NB-IoT技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用方案

劉詩(shī)楠，劉占省，趙玉紅，王文思，趙雪鋒

(北京工業(yè)大學(xué) a.建筑工程學(xué)院；b.信息學(xué)部，北京 100124)

裝配式建筑近年來(lái)在我國(guó)的發(fā)展如火如荼，給建筑業(yè)帶來(lái)了全新的建造模式，從圖1，2可以看出2010—2017年的全球裝配式建筑市場(chǎng)規(guī)模在逐年穩(wěn)步增長(zhǎng)，中國(guó)的裝配式建筑在起步較晚的情況下經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展歷程在2017年的裝配式建筑市場(chǎng)規(guī)模占全球比重的35.1%，其工業(yè)化的工廠構(gòu)件生產(chǎn)、方便快捷的現(xiàn)場(chǎng)安裝以及綠色環(huán)保的作業(yè)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)家大力推廣裝配式建筑的主要因素。

圖1 2010—2017年全球裝配式建筑市場(chǎng)規(guī)模(資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理)

圖2 2017年全球裝配式建筑市場(chǎng)區(qū)域結(jié)構(gòu)(資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理)

隨著裝配式建筑體量的增加，相關(guān)企業(yè)在施工過(guò)程中如何進(jìn)行智慧化的信息管理、如何對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行精確有效的吊裝和安裝以及如何提升施工安裝效率等與智慧管理相關(guān)的需求也愈發(fā)明顯。對(duì)裝配式建筑進(jìn)行信息化的智慧管理和追蹤是國(guó)家政策明確提出的要求，相關(guān)的配套政策也相繼出臺(tái)[1,2]。住建部發(fā)布的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出：開展BIM與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)在施工過(guò)程中的集成應(yīng)用研究，加強(qiáng)信息技術(shù)在裝配式建筑施工管理過(guò)程中的應(yīng)用，增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，建立施工現(xiàn)場(chǎng)管理信息系統(tǒng)，創(chuàng)新施工管理模式和手段。住建部發(fā)布的《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出要大力推廣智能和裝配式建筑，推廣普及智能化應(yīng)用。

21世紀(jì)以來(lái)，二維碼、RFID (Radio Frequency Identification)、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)快速發(fā)展并在建筑工程中廣泛應(yīng)用，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用[3]。在國(guó)外，Masao等[4]開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)滑坡的各種模式；瑞士的Solexperts公司為滿足不同工程的需求，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5]，同是來(lái)自瑞士的徠卡公司開發(fā)的系統(tǒng)可連接各類傳感器，可廣泛應(yīng)用到安全監(jiān)測(cè)工程[6,7]。為解決傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息安全、傳輸距離及容量等方面的缺陷，窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它是低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)(Low Power Wide Area Network，LPWAN)的一種，在2015年9月3GP(第三代合作伙伴計(jì)劃)正式確定NB-IOT標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)并在2016年6月完成[8]，國(guó)家工信部在2017年6月份發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)建設(shè)發(fā)展的通知》，通知強(qiáng)調(diào)了要推廣NB-IoT在細(xì)分領(lǐng)域中的應(yīng)用，通過(guò)試點(diǎn)示范工程逐步擴(kuò)大應(yīng)用行業(yè)和領(lǐng)域范圍，形成規(guī)模化應(yīng)用體系，2017年成為NB-IoT技術(shù)的商用元年?；贜B-IoT技術(shù)的應(yīng)用已有部分學(xué)者進(jìn)行初步嘗試，任小強(qiáng)[9]針對(duì)城市井蓋被盜問(wèn)題提出了一種基于NB-IoT技術(shù)的智能井蓋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市井蓋有效、統(tǒng)一的維護(hù)和管理；何燦隆等[10]研發(fā)了一套基于NB-IoT的溫室溫度智能調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境，Chen等[11]設(shè)計(jì)了一個(gè)包括NB設(shè)備、IOT云平臺(tái)、應(yīng)用服務(wù)器和用戶應(yīng)用程序的系統(tǒng)，為學(xué)術(shù)研究和商業(yè)應(yīng)用提供了一種簡(jiǎn)單的方法。目前NB-IoT技術(shù)大多應(yīng)用在智能抄表、智慧農(nóng)業(yè)、智慧停車等領(lǐng)域，在建筑行業(yè)中應(yīng)用較少，因此基于智慧施工管理理念，利用NB-IoT技術(shù)對(duì)裝配式建筑施工過(guò)程中及時(shí)、精準(zhǔn)地進(jìn)行智能化管理和構(gòu)件定位，從而保障施工質(zhì)量與效率并提升國(guó)家裝配式建筑整體施工管理水平具有重要意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

