、沖壓、焊接、整形、噴涂等環(huán)節(jié)。首先通過(guò)計(jì)劃排產(chǎn)生成生產(chǎn)任務(wù)單，所有工序根據(jù)任務(wù)單上的信息進(jìn)行作業(yè)，各工序生產(chǎn)進(jìn)度及物料流轉(zhuǎn)無(wú)法及時(shí)掌控，出現(xiàn)異常情況無(wú)法及時(shí)預(yù)警，項(xiàng)目交期得不到保障[7-9]。

2.3 出入庫(kù)階段

出庫(kù)前需進(jìn)行鋁合金模板預(yù)拼裝，其設(shè)計(jì)、加工各環(huán)節(jié)依然會(huì)由于人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素導(dǎo)致一系列誤差。鋁合金模板生產(chǎn)加工單位涉及的平庫(kù)入庫(kù)環(huán)節(jié)均通過(guò)紙質(zhì)單據(jù)流轉(zhuǎn)，平庫(kù)時(shí)通過(guò)生產(chǎn)任務(wù)單物料信息進(jìn)行人工找板，操作過(guò)程易造成規(guī)格與實(shí)物不符、倉(cāng)庫(kù)物料混亂等問(wèn)題。模板入庫(kù)時(shí)采取人工抄單、計(jì)數(shù)，在出入庫(kù)作業(yè)完成后由賬務(wù)員根據(jù)紙質(zhì)單據(jù)將模板出入庫(kù)信息錄入電子臺(tái)賬，此過(guò)程需消耗大量的人力物力，同時(shí)還難以保證賬實(shí)相符。鋁合金模板盤(pán)點(diǎn)時(shí)實(shí)際庫(kù)存與盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)不一致概率高，資產(chǎn)安全隱患較大。

2.4 施工及返廠(chǎng)階段

施工初期，由于施工人員不熟悉，鋁合金模板現(xiàn)場(chǎng)安裝易出錯(cuò)。施工階段出現(xiàn)問(wèn)題后，由于鋁合金模板體系多工序環(huán)節(jié)，問(wèn)題反饋、權(quán)責(zé)劃分較為困難，整個(gè)體系得不到有效的循環(huán)改進(jìn)提升。另外，鋁模板周轉(zhuǎn)次數(shù)多、周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，在漫長(zhǎng)的周轉(zhuǎn)使用過(guò)程中存在一定程度損毀，無(wú)有效辦法追蹤每塊板的周轉(zhuǎn)去向，不能做到精準(zhǔn)掌控資產(chǎn)量。模板的流轉(zhuǎn)牽扯到供應(yīng)工廠(chǎng)、物流運(yùn)輸、項(xiàng)目方、勞務(wù)方等多家單位，出廠(chǎng)后的模板經(jīng)常出現(xiàn)丟失現(xiàn)象，發(fā)貨和返廠(chǎng)物資無(wú)法平衡，造成極大的成本損失[10-12]。

為解決現(xiàn)有管理方式的弊端，本文應(yīng)用BIM及信息化技術(shù)來(lái)解決上述問(wèn)題。

3 BIM及信息化技術(shù)在鋁合金模板體系應(yīng)用

3.1 三維建模及MR技術(shù)應(yīng)用

設(shè)計(jì)配模階段，配模設(shè)計(jì)人員需通過(guò)PKPM、SolidWorks、Revit、神機(jī)妙算等BIM三維建模軟件，依據(jù)配模規(guī)則及鋁模深化圖紙進(jìn)行配模，并結(jié)合庫(kù)存情況，全方位考慮。深化設(shè)計(jì)需充分考慮外墻線(xiàn)條細(xì)部作法，滴水線(xiàn)、找坡要求，確保一次成型，減少后期返工。轉(zhuǎn)換層、局部變化部位采用鋁木、鋁塑等材料相結(jié)合的方式，減少成本投入，主體結(jié)構(gòu)及二次砌筑預(yù)留深化效果示例見(jiàn)圖1。將模型與虛擬混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，導(dǎo)入MR眼鏡中，通過(guò)對(duì)預(yù)拼裝進(jìn)行三維模擬，降低設(shè)計(jì)階段錯(cuò)誤率。

在施工階段，通過(guò)MR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將鋁合金模板模型導(dǎo)入MR眼鏡中，實(shí)現(xiàn)沉浸式三維全空間可視化交底及節(jié)點(diǎn)展示，示例見(jiàn)圖2。同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)階段深化建模與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)及圖紙進(jìn)行匹配對(duì)比，可實(shí)現(xiàn)權(quán)責(zé)劃分，減少責(zé)任推諉現(xiàn)象。

3.2 無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)來(lái)源于雷達(dá)技術(shù)，通過(guò)在物體表面嵌入RFID芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)物資的定位和全流程管理。將RFID射頻電子芯片與鋁合金模板構(gòu)件進(jìn)行綁定，賦予每塊鋁合金模板唯一的身份標(biāo)簽，并實(shí)現(xiàn)非接觸式信息讀寫(xiě)，形成大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可隨時(shí)隨地對(duì)庫(kù)存模板進(jìn)行篩選和調(diào)取。

