基于“BIM＋物聯(lián)網(wǎng)”的多模塊施工信息管理平臺探索

張子愷

上海市建工設計研究總院有限公司 上海 200235

1 概述

近年來，建筑信息模型（BIM）技術發(fā)展迅速，開始被廣泛應用于建筑行業(yè)各領域中。隨著BIM技術的發(fā)展，建筑業(yè)信息化得到了真正的落實同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能化、移動通信等互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷加強，建筑工程信息化網(wǎng)絡化水平達到了前所未有的高度，以“BIM＋信息集成”為核心、物聯(lián)網(wǎng)為媒介、施工項目管理為主線的智慧工地技術在建筑行業(yè)展現(xiàn)出蓬勃的生機。為實現(xiàn)施工階段BIM技術的集成應用能力，吳露方[1]通過達索ENOVIA平臺對橋梁施工項目管理進行了人財物的一體化仿真，實現(xiàn)了工程問題的前處理分析。饒平平等[2]通過B/S/D架構開發(fā)施工信息管理平臺，解決了施工階段的信息孤島問題。王婷等[3]利用Web3D、數(shù)據(jù)庫管理等技術，研發(fā)出基于BIM的施工資料管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于Web功能的BIM模型與施工資料的交互管理。

《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中指出：建立完善建筑施工安全監(jiān)管信息系統(tǒng)，對工程現(xiàn)場人員、機械設備、臨時設施等安全信息進行采集和匯總分析，實現(xiàn)施工企業(yè)、人員、項目等安全監(jiān)管信息互聯(lián)共享，提高施工安全監(jiān)管水平。基于此，以綱要文件為理論基礎，結合多年施工一線及電商平臺的管理經(jīng)驗，本文對基于“BIM＋物聯(lián)網(wǎng)”的多模塊施工信息管理平臺進行了深入的探索，提出了地基位移沉降實時反饋監(jiān)測信息模塊、預拌混凝土需求實時同步信息模塊、項目建設分供商管理信息模塊、地下水位監(jiān)測及自動降水控制信息模塊、項目物資預采購信息模塊、環(huán)境監(jiān)測統(tǒng)計信息模塊、項目管理資料分類收集信息模塊、成本控制分析信息模塊等基于BIM及物聯(lián)網(wǎng)技術的多模塊施工信息管理平臺，對項目管理中數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)協(xié)同、數(shù)據(jù)共享的工作模式起到了較好的應用效果。

2 平臺選擇

2.1 Revit建模平臺

Revit是Autodesk公司旗下的一款三維建模軟件，作為BIM核心建模軟件的代表，它可以幫助設計師設計、建造和維護質(zhì)量更好、能效更高的建筑。Revit有著參數(shù)化、可視化、協(xié)同化、可出圖性等優(yōu)點，可實現(xiàn)模型一處修改，所有視圖信息同步更新，這極大地減少了設計過程中的返工時間。且通過Revit創(chuàng)建的模型，不僅包含三維建筑物理模型，更包含如工程信息、構件信息、生產(chǎn)信息等2D文本信息，為后續(xù)的施工、運維等階段提供了數(shù)據(jù)基礎[4]。

2.2 Unity3D開發(fā)平臺

Unity3D是全面整合的專業(yè)游戲引擎，是三維動畫、建筑可視化、三維實景仿真等互動內(nèi)容的跨平臺游戲開發(fā)工具[5]。Unity3D兼容各種操作系統(tǒng)的發(fā)布，如Windows、Mac、Android等平臺，真正實現(xiàn)了跨平臺展示。同時，Unity3D支持各種腳本語言的編輯，如Java、C#、JSP等面向對象結構語言。

Unity3D在游戲領域風靡的同時，在建筑業(yè)BIM領域中有著同樣重要的地位，Unity3D可查看并編輯Revit發(fā)布的屬性信息，并可通過物聯(lián)網(wǎng)技術（如RFID芯片、位移計、應變片等）將施工現(xiàn)場的實時實測數(shù)據(jù)傳遞到Unity平臺中的每一個構件里，實現(xiàn)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的界面可視化，是實現(xiàn)智慧工地平臺不可或缺的一環(huán)。

2.3 WebGL展示平臺

WebGL（Web Graphics Library）是一種3D繪圖協(xié)議，通過增加OpenGLES2.0的一個JSP綁定，為HTML5 Canvas提供硬件3D渲染，從而使用戶能在瀏覽器中流暢地觀看三維數(shù)據(jù)化模型。通過將Unity3D開發(fā)的平臺發(fā)布為WebGL協(xié)議，并鏈接到相應智慧工地平臺，可以實現(xiàn)BIM與WebGL的結合，實現(xiàn)帶物聯(lián)網(wǎng)信息的BIM模型在Web端的可視化[6]。“BIM＋物聯(lián)網(wǎng)”跨平臺開發(fā)實現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 BIM集成物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)流程示意

