基于BIM的混凝土施工全流程智慧管控系统研究与应用

2018-04-04伍小平李鑫奎

建筑施工 2018年12期

伍小平李鑫奎

上海建工集团股份有限公司上海 200080

1 概述

随着互联网、通信技术的快速发展，在国家“互联网＋”行动计划的推动下，以BIM、物联网、云计算等技术为基础，以提高施工现场管控效率和管控质量为目的的“智慧工地”建设应运而生，其主要实现方法是通过信息化和智能化的手段对传统工程建设“人、机、料、法、环”参与要素进行改造，最终实现施工现场管控的智能化。

建筑工程中物料费用一般占到工程造价的60%～70%，采用信息化手段对物料进行精细化管理，不仅对节约物资消耗、避免浪费、降低工程成本具有重要的现实意义，而且对促进工地全面信息化管控意义重大。在建筑工程中，混凝土属于主要的材料。混凝土作为一种连续性材料，相对于离散型材料具有不易计量、材料信息不易共享的特点。因此，需要采用信息化手段改变传统混凝土管控模式，提升混凝土管控的自动化和信息化程度[1-4]。

本文在分析传统混凝土施工全流程管控方法的基础上，采用信息化、云服务、BIM等技术，解决信息的采集与共享问题，实现混凝土施工全流程的“智慧管控”。

2 传统混凝土管控方法

目前混凝土浇筑管控模式：混凝土运输车（搅拌车）从搅拌站发车，由搅拌站提供多联料单给搅拌车司机，随车运输至施工现场。进入施工现场后，搅拌车司机提供一张料单给施工单位材料员，用于施工单位与混凝土供应单位结算；之后搅拌车至汽车泵位置，搅拌车司机提供另一张料单至泵车司机，用于混凝土供应单位与泵车单位结算。现场通过计算料单来统计混凝土浇筑总量及每台泵车浇筑量。现场采用地磅抽检搅拌车的进出质量以校核混凝土方量是否与理论量符合。

传统的管控无法形成信息的共享，各参与方以手中的票据作为管理依据，各方相互独立，各参与单位间信息传递不及时。项目管理者不能实时掌握工程混凝土用量情况，以及混凝土实际用量和理论用量的偏差。同时，由于信息的采集和传输不畅，不能形成质量管理的闭环，对结构施工质量管控不能快速追溯。

针对混凝土材料计量，传统管控采用人工抽检方式，由项目管理人员在众多混凝土运输车辆中随机抽取，进行地磅称重计算混凝土用量。采用人工抽检计量，过多的依靠抽检人员的责任心和工作态度，计量客观性不足，尽管有严厉的惩罚措施，实践中仍然存在相互串通偷盗混凝土材料的现象。

传统混凝土管控以纸质票据为管理依据，以地磅人工抽检作为计量手段，其管控方法和手段还停留在“以人为主”的管控模式上，已不能适应当前施工现场信息化的发展。其缺点主要体现在：

1）管理效率低，混凝土浇筑情况信息反馈不及时、不同步，不利于各相关单位了解现场情况。

2）管理成本高，从进场直至混凝土浇筑完成的过程中，耗费大量人力成本用来收取凭证单并进行统计。

3）可追溯性差，遇到质量问题无法追溯到混凝土浇筑位置。

4）直观性、可视性差。

3 基于BIM的混凝土施工全流程智慧管控系统研究

传统混凝土施工全流程管控的不足，其关键在于信息采集与共享的落后，而当前的信息化技术正是解决这一问题的不二选择。依靠二维码技术或车牌识别技术，使信息自动采集与交接成为可能，其具有无感化和操作方便化的特点。而云服务技术的应用，可以使信息的采集与对接能够及时处理并共享。BIM以三维数字模型为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息，为参与各方提供信息共享和交流平台，有直观、可视化的特点，在建筑行业中具有广泛的应用前景。随着“智慧工地”建设的不断深入，以BIM技术为信息展示平台，以信息化技术为信息采集手段，以云作为处理中枢，为混凝土进行信息化管控提供了便利条件，使混凝土“智慧管控”成为可能。

3.1 全流程图

基于BIM的混凝土施工全流程智慧管控系统主要针对混凝土从搅拌站出站到浇筑完成离开施工现场这一主要过程而研发。打通了混凝土生产数据库与施工现场称重系统数据库，实现了材料出场数据与实际称重数据的无缝对接。集成了车牌识别、无纸化信息导入、云服务、物联网、BIM等技术，实现了混凝土工程施工全流程可视化智慧管控。该系统通过信息化技术手段，使建筑工地—混凝土搅拌站—项目材料管理部门实现信息共享和有机联动，为施工现场提供了智能称重、数据远程传输、现场抽检签收、及时统计分析、三维实时展示等功能。该系统实现了数据的无缝对接，在节省人工成本的同时，大幅提高管理效率和管理效果，堵住了混凝土管理漏洞，实现了混凝土材料的精细化管理。