3.2.1 RFID在鋁合金模板體系中技術(shù)要求

RFID技術(shù)主要通過(guò)智能芯片、高頻讀寫(xiě)器及高頻發(fā)卡器實(shí)現(xiàn)信息采集功能。鋁合金模板生產(chǎn)需經(jīng)過(guò)拋丸、噴涂工序，拋丸是將模板送入設(shè)備，使用1.0～1.4 mm鋼丸進(jìn)行反復(fù)沖擊，將模板表面附著物清理干凈，故芯片與模板連接部位及芯片本身的抗沖擊要求較高；噴涂作業(yè)需對(duì)模板進(jìn)行200℃ ～230℃高溫固化20 min以上，芯片裝載材料需選取耐高溫材料。

芯片防水性、金屬屏蔽性要求較高。鋁合金模板施工環(huán)境惡劣，太陽(yáng)暴曬及雨雪天氣無(wú)法避免，芯片附著在模板表面必然要求其防水性好。在識(shí)別過(guò)程中可能出現(xiàn)金屬干擾或屏蔽導(dǎo)致無(wú)法讀數(shù)、讀數(shù)不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

芯片與模板連接主要有焊接、螺栓連接和膠粘等方式，其耐高溫、耐沖擊、防水、防屏蔽等要求均需同時(shí)滿(mǎn)足，芯片設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

3.2.2 RFID實(shí)現(xiàn)功能

引入RFID芯片是為保證鋁合金模板全生命周期的管理，芯片信息應(yīng)包括:資產(chǎn)編號(hào)、模板類(lèi)別、模板名稱(chēng)、規(guī)格型號(hào)、模板面積、生產(chǎn)廠(chǎng)家、生產(chǎn)日期、登記日期、當(dāng)前狀態(tài)、當(dāng)前位置、周轉(zhuǎn)次數(shù)等，掃描信息如表1所示。

表1 芯片顯示模板數(shù)據(jù)示例

3.2.3 出入庫(kù)登記

鋁合金模板出入庫(kù)時(shí)通過(guò)專(zhuān)用讀寫(xiě)器對(duì)RFID智能芯片進(jìn)行掃描(見(jiàn)圖4)，掃描結(jié)果通過(guò)基于RFID無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)的智能物資管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)，并與后臺(tái)同步共享。出入庫(kù)物資在賬面進(jìn)行自動(dòng)添加與扣減，該功能可有效降低人為錯(cuò)誤，減少抄單、錄單、人工測(cè)量等作業(yè)環(huán)節(jié)。由于鋁合金模板體量大，使用手持讀寫(xiě)器掃描勞動(dòng)量較大，可對(duì)掃描作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃，掃描結(jié)果同步傳遞至移動(dòng)或PC終端，進(jìn)而降低人工成本，提升作業(yè)效率。

3.2.4 數(shù)據(jù)可視化

掃描識(shí)別信息通過(guò)后臺(tái)存儲(chǔ)后可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化管理，包括倉(cāng)儲(chǔ)物資、在制物資、在租物資等。該功能在設(shè)計(jì)配模階段可以讓設(shè)計(jì)師隨時(shí)監(jiān)控工廠(chǎng)內(nèi)資產(chǎn)庫(kù)存結(jié)構(gòu)，便于呆滯物資消耗。在模板返廠(chǎng)階段可與項(xiàng)目核對(duì)返廠(chǎng)數(shù)量，避免物料在現(xiàn)場(chǎng)丟失，造成成本損失。返廠(chǎng)改制模板，芯片對(duì)應(yīng)信息可擦寫(xiě)，對(duì)應(yīng)規(guī)格在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行更新。

3.3 信息化系統(tǒng)ERP線(xiàn)上管理開(kāi)發(fā)

信息化系統(tǒng)ERP是整合了企業(yè)管理理念、業(yè)務(wù)流程、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人物力、計(jì)算軟硬件于一身的綜合數(shù)字化管理平臺(tái)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與管理思想的融合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)人、財(cái)、物、信息、時(shí)間、空間等管理體系所需資源進(jìn)行綜合平衡和優(yōu)化管理，協(xié)調(diào)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品全壽命周期進(jìn)行高效管理，進(jìn)而提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

ERP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)旨在打造企業(yè)鋁模項(xiàng)目管理的一體化平臺(tái)，是為了促進(jìn)鋁合金模板從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工、發(fā)貨、施工、資產(chǎn)返廠(chǎng)翻新等鋁合金模板體系全周期各個(gè)環(huán)節(jié)的信息流通，消除企業(yè)內(nèi)部信息孤島，增強(qiáng)各環(huán)節(jié)信息流轉(zhuǎn)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，解決項(xiàng)目過(guò)程物料流失的安全隱患問(wèn)題，提高計(jì)劃調(diào)度的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件等IT技術(shù)為依托，通過(guò)手持終端及PC終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，實(shí)現(xiàn)鋁模板體系信息化協(xié)同管理，提高管理效率[13]。