3 多模塊施工信息管理平臺實現(xiàn)方式

通過對實際工程項目中數(shù)字化建造需求進行分析，結合自身施工管理經(jīng)驗，并在公司內(nèi)部研發(fā)團隊的支持下，本著平臺化、標準化、系統(tǒng)化、模塊化的原則，研發(fā)出基于“BIM＋物聯(lián)網(wǎng)”的多模塊施工信息管理平臺。具體包括地基位移沉降實時反饋監(jiān)測信息模塊、預拌混凝土需求實時同步信息模塊、項目建設分供商管理信息模塊、地下水位監(jiān)測及自動降水控制信息模塊、項目物資預采購信息模塊、環(huán)境監(jiān)測統(tǒng)計信息模塊、項目管理資料分類收集信息模塊、成本控制分析信息模塊等信息化模塊（圖2）。

圖2 施工信息管理平臺模塊架構

3.1 地基位移沉降實時反饋監(jiān)測信息模塊

在傳統(tǒng)工程項目中，工地基坑支撐、建筑物或已有構筑物的位移、沉降、變形等數(shù)據(jù)監(jiān)測通常由第三方公司測得，并定期以書面的形式向監(jiān)理匯報。此種地基位移監(jiān)測模式產(chǎn)生了很多弊端，例如監(jiān)測人員對基坑沉降逐一排查后登記見表，審核通過后再以書面的形式送交監(jiān)理處，這一套流程走下來，往往需要數(shù)天，不能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時性和準確性。再者，紙質(zhì)化表格化的數(shù)據(jù)，難以直觀地看出基坑的變化趨勢，往往要對照基坑示意圖以及先前數(shù)次所測基坑沉降數(shù)據(jù)，才可以看出基坑的變化趨勢。最后，如遇突發(fā)事件，無法實現(xiàn)基坑實時預警功能，會給工程項目的建設造成極大的損失。

基于此，研發(fā)地基位移沉降實時反饋監(jiān)測信息模塊，通過在Revit中建立基礎階段項目三維模型（圖3），并將模型以FBX的格式無損導入Unity3D模型中進行處理（圖4），在所有基坑點位上建立Sphere實體，每一個Sphere實體代表一個基坑，通過在Unity3D后臺編譯器中將Sphere實體與施工現(xiàn)場基坑位移監(jiān)測儀的后臺數(shù)據(jù)連接，點擊任一Sphere實體即可查看相應基坑的沉降信息。最后，將模型發(fā)布為WebGL格式并部署到智慧工地平臺（圖5），可以在網(wǎng)頁端實時查看每一個基坑點位的編號、名稱、本次沉降量及累計沉降量。并且，若沉降量超過后臺預設的沉降限制，此點位的Sphere實體會以紅色顯示，起到實時預警作用。

圖3 Revit建立基坑模型

此模塊不僅節(jié)省了匯表人員的工作量，并且起到基坑沉降數(shù)據(jù)網(wǎng)頁端可視化的效果，對基坑工程數(shù)據(jù)的實時性、準確性、項目的安全性起到了極大的助力作用。

3.2 預拌混凝土需求實時同步信息模塊

圖4 Unity3D開發(fā)界面

圖5 Web端地基沉降信息模塊

預拌混凝土是建設工程最主體、最核心的材料，對混凝土物料的管控程度將直接影響到項目的進度、質(zhì)量、成本等各方面。由于在實際工程中，傳統(tǒng)的管控無法形成信息共享，各參與方以手中的票據(jù)作為混凝土工程量的統(tǒng)計和管理依據(jù)，各方相互獨立，導致各參與單位間信息傳遞不及時。同時，項目管理者不能實時掌握工程混凝土用量，以及混凝土實際用量和理論用量的偏差。這些情況都會造成管理的閉環(huán)，對結構施工質(zhì)量管控不能快速追溯。

基于此，研發(fā)預拌混凝土需求實時同步信息模塊，通過在施工現(xiàn)場混凝土運輸車進場處安設稱重地磅并通過地磅將數(shù)據(jù)傳至后臺數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)混凝土物料管控系統(tǒng)的自動化稱量操作及數(shù)據(jù)錄入。并且根據(jù)進出場泵車的質(zhì)量差自動計算該泵車每日的澆筑量，實現(xiàn)混凝土澆筑量的精確把控。

結合BIM技術，通過在Unity3D平臺中導入Revit三維模型，并添加相應澆筑位置相對應的混凝土泵車信息，將泵車模型與地磅系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中泵車信息相關聯(lián)，發(fā)布至WebGL網(wǎng)頁端，可以可視化地查看每臺泵車的澆筑時間、理論澆筑量、實際澆筑量、澆筑的混凝土強度等信息。在混凝土澆筑期間，此模塊為項目各參與方提供了協(xié)同關注、交流順暢的平臺，其對于資源共享、節(jié)約成本、提高效率等具有巨大的優(yōu)勢作用。

