張子愷

上海市建工設(shè)計(jì)研究總院有限公司 上海 200235

1 概述

近年來(lái)，建筑信息模型（BIM）技術(shù)發(fā)展迅速，開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)各領(lǐng)域中。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，建筑業(yè)信息化得到了真正的落實(shí)同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通信等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷加強(qiáng)，建筑工程信息化網(wǎng)絡(luò)化水平達(dá)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(xiàng)目管理為主線的智慧工地技術(shù)在建筑行業(yè)展現(xiàn)出蓬勃的生機(jī)。為實(shí)現(xiàn)施工階段BIM技術(shù)的集成應(yīng)用能力，吳露方[1]通過(guò)達(dá)索ENOVIA平臺(tái)對(duì)橋梁施工項(xiàng)目管理進(jìn)行了人財(cái)物的一體化仿真，實(shí)現(xiàn)了工程問(wèn)題的前處理分析。饒平平等[2]通過(guò)B/S/D架構(gòu)開(kāi)發(fā)施工信息管理平臺(tái)，解決了施工階段的信息孤島問(wèn)題。王婷等[3]利用Web3D、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等技術(shù)，研發(fā)出基于BIM的施工資料管理系統(tǒng)，實(shí)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(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)人員、機(jī)械設(shè)備、臨時(shí)設(shè)施等安全信息進(jìn)行采集和匯總分析，實(shí)現(xiàn)施工企業(yè)、人員、項(xiàng)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?；诖耍跃V要文件為理論基礎(chǔ)，結(jié)合多年施工一線及電商平臺(tái)的管理經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)基于“BIM＋物聯(lián)網(wǎng)”的多模塊施工信息管理平臺(tái)進(jìn)行了深入的探索，提出了地基位移沉降實(shí)時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息模塊、預(yù)拌混凝土需求實(shí)時(shí)同步信息模塊、項(xiàng)目建設(shè)分供商管理信息模塊、地下水位監(jiān)測(cè)及自動(dòng)降水控制信息模塊、項(xiàng)目物資預(yù)采購(gòu)信息模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)信息模塊、項(xiàng)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(shù)的多模塊施工信息管理平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)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(yīng)用效果。

2 平臺(tái)選擇

2.1 Revit建模平臺(tái)

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(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)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(diǎn)，可實(shí)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(shè)計(jì)過(guò)程中的返工時(shí)間。且通過(guò)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(gòu)件信息、生產(chǎn)信息等2D文本信息，為后續(xù)的施工、運(yùn)維等階段提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[4]。

2.2 Unity3D開(kāi)發(fā)平臺(tái)

Unity3D是全面整合的專業(yè)游戲引擎，是三維動(dòng)畫、建筑可視化、三維實(shí)景仿真等互動(dòng)內(nèi)容的跨平臺(tái)游戲開(kāi)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(tái)，真正實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)展示。同時(shí)，Unity3D支持各種腳本語(yǔ)言的編輯，如Java、C#、JSP等面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)語(yǔ)言。

Unity3D在游戲領(lǐng)域風(fēng)靡的同時(shí)，在建筑業(yè)BIM領(lǐng)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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如RFID芯片、位移計(jì)、應(yīng)變片等）將施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)傳遞到Unity平臺(tái)中的每一個(gè)構(gòu)件里，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的界面可視化，是實(shí)現(xiàn)智慧工地平臺(tái)不可或缺的一環(huán)。

2.3 WebGL展示平臺(tái)

WebGL（Web Graphics Library）是一種3D繪圖協(xié)議，通過(guò)增加OpenGLES2.0的一個(gè)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(guò)將Unity3D開(kāi)發(fā)的平臺(tái)發(fā)布為WebGL協(xié)議，并鏈接到相應(yīng)智慧工地平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)BIM與WebGL的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)帶物聯(lián)網(wǎng)信息的BIM模型在Web端的可視化[6]?！癇IM＋物聯(lián)網(wǎng)”跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 BIM集成物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)流程示意

3 多模塊施工信息管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方式

通過(guò)對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目中數(shù)字化建造需求進(jìn)行分析，結(jié)合自身施工管理經(jīng)驗(yàn)，并在公司內(nèi)部研發(fā)團(tuán)隊(duì)的支持下，本著平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)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(tái)。具體包括地基位移沉降實(shí)時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息模塊、預(yù)拌混凝土需求實(shí)時(shí)同步信息模塊、項(xiàng)目建設(shè)分供商管理信息模塊、地下水位監(jiān)測(cè)及自動(dòng)降水控制信息模塊、項(xiàng)目物資預(yù)采購(gòu)信息模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)信息模塊、項(xiàng)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(tái)模塊架構(gòu)

