BIM与物联网技术融合应用探讨

■ 闫鹏

BIM与物联网技术融合应用探讨

■ 闫鹏

结合BIM与物联网技术的特点，从施工现场管理、日常维护与资产管理、应急管理与模拟培训等方面对BIM与物联网技术的融合应用模式及应用价值进行分析，并在标准现状、技术条件等方面分析融合应用可能存在的障碍与问题。

BIM；物联网；技术融合；综合应用

0 引言

BIM是贯穿整个建筑工程项目（设计、施工和运营维护管理）全生命周期的技术理念，可把BIM形象比喻为建设项目的DNA。根据美国国家BIM标准委员会的资料，一个建筑物生命周期75%的成本发生在运维阶段（使用阶段），建设阶段（设计、施工）的成本占项目生命周期成本的25%[1]，而在建设阶段，施工建造环节成本也大大高于设计。

然而在目前的BIM应用中，往往以设计作为BIM应用的主导方，只关注BIM模型本身，应用多为管线综合、碰撞检测、算量、模拟计算等模式，并没有把BIM技术置于建造与运营管理阶段去综合考虑、拓展或延伸它的综合应用模式。建造施工与运维相较于设计，其生命周期更长，任务更多更复杂，可以预见，如果BIM技术能在建造与运营管理阶段得到广泛应用，将产生更大的价值。

1 BIM与物联网技术融合分析

BIM是建筑物的数字化信息模型，是虚拟的建筑，是现实建筑的真实再现。BIM建模的过程是将建筑设施数字化的过程，这一过程中，利用BIM技术进行管线综合、碰撞检测、模拟计算等应用，实现设计各参与方的信息交互，即协同设计，而各信息交互的媒介或基础，即工业基础类（Industry Foundation Classes，IFC）。这一媒介也将贯穿建筑工程项目BIM应用的整个全生命周期。

而在全生命周期的施工建造及运维阶段，其各参与方的行为有着高度的分散性、移动性、机动性等特点[2]，对BIM技术的应用提出了现场性、移动性、实时性等新要求。与设计阶段基于办公室、人（设计师）及PC终端的BIM应用不同，在施工建造及运维阶段，其参与方为现场（环境）、人、移动终端及全生命周期中最为重要的实体——物（即建筑、设备、设施等物体本身）。这种情况下，仅仅依靠IFC这一媒介无法满足信息交互的需求，因为在施工建造及运维阶段，各参与方之间出现了信息传递的孤岛——物。

因此，需要利用新的技术手段，将“物”这一关键实体与BIM模型、人进行有效连接，而物联网（Internet of Things，IOT）技术便可成为完成连接的桥梁。物联网是物物相连的互联网，通过物联网技术中的RFID标签、二维码、智能传感器、视频前端、定位装置等感知层设备，将现实环境、人、物与BIM模型中的信息关联起来。可以说，BIM技术与物联网的融合，将打通现实与虚拟、实体与数据间的接口，实现对施工建造及运维阶段的行为监控、数据采集，结合BIM模型数据完成数据交互，实现有效的现场管理及操作行为。BIM技术与物联网的融合将延伸和拓展出丰富的综合应用模式与价值。BIM与物联网融合应用结构见图1。

BIM与物联网技术在融合应用中各自发挥不同的作用，BIM实现信息传递和交互共享并形成中心基础数据库，物联网将采集、传输与接收来的信息与BIM数据库中的实体相连接。

2 应用展望与价值分析

2.1 施工现场管理

2.1.1 安全管理

对于施工现场存在的安全隐患，可通过RFID技术进行辅助监测，并将监测反馈数据与BIM基础数据联动，统一汇集到加载了BIM模型的监控平台中，既直观显示了预警信息，又便于施工现场的统一化管理。

（1）人员位置监控。在施工现场重要区域（如搅拌站、塔吊危险区域等）安装RFID读取设备，对现场施工人员安全帽或标识牌进行识别，实现施工现场重要区域的人员定位、跟踪及管理，及时采取措施，避免事故的发生[3]。

（2）重要资产区域监控。对于施工现场设备材料多，施工作业人员流动大、出入频繁，时有盗窃事件发生等问题，可对一些重要设备、设施及施工材料等附上RFID识别标签、定位装置或在视频前端设备进行在线监控，当这些物品超出监控区域时，可进行定位预警。

