BIM技术与物联网在施工阶段的应用

2013-02-20□□

建材技术与应用 2013年1期

□□

(山西八建集团有限公司，山西太原 030027)

引言

长期以来，建筑施工企业存在着粗放式管理、能耗高、劳务密集、利润低等问题，随着建筑业的快速发展，迫切需要转型与突破。BIM技术与物联网使得企业集约经营、项目精益管理的管理理念落地，并为之提供了技术支持。本文主要对二者在工程施工过程中的应用及价值作一探讨。

1 BIM技术概述及应用

建筑信息模型(BuildingInformationModeling，以下简称BIM)的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，这些数据库信息在建筑全过程中动态变化调整，可以及时、准确地调用系统数据库中包含的相关数据进行共享和传递。BIM技术加快了建筑运营单位的决策进度，提高了决策质量，从而提高了项目质量，降低了项目成本，增加了项目利润。BIM技术的关键是信息，重点是协作，结果是模型，工具是软件。

1.1 三维图形平台

三维图形支撑平台是支撑BIM建模以及基于BIM相关产品的底层支撑平台。在数据容量、显示速度、模型建造和编辑效率、渲染速度和质量等方面，满足BIM应用的各种支撑。

1.2 虚拟施工与方案论证

借助BIM技术可以直观地进行项目虚拟场景漫游，在虚拟现实中身临其境地开展方案体验和论证。基于BIM模型，可以对施工组织设计方案进行论证，就施工中的重要环节进行可视化模拟分析。可以根据进度计划对施工方案进行模拟和优化，对重要的施工环节、施工关键部位、施工现场平面布置等施工方案进行模拟和分析，以提高方案的可行性。可以直观地了解整个施工环节的时间节点和工序，清晰地把握施工过程中的难点和要点，从而优化方案、提高施工效率，确保施工方案的安全性。

1.3 碰撞检查与减少返工

在传统的建筑施工中，因建筑工程专业、结构专业、设备及水暖电专业等各个专业独立设计，导致图纸中平立剖面图之间、建筑图与结构图之间、安装与土建之间及安装与安装之间冲突的问题很多，而BIM的三维技术可以在前期进行碰撞检查，快速、全面、准确地检查出设计图纸中的错误、遗漏及各专业之间的碰撞等问题，减少由此产生的设计变更和施工中的返工，提高了施工现场的生产效率，有利于保证质量、节约成本、缩短工期和降低风险。

1.4 形象进度与4D虚拟

建筑施工是一个高度动态且复杂的过程，常用以反映进度计划的网络计划，难以形象地表达工程施工的动态变化过程。通过BIM与施工进度计划的链接，将空间信息与施工信息整合在一个可视的4D(3D+Time)模型中，能直观、精确地反映整个建筑的施工过程和虚拟形象进度。4D施工模拟技术可以合理地编制施工组织设计，准确掌握施工进度，优化使用施工资源及科学地进行场地布置，实现对整个工程的施工进度、资源和质量统一有效地管控。

1.5 精确算量与成本控制

工程量统计结合4D的进度控制，就是BIM在施工中的5D应用。施工中的预算超支现象十分普遍，缺乏可靠的基础数据支撑是造成超支的重要原因。BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理所需的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速地对各种构件进行统计分析，进行工程量计算，保证工程量数据与设计图纸的一致性。工程量计算的准确性直接影响到工程预算、工程结算及成本控制的准确性，BIM技术恰恰解决了这一问题。

1.6 现场整合与协同工作

BIM集成了建筑物的完整信息，给项目参建各方提供了一个三维的、便于交流、便于协同工作的平台，参建各方将BIM模型统一通过BIM服务器平台进行数据存储和数据交换。项目各方人员通过平台获取和浏览BIM模型，为施工现场人员提供三维模型、施工方案模拟、施工工艺工法、节点大样图浏览、钢筋料表、相关的进度、成本等信息，从而帮助现场人员更好地理解项目，方便洽商，达成共识。

1.7 数字化加工与工厂化生产

建筑工业化采取工厂预制和现场施工相结合的建造方式，这将是未来建筑业发展的方向。BIM结合数字化制造，能够提高建筑企业的生产效率。采用工厂精密机械技术对门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件进行数字化加工预制，不仅能减小预制构件的误差，而且大幅度提高了预制构件的生产效率。这样一种综合项目交付(IPD)方式，可以大幅度地降低建造成本，提高施工质量，缩短项目周期，同时减少资源浪费，并体现先进的施工管理，实现建筑施工流程的自动化。对于没有建模条件的建筑部位，可以借助先进的三维激光扫描技术快速获取原始建筑物或构件的模型信息。

2 物联网的应用和价值

物联网(InternetOfThings，简称IOT)即“物物相连的互联网”，就是将射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感装置与互联网连接起来形成的一个巨大网络，其中的关键技术是RFID电子标签技术。在各类物体上加装电子标签(RFID)、传感器、二维码等，它们经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予“智能”，实现“物物相连”。

2.1 施工安全管理

在施工过程中，安全隐患无处不在，通过物联网技术对施工安全进行监测，主要包括如下几个方面：对建筑工地环境的监测、大体积混凝土浇筑监测、钢结构应力应变、地基监测、预应力梁的监测、基坑支护监测以及工地危险区域的监测等。采用物联网技术将各类监测点的信息汇集到统一的监控平台，既实现了各个监测点的信息共享，也便于对建筑工地现场的统一管理。

2.2 现场人员管理

对现场施工人员安全帽、安全带、身份识别牌进行相应的无线射频识别，可以实现人员在施工现场的定位和跟踪。结合在BIM系统中的精确定位，如果操作作业不符合相关规定，身份识别牌与BIM系统相关定位同时报警，可使管理人员精准定位隐患位置，及时采取措施以避免事故的发生。

2.3 工程现场视频监控

(1)进度监控。针对工程的施工进度情况，可以通过视频监控的手段进行远程了解、远程指挥、远程调度。

(2)质量检查监控。对工程施工过程中需要巡检和预检的部位、施工人员操作的规范性、设备安装过程等，通过视频监控手段可及时进行远程监控和监督。

(3)安全施工监控。对建筑物的脚手架搭设、安全网设置、缆风绳固定、吊篮安装及使用、吊盘进料口和楼层卸料平台防护、塔吊和施工电梯安装及操作、“四口五临边”的防护、施工人员安全帽与安全带的佩带等进行视频监控，可及时发现并处理安全隐患。

(4)文明施工监控。可对施工现场围挡、建筑材料堆放、临时设施布置、施工标识及标牌设置、是否做到工完场清等内容进行监控与监督。

(5)现场安防监控。由于施工现场材料设备堆放密集，工地人员流动性大、进出频繁，导致盗窃事件时有发生，经济损失严重。采用视频监控后，可对施工现场进行全天候、全方位监控，而且对职工考勤、现场劳动力分布等情况一目了然。

2.4 物料跟踪

对施工过程中的物料运输、进场、出入库、盘点、领料等都可以采用RFID电子标签，通过物联网进行跟踪和监控。

2.5 地下空间施工监控

在地下工程施工中，对于复杂的地质条件，施工过程控制尚无系统性、可靠性和及时性的方法。应用物联网技术后，温度、应力、加速度等传感器和无线传感网络(WirelessSensorNetwork，WSN)对地下空间施工的碰撞预警、施工环境监测、施工质量保障、人员和设施财产安全等方面均有显著效果。