目前應(yīng)用較為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大多是WiFi、藍(lán)牙、Zigbee等，其本身?yè)碛信渲梅奖憧旖荩踩院头€(wěn)定性高等特點(diǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到建筑工程施工監(jiān)測(cè)中可以有效監(jiān)測(cè)建筑的狀態(tài)變化并作為施工程序的控制信息來(lái)確保建筑施工的順利進(jìn)行[12]。然而建筑的施工過(guò)程是一個(gè)及其復(fù)雜的過(guò)程，建筑本身隨著施工進(jìn)度的推進(jìn)在不斷變化，建筑施工環(huán)境也在不斷變化，因此針對(duì)建筑施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身存在一些無(wú)法避免的弊端，各技術(shù)參數(shù)如表1所示。對(duì)于WiFi技術(shù)，傳輸速度很快，適合傳輸大容量文件，而代價(jià)就是功耗和成本都很高，并且通信距離較短；藍(lán)牙技術(shù)通常用于設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，建立連接時(shí)需要雙方手動(dòng)確認(rèn)，因此安全性較高，成本較低，但通信距離僅有10 m左右，無(wú)法滿足建筑施工場(chǎng)地范圍大的需求；Zigbee最大的特點(diǎn)是自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)上萬(wàn)個(gè)，但同樣傳輸距離較短，因此這類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)均不適合在大范圍、構(gòu)件多的裝配式建筑施工中使用。在工程監(jiān)測(cè)方面目前大多使用RFID技術(shù)[13]，但RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)的信息為預(yù)先錄入的靜態(tài)信息，僅能供管理人員查看固有屬性信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

表1 各物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

預(yù)制構(gòu)件的信息采集具有終端節(jié)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)，并且存在隨施工過(guò)程變化的信息，需要網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、功耗低、成本低的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供支持，近年來(lái)國(guó)際上發(fā)展的一種革命性的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——低功耗廣域網(wǎng)，完美地契合了裝配式建筑施工的應(yīng)用需求，而其中的NB-IoT技術(shù)在2016年9月已正式實(shí)現(xiàn)商用，目前已有多家通信公司對(duì)其進(jìn)行部署，有利于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。

2 NB-IoT技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

2.1 NB-IoT技術(shù)特點(diǎn)

作為低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)的代表性技術(shù)，NB-IoT囊括了LPWAN的所有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，例如覆蓋廣、功耗低、大連接、低成本等[14]，具體技術(shù)特點(diǎn)如表2所示。

表2 NB-IoT技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

通過(guò)表2中的內(nèi)容對(duì)其主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析和闡述：

(1)通訊技術(shù)

NB-IoT采用的是蜂窩技術(shù)，因此可以在原蜂窩式網(wǎng)路設(shè)備上快速部署，相較于LoRa技術(shù)，用戶無(wú)需單獨(dú)組網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用的，只需支付相關(guān)使用費(fèi)便可快速進(jìn)入NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)搭建的時(shí)間和財(cái)力。

(2)頻段及安全性

NB-IoT所處頻段為授權(quán)頻段，有基于成熟的核心網(wǎng)認(rèn)證鑒權(quán)機(jī)制，保證了服務(wù)質(zhì)量，提高了用戶體驗(yàn)。同時(shí)擁有數(shù)據(jù)加密保護(hù)，安全性非常高[15]。

