基于BIM与RFID技术的门窗安装智能管理

大型工业民用建筑因建造体量庞大，施工环节复杂，各专业交叉工作增加了对材料管理和施工质量控制的难度。作为建筑物的最基本单元，门窗构件制造和安装质量对建筑的整体质量有重要影响，也影响着建筑的使用功能。

在大型工业民用建筑中，由于现场门窗数量和种类繁多，增加了对门窗构件的管理难度。因此有必要建立高效的门窗加工、安装质量管理体系，结合信息管理技术，将门窗信息进行可视化，指导工厂加工和现场安装，在生产、安装全过程中实现对每个门窗质量管理的智能化，以提高门窗的管理精度，提高安装效率。

BIM技术是一种在建筑施工阶段发挥着不容忽视作用的信息传递和处理方法。通过BIM技术自身的特点可实现建筑信息共享和各专业的协同工作，辅助参与人员加深对项目建设的理解，提高建筑施工的精度和效率。

目前，BIM技术具有可视化等特点，因此在建筑施工过程中应用BIM技术越来越受到专家学者的关注。基于RFID技术对射频信号的发射和接收，通过空间非接触方式即可完成信息交互，从而实现对构件的智能远程操控管理，该技术还具有透射性强、不易受外界影响、环境适应性强、可远距离读写、外形多样、数据存储容量大和寿命长等优点。

近年来，相关学者研究BIM与RFID技术的结合。王红春等基于BIM-RFID技术搭建了装配式建筑供应链信息共享平台，为装配式建筑的利益各方协调问题提供了借鉴。曹新颖等针对预制构件质量管理难度大等问题，将BIM-RFID技术引入构件生产，实现了构件生产过程中信息交流的精确性和构件追踪管理的高效性，同时为装配式建筑构件生产质量管理体系的建立提供参考。董娜等在分析当前施工安全管理的现状基础上，将BIM-RFID技术引入施工现场安全预警，为施工安全管理研究提供借鉴与参考。

目前将BIM-RFID技术应用于装配式建筑的研究较多，然而对门窗安装过程中融合BIM与RFID技术的研究较少。提出BIM与RFID技术融合驱动的门窗安装方法，基于BIM集成门窗的基本信息和安装信息，通过门窗信息集成化、信息采集智能化、识别精确化、定位可视化来实现门窗的可视化过程管理。

1　BIM与RFID技术的融合

1.1　融合机理

BIM技术是一种在建筑施工阶段进行信息传递和处理的方法，该技术可实现建筑信息共享，各专业协同工作，辅助参与人员加深对项目建设的理解，提高建筑施工的精度和效率。

在门窗安装过程中，使用BIM技术进行模型创建，明确门窗的详细信息，制作门窗安装的施工动画，为现场安装管理提供依据。

RFID技术即无线射频技术，由读写器和RFID标签组成，用于信息采集，是一种非接触式的识别技术。其中，RFID标签性能稳定可储存多种信息且由其储存BIM创建的门窗信息。

读写器可自动识别电子标签上的信息，指导现场的门窗安装。由读写器识别的信息可及时反馈到BIM模型进行实时更改，进行门窗信息的实时动态管理。

BIM与RFID技术的融合机理如图1所示。

图1　BIM与RFID技术融合机理

1.2　应用价值

根据门窗安装过程中BIM与RFID技术的融合机理，得出基于BIM与RFID技术的门窗智能安装方法具有信息集成与查询功能 。

2　基于BIM与RFID技术的门窗安装系统功能需求分析

2.1  基本信息

在门窗安装系统中，门窗信息包括门窗的基本属性信息和安装过程中的安装信息。由两方面的信息实现安装过程的智能化施工和高精度管理。

基本属性信息包括门窗型号、尺寸、位置及使用功能等，基本属性信息基于门窗的个体生产，可在BIM模型建立后确定，具有单独个体性。

门窗的基本属性以台卡的形式存在，并写入设备的RFID电子标签内，附着在门窗上，方便现场管理者随时查阅更新。门窗的基本属性信息的表示如图2所示。

图2　门窗基本属性信息

2.2　安装信息

门窗的安装信息在其全生命周期中是不断更新的，也是门窗管理的工作重点。在安装阶段，从门窗运输进场到最终安装成形的环节主要包括门窗的安装工艺、预警提醒，质量控制等方面的信息。

门窗安装过程的信息管理，由BIM创建的模型生成的安装动画附着于RFID标签上，由读写器进行读取，指导现场施工。

与此同时，将读取的门窗信息反馈到BIM模型，实现对门窗的实时动态管理。

3　门窗的智能安装

通过分析BIM与RFID技术的融合机理和应用价值，基于门窗安装的基本属性信息和安装信息的管理提出BIM与RFID技术融合驱动的门窗安装方法，其主要步骤包括模型创建、信息读取、门窗管理，旨在提高门窗安装的智能化和管理的精细化，智能安装流程（图3）。

