BIM與物聯網技術融合應用探討

■ 閆鵬

BIM與物聯網技術融合應用探討

■ 閆鵬

結合BIM與物聯網技術的特點，從施工現場管理、日常維護與資產管理、應急管理與模擬培訓等方面對BIM與物聯網技術的融合應用模式及應用價值進行分析，并在標準現狀、技術條件等方面分析融合應用可能存在的障礙與問題。

BIM；物聯網；技術融合；綜合應用

0 引言

BIM是貫穿整個建筑工程項目（設計、施工和運營維護管理）全生命周期的技術理念，可把BIM形象比喻為建設項目的DNA。根據美國國家BIM標準委員會的資料，一個建筑物生命周期75%的成本發生在運維階段（使用階段），建設階段（設計、施工）的成本占項目生命周期成本的25%[1]，而在建設階段，施工建造環節成本也大大高于設計。

然而在目前的BIM應用中，往往以設計作為BIM應用的主導方，只關注BIM模型本身，應用多為管線綜合、碰撞檢測、算量、模擬計算等模式，并沒有把BIM技術置于建造與運營管理階段去綜合考慮、拓展或延伸它的綜合應用模式。建造施工與運維相較于設計，其生命周期更長，任務更多更復雜，可以預見，如果BIM技術能在建造與運營管理階段得到廣泛應用，將產生更大的價值。

1 BIM與物聯網技術融合分析

BIM是建筑物的數字化信息模型，是虛擬的建筑，是現實建筑的真實再現。BIM建模的過程是將建筑設施數字化的過程，這一過程中，利用BIM技術進行管線綜合、碰撞檢測、模擬計算等應用，實現設計各參與方的信息交互，即協同設計，而各信息交互的媒介或基礎，即工業基礎類（Industry Foundation Classes，IFC）。這一媒介也將貫穿建筑工程項目BIM應用的整個全生命周期。

而在全生命周期的施工建造及運維階段，其各參與方的行為有著高度的分散性、移動性、機動性等特點[2]，對BIM技術的應用提出了現場性、移動性、實時性等新要求。與設計階段基于辦公室、人（設計師）及PC終端的BIM應用不同，在施工建造及運維階段，其參與方為現場（環境）、人、移動終端及全生命周期中最為重要的實體——物（即建筑、設備、設施等物體本身）。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，因為在施工建造及運維階段，各參與方之間出現了信息傳遞的孤島——物。

因此，需要利用新的技術手段，將“物”這一關鍵實體與BIM模型、人進行有效連接，而物聯網（Internet of Things，IOT）技術便可成為完成連接的橋梁。物聯網是物物相連的互聯網，通過物聯網技術中的RFID標簽、二維碼、智能傳感器、視頻前端、定位裝置等感知層設備，將現實環境、人、物與BIM模型中的信息關聯起來。可以說，BIM技術與物聯網的融合，將打通現實與虛擬、實體與數據間的接口，實現對施工建造及運維階段的行為監控、數據采集，結合BIM模型數據完成數據交互，實現有效的現場管理及操作行為。BIM技術與物聯網的融合將延伸和拓展出豐富的綜合應用模式與價值。BIM與物聯網融合應用結構見圖1。

BIM與物聯網技術在融合應用中各自發揮不同的作用，BIM實現信息傳遞和交互共享并形成中心基礎數據庫，物聯網將采集、傳輸與接收來的信息與BIM數據庫中的實體相連接。

2 應用展望與價值分析

2.1 施工現場管理

2.1.1 安全管理

對于施工現場存在的安全隱患，可通過RFID技術進行輔助監測，并將監測反饋數據與BIM基礎數據聯動，統一匯集到加載了BIM模型的監控平臺中，既直觀顯示了預警信息，又便于施工現場的統一化管理。

（1）人員位置監控。在施工現場重要區域（如攪拌站、塔吊危險區域等）安裝RFID讀取設備，對現場施工人員安全帽或標識牌進行識別，實現施工現場重要區域的人員定位、跟蹤及管理，及時采取措施，避免事故的發生[3]。

（2）重要資產區域監控。對于施工現場設備材料多，施工作業人員流動大、出入頻繁，時有盜竊事件發生等問題，可對一些重要設備、設施及施工材料等附上RFID識別標簽、定位裝置或在視頻前端設備進行在線監控，當這些物品超出監控區域時，可進行定位預警。