(3)覆蓋范圍

GSM(Global System for Mobile Communication)即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，用于移動(dòng)電話通信，其覆蓋半徑理論上可達(dá)35 km[16]，而NB-IoT的覆蓋范圍能夠達(dá)到GSM的4倍。NB-IoT不僅可以滿足在廣度上的覆蓋需求，還具有深度覆蓋的特點(diǎn)，能覆蓋地下停車場(chǎng)、超市等無(wú)線信號(hào)較弱的地方[17]。

2.2 NB-IoT技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

NB-IoT最大的特點(diǎn)是窄帶即Narrow band，降低了基帶的復(fù)雜度；低功耗的特性使得基于NB-IoT的模組電池使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10年以上；NB-IoT還具有超強(qiáng)的連接能力，一個(gè)小區(qū)內(nèi)可支持5萬(wàn)個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的連接，比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)高出50～100倍的連接數(shù)量，因此在一個(gè)裝配式建筑施工項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)NB-IoT技術(shù)足以滿足覆蓋范圍的問(wèn)題，同時(shí)在裝配式建筑中存在大量預(yù)制構(gòu)件需同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)可以很好地實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能，并且在飽和狀態(tài)下也能保持較低的延時(shí)率，進(jìn)一步提高對(duì)裝配式構(gòu)件的監(jiān)控程度；成本方面，模塊成本平均可降至5 $，終端芯片在批量生產(chǎn)后可低至1 $[18]。

在裝配式建筑中應(yīng)用NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是可以對(duì)裝配式構(gòu)件以及施工情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄和數(shù)據(jù)上傳，通過(guò)利用NB-IoT技術(shù)建立裝配式建筑施工管理系統(tǒng)，搭建預(yù)制構(gòu)件信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成信息化的構(gòu)件管理模式同時(shí)指導(dǎo)工人進(jìn)行吊裝施工。通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，可完成吊裝數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并結(jié)合BIM(Building Information Modeling)技術(shù)將數(shù)據(jù)可視化，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化施工。在硬件方面除以下介紹的主要硬件外，還結(jié)合了RFID標(biāo)簽以及手持設(shè)備來(lái)完善方案對(duì)硬件的需求；在施工中由于引入了NB-IoT技術(shù)，可以更好地對(duì)構(gòu)件進(jìn)行吊裝監(jiān)測(cè)和管理。

3 NB-IoT技術(shù)在裝配式建筑施工管理中的應(yīng)用方案流程

3.1 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 NB-IoT應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

(1)終端節(jié)點(diǎn)：終端節(jié)點(diǎn)用來(lái)實(shí)時(shí)采集預(yù)制構(gòu)件信息，包括NB-IoT主動(dòng)定位傳輸模塊、GPS(Global Positioning System)和QMC5883L雙模定位以及傾角傳感器，通過(guò)空口連接到基站。

(2)基站側(cè)：NB-IoT無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)有兩種部署方式，一種是獨(dú)立部署，可以快速、低成本的搭建網(wǎng)絡(luò)，另一種是利用現(xiàn)有基站通過(guò)Singleran接入方式整體式無(wú)線接入網(wǎng)。

(3)CloT核心網(wǎng)：用于承擔(dān)與終端非接入層交互的功能，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組2M平臺(tái)進(jìn)行分析和處理。

(4)M2M平臺(tái)：NB-IoT的M2M(Machine-To-Machine)平臺(tái)用于接受基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，完成協(xié)議棧適配、大數(shù)據(jù)分析等功能，并將處理好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器中。

(5)第三方應(yīng)用服務(wù)器：應(yīng)用服務(wù)器是NB-IoT采集數(shù)據(jù)的最終匯聚點(diǎn)，可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.2 硬件部署方案

