BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合應(yīng)用探討

■ 閆鵬

BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合應(yīng)用探討

■ 閆鵬

結(jié)合BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，從施工現(xiàn)場(chǎng)管理、日常維護(hù)與資產(chǎn)管理、應(yīng)急管理與模擬培訓(xùn)等方面對(duì)BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用模式及應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析，并在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀、技術(shù)條件等方面分析融合應(yīng)用可能存在的障礙與問題。

BIM；物聯(lián)網(wǎng)；技術(shù)融合；綜合應(yīng)用

0 引言

BIM是貫穿整個(gè)建筑工程項(xiàng)目（設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)管理）全生命周期的技術(shù)理念，可把BIM形象比喻為建設(shè)項(xiàng)目的DNA。根據(jù)美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的資料，一個(gè)建筑物生命周期75%的成本發(fā)生在運(yùn)維階段（使用階段），建設(shè)階段（設(shè)計(jì)、施工）的成本占項(xiàng)目生命周期成本的25%[1]，而在建設(shè)階段，施工建造環(huán)節(jié)成本也大大高于設(shè)計(jì)。

然而在目前的BIM應(yīng)用中，往往以設(shè)計(jì)作為BIM應(yīng)用的主導(dǎo)方，只關(guān)注BIM模型本身，應(yīng)用多為管線綜合、碰撞檢測(cè)、算量、模擬計(jì)算等模式，并沒有把BIM技術(shù)置于建造與運(yùn)營管理階段去綜合考慮、拓展或延伸它的綜合應(yīng)用模式。建造施工與運(yùn)維相較于設(shè)計(jì)，其生命周期更長，任務(wù)更多更復(fù)雜，可以預(yù)見，如果BIM技術(shù)能在建造與運(yùn)營管理階段得到廣泛應(yīng)用，將產(chǎn)生更大的價(jià)值。

1 BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合分析

BIM是建筑物的數(shù)字化信息模型，是虛擬的建筑，是現(xiàn)實(shí)建筑的真實(shí)再現(xiàn)。BIM建模的過程是將建筑設(shè)施數(shù)字化的過程，這一過程中，利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合、碰撞檢測(cè)、模擬計(jì)算等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)各參與方的信息交互，即協(xié)同設(shè)計(jì)，而各信息交互的媒介或基礎(chǔ)，即工業(yè)基礎(chǔ)類（Industry Foundation Classes，IFC）。這一媒介也將貫穿建筑工程項(xiàng)目BIM應(yīng)用的整個(gè)全生命周期。

而在全生命周期的施工建造及運(yùn)維階段，其各參與方的行為有著高度的分散性、移動(dòng)性、機(jī)動(dòng)性等特點(diǎn)[2]，對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用提出了現(xiàn)場(chǎng)性、移動(dòng)性、實(shí)時(shí)性等新要求。與設(shè)計(jì)階段基于辦公室、人（設(shè)計(jì)師）及PC終端的BIM應(yīng)用不同，在施工建造及運(yùn)維階段，其參與方為現(xiàn)場(chǎng)（環(huán)境）、人、移動(dòng)終端及全生命周期中最為重要的實(shí)體——物（即建筑、設(shè)備、設(shè)施等物體本身）。這種情況下，僅僅依靠IFC這一媒介無法滿足信息交互的需求，因?yàn)樵谑┕そㄔ旒斑\(yùn)維階段，各參與方之間出現(xiàn)了信息傳遞的孤島——物。

因此，需要利用新的技術(shù)手段，將“物”這一關(guān)鍵實(shí)體與BIM模型、人進(jìn)行有效連接，而物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）技術(shù)便可成為完成連接的橋梁。物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID標(biāo)簽、二維碼、智能傳感器、視頻前端、定位裝置等感知層設(shè)備，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境、人、物與BIM模型中的信息關(guān)聯(lián)起來?？梢哉f，BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合，將打通現(xiàn)實(shí)與虛擬、實(shí)體與數(shù)據(jù)間的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工建造及運(yùn)維階段的行為監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集，結(jié)合BIM模型數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)有效的現(xiàn)場(chǎng)管理及操作行為。BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合將延伸和拓展出豐富的綜合應(yīng)用模式與價(jià)值。BIM與物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用結(jié)構(gòu)見圖1。

BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在融合應(yīng)用中各自發(fā)揮不同的作用，BIM實(shí)現(xiàn)信息傳遞和交互共享并形成中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，物聯(lián)網(wǎng)將采集、傳輸與接收來的信息與BIM數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體相連接。

2 應(yīng)用展望與價(jià)值分析

2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)管理

2.1.1 安全管理

對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)存在的安全隱患，可通過RFID技術(shù)進(jìn)行輔助監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)反饋數(shù)據(jù)與BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)一匯集到加載了BIM模型的監(jiān)控平臺(tái)中，既直觀顯示了預(yù)警信息，又便于施工現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)一化管理。

（1）人員位置監(jiān)控。在施工現(xiàn)場(chǎng)重要區(qū)域（如攪拌站、塔吊危險(xiǎn)區(qū)域等）安裝RFID讀取設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員安全帽或標(biāo)識(shí)牌進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)重要區(qū)域的人員定位、跟蹤及管理，及時(shí)采取措施，避免事故的發(fā)生[3]。

（2）重要資產(chǎn)區(qū)域監(jiān)控。對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備材料多，施工作業(yè)人員流動(dòng)大、出入頻繁，時(shí)有盜竊事件發(fā)生等問題，可對(duì)一些重要設(shè)備、設(shè)施及施工材料等附上RFID識(shí)別標(biāo)簽、定位裝置或在視頻前端設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，當(dāng)這些物品超出監(jiān)控區(qū)域時(shí)，可進(jìn)行定位預(yù)警。

2.1.2 進(jìn)度與質(zhì)量管理

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控（見圖2）。針對(duì)施工進(jìn)度，可通過視頻前端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并結(jié)合BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的構(gòu)件、物料等數(shù)據(jù)進(jìn)行施工進(jìn)度的遠(yuǎn)程指揮和調(diào)度。此外，采用視頻監(jiān)控后，職工考勤、現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力在現(xiàn)場(chǎng)的分布等情況一目了然。對(duì)工程施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、區(qū)域，施工人員操作的規(guī)范性、設(shè)備安裝過程等，也可通過前端視頻監(jiān)控的方式對(duì)施工全過程進(jìn)行記錄，并與BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的構(gòu)件等結(jié)合，對(duì)人員、時(shí)間、施工點(diǎn)進(jìn)行查詢和問題回溯，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢查和監(jiān)督。

（2）物料跟蹤。對(duì)一些構(gòu)件化的施工物料，在生產(chǎn)階段可以通過RFID標(biāo)簽或二維碼與BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合，物料的運(yùn)送、入場(chǎng)、領(lǐng)料、盤點(diǎn)等環(huán)節(jié)可通過感知前端與BIM數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控。也相當(dāng)于對(duì)施工物料建立了有效的質(zhì)量可追溯機(jī)制和責(zé)任機(jī)制，物料可實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)，減少倉儲(chǔ)成本，且避免施工構(gòu)件訂單延誤。

2.2 日常維護(hù)與資產(chǎn)管理

單純BIM模型本身，在建筑、設(shè)備、設(shè)施的日常運(yùn)維方面，可直觀反映其結(jié)構(gòu)、組成、位置及相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝、維護(hù)維修內(nèi)容（如養(yǎng)護(hù)、測(cè)試、維修流程及操作工藝、需要的工具及材料）等參數(shù)化信息。

BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，可在設(shè)施與設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)為每個(gè)設(shè)施設(shè)備分配一個(gè)指定的RFID標(biāo)簽或二維碼。在進(jìn)行運(yùn)維檢修、定位查看時(shí)，使用智能終端設(shè)備獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽并與BIM模型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在可視化環(huán)境下顯示對(duì)應(yīng)的BIM模型，還可查詢相應(yīng)設(shè)備的屬性、狀態(tài)及運(yùn)維信息，進(jìn)而更加有效地制定維護(hù)計(jì)劃，避免過度維修或維修不足，降低維修成本，提高維修質(zhì)量[4]。維護(hù)階段設(shè)備掃描查看的應(yīng)用界面見圖3。

2.3 應(yīng)急管理與模擬培訓(xùn)