2.1.2 進度與質量管理

（1）施工現場視頻監控（見圖2）。針對施工進度，可通過視頻前端設備進行遠程監控，并結合BIM基礎數據中的構件、物料等數據進行施工進度的遠程指揮和調度。此外，采用視頻監控后，職工考勤、現場勞動力在現場的分布等情況一目了然。對工程施工中的關鍵環節、區域，施工人員操作的規范性、設備安裝過程等，也可通過前端視頻監控的方式對施工全過程進行記錄，并與BIM基礎數據中的構件等結合，對人員、時間、施工點進行查詢和問題回溯，實現質量檢查和監督。

（2）物料跟蹤。對一些構件化的施工物料，在生產階段可以通過RFID標簽或二維碼與BIM基礎數據結合，物料的運送、入場、領料、盤點等環節可通過感知前端與BIM數據相結合進行跟蹤和監控。也相當于對施工物料建立了有效的質量可追溯機制和責任機制，物料可實現按需生產，減少倉儲成本，且避免施工構件訂單延誤。

2.2 日常維護與資產管理

單純BIM模型本身，在建筑、設備、設施的日常運維方面，可直觀反映其結構、組成、位置及相應設計參數、施工工藝、維護維修內容（如養護、測試、維修流程及操作工藝、需要的工具及材料）等參數化信息。

BIM與物聯網技術相結合，可在設施與設備現場為每個設施設備分配一個指定的RFID標簽或二維碼。在進行運維檢修、定位查看時，使用智能終端設備獲取現場設施設備對應的電子標簽并與BIM模型數據進行數據交換，在可視化環境下顯示對應的BIM模型，還可查詢相應設備的屬性、狀態及運維信息，進而更加有效地制定維護計劃，避免過度維修或維修不足，降低維修成本，提高維修質量[4]。維護階段設備掃描查看的應用界面見圖3。

2.3 應急管理與模擬培訓

三維可視化是BIM技術的一大優勢，基于BIM的應急管理將減少盲區，提高突發事件的響應及救援能力，為應急處理提供更為明確、清晰的信息。在基于BIM模型與物聯網技術建立的應急管理平臺上，將省去大量重復的找圖紙、對圖紙工作，而是利用RFID標簽或二維碼進行快速定位查詢。基于此平臺，運維人員可快速查閱設備的詳細狀態，定位故障設備的前后關聯信息，進而為應急指揮提供決策支持。

在模擬培訓方面（見圖4），現場施工或運維人員可以通過設施設備的RFID標簽及二維碼入口，進入BIM模擬操作數據平臺，不僅可提取設備的相關信息，還可以查閱包括操作規程、培訓資料等的設備設施知識庫，現場人員可根據需要在遇到難題時快速查找和學習。

3 應用障礙

盡管BIM與物聯網技術融合將擴展出豐富的綜合應用模式，但目前其應用尚處于摸索階段，還存在一些可能的障礙有待研究和解決。

3.1 BIM方面

（1）標準層面。相關國內應用標準還需進一步完善，與其相對應的行業管理體系和管理規范等方面也需同步完善；

（2）技術層面。現有多個BIM應用軟件之間數據的兼容性、交互性對IFC的支持還有待驗證及完善。

3.2 物聯網方面

（1）物聯網前端感知設備中，除二維碼標簽成本較低外，RFID標簽、定位裝置或前端視頻等的大規模應用，勢必產生一大筆傳統模式沒有的附加成本。因此，BIM與物聯網融合應用的適用場景、項目特征及其相應的投入產出比還需進一步研究[5]。

（2）RFID標簽、二維碼等物聯網前端感知設備相當給每個設施設備賦予了進入BIM基礎數據的入口，數據傳輸的安全及隱私保護機制還需進一步研究與完善。

（3）RFID標簽、二維碼等物聯網前端感知設備在施工或運維現場復雜、惡劣條件下的可靠性、適用性還需進一步研究。

（4）RFID標簽分為有源標簽和無源標簽2種，有源標簽應用的工作時長及功耗等問題還需進一步研究。

4 結束語

目前，BIM與物聯網技術融合的綜合應用尚處于摸索階段，深度挖掘BIM與物流網技術融合的應用價值尤其是與云計算、大數據等先進技術的結合還有待進一步研究。隨著技術手段的發展與管理機制的進一步完善，新技術的融合應用必將帶動工程建設行業在質量、安全、效率等方面的提升，推進行業技術進步。

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

[2] 賈曉平．建筑業企業的信息化建設與BIM的現在及未來[N]．建筑時報，2014-02-12．

[3] 裴卓非．BIM技術與物聯網在施工階段的應用[J]．建材技術與應用，2013(1)：60-62．

[4] 胡振中，陳祥祥，王亮，等．基于BIM的機電設備智能管理系統[J]．土木建筑工程信息技術，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：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，高級工程師，陜西 西安，710043

責任編輯 高紅義

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