應(yīng)用方案中模塊采用BC95模塊，如圖4所示，是由上海移遠(yuǎn)通信技術(shù)有限公司(Quectel)研發(fā)的一款高性能、低功耗的NB-IoT無(wú)線通信模塊，搭載Boudica 120芯片，其尺寸僅為23.6 mm×19.9 mm×2.2 mm，該模塊尺寸小巧、功耗超低且工作范圍廣，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇，其中芯片采用華為Boudica 120芯片，如圖5所示。同時(shí)模塊上裝有GPS定位模塊，并連接QMC5883L傳感器，用以輔助GPS系統(tǒng)定位，如圖6所示。

圖4 BC95模塊/mm圖5 Boudica120芯片

圖6 QMC5883L傳感器

高度集成上述三個(gè)主要硬件配以必要電子元件同時(shí)接入傾角傳感器完成基于NB-IoT技術(shù)的集成NB-IoT模組的定制，完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)的部署，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、高精度的定位導(dǎo)航以及預(yù)制墻板垂直度的監(jiān)測(cè)，有效地對(duì)裝配式預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行施工管理。該模塊具有低功耗的特點(diǎn)，因此可重復(fù)使用且整個(gè)項(xiàng)目施工期間無(wú)需更換電池，足以支持施工全壽命期，模塊安裝以建筑項(xiàng)目每層為單位，在每層墻、板構(gòu)件中均安裝一個(gè)NB-IoT模塊，墻、板構(gòu)件數(shù)量即為終端傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)量，基站使用現(xiàn)有的中國(guó)電信NB-IoT基站進(jìn)行信號(hào)傳輸。

3.3 方案系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖7所示，由采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層以及用戶層組成，采集層是功能架構(gòu)的終端節(jié)點(diǎn)部分，包含了NB-IoT模塊和RFID標(biāo)簽，負(fù)責(zé)采集預(yù)制構(gòu)件信息；網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)LTE(Long Term Evolution)協(xié)議將采集層采集到的數(shù)據(jù)上傳到中國(guó)電信的NB-IoT網(wǎng)關(guān)；數(shù)據(jù)層即為儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用以儲(chǔ)存構(gòu)件的屬性信息、GPS坐標(biāo)以及構(gòu)件的傾角角度；應(yīng)用層為系統(tǒng)功能應(yīng)用部分，提供構(gòu)件信息查詢、定位追蹤、垂直度監(jiān)測(cè)以及結(jié)合BIM模型的施工動(dòng)畫展示功能；用戶層為人機(jī)交互部分，用戶通過(guò)手機(jī)端、PC端以及平板端來(lái)操作，從而實(shí)現(xiàn)上述功能。

圖7 系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)的關(guān)鍵功能主要包括以下四點(diǎn)：

(1)基于NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集：系統(tǒng)通過(guò)NB-IoT模塊實(shí)時(shí)采集模塊本身、GPS以及傾角傳感器所采集到的信息，主動(dòng)式的傳輸模式使得信息采集具有便捷性和實(shí)時(shí)性。

(2)GPS定位：在裝配式建筑施工過(guò)程中通過(guò)GPS定位實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可在吊裝安裝時(shí)用以輔助構(gòu)件安裝定位。

(3)垂直度監(jiān)測(cè)：在吊裝安裝后，通過(guò)傾角傳感器對(duì)構(gòu)件尤其對(duì)墻板的傾角進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保墻板垂直于施工面，減少傳統(tǒng)鉛垂線法測(cè)量垂直度的誤差和時(shí)間。

(4)BIM模型施工動(dòng)畫展示：通過(guò)IFC(Industry Foundation Class)數(shù)據(jù)接口將BIM模型接入到系統(tǒng)中，同時(shí)導(dǎo)入施工動(dòng)畫，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)吊裝過(guò)程中在BIM模型中高亮顯示所吊裝構(gòu)件以及所處施工階段的施工動(dòng)畫展示功能。

3.4 應(yīng)用方案工作流程

裝配式建筑吊裝施工過(guò)程中，需要吊裝的有墻、板等預(yù)制構(gòu)件，其中預(yù)制墻板的自重較大，工序較為復(fù)雜，且安裝精度要求較高，因此以預(yù)制墻板為例闡述在吊裝過(guò)程中NB-IoT的應(yīng)用方案的工作過(guò)程，工作流程如圖8所示。