图3　门窗智能安装流程

3.1　创建模型

模型的创建是门窗智能安装的基础，在设计阶段由Revit进行模型创建。由此建立的BIM模型包含门窗的精准位置、尺寸、型号等参数。

门窗加工时利用BIM模型进行技术交底，将模型信息导入电子标签；在门窗安装过程中，管理由读写器进行信息提取，明确各门窗的信息，有利于施工现场管理的高效、智能化管理。模型中的门窗信息可使门窗加工精准，门窗到场后可合理规划其堆放位置。

由BIM模型导入Navisworks可对安装全过程进行动画模拟，在Navisworks中设置时间节点做整体把控安装进度。由动画制作对复杂节点进行可视化呈现降低施工难度。在做动态模拟时还可标识安装过程中易破损的位置，提高安装精度。

3.2　读取信息

在完成模型建立和动画制作后，将模型信息和安装动画制作成电子标签对门窗生产进行技术交底，可保证门窗的生产成品与设计要求的一致性，提高门窗加工精度。

门窗进场后，由读写器直接提取电子标签的信息智能化地指导现场的管理和安装。门窗堆放在规定区域，由信息阅读器自动识别门窗信息，由读写器自动提取门窗的各类信息，将门窗按安装位置归类堆放，可节省现场管理时间。

在读取门窗信息时，提取门窗位置、尺寸等参数，有助于提高门窗安装效率。

3.3　门窗管理

门窗安装过程中，由BIM与RFID技术结合，呈现门窗的基本属性信息和安装信息，对门窗的进场堆放合理规划。将门窗安装的关键施工工艺以动画的形式进行技术交底。将门窗的安装过程，特别是可视化呈现复杂节点的施工工艺，指导施工安装，降低安装难度。

在分析安装动画的同时还可及时捕捉安装过程中的安全风险和质量控制要点，实现对安装过程的智能化管理。

在由RFID技术拾取现场门窗信息的同时，将门窗实时信息导入BIM模型，对门窗模型进行修正，实现对门窗的实时动态管理。

4　工程案例

北支江水上运动中心场馆分为12个区，涉及的房间众多，对门窗的数量和种类要求多样，增加了门窗安装管理的难度。

4.1　门窗安装难点

（1）门窗数量、种类众多，本项目按施工段分12个区域，每个区域的功能各异，涉及房间多，所需门窗种类和数量大，增加了现场门窗管理难度。

（2）场馆质量要求高，门窗质量控制严格。本项目为亚运会重点工程，提高了对现场门窗安装质量的控制标准。

（3）工期紧张，门窗安装智能化程度要求高。门窗安装处于装饰装修阶段，工期紧，门窗安装过程需利用智能化建造技术确保安装进度。

4.2　门窗智能安装

4.2.1　安装信息整理

在设计阶段建立详细的BIM模型，标注门窗基本属性信息，同时将BIM模型导入Navisworks中制作门窗安装动画。将由BIM形成的门窗基本属性信息和安装信息附着于RFID电子标签，以方便安装时对门窗的管理。门窗的BIM信息如图4所示。

（b）

图4　门窗的BIM信息

（a）门窗的参数（计算机截图）；（b）门窗的空间位置示意

4.2.2　安装指导

门窗安装过程中由读写器拾取RFID电子标签上的信息，指导安装过程。在读取时可直接获取门窗位置、尺寸等基本信息，方便对门窗的现场管理。对复杂的安装工艺可通过获取安装动画对施工进行可视化技术交底，以降低施工难度。基于RFID技术门窗安装如图5所示。

（b）

图5　基于RFID门窗安装

（a）门窗安装动画（计算机截图）；（b）门窗现场安装

此外，还可将读取的门窗信息反馈到BIM模型中，对设计模型进行修正，以实现对门窗的实时动态管理。

5　结束语

北支江水上运动中心均在门窗施工过程中，针对安装智能化程度低和管理粗放问题，根据BIM技术实现建筑信息共享，各专业的协同工作的特点及RFID

技术可用于信息采集的优势，采用BIM与RFID技术融合驱动的门窗安装方法，实现了智能化安装和精细化管理，应用体会如下。

（1）BIM与RFID技术的融合可以实现虚拟模型与现实安装的相互反馈。

（2）门窗安装过程中主要包含基本属性信息和安装信息2方面的信息，对两者进行智能化管理是实现门窗安装高效率的基础。

（3）在BIM与RFID技术融合驱动门窗过程包括模型的创建、信息的提取和现场的指导3个步骤。

（4）通过应用BIM与RFID技术融合驱动的门窗安装方法可大幅提高施工的智能化和管理的精细的程度。