基于BIM+物聯網的機電施工可視化質量管理系統

周 昊

（吉林建筑科技學院 電氣與機械工程學院，吉林 長春 130000）

0 引 言

機電施工是指給水排水管道、弱電、空調通風、防火卷閘等施工工程，其施工質量的好壞，決定了建筑整體質量的高低[1]。BIM 是建筑信息的信息化模型，其可以數字的形式呈現建筑目標，將目標以物的形式傳遞給施工方，為施工方施工提供參考。物聯網則是結合紅外傳感技術、無線射頻識別技術于一體的信息交換網絡，其可實現目標的智能識別、定位依據管理等[2-3]。近年來，BIM 建模技術和物聯網技術不斷發展，在建筑工程施工過程中也會運用BIM 建模技術和物聯網技術實現施工過程可視化，用于管理其施工質量。通過對施工過程可視化，可及時發現施工過程中存在的不足，以便及時改正，保證工程施工質量[4]。為此，本文以BIM 技術和物聯網技術作為基礎，設計基于BIM+物聯網的機電施工可視化質量管理系統，為機電施工提供指導。

1 機電施工可視化質量管理系統

1.1 系統總體結構

以BIM+物聯網作為基礎，設計機電施工可視化質量管理系統。系統總體結構如圖1 所示。

圖1 機電施工可視化質量管理系統總體結構

機電施工可視化質量管理系統由數據層、展現層、服務層和管理層組成。數據層利用激光掃描儀和CCD 工業相機采集機電設備激光點云圖像和實景圖像后，將其存儲到BIM數據庫內；展現層內BIM 模型單元調用BIM 數據庫內圖像數據后，建立機電設備BIM 模型，利用PC 端為用戶呈現機電設備BIM 模型；利用服務層調用數據層內內存數據庫信息為用戶提供數據報表、機電設備統計信息、設備資料信息以及施工人員定位信息等；管理層為用戶提供機電施工質量驗收管理、維護管理、安全管理等功能。

1.2 系統主控硬件選取

機電施工可視化質量管理系統主控硬件為CPU，在此選擇英特爾celeron 系列CPU 作為本文系統主控硬件，該處理器具備2 GHz 主頻，功耗較低，同時具備較強的可擴展編程信號處理能力[5-6]，邏輯運算較為迅速。該主控硬件結構如圖2 所示。

圖2 主控硬件結構簡圖

系統主控硬件由3 個部分組成，分別是數據處理模塊、資源交換中心和外設數據傳輸模塊，利用外設數據傳輸模塊可連接激光掃描儀和CCD 工業相機，獲得機電設備點云和實景圖像，將其傳輸到資源交換中心后，通過資源交換中心發送到數據處理模塊，再通過數據處理模塊實現數據傳輸以及程序運行的控制。

1.3 機電設備BIM 模型構建

機電施工可視化質量管理系統展現層內的BIM 模型單元負責構建機電設備BIM 模型，該模型構建過程如圖3 所示。將機電設備點云數據輸入到BIM 模型內，對點云數據實施去噪預處理后，對點云數據進行匹配和切割處理，得到電氣設備點、線等特征，并生成機電設備二維結構圖；然后結合機電設備實景圖像[7-8]，生成機電設備BIM 模型，實現機電施工可視化。

圖3 機電設備BIM 模型構建流程

1.4 機電施工可視化質量驗收方法

機電施工可視化質量管理系統的管理層內質量驗收管理模塊依據BIM 生成驗收任務算法，實現機電施工可視化質量驗收，其詳細流程如圖4 所示。

在進行機電施工可視化質量驗收時，先遍歷機電設備BIM 模型的IFC 抽象類，再判斷是否可以獲取質量檢驗所需的層、軸線等抽象屬性[9]。若不可以，則完善機電設備BIM模型的IFC 數據；若可以，則提取機電設備實體集合，并在該步驟添加施工流水段屬性。然后按照施工質量檢驗批次，劃分機電設備組織數據，并返回檢驗批次合集；再按照檢驗規范[10]，從檢驗批次合集內抽樣并返回檢查點集合后，輸出機電施工質量驗收結果，依據該驗收結果實現機電施工可視化質量管理。

2 實驗分析

以某小區機電施工項目作為實驗對象，使用本文系統對該機電施工項目進行質量管理，驗證本文系統實際應用效果。

2.1 業務覆蓋程度測試

一個系統的業務覆蓋程度是衡量系統每個模塊響應的指標之一，以業務覆蓋程度作為衡量指標，測試本文系統在運行線程不同和運行環境不同的情況下，其業務覆蓋的程度，測試結果如圖5 所示。

圖5 系統業務覆蓋程度

分析圖5 可知，本文系統業務覆蓋程度隨著運行線程數量增加而增加，且在不同運行環境下，其業務覆蓋程度相差不大。在運行線程數量少于20 個時，本文系統運行時業務覆蓋程度為100%。當運行線程數量超過20 個以后，本文系統運行時業務覆蓋程度略微下降，但下降幅度極小。上述結果說明，本文系統具備較強的業務覆蓋能力，具備良好的應用性。

2.2 BIM 模型構建測試

以該機電工程某一區域作為實驗對象，使用本文系統構建其可視化BIM 模型，構建結果如圖6 所示。

圖6 機電施工管道BIM 模型

分析圖6 可知，本文系統可有效建立機電施工管道BIM模型，且模型內部機電管道分布狀況清晰，機電管道零部件較為逼真。該結果表明，本文系統具備較強的機電設備BIM模型構建能力，可呈現可視化的機電設備和施工場景，應用效果較好。

2.3 機電施工可視化質量管理測試

使用本文系統對該機電施工項目進行可視化質量管理，給出其可視化施工場景畫面，結果如圖7所示。分析圖7可知，在機電施工可視化質量管理界面內，可清楚觀察到當前機電工程編碼、施工作業項目和施工人員數量等畫面，其可有效實現機電施工可視化質量管理，應用效果較佳。

3 結 語

本文設計了基于BIM+物聯網的機電施工可視化質量管理系統。該系統利用BIM 建立機電施工設備、場景等可視化模型，利用物聯網為系統信息傳輸提供通道，實現機電施工可視化全過程，且該系統經過實際驗證，應用效果較為顯著。