三維可視化是BIM技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)，基于BIM的應(yīng)急管理將減少盲區(qū)，提高突發(fā)事件的響應(yīng)及救援能力，為應(yīng)急處理提供更為明確、清晰的信息。在基于BIM模型與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的應(yīng)急管理平臺(tái)上，將省去大量重復(fù)的找圖紙、對(duì)圖紙工作，而是利用RFID標(biāo)簽或二維碼進(jìn)行快速定位查詢。基于此平臺(tái)，運(yùn)維人員可快速查閱設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)，定位故障設(shè)備的前后關(guān)聯(lián)信息，進(jìn)而為應(yīng)急指揮提供決策支持。

在模擬培訓(xùn)方面（見圖4），現(xiàn)場(chǎng)施工或運(yùn)維人員可以通過設(shè)施設(shè)備的RFID標(biāo)簽及二維碼入口，進(jìn)入BIM模擬操作數(shù)據(jù)平臺(tái)，不僅可提取設(shè)備的相關(guān)信息，還可以查閱包括操作規(guī)程、培訓(xùn)資料等的設(shè)備設(shè)施知識(shí)庫，現(xiàn)場(chǎng)人員可根據(jù)需要在遇到難題時(shí)快速查找和學(xué)習(xí)。

3 應(yīng)用障礙

盡管BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合將擴(kuò)展出豐富的綜合應(yīng)用模式，但目前其應(yīng)用尚處于摸索階段，還存在一些可能的障礙有待研究和解決。

3.1 BIM方面

（1）標(biāo)準(zhǔn)層面。相關(guān)國內(nèi)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步完善，與其相對(duì)應(yīng)的行業(yè)管理體系和管理規(guī)范等方面也需同步完善；

（2）技術(shù)層面?，F(xiàn)有多個(gè)BIM應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)的兼容性、交互性對(duì)IFC的支持還有待驗(yàn)證及完善。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)方面

（1）物聯(lián)網(wǎng)前端感知設(shè)備中，除二維碼標(biāo)簽成本較低外，RFID標(biāo)簽、定位裝置或前端視頻等的大規(guī)模應(yīng)用，勢(shì)必產(chǎn)生一大筆傳統(tǒng)模式?jīng)]有的附加成本。因此，BIM與物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用的適用場(chǎng)景、項(xiàng)目特征及其相應(yīng)的投入產(chǎn)出比還需進(jìn)一步研究[5]。

（2）RFID標(biāo)簽、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)前端感知設(shè)備相當(dāng)給每個(gè)設(shè)施設(shè)備賦予了進(jìn)入BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的入口，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩半[私保護(hù)機(jī)制還需進(jìn)一步研究與完善。

（3）RFID標(biāo)簽、二維碼等物聯(lián)網(wǎng)前端感知設(shè)備在施工或運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜、惡劣條件下的可靠性、適用性還需進(jìn)一步研究。

（4）RFID標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽2種，有源標(biāo)簽應(yīng)用的工作時(shí)長及功耗等問題還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)束語

目前，BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的綜合應(yīng)用尚處于摸索階段，深度挖掘BIM與物流網(wǎng)技術(shù)融合的應(yīng)用價(jià)值尤其是與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合還有待進(jìn)一步研究。隨著技術(shù)手段的發(fā)展與管理機(jī)制的進(jìn)一步完善，新技術(shù)的融合應(yīng)用必將帶動(dòng)工程建設(shè)行業(yè)在質(zhì)量、安全、效率等方面的提升，推進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

[1] 何關(guān)培．BIM和BIM相關(guān)軟件[J]．土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(4)：110-117．

[2] 賈曉平．建筑業(yè)企業(yè)的信息化建設(shè)與BIM的現(xiàn)在及未來[N]．建筑時(shí)報(bào)，2014-02-12．

[3] 裴卓非．BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在施工階段的應(yīng)用[J]．建材技術(shù)與應(yīng)用，2013(1)：60-62．

[4] 胡振中，陳祥祥，王亮，等．基于BIM的機(jī)電設(shè)備智能管理系統(tǒng)[J]．土木建筑工程信息技術(shù)，2013(1)：17-21．

[5] Ali Motamedi，Amin Hammad．RFID-assisted lifecycle management of building components using BIM data[C]//26th International Symposium on Automation and Robotics in Construction（IAARC 2009）．Austin，Texas，U．S．，2009．

閆鵬：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，高級(jí)工程師，陜西 西安，710043

責(zé)任編輯 高紅義

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