基于二維碼技術(shù)的BIM施工信息傳輸應(yīng)用研究

蒲卓然，張 馳，陳祥云

(四川師范大學(xué) 工學(xué)院，四川 成都 610101)

0 前 言

從BIM概念提出發(fā)展至今，基于BIM技術(shù)的應(yīng)用更多的在于它的三維模型利用，主要在管道綜合、碰撞檢測(cè)、工程量提取等方面，應(yīng)用形式較為單一，在信息化的功能落地方面研究較少。信息模型可以記錄建筑工程從設(shè)計(jì)到運(yùn)維的整個(gè)過程信息，然而建筑工程在各個(gè)階段的信息來(lái)源較繁多，信息管理難度大，龐大的信息量給模型信息化的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了很大的阻礙，以BIM為中心各相關(guān)方協(xié)同作業(yè)是解決模型信息化的重要途徑，合適的信息傳輸載體是實(shí)現(xiàn)模型信息化的必要條件。為了解決施工信息靈活多變難以獲取的難題，擬對(duì)以二維碼作為信息傳輸載體的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深入探討。

1 二維碼概述

目前在相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、工程管理等行業(yè)應(yīng)用中，最常見的自動(dòng)技術(shù)包括二維碼和無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)；RFID技術(shù)被業(yè)界認(rèn)為是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最可行的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，但在目前的技術(shù)狀況下，RFID相較二維碼還存在如下問題。

1)RFID需要專用標(biāo)簽，而二維碼可以在文檔打印時(shí)直接生成，故RFID使用成本是二維碼的10倍以上。

2)使用二維碼作為信息傳輸載體，相對(duì)于RFID技術(shù)更易上手，無(wú)需專用設(shè)備，手機(jī)便可操作，方便施工人員使用，而RFID則需攜帶專門的讀寫設(shè)備，增加施工人員攜帶負(fù)擔(dān)。

3)在安全性方面，RFID比二維碼相較更有優(yōu)勢(shì)，二維碼信息時(shí)直接暴露在外的，任何掃碼設(shè)備都可以快速讀取，但可對(duì)平臺(tái)權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置為只有一部分賬號(hào)可以更改二維碼信息，另一部分賬號(hào)只可以讀取信息，來(lái)規(guī)避二維碼這一缺點(diǎn)。

4) 編碼范圍方面，二維碼可以把聲音、圖片、簽字、指紋、文字等以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼并用條碼形式表示出來(lái)，可以表示多種語(yǔ)言文字，還可表示圖像數(shù)據(jù)。RFID在此方面交互形式較單一。

結(jié)合以上原因以及項(xiàng)目的實(shí)際情況，本文選擇了二維碼作為信息載體來(lái)進(jìn)行BIM施工信息傳輸應(yīng)用研究。

除了上述的二維碼的特點(diǎn)外，二維碼還有以下的特點(diǎn)：① 高密度編碼，信息容量大：可容納高達(dá)2 710個(gè)數(shù)字，或1 850個(gè)大寫字母，或500多個(gè)漢字，或1 108個(gè)字節(jié)，比正常條碼的信息容量高出約十幾倍的量級(jí)；②容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能：二維條碼在染色、穿孔等局部破損時(shí)仍可以得到正確地識(shí)讀，損毀面積最高不超過50%仍然可以對(duì)信息進(jìn)行復(fù)原；③解碼可靠性高：誤碼率不超過千萬(wàn)分之一，比正常條碼解碼錯(cuò)誤率低很多；④條符形狀、尺寸大小比例可調(diào)整。

