基于二維碼技術的BIM施工信息傳輸應用研究

蒲卓然，張 馳，陳祥云

(四川師范大學 工學院，四川 成都 610101)

0 前 言

從BIM概念提出發(fā)展至今，基于BIM技術的應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、工程量提取等方面，應用形式較為單一，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計到運維的整個過程信息，然而建筑工程在各個階段的信息來源較繁多，信息管理難度大，龐大的信息量給模型信息化的實現(xiàn)帶來了很大的阻礙，以BIM為中心各相關方協(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，擬對以二維碼作為信息傳輸載體的實際應用進行深入探討。

1 二維碼概述

目前在相關生產(chǎn)經(jīng)營、工程管理等行業(yè)應用中，最常見的自動技術包括二維碼和無線射頻識別技術(RFID)；RFID技術被業(yè)界認為是未來物聯(lián)網(wǎng)應用最可行的自動識別技術，但在目前的技術狀況下，RFID相較二維碼還存在如下問題。

1)RFID需要專用標簽，而二維碼可以在文檔打印時直接生成，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，相對于RFID技術更易上手，無需專用設備，手機便可操作，方便施工人員使用，而RFID則需攜帶專門的讀寫設備，增加施工人員攜帶負擔。

3)在安全性方面，RFID比二維碼相較更有優(yōu)勢，二維碼信息時直接暴露在外的，任何掃碼設備都可以快速讀取，但可對平臺權限進行設置，設置為只有一部分賬號可以更改二維碼信息，另一部分賬號只可以讀取信息，來規(guī)避二維碼這一缺點。

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)字化的信息進行編碼并用條碼形式表示出來，可以表示多種語言文字，還可表示圖像數(shù)據(jù)。RFID在此方面交互形式較單一。

結合以上原因以及項目的實際情況，本文選擇了二維碼作為信息載體來進行BIM施工信息傳輸應用研究。

除了上述的二維碼的特點外，二維碼還有以下的特點：① 高密度編碼，信息容量大：可容納高達2 710個數(shù)字，或1 850個大寫字母，或500多個漢字，或1 108個字節(jié)，比正常條碼的信息容量高出約十幾倍的量級；②容錯能力強，具有糾錯功能：二維條碼在染色、穿孔等局部破損時仍可以得到正確地識讀，損毀面積最高不超過50%仍然可以對信息進行復原；③解碼可靠性高：誤碼率不超過千萬分之一，比正常條碼解碼錯誤率低很多；④條符形狀、尺寸大小比例可調(diào)整。

2 工程概況及重難點分析

2.1 工程概況

本工程位于四川省簡陽市蘆葭鎮(zhèn)，總投資為718.64億元。機場規(guī)劃兩個航站區(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(遠期工程)。其中的T2航站樓為大型公共交通建筑，屬4E類機場、一類機場航站樓，建筑面積約27.28萬 m2，建筑物最大高度44.850 m。本次項目二維碼應用研究主要在ITC大樓部分，ITC地上主體5層，地下2層，框架剪力墻結構，建筑面積約3.68萬 m2，檐口高度23.8 m。

2.2 工程重難點

本工程構件大、凈空高，檐口高度23.8 m，屋面最高點44.85 m；數(shù)量多、范圍廣，需實測實量構件達上萬個；項目管理難度大、技術含量高、協(xié)調(diào)配合難度大等特點，同時在此項目中BIM技術的運用較為深入，決定利用二維碼作為信息載體，使施工構件與BIM進行信息結合。

3 BIM二維碼信息傳輸流程

本項目利用二維碼進行BIM施工信息傳遞主要由以下三個環(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目，由相關測量、檢查、技術人員通過掃描二維碼進行信息錄入。二維碼平臺需要給予責任人以相關的權限，權限責任人自行開展相關工作，將數(shù)據(jù)信息填寫到對應的表格中。

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、實測信息需要具備有構件編碼、規(guī)格、材質(zhì)、合格標準要求、實測和檢測的實際數(shù)據(jù)、相關責任人及聯(lián)系方式、檢測和實測現(xiàn)場照片等；方案、交底類技術信息二維碼需要具備實施范圍、三維圖片、文檔資料以及相關合規(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行智能掛接，以保證模型信息與施工現(xiàn)場的聯(lián)動性，可以在BIM的三維模型環(huán)境中隨時調(diào)看施工現(xiàn)場的實時施工信息。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，根據(jù)信息需求來制作二維碼模板。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。針對實測、檢測、巡檢記錄等需要人為更新的項目，采用活碼模板；針對交底、方案、展板等不再進行信息調(diào)整的項目，采用死碼模板。完成模板制作以后批量導出模板二維碼空碼(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)圖紙進行ITC大樓的相關族文件的創(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計工具，通過可視化編程語言操縱數(shù)據(jù)，創(chuàng)建幾何體，進行計算式設計達到個性化設計。