3.1 地基位移沉降實(shí)時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息模塊

在傳統(tǒng)工程項(xiàng)目中，工地基坑支撐、建筑物或已有構(gòu)筑物的位移、沉降、變形等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)通常由第三方公司測(cè)得，并定期以書面的形式向監(jiān)理匯報(bào)。此種地基位移監(jiān)測(cè)模式產(chǎn)生了很多弊端，例如監(jiān)測(cè)人員對(duì)基坑沉降逐一排查后登記見(jiàn)表，審核通過(guò)后再以書面的形式送交監(jiān)理處，這一套流程走下來(lái)，往往需要數(shù)天，不能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)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(shì)，往往要對(duì)照基坑示意圖以及先前數(shù)次所測(cè)基坑沉降數(shù)據(jù)，才可以看出基坑的變化趨勢(shì)。最后，如遇突發(fā)事件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)基坑實(shí)時(shí)預(yù)警功能，會(huì)給工程項(xiàng)目的建設(shè)造成極大的損失。

基于此，研發(fā)地基位移沉降實(shí)時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息模塊，通過(guò)在Revit中建立基礎(chǔ)階段項(xiàng)目三維模型（圖3），并將模型以FBX的格式無(wú)損導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D模型中進(jìn)行處理（圖4），在所有基坑點(diǎn)位上建立Sphere實(shí)體，每一個(gè)Sphere實(shí)體代表一個(gè)基坑，通過(guò)在Unity3D后臺(tái)編譯器中將Sphere實(shí)體與施工現(xiàn)場(chǎng)基坑位移監(jiān)測(cè)儀的后臺(tái)數(shù)據(jù)連接，點(diǎn)擊任一Sphere實(shí)體即可查看相應(yīng)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(tái)（圖5），可以在網(wǎng)頁(yè)端實(shí)時(shí)查看每一個(gè)基坑點(diǎn)位的編號(hào)、名稱、本次沉降量及累計(jì)沉降量。并且，若沉降量超過(guò)后臺(tái)預(yù)設(shè)的沉降限制，此點(diǎn)位的Sphere實(shí)體會(huì)以紅色顯示，起到實(shí)時(shí)預(yù)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(yè)端可視化的效果，對(duì)基坑工程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、項(xiàng)目的安全性起到了極大的助力作用。

3.2 預(yù)拌混凝土需求實(shí)時(shí)同步信息模塊

圖4 Unity3D開(kāi)發(fā)界面

圖5 Web端地基沉降信息模塊

預(yù)拌混凝土是建設(shè)工程最主體、最核心的材料，對(duì)混凝土物料的管控程度將直接影響到項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本等各方面。由于在實(shí)際工程中，傳統(tǒng)的管控?zé)o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(jì)和管理依據(jù)，各方相互獨(dú)立，導(dǎo)致各參與單位間信息傳遞不及時(shí)。同時(shí)，項(xiàng)目管理者不能實(shí)時(shí)掌握工程混凝土用量，以及混凝土實(shí)際用量和理論用量的偏差。這些情況都會(huì)造成管理的閉環(huán)，對(duì)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量管控不能快速追溯。

基于此，研發(fā)預(yù)拌混凝土需求實(shí)時(shí)同步信息模塊，通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土運(yùn)輸車進(jìn)場(chǎng)處安設(shè)稱重地磅并通過(guò)地磅將數(shù)據(jù)傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)混凝土物料管控系統(tǒng)的自動(dòng)化稱量操作及數(shù)據(jù)錄入。并且根據(jù)進(jìn)出場(chǎng)泵車的質(zhì)量差自動(dòng)計(jì)算該泵車每日的澆筑量，實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑量的精確把控。

結(jié)合BIM技術(shù)，通過(guò)在Unity3D平臺(tái)中導(dǎo)入Revit三維模型，并添加相應(yīng)澆筑位置相對(duì)應(yīng)的混凝土泵車信息，將泵車模型與地磅系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中泵車信息相關(guān)聯(lián)，發(fā)布至WebGL網(wǎng)頁(yè)端，可以可視化地查看每臺(tái)泵車的澆筑時(shí)間、理論澆筑量、實(shí)際澆筑量、澆筑的混凝土強(qiáng)度等信息。在混凝土澆筑期間，此模塊為項(xiàng)目各參與方提供了協(xié)同關(guān)注、交流順暢的平臺(tái)，其對(duì)于資源共享、節(jié)約成本、提高效率等具有巨大的優(yōu)勢(shì)作用。