圖8 工作流程

(1)準(zhǔn)備工作

1)施工人員準(zhǔn)備。在正式施工吊裝前需要對(duì)施工人員培訓(xùn)，針對(duì)如何使用手持設(shè)備、如何讀取NB-IoT模塊數(shù)據(jù)以及結(jié)合BIM技術(shù)如何對(duì)可視化施工進(jìn)行指導(dǎo)，幫助工人理解全部施工過(guò)程，通過(guò)施工動(dòng)畫展現(xiàn)施工的每一步和細(xì)節(jié)，系統(tǒng)中會(huì)根據(jù)吊裝計(jì)劃給出適合的施工班組安排，管理人員只需根據(jù)計(jì)劃安排進(jìn)行即可。

2)吊裝順序。在項(xiàng)目施工前，將有關(guān)圖紙的全部設(shè)計(jì)信息錄入到BIM模型中，同時(shí)合理地安排吊裝順序并生成相應(yīng)圖表供施工人員查看，根據(jù)吊裝順序提供平板車數(shù)量。

3)模塊安裝及綁定。在預(yù)制墻板吊裝之前，會(huì)經(jīng)歷進(jìn)場(chǎng)和堆放兩個(gè)過(guò)程。首先，在預(yù)制墻板進(jìn)場(chǎng)時(shí)會(huì)有施工人員安裝NB-IoT模塊，同時(shí)利用手持設(shè)備掃描與墻板出廠時(shí)就已攜帶的RFID標(biāo)簽進(jìn)行信息綁定，如圖9所示。模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)信息的采集，RFID標(biāo)簽存有各對(duì)應(yīng)墻板的屬性信息，并核對(duì)該信息與所綁定墻板型號(hào)、尺寸等是否一致，檢查無(wú)誤后可上傳至云服務(wù)器，從而完成網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的搭建。

圖9 信息綁定

4)墻板堆放：在主動(dòng)式定位模塊安裝完成后，拖車會(huì)將預(yù)制墻板運(yùn)至堆場(chǎng)等待吊裝，例如圖10形式堆放，并按照施工順序堆放以便方便運(yùn)出。在堆場(chǎng)堆放時(shí)，控制主動(dòng)式標(biāo)簽在停止信息變動(dòng)的5分鐘后自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)傳輸模塊與MCU(微控制器)同時(shí)進(jìn)入休眠模式的時(shí)候，都將處于低電流狀態(tài)，保證節(jié)省電池消耗的同時(shí)，也保證系統(tǒng)可以在之后的工作中迅速喚醒。

圖10 構(gòu)件堆放

(2)吊裝過(guò)程

1)模塊激活。構(gòu)件堆場(chǎng)管理人員在收到施工現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)件需求指令后根據(jù)系統(tǒng)中的信息將構(gòu)件運(yùn)出，并通過(guò)手持設(shè)備控制傳輸模塊重新進(jìn)入工作狀態(tài)，從而激活主動(dòng)式標(biāo)簽用以實(shí)時(shí)傳輸信息。核對(duì)構(gòu)件信息，通過(guò)系統(tǒng)查看吊裝順序，保證裝車順序與吊裝順序一致。此時(shí)手持設(shè)備上將會(huì)顯示構(gòu)件的詳細(xì)信息，類似于圖11所示界面，例如屬性信息、安裝位置等，確認(rèn)構(gòu)件無(wú)誤后將構(gòu)件從堆場(chǎng)運(yùn)出，同時(shí)錄入構(gòu)件已進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備吊裝的信息。