2 工程概況及重難點(diǎn)分析

2.1 工程概況

本工程位于四川省簡(jiǎn)陽(yáng)市蘆葭鎮(zhèn)，總投資為718.64億元。機(jī)場(chǎng)規(guī)劃兩個(gè)航站區(qū)共四座單元式航站樓，分別是位于北航站區(qū)的T1、T2航站樓(本期工程)和位于南航站區(qū)的T3、T4航站樓(遠(yuǎn)期工程)。其中的T2航站樓為大型公共交通建筑，屬4E類機(jī)場(chǎng)、一類機(jī)場(chǎng)航站樓，建筑面積約27.28萬(wàn) m2，建筑物最大高度44.850 m。本次項(xiàng)目二維碼應(yīng)用研究主要在ITC大樓部分，ITC地上主體5層，地下2層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積約3.68萬(wàn) m2，檐口高度23.8 m。

2.2 工程重難點(diǎn)

本工程構(gòu)件大、凈空高，檐口高度23.8 m，屋面最高點(diǎn)44.85 m；數(shù)量多、范圍廣，需實(shí)測(cè)實(shí)量構(gòu)件達(dá)上萬(wàn)個(gè)；項(xiàng)目管理難度大、技術(shù)含量高、協(xié)調(diào)配合難度大等特點(diǎn)，同時(shí)在此項(xiàng)目中BIM技術(shù)的運(yùn)用較為深入，決定利用二維碼作為信息載體，使施工構(gòu)件與BIM進(jìn)行信息結(jié)合。

3 BIM二維碼信息傳輸流程

本項(xiàng)目利用二維碼進(jìn)行BIM施工信息傳遞主要由以下三個(gè)環(huán)節(jié)組成。

1)信息采集：信息數(shù)據(jù)采集工作是信息前端最重要的工作項(xiàng)目，由相關(guān)測(cè)量、檢查、技術(shù)人員通過掃描二維碼進(jìn)行信息錄入。二維碼平臺(tái)需要給予責(zé)任人以相關(guān)的權(quán)限，權(quán)限責(zé)任人自行開展相關(guān)工作，將數(shù)據(jù)信息填寫到對(duì)應(yīng)的表格中。

2)信息傳送：二維碼作為信息載體需要具備完整的信息欄目。檢測(cè)、實(shí)測(cè)信息需要具備有構(gòu)件編碼、規(guī)格、材質(zhì)、合格標(biāo)準(zhǔn)要求、實(shí)測(cè)和檢測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)、相關(guān)責(zé)任人及聯(lián)系方式、檢測(cè)和實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)照片等；方案、交底類技術(shù)信息二維碼需要具備實(shí)施范圍、三維圖片、文檔資料以及相關(guān)合規(guī)性資料。其他類型二維碼根據(jù)需求擬定信息內(nèi)容。

3)信息輸出：BIM模型需要與二維碼進(jìn)行智能掛接，以保證模型信息與施工現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)動(dòng)性，可以在BIM的三維模型環(huán)境中隨時(shí)調(diào)看施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)施工信息。利用二維碼傳輸BIM施工信息流程見圖1。

圖1 BIM信息傳輸工藝流程圖

(1)制作二維碼模板。選擇適合的二維碼平臺(tái)，根據(jù)信息需求來(lái)制作二維碼模板。模板一般分為：可掃碼編輯的活碼(見圖2(a))和不可編輯的死碼(見圖2(b))兩種類型。針對(duì)實(shí)測(cè)、檢測(cè)、巡檢記錄等需要人為更新的項(xiàng)目，采用活碼模板；針對(duì)交底、方案、展板等不再進(jìn)行信息調(diào)整的項(xiàng)目，采用死碼模板。完成模板制作以后批量導(dǎo)出模板二維碼空碼(見圖2(c))。非活碼類型的二維碼制作好以后直接進(jìn)入下一步流程。