3.3 項目物資預采購信息模塊

在工程建設過程中，不同的材料、物資有著不同的倉管要求，材料的采購和進場應與施工進度高度匹配。若采購過量，不僅增加了額外的富余物資倉儲管理工作量，更極大縮減了施工場地的空間利用率；反之若采購不足，則會嚴重拖慢施工進度，造成各方的損失。

基于此，以企業(yè)電商公司物資編碼體系為基礎，依托BIM技術，研發(fā)項目物資預采購信息模塊。通過將項目Revit模型中各構件（族）以電商公司物資編碼命名，并賦予各構件符合電商采購清單（BOM）的屬性及屬性值，實現(xiàn)在建模完成的同時，可以一鍵導出帶有企業(yè)物資編碼信息的明細表，即符合采購樣式的采購清單，從而實現(xiàn)物資的精細化采購[7]。

以熱軋鋼筋采購為例，在Revit建模時將電商采購單中所需信息以參數(shù)的形式添加進鋼筋族中，如需求單位、需求部門、需求人員、工程項目、標的編號、標的名稱、規(guī)格型號、圖號、訂貨要求、采購主數(shù)量、主計量單位、預估單價等。

建模完成后，在Revit中按照采購單的字段形式生成相匹配的鋼筋明細表，通過此明細表導出的Excel格式符合公司采購清單樣式，并按照一定的材料損耗比，如5%～7%的系數(shù)進行修正，即可進行工程物資的采購。

基于此種模式的物資采購模塊，可以實現(xiàn)物資的精細化管理，不會造成由于過多采購導致的物資浪費，也不會造成因采購不足導致的工期延誤，對工程項目管理起到了降本增效的作用。

3.4 項目建設分供商管理信息模塊

在傳統(tǒng)招投標工作中，管理單位要招標，需對接招投標平臺；分供商要投標，也需對接招投標平臺（圖6）。這種工作方式看似信息可以流通，卻屏蔽了管理單位和分供商單位間的信息互通，造成信息孤島，導致雙方都需要在招投標平臺上進行詢問，給平臺的工作人員造成了很大的負擔。

通過上線分供商管理信息模塊，將各分供商名錄狀態(tài)以及數(shù)字認證狀態(tài)實時同步到此模塊，以此打通電商招投標平臺、分供商以及管理單位三方的數(shù)據(jù)壁壘（圖7）。在把分供商放入此模塊前，應貨比三家，優(yōu)中選優(yōu)，這是項目材料采購的主要原則。對項目建設的各類分包商和物資供應商要在嚴格執(zhí)行統(tǒng)一標準的基礎上，再進行比價、比質(zhì)的遴選，確保各類物資和專業(yè)服務的合理性、安全性及性價比。后期再對中標的分供商項目及時建庫，及時把各分供商對應的綜合單項報價、發(fā)貨地點、運送方式、運送時長、結算方式等信息同步到BIM模型中，以便后期根據(jù)施工計劃直接推送需求信息，發(fā)起采購邀約。

圖6 傳統(tǒng)招投標模式

圖7 分供商管理模塊架構

3.5 地下水位監(jiān)測及自動降水控制信息模塊

通過上線地下水位監(jiān)測及自動降水控制信息模塊，在Unity3D平臺里將模型每一個降水井展示數(shù)據(jù)與現(xiàn)場水位感應器后臺數(shù)據(jù)進行對接，實現(xiàn)基坑施工過程中水位全過程可視化監(jiān)測和智能化預警。

此模塊可以實時發(fā)現(xiàn)水位異樣并預警，如發(fā)現(xiàn)局部抽排水量過多、基坑漏水等情況，對保護基坑穩(wěn)定起到積極作用。

3.6 其他信息模塊

此外，施工信息管理平臺中還包括項目管理資料分類收集信息模塊、成本控制分析信息模塊以及環(huán)境監(jiān)測統(tǒng)計信息模塊等信息化模塊。通過這些模塊，工程管理員可以精準把控項目的進度、質(zhì)量、成本、安全、綠色施工等多方面指標，做到充分利用信息化網(wǎng)絡平臺打通全過程項目管理。

4 結語

探索“BIM＋”的項目管理模式已經(jīng)是未來建筑業(yè)的趨勢，通過充分利用建筑信息模型的優(yōu)越性以及互聯(lián)網(wǎng)技術的集成性，可以使工程項目真正實現(xiàn)智慧采購、智慧建造以及智慧管理。

本文通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術，在施工信息管理平臺中結合BIM模型上線多模塊信息化功能，給項目管理人員提供了更為科學的工具，也為工程的決策提供了更為合理的依據(jù)。

科技是第一生產(chǎn)力，隨著社會的進步，科技的發(fā)展，在未來的建筑施工領域進程中，多信息模塊結合BIM模型在施工項目上的協(xié)同運用必定會對項目施工進展和企業(yè)自身利益起到雙贏的作用。