BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在施工階段的應(yīng)用

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(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

引言

長期以來，建筑施工企業(yè)存在著粗放式管理、能耗高、勞務(wù)密集、利潤低等問題，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，迫切需要轉(zhuǎn)型與突破。BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)使得企業(yè)集約經(jīng)營、項目精益管理的管理理念落地，并為之提供了技術(shù)支持。本文主要對二者在工程施工過程中的應(yīng)用及價值作一探討。

1 BIM技術(shù)概述及應(yīng)用

建筑信息模型(BuildingInformationModeling，以下簡稱BIM)的技術(shù)核心是一個由計算機三維模型所形成的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫信息在建筑全過程中動態(tài)變化調(diào)整，可以及時、準確地調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中包含的相關(guān)數(shù)據(jù)進行共享和傳遞。BIM技術(shù)加快了建筑運營單位的決策進度，提高了決策質(zhì)量，從而提高了項目質(zhì)量，降低了項目成本，增加了項目利潤。BIM技術(shù)的關(guān)鍵是信息，重點是協(xié)作，結(jié)果是模型，工具是軟件。

1.1 三維圖形平臺

三維圖形支撐平臺是支撐BIM建模以及基于BIM相關(guān)產(chǎn)品的底層支撐平臺。在數(shù)據(jù)容量、顯示速度、模型建造和編輯效率、渲染速度和質(zhì)量等方面，滿足BIM應(yīng)用的各種支撐。

1.2 虛擬施工與方案論證

借助BIM技術(shù)可以直觀地進行項目虛擬場景漫游，在虛擬現(xiàn)實中身臨其境地開展方案體驗和論證?；贐IM模型，可以對施工組織設(shè)計方案進行論證，就施工中的重要環(huán)節(jié)進行可視化模擬分析?？梢愿鶕?jù)進度計劃對施工方案進行模擬和優(yōu)化，對重要的施工環(huán)節(jié)、施工關(guān)鍵部位、施工現(xiàn)場平面布置等施工方案進行模擬和分析，以提高方案的可行性?？梢灾庇^地了解整個施工環(huán)節(jié)的時間節(jié)點和工序，清晰地把握施工過程中的難點和要點，從而優(yōu)化方案、提高施工效率，確保施工方案的安全性。

1.3 碰撞檢查與減少返工

在傳統(tǒng)的建筑施工中，因建筑工程專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、設(shè)備及水暖電專業(yè)等各個專業(yè)獨立設(shè)計，導致圖紙中平立剖面圖之間、建筑圖與結(jié)構(gòu)圖之間、安裝與土建之間及安裝與安裝之間沖突的問題很多，而BIM的三維技術(shù)可以在前期進行碰撞檢查，快速、全面、準確地檢查出設(shè)計圖紙中的錯誤、遺漏及各專業(yè)之間的碰撞等問題，減少由此產(chǎn)生的設(shè)計變更和施工中的返工，提高了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，有利于保證質(zhì)量、節(jié)約成本、縮短工期和降低風險。

1.4 形象進度與4D虛擬

建筑施工是一個高度動態(tài)且復雜的過程，常用以反映進度計劃的網(wǎng)絡(luò)計劃，難以形象地表達工程施工的動態(tài)變化過程。通過BIM與施工進度計劃的鏈接，將空間信息與施工信息整合在一個可視的4D(3D+Time)模型中，能直觀、精確地反映整個建筑的施工過程和虛擬形象進度。4D施工模擬技術(shù)可以合理地編制施工組織設(shè)計，準確掌握施工進度，優(yōu)化使用施工資源及科學地進行場地布置，實現(xiàn)對整個工程的施工進度、資源和質(zhì)量統(tǒng)一有效地管控。

1.5 精確算量與成本控制

工程量統(tǒng)計結(jié)合4D的進度控制，就是BIM在施工中的5D應(yīng)用。施工中的預算超支現(xiàn)象十分普遍，缺乏可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐是造成超支的重要原因。BIM是一個富含工程信息的數(shù)據(jù)庫，可以真實地提供造價管理所需的工程量信息，借助這些信息，計算機可以快速地對各種構(gòu)件進行統(tǒng)計分析，進行工程量計算，保證工程量數(shù)據(jù)與設(shè)計圖紙的一致性。工程量計算的準確性直接影響到工程預算、工程結(jié)算及成本控制的準確性，BIM技術(shù)恰恰解決了這一問題。

1.6 現(xiàn)場整合與協(xié)同工作

BIM集成了建筑物的完整信息，給項目參建各方提供了一個三維的、便于交流、便于協(xié)同工作的平臺，參建各方將BIM模型統(tǒng)一通過BIM服務(wù)器平臺進行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交換。項目各方人員通過平臺獲取和瀏覽BIM模型，為施工現(xiàn)場人員提供三維模型、施工方案模擬、施工工藝工法、節(jié)點大樣圖瀏覽、鋼筋料表、相關(guān)的進度、成本等信息，從而幫助現(xiàn)場人員更好地理解項目，方便洽商，達成共識。

1.7 數(shù)字化加工與工廠化生產(chǎn)

