基于BIM的物聯網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與物聯網的關系中，BIM是數據支撐模型，物聯網技術是在BIM技術的基礎上，通過傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術，獲取施工現場各種監測、監控數據等運營數據，將數據集成到BIM輕量化模型上使其可視化，并進行相關數據分析、處理，將分析的結果反饋給項目管理人員輔助決策。

BIM技術發揮上層信息集成、交互、展示和管理的作用，而物聯網技術則承擔底層信息感知、采集、傳遞、監控的功能。二者集成應用可以實現公路工程施工管理過程的信息承接，實現虛擬信息化管理與實體環境硬件之間的有機融合。基于BIM技術的物聯網對建設階段的質量、安全管理進行實時數據監測，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的物聯網在本項目中的應用

2.1 BIM結構物模型輕量化

基于WebGL技術的圖形引擎將橋梁、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據。按照三角面的排列順序具有的參數化規律，對于面上的點都在邊界上的網格數據，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格數據，從邊界開始，對原始網格數據進行從左向右，自下而上逐層簡化[2]。使用WebGL輕量化技術實現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據特征，優化體驗和分析的效率，適合創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，程序調用JSON對象數據繪制信息，然后將繪制信息傳遞給GPU處理，最終將渲染結果在瀏覽器上顯示，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 試驗數據聯網監管

借助物聯網傳感技術，通過對試驗儀器設備進行智能化改造升級，實時上傳儀器產生的試驗原始數據，通過試驗名稱與輕量化的BIM模型構件的對應關系進行數據綁定，自動處理試驗檢測數據，形成結果判斷和曲線圖。如果數據結果值不符合規定值要求，系統進行預警并進行“不合格”臺賬登記，防止篡改試驗數據，保證數據真實有效，管理層可實時掌控主體結構質量，有效預防質量事故的發生（見圖2）。

圖2 試驗數據聯網監管

青洋路快速化工程在試驗數據監管方面主要實現了如下功能：

①數據實時上傳。對于力學儀器和瀝青儀器產生的原始數據第一時間上傳至服務器，并同時進行視頻監控。

②報表上傳。對于《試驗檢測動態監管系統》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服務器。通過錄像可以有效的規范試驗過程。

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場，不用查看紙質資料，可以在系統中看到本項目所有試驗室的相關情況。

近幾年，隨著科學技術的提高，科學技術在農業領域的應用也在逐漸的提高，尤其是在農作物的栽培技術研究中。茄子是茄科茄屬一年生草本植物，其營養價值高，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的局限，其產量和質量都難以滿足人們的需求，故此，通過日光溫室栽培技術提高茄子的產量和質量，滿足人們的日常需求，促進農業經濟作物的健康良性發展。

⑤數據報警。當采集到的數據被篡改時，系統會發送報警信息給管理人員。

⑥與BIM關聯。點擊BIM模型可以查看對應結構物的鋼筋、混凝土等的試驗結果信息，對于質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計、匯總的作用。

2.3 履約人員考勤監管

通過人臉考勤終端將考勤數據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場，由其他人員代替考勤的現象發生。

使用遠程人臉考勤系統，不受地理位置的限制，管理單位只要具有網絡就可以登錄系統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 環境監測數據監管

本功能實現了施工現場噪聲、揚塵、溫度、濕度、風速、風向的自動化監測，采集和上報相應的監測數據，數據通過點擊三維GIS場景中的監測設備BIM模型，進行三維可視化動態顯示，系統內置計算規則，將監測的數據進行數據分析，反饋至噴淋降塵系統自動控制設備，實現環境數據的實時監測及噴淋降塵系統的自動化開啟關閉。結合BIM、GIS、物聯網、互聯網技術，在遠程智能管理平臺上進行狀態發布，實現施工環境信息實時遠程管理。

2.5 視頻監控管理

青洋路快速化工程將線路沿線的監控設備進行統一規劃、統一管理，實現了施工現場無死角。

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

2.6 路面攤鋪質量監管

從路面鋪筑施工過程監控管理的實際需求出發，將BIM技術和路面鋪筑施工監控相結合，應用物聯網、北斗定位系統、無線傳輸、云計算等技術，為工程技術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、碾壓遍數等關鍵信息的實時傳輸、實時糾偏、持久性存儲及可視化分析等，對不合格數據進行預警，達到對路面攤鋪質量、路面壓實過程和現場鋪筑施工總體狀況等進行有效監管。

2.7 拌合站生產數據監管

青洋路快速化工程在水泥混凝土拌合站數據監控方面主要實現了如下功能。

①實時監控各類材料每盤用量并生成可視化曲線，實時監測拌和設備性能的穩定性與持續性。

②混凝土攪拌過程中的數據（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據庫，將數據展示到信息化系統。內置計算規則，當數據超標時，能夠及時發送報警短信給相關責任人及管理人員。報警數據按照強度等級、水泥比例、拌和時間、粉煤灰比例等進行統計分析，為質量控制提供了依據。

③通過本系統的使用，實現了對拌和站的產能分析、材料用量統計、材料誤差分析等應用。

2.8 RFID標簽及二維碼應用

在基于BIM模型與物聯網技術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]。基于此平臺，施工人員可通過點擊BIM模型快速查閱的施工圖紙。現場施工人員可以通過智能安全帽二維碼、安全培訓二維碼、機械設備二維碼入口，進入BIM模擬操作數據平臺，不僅可提取基本信息，還可以查閱包括操作規程、安全技術交底資料等信息知識庫，現場人員在現場遇到難題時可根據需要快速查看、查找、學習和交底。

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，統一匯集到加載了輕量化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。

3 結語

通過基于BIM的物聯網平臺在青洋路快速化工程中的應用，不但實現了過程監管的可視化，而且為實體工程和設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，將會出現以結構物輕量化BIM模型為載體，結合物聯網技術，構建以智能監測為手段、以數據互通為核心、以可視化應用為特點的公路工程“智慧化”管理平臺。