3.3.2 功能板塊

系統(tǒng)涉及業(yè)務(wù)覆蓋項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)管理、生產(chǎn)管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理等多個(gè)模塊，各大板塊相互關(guān)聯(lián)，集信息上傳、業(yè)務(wù)審批、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析為一體，為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理提供有效保障。

3.3.3 項(xiàng)目管理板塊

項(xiàng)目管理板塊集訂單狀態(tài)、合同狀態(tài)、客戶(hù)信息、項(xiàng)目信息、訂單分配、訂單下發(fā)、計(jì)劃建立、進(jìn)度跟蹤、流程監(jiān)控、過(guò)程審批于一身，功能設(shè)計(jì)旨在建立完整的項(xiàng)目管理體系，利用信息系統(tǒng)改善、提高項(xiàng)目管理效率，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息透明，方便各環(huán)節(jié)信息獲取與調(diào)用，保證項(xiàng)目過(guò)程信息的共享和暢通，提升各部門(mén)、工序、環(huán)節(jié)工作聯(lián)動(dòng)性及時(shí)效性。

3.3.4 設(shè)計(jì)管理板塊

設(shè)計(jì)管理板塊主要包括深化對(duì)接、變更確認(rèn)、變更費(fèi)用評(píng)估與確認(rèn)、資料審核、資料傳遞。設(shè)計(jì)管理板塊各層級(jí)環(huán)環(huán)相扣，資料統(tǒng)一管理便于數(shù)據(jù)調(diào)用與問(wèn)題核查，同時(shí)可作為各業(yè)務(wù)板塊結(jié)算依據(jù)，為業(yè)務(wù)結(jié)算提供最直接憑證，解決資料傳遞不準(zhǔn)確性問(wèn)題，避免因過(guò)程信息傳遞、溝通信息錯(cuò)誤造成不必要的時(shí)間成本浪費(fèi)和糾紛，降低客戶(hù)滿(mǎn)意度。

3.3.5 生產(chǎn)管理板塊

生產(chǎn)管理板塊主要包含訂單接收、計(jì)劃排產(chǎn)、資產(chǎn)平庫(kù)、改制等功能，審批流貫穿整個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)既定的計(jì)算機(jī)邏輯語(yǔ)言代替人工，調(diào)用倉(cāng)儲(chǔ)物資進(jìn)行平庫(kù)、改制等工作，可提高工作效率2倍以上，并能保證數(shù)據(jù)方案準(zhǔn)確性，有效減少了資產(chǎn)浪費(fèi)與流失，實(shí)現(xiàn)智能高效管理，達(dá)到降本增效效果。

3.3.6 倉(cāng)儲(chǔ)管理板塊

系統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理板塊集庫(kù)位劃分、采購(gòu)入庫(kù)、領(lǐng)用出庫(kù)、資產(chǎn)調(diào)撥于一身，出入庫(kù)管理采用基本算法結(jié)合原始BOM清單自動(dòng)累加扣減，所有出入庫(kù)均有痕跡，且能實(shí)時(shí)體現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)，對(duì)資產(chǎn)保有量、各類(lèi)型模板分布進(jìn)行大數(shù)據(jù)提取，清晰直觀，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，有效規(guī)避因人工資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)人員疏忽造成數(shù)據(jù)失準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)相對(duì)人工資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)可大幅節(jié)約人力、物力的占用。通過(guò)信息化、云計(jì)算管理可以為方案設(shè)計(jì)、體系優(yōu)化決策提供重要支持。

3.3.7 統(tǒng)計(jì)報(bào)表

在各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)過(guò)程中，給定特定的邏輯，對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抓取、分析，將實(shí)際項(xiàng)目信息、生產(chǎn)進(jìn)度、資產(chǎn)分布情況、交期預(yù)警等信息歸集到主界面，形成實(shí)時(shí)更新的管理看板。在該共享界面能實(shí)時(shí)展現(xiàn)需求信息，避免過(guò)程數(shù)據(jù)交叉、信息傳遞遺漏等問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于BIM及信息化技術(shù)對(duì)鋁合金模板體系進(jìn)行研究，應(yīng)用BIM、RFID無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)、定位、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化信息技術(shù)系統(tǒng)，為每個(gè)設(shè)備或資產(chǎn)賦予獨(dú)一無(wú)二的電子身份標(biāo)簽，利用5G、網(wǎng)絡(luò)等信息化手段，實(shí)現(xiàn)鋁合金模板體系全壽命周期高效跟蹤管理，達(dá)到大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)品迭代優(yōu)化等目的，在降本增效的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理運(yùn)營(yíng)，提升鋁合金模板的優(yōu)越性，使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、使用各環(huán)節(jié)合理化，達(dá)到綠色建造、智慧建造的效果。在當(dāng)前新常態(tài)發(fā)展背景之下，智能化、數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化必將成為企業(yè)變革的重點(diǎn)方向。