(3)二維碼編號與制作。完成二維碼批量自動掛接以后，BIM的構件ID即作為二維碼的編號，本項目的每一個構件都對應了各自唯一的二維碼編號。

(4)信息采集。實測、檢測、巡查等信息采集人員通過掃描二維碼獲取編輯權限，通過手機、平板電腦等移動端輸入數(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通過平臺提取所包含的構件信息和施工過程信息了。也可以在BIM的模型構件中直接查看二維碼，二維碼的數(shù)據(jù)可通過現(xiàn)場的修改進行適時變動。同時，也可以在三維的模型環(huán)境中隨時調(diào)看施工現(xiàn)場的實時施工信息。

4 二維碼應用

1)安全檢查。本項目的安全部門在現(xiàn)場重要安全隱患區(qū)域設立項目現(xiàn)場巡查點，指派人員按時定點去現(xiàn)場巡查安全問題，并對安全隱患點進行記錄，上傳平臺，督促分包進行整改，整改完成后上傳整改完成后現(xiàn)場照片，減少安全風險。

2)質(zhì)量管理。在BIM模型應用于質(zhì)量管理的過程中，本項目結合二維碼的使用，現(xiàn)場質(zhì)量管理人員可以隨時將現(xiàn)場出現(xiàn)的問題加以記錄，并通過更改二維碼構建信息網(wǎng)絡實時反映到BIM模型中，其他質(zhì)量管理人員則可以通過實時更新的BIM模型隨時查看現(xiàn)場質(zhì)量情況，實時掌握現(xiàn)場施工的不確定因素，做到對施工現(xiàn)場的有效控制，通過對工程質(zhì)量實時動態(tài)監(jiān)控，做到對重大質(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，使項目進行質(zhì)量動態(tài)控制和過程控制變得更加簡易。

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

4)虛擬樣板。將施工樣板的模型及動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行相應的施工學習及管理，相較于傳統(tǒng)樣板，二維碼虛擬樣板占用空間小、節(jié)約場地，可節(jié)省大量成本，對工序工藝做法等交底更加清晰準確，為項目提升一定的經(jīng)濟效益。

5)應用效果。

(1)人工效益分析。管理人員通過掃描二維碼進行信息錄入，其中大部分信息數(shù)據(jù)是以選擇的形式進行收集，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)實際需求進行調(diào)整，減少了人員處理表格的成本。 測量人員通過移動端口進行信息填寫，數(shù)據(jù)信息可自測自填。數(shù)據(jù)信息整理通過二維碼平臺進行，數(shù)據(jù)導出以后在Excle表格中進行統(tǒng)一整理，相比以往使用紙質(zhì)表格進行數(shù)據(jù)整理，電腦整理數(shù)據(jù)更快、更準確、更智能且存儲空間更大、保存時間更長。大大縮減了數(shù)據(jù)處理對人員的需求。

(2)材料效益分析。二維碼的數(shù)據(jù)信息存儲在云臺上，云臺能夠支撐龐大的信息量。在實測實量等項目的使用上，利用二維碼進行信息采集和公開比墻柱掛牌或噴涂表格所耗費的資源量更低且更環(huán)保。對二維碼與掛牌以及噴涂進行材料成本耗損比較見圖3。

圖3 成本損耗對比表

圖3中，公示展板可周轉約兩次，此外不計周轉耗損。通過圖3可知，二維碼僅材料耗損費用也遠遠低于其他兩種方法。

二維碼所占構件的面積小、外形美觀、張貼方便，應對多道工序施工時二維碼不會被下道工序覆蓋，且能夠隨時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，打通了施工實體構件與BIM虛擬構件的連接通道，利用BIM進行工程管理實時獲取構件的施工生產(chǎn)信息，使工程管理變得更便捷。測量檢測信息在進行實操時需要上傳工作照片，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和二維碼平臺對信息進行管理比以往翻查資料，過程檢查等方式更加快速和方便。利用云臺進行大數(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程，對于BIM技術的升級和發(fā)展開通了新的渠道。

5 結 語

基于BIM技術的二維碼施工信息傳輸，利用超大容量的云存儲技術進行工程信息存儲，存儲容量完全滿足信息存儲要求，且能夠長時間保存。信息通過二維碼寫入后端服務平臺以后，能夠批量化的在平臺上進行提取，數(shù)據(jù)信息規(guī)范、排列有序、便于篩選，同時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。平臺信息與BIM聯(lián)動，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，提高了BIM新管理模式給工程帶來的效益。

在天府機場項目中，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，導致的信息收集難度大的問題，實現(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程。

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