3.3 項(xiàng)目物資預(yù)采購(gòu)信息模塊

在工程建設(shè)過(guò)程中，不同的材料、物資有著不同的倉(cāng)管要求，材料的采購(gòu)和進(jìn)場(chǎng)應(yīng)與施工進(jìn)度高度匹配。若采購(gòu)過(guò)量，不僅增加了額外的富余物資倉(cāng)儲(chǔ)管理工作量，更極大縮減了施工場(chǎng)地的空間利用率；反之若采購(gòu)不足，則會(huì)嚴(yán)重拖慢施工進(jìn)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(chǔ)，依托BIM技術(shù)，研發(fā)項(xiàng)目物資預(yù)采購(gòu)信息模塊。通過(guò)將項(xiàng)目Revit模型中各構(gòu)件（族）以電商公司物資編碼命名，并賦予各構(gòu)件符合電商采購(gòu)清單（BOM）的屬性及屬性值，實(shí)現(xiàn)在建模完成的同時(shí)，可以一鍵導(dǎo)出帶有企業(yè)物資編碼信息的明細(xì)表，即符合采購(gòu)樣式的采購(gòu)清單，從而實(shí)現(xiàn)物資的精細(xì)化采購(gòu)[7]。

以熱軋鋼筋采購(gòu)為例，在Revit建模時(shí)將電商采購(gòu)單中所需信息以參數(shù)的形式添加進(jìn)鋼筋族中，如需求單位、需求部門、需求人員、工程項(xiàng)目、標(biāo)的編號(hào)、標(biāo)的名稱、規(guī)格型號(hào)、圖號(hào)、訂貨要求、采購(gòu)主數(shù)量、主計(jì)量單位、預(yù)估單價(jià)等。

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

基于此種模式的物資采購(gòu)模塊，可以實(shí)現(xiàn)物資的精細(xì)化管理，不會(huì)造成由于過(guò)多采購(gòu)導(dǎo)致的物資浪費(fèi)，也不會(huì)造成因采購(gòu)不足導(dǎo)致的工期延誤，對(duì)工程項(xiàng)目管理起到了降本增效的作用。

3.4 項(xiàng)目建設(shè)分供商管理信息模塊

在傳統(tǒng)招投標(biāo)工作中，管理單位要招標(biāo)，需對(duì)接招投標(biāo)平臺(tái)；分供商要投標(biāo)，也需對(duì)接招投標(biāo)平臺(tái)（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(dǎo)致雙方都需要在招投標(biāo)平臺(tái)上進(jìn)行詢問(wèn)，給平臺(tái)的工作人員造成了很大的負(fù)擔(dān)。

通過(guò)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(rèn)證狀態(tài)實(shí)時(shí)同步到此模塊，以此打通電商招投標(biāo)平臺(tái)、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(yīng)貨比三家，優(yōu)中選優(yōu)，這是項(xiàng)目材料采購(gòu)的主要原則。對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的各類分包商和物資供應(yīng)商要在嚴(yán)格執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行比價(jià)、比質(zhì)的遴選，確保各類物資和專業(yè)服務(wù)的合理性、安全性及性價(jià)比。后期再對(duì)中標(biāo)的分供商項(xiàng)目及時(shí)建庫(kù)，及時(shí)把各分供商對(duì)應(yīng)的綜合單項(xiàng)報(bào)價(jià)、發(fā)貨地點(diǎn)、運(yùn)送方式、運(yùn)送時(shí)長(zhǎng)、結(jié)算方式等信息同步到BIM模型中，以便后期根據(jù)施工計(jì)劃直接推送需求信息，發(fā)起采購(gòu)邀約。

圖6 傳統(tǒng)招投標(biāo)模式

圖7 分供商管理模塊架構(gòu)

3.5 地下水位監(jiān)測(cè)及自動(dòng)降水控制信息模塊

通過(guò)上線地下水位監(jiān)測(cè)及自動(dòng)降水控制信息模塊，在Unity3D平臺(tái)里將模型每一個(gè)降水井展示數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)水位感應(yīng)器后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)基坑施工過(guò)程中水位全過(guò)程可視化監(jiān)測(cè)和智能化預(yù)警。

此模塊可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)水位異樣并預(yù)警，如發(fā)現(xiàn)局部抽排水量過(guò)多、基坑漏水等情況，對(duì)保護(hù)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(tái)中還包括項(xiàng)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(cè)統(tǒng)計(jì)信息模塊等信息化模塊。通過(guò)這些模塊，工程管理員可以精準(zhǔn)把控項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全、綠色施工等多方面指標(biāo)，做到充分利用信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)打通全過(guò)程項(xiàng)目管理。

4 結(jié)語(yǔ)

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

本文通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在施工信息管理平臺(tái)中結(jié)合BIM模型上線多模塊信息化功能，給項(xiàng)目管理人員提供了更為科學(xué)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(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，在未來(lái)的建筑施工領(lǐng)域進(jìn)程中，多信息模塊結(jié)合BIM模型在施工項(xiàng)目上的協(xié)同運(yùn)用必定會(huì)對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)展和企業(yè)自身利益起到雙贏的作用。