(a)活碼類型模板

(b)死碼類型模板

(c)批量生成模板空二維碼圖2 二維碼模板

(2)二維碼與BIM模型掛接。采用Dynamo軟件編寫二維碼掛接程序，利用 Revit 軟件根據(jù)圖紙進(jìn)行ITC大樓的相關(guān)族文件的創(chuàng)建，把族模型屬性中的名稱、尺寸、 材料等定義為參數(shù)變量，通過 Dynamo 進(jìn)行參數(shù)賦值，完成 Revit 的部品族文件的創(chuàng)建。Dynamo 是基于 Revit 的開源可視化編程的設(shè)計(jì)工具，通過可視化編程語(yǔ)言操縱數(shù)據(jù)，創(chuàng)建幾何體，進(jìn)行計(jì)算式設(shè)計(jì)達(dá)到個(gè)性化設(shè)計(jì)。

(3)二維碼編號(hào)與制作。完成二維碼批量自動(dòng)掛接以后，BIM的構(gòu)件ID即作為二維碼的編號(hào)，本項(xiàng)目的每一個(gè)構(gòu)件都對(duì)應(yīng)了各自唯一的二維碼編號(hào)。

(4)信息采集。實(shí)測(cè)、檢測(cè)、巡查等信息采集人員通過掃描二維碼獲取編輯權(quán)限，通過手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)端輸入數(shù)據(jù)信息.

(5)信息提取。完成信息采集和錄入以后便可隨時(shí)通過平臺(tái)提取所包含的構(gòu)件信息和施工過程信息了。也可以在BIM的模型構(gòu)件中直接查看二維碼，二維碼的數(shù)據(jù)可通過現(xiàn)場(chǎng)的修改進(jìn)行適時(shí)變動(dòng)。同時(shí)，也可以在三維的模型環(huán)境中隨時(shí)調(diào)看施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)施工信息。

4 二維碼應(yīng)用

1)安全檢查。本項(xiàng)目的安全部門在現(xiàn)場(chǎng)重要安全隱患區(qū)域設(shè)立項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)巡查點(diǎn)，指派人員按時(shí)定點(diǎn)去現(xiàn)場(chǎng)巡查安全問題，并對(duì)安全隱患點(diǎn)進(jìn)行記錄，上傳平臺(tái)，督促分包進(jìn)行整改，整改完成后上傳整改完成后現(xiàn)場(chǎng)照片，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

2)質(zhì)量管理。在BIM模型應(yīng)用于質(zhì)量管理的過程中，本項(xiàng)目結(jié)合二維碼的使用，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理人員可以隨時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題加以記錄，并通過更改二維碼構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)反映到BIM模型中，其他質(zhì)量管理人員則可以通過實(shí)時(shí)更新的BIM模型隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量情況，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)施工的不確定因素，做到對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的有效控制，通過對(duì)工程質(zhì)量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，做到對(duì)重大質(zhì)量問題的規(guī)避。二維碼作為整體和局部質(zhì)量信息的載體，使項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制和過程控制變得更加簡(jiǎn)易。

3)機(jī)械管理。本項(xiàng)目通過二維碼進(jìn)行機(jī)械管理，方便了管理人員隨時(shí)查看機(jī)械的維修檢修記錄，同時(shí)對(duì)于大型機(jī)械的合格證、特種作業(yè)證、安全交底等信息快速的查看。還可以利用BIM模型進(jìn)行模擬，將各類機(jī)械設(shè)備的組成、搭配進(jìn)行一定的調(diào)整改變。

4)虛擬樣板。將施工樣板的模型及動(dòng)畫鏈接制作成二維碼，施工人員及管理人員可通過掃描二維碼進(jìn)行相應(yīng)的施工學(xué)習(xí)及管理，相較于傳統(tǒng)樣板，二維碼虛擬樣板占用空間小、節(jié)約場(chǎng)地，可節(jié)省大量成本，對(duì)工序工藝做法等交底更加清晰準(zhǔn)確，為項(xiàng)目提升一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5)應(yīng)用效果。

