基于BIM的物聯(lián)網(wǎng)在青洋路快速化工程中的應用

黃建科，史建峰，秦弘，鄭新，武仲崗

（1.常州交通建設(shè)管理有限公司；2.西安新視窗科技有限公司）

1 引言

BIM與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系中，BIM是數(shù)據(jù)支撐模型，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，獲取施工現(xiàn)場各種監(jiān)測、監(jiān)控數(shù)據(jù)等運營數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)集成到BIM輕量化模型上使其可視化，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析、處理，將分析的結(jié)果反饋給項目管理人員輔助決策。

BIM技術(shù)發(fā)揮上層信息集成、交互、展示和管理的作用，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則承擔底層信息感知、采集、傳遞、監(jiān)控的功能。二者集成應用可以實現(xiàn)公路工程施工管理過程的信息承接，實現(xiàn)虛擬信息化管理與實體環(huán)境硬件之間的有機融合?；贐IM技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)對建設(shè)階段的質(zhì)量、安全管理進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，在加快施工進度，降低投資成本和風險因素方面起到切實可行的作用[1]。

2 基于BIM的物聯(lián)網(wǎng)在本項目中的應用

2.1 BIM結(jié)構(gòu)物模型輕量化

基于WebGL技術(shù)的圖形引擎將橋梁、路基的原始BIM模型進行解析，將BIM模型中的幾何信息導出成通用的三角面片圖形數(shù)據(jù)。按照三角面的排列順序具有的參數(shù)化規(guī)律，對于面上的點都在邊界上的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，對邊界上的點進行簡化。對于面上的點不全在邊界線上的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，從邊界開始，對原始網(wǎng)格數(shù)據(jù)進行從左向右，自下而上逐層簡化[2]。使用WebGL輕量化技術(shù)實現(xiàn)了在瀏覽器端和移動端對BIM模型的重新渲染。

基于WebGL的三維可視化可以讓用戶在交互中更快獲得數(shù)據(jù)特征，優(yōu)化體驗和分析的效率，適合創(chuàng)建復雜的可視交互平臺。WebGL用于繪制模型的基本元素是三角形，程序調(diào)用JSON對象數(shù)據(jù)繪制信息，然后將繪制信息傳遞給GPU處理，最終將渲染結(jié)果在瀏覽器上顯示，由于瀏覽器自身的本地緩存機制，二次加載BIM模型時，省去了再次從網(wǎng)絡上下載模型的時間，從而使BIM模型的渲染速度更快，用戶體驗更出色（見圖1）。

圖1 輕量化BIM模型

2.2 試驗數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管

借助物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)，通過對試驗儀器設(shè)備進行智能化改造升級，實時上傳儀器產(chǎn)生的試驗原始數(shù)據(jù)，通過試驗名稱與輕量化的BIM模型構(gòu)件的對應關(guān)系進行數(shù)據(jù)綁定，自動處理試驗檢測數(shù)據(jù)，形成結(jié)果判斷和曲線圖。如果數(shù)據(jù)結(jié)果值不符合規(guī)定值要求，系統(tǒng)進行預警并進行“不合格”臺賬登記，防止篡改試驗數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)真實有效，管理層可實時掌控主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，有效預防質(zhì)量事故的發(fā)生（見圖2）。

圖2 試驗數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管

青洋路快速化工程在試驗數(shù)據(jù)監(jiān)管方面主要實現(xiàn)了如下功能：

①數(shù)據(jù)實時上傳。對于力學儀器和瀝青儀器產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)第一時間上傳至服務器，并同時進行視頻監(jiān)控。

②報表上傳。對于《試驗檢測動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)》中完成的試驗報告和試驗記錄報表，在打印時同步提交至服務器。

③規(guī)范試驗過程。儀器開始做試驗的同時，攝像頭開始錄像；試驗完成后，攝像頭停止錄像，并將視頻信息上傳至外網(wǎng)服務器。通過錄像可以有效的規(guī)范試驗過程。

④試驗信息綜合管理。對于項目管理者來說，要查看試驗工作進行情況變得非常方便，不用去工地試驗室現(xiàn)場，不用查看紙質(zhì)資料，可以在系統(tǒng)中看到本項目所有試驗室的相關(guān)情況。

近幾年，隨著科學技術(shù)的提高，科學技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用也在逐漸的提高，尤其是在農(nóng)作物的栽培技術(shù)研究中。茄子是茄科茄屬一年生草本植物，其營養(yǎng)價值高，不僅能幫助維持人體酸堿平衡，多吃還有抗癌的保健功效。茄子在種植的過程中由于栽培技術(shù)的局限，其產(chǎn)量和質(zhì)量都難以滿足人們的需求，故此，通過日光溫室栽培技術(shù)提高茄子的產(chǎn)量和質(zhì)量，滿足人們的日常需求，促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物的健康良性發(fā)展。

⑤數(shù)據(jù)報警。當采集到的數(shù)據(jù)被篡改時，系統(tǒng)會發(fā)送報警信息給管理人員。

⑥與BIM關(guān)聯(lián)。點擊BIM模型可以查看對應結(jié)構(gòu)物的鋼筋、混凝土等的試驗結(jié)果信息，對于質(zhì)量的追溯性起到輔助作用，對試驗資料的管理分類管理起到統(tǒng)計、匯總的作用。