圖11 構(gòu)件信息

2)起吊墻板。根據(jù)NB-IoT模塊中的信息選擇合適的吊具，檢查構(gòu)件上預(yù)埋的吊環(huán)是否牢固，確認(rèn)后直接從平板車上起吊，如圖12所示，并避免二次吊裝。起吊后通過(guò)手持設(shè)備通知施工層工人注意構(gòu)件已起吊，此時(shí)模塊中的高精度三軸磁傳感器發(fā)揮作用，使得施工層工人以及塔吊司機(jī)的手持設(shè)備中會(huì)實(shí)時(shí)顯示構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡，并在BIM模型中高亮顯示，可快速找到豎向位置，減少工人之間因墻板位置問(wèn)題的無(wú)效溝通。

圖12 墻板起吊

3)墻板安裝。如圖13所示，在預(yù)制墻板到達(dá)指定劃線位置后，緩慢降落，插筋對(duì)孔后安裝斜支撐，此時(shí)通過(guò)傾角傳感器校正墻板的垂直度，直觀地讀取傾角度數(shù)避免了鉛垂線等手動(dòng)測(cè)量的人工誤差，然后通過(guò)斜支撐來(lái)調(diào)節(jié)。

圖13 墻板安裝

4)信息上傳及模塊回收。預(yù)制墻板安裝完成后進(jìn)行后續(xù)的灌漿處理，檢驗(yàn)墻板平整度、垂直度等關(guān)鍵點(diǎn)，確認(rèn)無(wú)誤后通過(guò)手持設(shè)備確認(rèn)構(gòu)件安裝完畢，上傳相關(guān)信息至云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行保存以備后續(xù)查看和驗(yàn)收，信息上傳后將模塊拆除并重置ID信息，供后面吊裝的構(gòu)件使用。

通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，裝配式建筑的構(gòu)件信息有了統(tǒng)一的管理方式，數(shù)據(jù)從頭至尾實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化記錄，預(yù)制墻板的數(shù)據(jù)流程如圖14所示，信息首先通過(guò)施工人員利用手持設(shè)備進(jìn)行RFID和NB-IoT系統(tǒng)綁定，隨后通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)與BIM模型的數(shù)據(jù)信息相結(jié)合，所有信息通過(guò)云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出為吊裝順序表、傾角角度、屬性信息以及定位信息。

圖14 預(yù)制墻板數(shù)據(jù)流程

(3)方案效益

應(yīng)用NB-IoT技術(shù)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件吊裝應(yīng)用方案有著傳統(tǒng)吊裝施工模式所不具備的優(yōu) 勢(shì)，該方案加強(qiáng)了信息技術(shù)在裝配式建筑施工管理過(guò)程中的應(yīng)用，增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)、傳感器及定位等信息技術(shù)的集成應(yīng)用能力[19]。從技術(shù)層面來(lái)看，為裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件施工提供的是基于NB-IoT技術(shù)的通訊方式，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中覆蓋面小、功耗高、穿透力差的缺陷，提高了工人之間溝通的效率；對(duì)裝配式建筑而言，更是其智能管理的優(yōu)化解決方案，創(chuàng)新了裝配式建筑施工管理模式和手段。同時(shí)節(jié)約了單獨(dú)組網(wǎng)的成本，利用其商用化的特性直接應(yīng)用已經(jīng)搭建好的網(wǎng)絡(luò)，使得應(yīng)用時(shí)更加穩(wěn)定和安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

在科技發(fā)展日新月異的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)給建筑行業(yè)帶來(lái)了便利和效率，將窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑的施工過(guò)程管理中，為預(yù)制構(gòu)件的吊裝和監(jiān)測(cè)提供了方便、智能化的管理手段。本方案所用到的基于NB-IoT技術(shù)的低成本、低功耗模塊以及智能化傳感器符合國(guó)家要求的建立完善工程項(xiàng)目質(zhì)量監(jiān)管信息系統(tǒng)的發(fā)展方向，滿足裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的精細(xì)化等要求，極大地為提升建筑業(yè)的技術(shù)水平和管理水平提供了借鑒意義。本方案為裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)信息化、智能化的管理方式提供技術(shù)支持，從而為打造“智慧工地”，改變傳統(tǒng)建造方式、促進(jìn)建筑企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)奠定了有力的理論依據(jù)。