(1)人工效益分析。管理人員通過掃描二維碼進(jìn)行信息錄入，其中大部分信息數(shù)據(jù)是以選擇的形式進(jìn)行收集，相比手寫速度可加快一倍以上。編寫好模板以后，二維碼可批量生成，模板編寫有格式可借鑒，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，減少了人員處理表格的成本。 測(cè)量人員通過移動(dòng)端口進(jìn)行信息填寫，數(shù)據(jù)信息可自測(cè)自填。數(shù)據(jù)信息整理通過二維碼平臺(tái)進(jìn)行，數(shù)據(jù)導(dǎo)出以后在Excle表格中進(jìn)行統(tǒng)一整理，相比以往使用紙質(zhì)表格進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，電腦整理數(shù)據(jù)更快、更準(zhǔn)確、更智能且存儲(chǔ)空間更大、保存時(shí)間更長(zhǎng)。大大縮減了數(shù)據(jù)處理對(duì)人員的需求。

(2)材料效益分析。二維碼的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在云臺(tái)上，云臺(tái)能夠支撐龐大的信息量。在實(shí)測(cè)實(shí)量等項(xiàng)目的使用上，利用二維碼進(jìn)行信息采集和公開比墻柱掛牌或噴涂表格所耗費(fèi)的資源量更低且更環(huán)保。對(duì)二維碼與掛牌以及噴涂進(jìn)行材料成本耗損比較見圖3。

圖3 成本損耗對(duì)比表

圖3中，公示展板可周轉(zhuǎn)約兩次，此外不計(jì)周轉(zhuǎn)耗損。通過圖3可知，二維碼僅材料耗損費(fèi)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他兩種方法。

二維碼所占構(gòu)件的面積小、外形美觀、張貼方便，應(yīng)對(duì)多道工序施工時(shí)二維碼不會(huì)被下道工序覆蓋，且能夠隨時(shí)制作可替換的二維碼。

(3)管理效率分析。通過二維碼作為信息傳輸通道，打通了施工實(shí)體構(gòu)件與BIM虛擬構(gòu)件的連接通道，利用BIM進(jìn)行工程管理實(shí)時(shí)獲取構(gòu)件的施工生產(chǎn)信息，使工程管理變得更便捷。測(cè)量檢測(cè)信息在進(jìn)行實(shí)操時(shí)需要上傳工作照片，在某種程度上避免了數(shù)據(jù)造假的問題，能夠較好地提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。通過BIM和二維碼平臺(tái)對(duì)信息進(jìn)行管理比以往翻查資料，過程檢查等方式更加快速和方便。利用云臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)管理，較大程度地改善了數(shù)據(jù)信息繁雜、信息量多、專業(yè)種類多、管理難度大等問題。模型信息化是BIM發(fā)展的重大阻礙，多人多專業(yè)的信息參與是BIM發(fā)展的必經(jīng)之路，利用二維碼開通信息收集端口加快了模型信息化的進(jìn)程，對(duì)于BIM技術(shù)的升級(jí)和發(fā)展開通了新的渠道。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于BIM技術(shù)的二維碼施工信息傳輸，利用超大容量的云存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行工程信息存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量完全滿足信息存儲(chǔ)要求，且能夠長(zhǎng)時(shí)間保存。信息通過二維碼寫入后端服務(wù)平臺(tái)以后，能夠批量化的在平臺(tái)上進(jìn)行提取，數(shù)據(jù)信息規(guī)范、排列有序、便于篩選，同時(shí)也更利于信息的二次處理，很大程度上節(jié)約了用紙量和人工成本。平臺(tái)信息與BIM聯(lián)動(dòng)，提高了模型信息粒度，多方面的人員參與，加快了BIM與工程管理的互動(dòng)，提高了BIM新管理模式給工程帶來(lái)的效益。

在天府機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目中，該方法極大地提高了信息采集效率，數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和提取更加方便快捷。解決了BIM中由于模型信息集成性高，導(dǎo)致的信息收集難度大的問題，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)、全方面的協(xié)同信息作業(yè)，加快了模型信息化進(jìn)程。

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