混凝土全流程智慧管控以搅拌车在不同工况之间的转移为主线，包括：搅拌车出搅拌站→搅拌车进入施工现场（车牌识别）→称重计量（智能称重系统）→搅拌车至泵车位置浇筑（扫描二维码或车牌号码）→空车出场前称重（智能称重系统）→搅拌车出施工现场（车牌识别），每工况形成的信息自动采集，并实时上传数据至“云端数据库”。最后，“云端数据”通过BIM平台在电脑和移动用户端三维可视化展示。

混凝土信息流如图1所示，管控全流程如图2所示。

图1 混凝土信息流

图2 整体流程

3.2 智能称重系统研究

采用人工记录确认、纸质表单传递、人工指挥车辆称量的方式，受工程现场人员庞杂、人员素质参差不齐的影响，使得利用人力实现对于现场物料的全面实时监控变得几乎不可能。当前，国内外也出现了类似的智能物料数据检测管理系统的硬件设备及软件设备。但往往设备搭建复杂、难以重复使用，如需要采用“地感线圈”或开挖基槽等。或是对工程现场使用的现有硬件有改造要求，如采用RFID信息识别卡进行信息识别等。因此，现有设备均不能满足可迁移性及适应性的要求。

智能称重系统在不改变项目现有地磅平台的基础上，增加了自主研发的数据采集、转换接口以及远程传输模块，实现称重数据的远程查看和管理。通过设置车辆识别摄像头或二维码识别装置，实现车辆身份信息识别，通过车辆身份信息调取云端数据获得车辆运输货物信息。通过设置光幕、显示屏等附属设施，实现车辆进出的逻辑判断和车辆指挥。通过后台管理系统将上述子系统数据进行融合，方便可靠地实现车辆无人值守称重、信息远程查看、质量偏差自动报警等功能（图3、图4）。

3.3 搅拌车与泵车（溜槽）的信息对接

图3 自主研发地磅信息采集传输装置

图4 车辆称重后台管理系统

混凝土质量追溯的重点主要为解决混凝土来自何处、运输过程如何、由哪辆泵车浇筑、浇筑在何处等问题。当前大型混凝土搅拌站都实现了加工制备、运输管理的信息化，而现场混凝土浇筑信息的获取仍采用传统人工记录方式，成为制约混凝土全流程质量追溯的关键点。为此，研发了以二维码为混凝土身份ID的信息管理系统。其主要管理过程为：泵车管理员通过与泵车绑定的手持终端，采集搅拌车随车二维码，手持终端识别二维码后通过对应关系，在云端获取搅拌车所载运混凝土信息，泵车管理员校核混凝土信息是否为所浇筑混凝土，如信息正确则将该车混凝土关联至泵车，即该部分混凝土与浇筑泵车和浇筑位置关联。

3.4 搅拌车进出场管控系统

搅拌车进出施工现场时间及在场数量是进行混凝土施工调度和管理的依据。通过在施工现场进出口设置车牌识别系统，获取搅拌车进出门口信息，车牌识别信息通过无线网络传输至云端。当搅拌车进出施工大门时，车牌信息被识别，然后通过网络将车辆进出场时间等信息存入云端数据库，形成搅拌车进出施工现场统计表。通过访问云端数据库，管理人员能够远程实时查看搅拌车进出现场时间以及施工现场内搅拌车蓄车情况，从而使施工现场工作安排更加合理有序（图5）。

图5 车牌识别装置

3.5 BIM系统

当前BIM系统对现浇混凝土的统计和展示一直不尽如人意，基于BIM的混凝土施工全流程智慧管控系统，搅拌车将混凝土材料信息与搅拌车车牌关联，以搅拌车车牌作为材料信息索引ID，在各流程中通过识别搅拌车车牌，实现了混凝土材料信息方便快捷地采集、传递、交互。在BIM系统中建立结构及泵车模型，将泵车模型与相应数据关联，读取储存在云端数据库的车辆称重信息、泵车浇筑信息、搅拌车进出施工现场信息等数据，并将数据在三维模型中同步展示，最终实现基于BIM系统混凝土全流程信息的展示和交互。