2.1.2 进度与质量管理

（1）施工现场视频监控（见图2）。针对施工进度，可通过视频前端设备进行远程监控，并结合BIM基础数据中的构件、物料等数据进行施工进度的远程指挥和调度。此外，采用视频监控后，职工考勤、现场劳动力在现场的分布等情况一目了然。对工程施工中的关键环节、区域，施工人员操作的规范性、设备安装过程等，也可通过前端视频监控的方式对施工全过程进行记录，并与BIM基础数据中的构件等结合，对人员、时间、施工点进行查询和问题回溯，实现质量检查和监督。

（2）物料跟踪。对一些构件化的施工物料，在生产阶段可以通过RFID标签或二维码与BIM基础数据结合，物料的运送、入场、领料、盘点等环节可通过感知前端与BIM数据相结合进行跟踪和监控。也相当于对施工物料建立了有效的质量可追溯机制和责任机制，物料可实现按需生产，减少仓储成本，且避免施工构件订单延误。

2.2 日常维护与资产管理

单纯BIM模型本身，在建筑、设备、设施的日常运维方面，可直观反映其结构、组成、位置及相应设计参数、施工工艺、维护维修内容（如养护、测试、维修流程及操作工艺、需要的工具及材料）等参数化信息。

BIM与物联网技术相结合，可在设施与设备现场为每个设施设备分配一个指定的RFID标签或二维码。在进行运维检修、定位查看时，使用智能终端设备获取现场设施设备对应的电子标签并与BIM模型数据进行数据交换，在可视化环境下显示对应的BIM模型，还可查询相应设备的属性、状态及运维信息，进而更加有效地制定维护计划，避免过度维修或维修不足，降低维修成本，提高维修质量[4]。维护阶段设备扫描查看的应用界面见图3。

2.3 应急管理与模拟培训

三维可视化是BIM技术的一大优势，基于BIM的应急管理将减少盲区，提高突发事件的响应及救援能力，为应急处理提供更为明确、清晰的信息。在基于BIM模型与物联网技术建立的应急管理平台上，将省去大量重复的找图纸、对图纸工作，而是利用RFID标签或二维码进行快速定位查询。基于此平台，运维人员可快速查阅设备的详细状态，定位故障设备的前后关联信息，进而为应急指挥提供决策支持。

在模拟培训方面（见图4），现场施工或运维人员可以通过设施设备的RFID标签及二维码入口，进入BIM模拟操作数据平台，不仅可提取设备的相关信息，还可以查阅包括操作规程、培训资料等的设备设施知识库，现场人员可根据需要在遇到难题时快速查找和学习。

3 应用障碍

尽管BIM与物联网技术融合将扩展出丰富的综合应用模式，但目前其应用尚处于摸索阶段，还存在一些可能的障碍有待研究和解决。

3.1 BIM方面

（1）标准层面。相关国内应用标准还需进一步完善，与其相对应的行业管理体系和管理规范等方面也需同步完善；

（2）技术层面。现有多个BIM应用软件之间数据的兼容性、交互性对IFC的支持还有待验证及完善。

3.2 物联网方面

（1）物联网前端感知设备中，除二维码标签成本较低外，RFID标签、定位装置或前端视频等的大规模应用，势必产生一大笔传统模式没有的附加成本。因此，BIM与物联网融合应用的适用场景、项目特征及其相应的投入产出比还需进一步研究[5]。

（2）RFID标签、二维码等物联网前端感知设备相当给每个设施设备赋予了进入BIM基础数据的入口，数据传输的安全及隐私保护机制还需进一步研究与完善。

（3）RFID标签、二维码等物联网前端感知设备在施工或运维现场复杂、恶劣条件下的可靠性、适用性还需进一步研究。

（4）RFID标签分为有源标签和无源标签2种，有源标签应用的工作时长及功耗等问题还需进一步研究。

4 结束语

目前，BIM与物联网技术融合的综合应用尚处于摸索阶段，深度挖掘BIM与物流网技术融合的应用价值尤其是与云计算、大数据等先进技术的结合还有待进一步研究。随着技术手段的发展与管理机制的进一步完善，新技术的融合应用必将带动工程建设行业在质量、安全、效率等方面的提升，推进行业技术进步。

[1] 何关培．BIM和BIM相关软件[J]．土木建筑工程信息技术，2010，2(4)：110-117．

[2] 贾晓平．建筑业企业的信息化建设与BIM的现在及未来[N]．建筑时报，2014-02-12．

[3] 裴卓非．BIM技术与物联网在施工阶段的应用[J]．建材技术与应用，2013(1)：60-62．

[4] 胡振中，陈祥祥，王亮，等．基于BIM的机电设备智能管理系统[J]．土木建筑工程信息技术，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．

闫鹏：中铁第一勘察设计院集团有限公司，高级工程师，陕西 西安，710043

责任编辑 高红义

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