2.3 履約人員考勤監(jiān)管

通過人臉考勤終端將考勤數(shù)據(jù)實時上傳到青洋路智慧管理平臺服務器，管理單位可以及時了解整個項目參建單位的人員（包括履約人員）的考勤情況，將工號、姓名、應出勤、實際出勤情況等信息進行接入，獲取所有人員的出勤明細信息。通過人臉識別考勤杜絕了履約人員不在現(xiàn)場，由其他人員代替考勤的現(xiàn)象發(fā)生。

使用遠程人臉考勤系統(tǒng)，不受地理位置的限制，管理單位只要具有網(wǎng)絡就可以登錄系統(tǒng)進行人員出勤情況的查看，并且對人員的已打卡、未打卡、離職、請假等信息實時掌握。

2.4 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)管

本功能實現(xiàn)了施工現(xiàn)場噪聲、揚塵、溫度、濕度、風速、風向的自動化監(jiān)測，采集和上報相應的監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過點擊三維GIS場景中的監(jiān)測設(shè)備BIM模型，進行三維可視化動態(tài)顯示，系統(tǒng)內(nèi)置計算規(guī)則，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，反饋至噴淋降塵系統(tǒng)自動控制設(shè)備，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測及噴淋降塵系統(tǒng)的自動化開啟關(guān)閉。結(jié)合BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在遠程智能管理平臺上進行狀態(tài)發(fā)布，實現(xiàn)施工環(huán)境信息實時遠程管理。

2.5 視頻監(jiān)控管理

青洋路快速化工程將線路沿線的監(jiān)控設(shè)備進行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場無死角。

將監(jiān)控設(shè)備的位置在三維BIM模型中進行標記，通過點擊BIM模型中相應監(jiān)控點，可通過系統(tǒng)網(wǎng)頁及移動端對三維GIS場景下的現(xiàn)場視頻進行實時查看。也可以通過點擊監(jiān)控列表，直接查看現(xiàn)場對應的三維場景。監(jiān)控可實時調(diào)用及存儲，且支持監(jiān)控的云平臺操作。

2.6 路面攤鋪質(zhì)量監(jiān)管

從路面鋪筑施工過程監(jiān)控管理的實際需求出發(fā)，將BIM技術(shù)和路面鋪筑施工監(jiān)控相結(jié)合，應用物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位系統(tǒng)、無線傳輸、云計算等技術(shù)，為工程技術(shù)及管理人員提供直觀、便捷、高效的管理手段。

通過對路面鋪筑過程中攤鋪機、壓路機的運動軌跡、攤鋪溫度、碾壓速度、碾壓遍數(shù)等關(guān)鍵信息的實時傳輸、實時糾偏、持久性存儲及可視化分析等，對不合格數(shù)據(jù)進行預警，達到對路面攤鋪質(zhì)量、路面壓實過程和現(xiàn)場鋪筑施工總體狀況等進行有效監(jiān)管。

2.7 拌合站生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)管

青洋路快速化工程在水泥混凝土拌合站數(shù)據(jù)監(jiān)控方面主要實現(xiàn)了如下功能。

①實時監(jiān)控各類材料每盤用量并生成可視化曲線，實時監(jiān)測拌和設(shè)備性能的穩(wěn)定性與持續(xù)性。

②混凝土攪拌過程中的數(shù)據(jù)（配合比、減水劑用量、拌合時間等）自動采集并實時上傳到服務器數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)展示到信息化系統(tǒng)。內(nèi)置計算規(guī)則，當數(shù)據(jù)超標時，能夠及時發(fā)送報警短信給相關(guān)責任人及管理人員。報警數(shù)據(jù)按照強度等級、水泥比例、拌和時間、粉煤灰比例等進行統(tǒng)計分析，為質(zhì)量控制提供了依據(jù)。

③通過本系統(tǒng)的使用，實現(xiàn)了對拌和站的產(chǎn)能分析、材料用量統(tǒng)計、材料誤差分析等應用。

2.8 RFID標簽及二維碼應用

在基于BIM模型與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的信息化管理平臺上，利用RFID標簽可以進行快速定位查詢[3]?；诖似脚_，施工人員可通過點擊BIM模型快速查閱的施工圖紙。現(xiàn)場施工人員可以通過智能安全帽二維碼、安全培訓二維碼、機械設(shè)備二維碼入口，進入BIM模擬操作數(shù)據(jù)平臺，不僅可提取基本信息，還可以查閱包括操作規(guī)程、安全技術(shù)交底資料等信息知識庫，現(xiàn)場人員在現(xiàn)場遇到難題時可根據(jù)需要快速查看、查找、學習和交底。

對于施工現(xiàn)場存在的安全隱患，可通過RFID技術(shù)進行輔助監(jiān)測，并將監(jiān)測反饋數(shù)據(jù)與BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聯(lián)動，統(tǒng)一匯集到加載了輕量化BIM模型的監(jiān)控平臺中，既直觀顯示了預警信息，又便于施工現(xiàn)場的統(tǒng)一化管理。

3 結(jié)語

通過基于BIM的物聯(lián)網(wǎng)平臺在青洋路快速化工程中的應用，不但實現(xiàn)了過程監(jiān)管的可視化，而且為實體工程和設(shè)備賦予了感知能力和生命力，從而將公路工程的建造管理提升到智慧建造的新高度。未來的公路工程智能化管理，將會出現(xiàn)以結(jié)構(gòu)物輕量化BIM模型為載體，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建以智能監(jiān)測為手段、以數(shù)據(jù)互通為核心、以可視化應用為特點的公路工程“智慧化”管理平臺。