建筑工業(yè)化采取工廠預制和現(xiàn)場施工相結(jié)合的建造方式，這將是未來建筑業(yè)發(fā)展的方向。BIM結(jié)合數(shù)字化制造，能夠提高建筑企業(yè)的生產(chǎn)效率。采用工廠精密機械技術(shù)對門窗、預制混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)件進行數(shù)字化加工預制，不僅能減小預制構(gòu)件的誤差，而且大幅度提高了預制構(gòu)件的生產(chǎn)效率。這樣一種綜合項目交付(IPD)方式，可以大幅度地降低建造成本，提高施工質(zhì)量，縮短項目周期，同時減少資源浪費，并體現(xiàn)先進的施工管理，實現(xiàn)建筑施工流程的自動化。對于沒有建模條件的建筑部位，可以借助先進的三維激光掃描技術(shù)快速獲取原始建筑物或構(gòu)件的模型信息。

2 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和價值

物聯(lián)網(wǎng)(InternetOfThings，簡稱IOT)即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，就是將射頻識別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等各種信息傳感裝置與互聯(lián)網(wǎng)連接起來形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，其中的關(guān)鍵技術(shù)是RFID電子標簽技術(shù)。在各類物體上加裝電子標簽(RFID)、傳感器、二維碼等，它們經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，從而給物體賦予“智能”，實現(xiàn)“物物相連”。

2.1 施工安全管理

在施工過程中，安全隱患無處不在，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對施工安全進行監(jiān)測，主要包括如下幾個方面：對建筑工地環(huán)境的監(jiān)測、大體積混凝土澆筑監(jiān)測、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、地基監(jiān)測、預應(yīng)力梁的監(jiān)測、基坑支護監(jiān)測以及工地危險區(qū)域的監(jiān)測等。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各類監(jiān)測點的信息匯集到統(tǒng)一的監(jiān)控平臺，既實現(xiàn)了各個監(jiān)測點的信息共享，也便于對建筑工地現(xiàn)場的統(tǒng)一管理。

2.2 現(xiàn)場人員管理

對現(xiàn)場施工人員安全帽、安全帶、身份識別牌進行相應(yīng)的無線射頻識別，可以實現(xiàn)人員在施工現(xiàn)場的定位和跟蹤。結(jié)合在BIM系統(tǒng)中的精確定位，如果操作作業(yè)不符合相關(guān)規(guī)定，身份識別牌與BIM系統(tǒng)相關(guān)定位同時報警，可使管理人員精準定位隱患位置，及時采取措施以避免事故的發(fā)生。

2.3 工程現(xiàn)場視頻監(jiān)控

(1)進度監(jiān)控。針對工程的施工進度情況，可以通過視頻監(jiān)控的手段進行遠程了解、遠程指揮、遠程調(diào)度。

(2)質(zhì)量檢查監(jiān)控。對工程施工過程中需要巡檢和預檢的部位、施工人員操作的規(guī)范性、設(shè)備安裝過程等，通過視頻監(jiān)控手段可及時進行遠程監(jiān)控和監(jiān)督。

(3)安全施工監(jiān)控。對建筑物的腳手架搭設(shè)、安全網(wǎng)設(shè)置、纜風繩固定、吊籃安裝及使用、吊盤進料口和樓層卸料平臺防護、塔吊和施工電梯安裝及操作、“四口五臨邊”的防護、施工人員安全帽與安全帶的佩帶等進行視頻監(jiān)控，可及時發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患。

(4)文明施工監(jiān)控?？蓪κ┕がF(xiàn)場圍擋、建筑材料堆放、臨時設(shè)施布置、施工標識及標牌設(shè)置、是否做到工完場清等內(nèi)容進行監(jiān)控與監(jiān)督。

(5)現(xiàn)場安防監(jiān)控。由于施工現(xiàn)場材料設(shè)備堆放密集，工地人員流動性大、進出頻繁，導致盜竊事件時有發(fā)生，經(jīng)濟損失嚴重。采用視頻監(jiān)控后，可對施工現(xiàn)場進行全天候、全方位監(jiān)控，而且對職工考勤、現(xiàn)場勞動力分布等情況一目了然。

2.4 物料跟蹤

對施工過程中的物料運輸、進場、出入庫、盤點、領(lǐng)料等都可以采用RFID電子標簽，通過物聯(lián)網(wǎng)進行跟蹤和監(jiān)控。

2.5 地下空間施工監(jiān)控

在地下工程施工中，對于復雜的地質(zhì)條件，施工過程控制尚無系統(tǒng)性、可靠性和及時性的方法。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，溫度、應(yīng)力、加速度等傳感器和無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)對地下空間施工的碰撞預警、施工環(huán)境監(jiān)測、施工質(zhì)量保障、人員和設(shè)施財產(chǎn)安全等方面均有顯著效果。

2.6 塔機運行狀態(tài)監(jiān)控(黑匣子記錄)

大型塔吊及設(shè)備在施工運行過程中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和記錄。塔機作業(yè)安全監(jiān)控可以最大程度地降低安全生產(chǎn)事故，減少各種違規(guī)操作而引起的安全事故，同時也為事故處理提供了有效證據(jù)。

2.7 電梯運行安全監(jiān)測

由于超載或超負荷運行，施工工地的運輸電梯常存在安全隱患，特別是在超高層建筑工程中更應(yīng)引起注意。電梯的運行監(jiān)測通過物聯(lián)網(wǎng)及時進行安全報警，從而做到防患于未然。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在施工階段的運用是施工企業(yè)信息化發(fā)展的趨勢。新技術(shù)的應(yīng)用必將帶動建筑企業(yè)的施工質(zhì)量、安全監(jiān)控能力和經(jīng)濟效益的提升，推進建筑施工企業(yè)的技術(shù)進步，促進信息化與工業(yè)化的有效融合。