杜 威 方敏杰 周 華 衛(wèi) 華 夏志彬

（中建鐵投路橋有限公司華中分公司，江西南昌 330038）

數字化逐漸成為全球技術變革的核心戰(zhàn)略方向。為了應對建筑業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，我國在《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確提出要在“十三五”期間全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強BIM與大數據、云計算、物聯網等信息技術集成的應用能力[1]；我國十九大報告中指出，要“推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合”[2]。將這些信息技術與BIM相結合，促進建筑業(yè)數字化轉型。

在此背景下，學者進行了相關理論與應用研究。張云翼等[3]通過文獻調研，指出我國新興互聯網技術與BIM的融合應用尚處于初級階段，仍需在理論分析與工程應用方面進行突破；王成龍等[4]針對BIM云平臺提出的分割算法可以實現三維模型任意角度的剖切，解決BIM云平臺中三維模型剖切面信息獲取的難題；李英攀等[5]基于Cloud-BIM構建的施工現場智能安全系統，實現了場地分析以及對人、材、機移動路徑的實時監(jiān)測與預警，有效降低事故發(fā)生的頻率；謝琳琳等[6]構建的BIM+數字孿生技術管理平臺，實現了物理施工系統與虛擬施工系統之間的實時交互；Cheung等[7]通過BIM-loT技術構建的系統，對施工現場有害氣體進行集成監(jiān)控，提高了施工安全管理效率；代進雄等[8]通過BIM+物聯網技術構建的工程建設管理平臺，解決了信息孤島問題，提升了工程管理水平與工作效率；陳蘇[9]通過BIM及物聯網技術構建的城市地下綜合管廊數據平臺，降低了維護成本，實現了智慧化、信息化的智慧運維。上述研究發(fā)現，目前研究多以單點應用研究為主，且大多研究集中于某一階段以及某一技術與BIM的結合，缺乏全生命周期中多項技術集成應用研究。

基于此，文章致力于全生命周期內多項技術與BIM的集成應用研究，綜合應用物聯網、云計算、大數據、5G、AI與BIM技術，構建適用于全生命周期的BIM+智慧工地平臺，解決項目全生命周期的信息斷層問題，改善工程數據的積累、存儲、管理及應用狀況，實現施工項目的精細化管理和智慧型決策，為新興信息技術與BIM交叉融合應用的相關研究提供參考。

1 BIM+智慧工地平臺研發(fā)

1.1 平臺建設思路

以工程三維模型為載體，打造基于BIM技術的工程項目管控系統，形成以進度控制為主線，成本控制為核心，質量安全為目標，統一模型、統一標準、統一應用的信息系統[10]。利用物聯網技術大幅擴展工程數據來源，云計算技術實現大規(guī)模數據的分布式存儲，大數據技術實現海量數據分析與挖掘，5G技術提高傳輸速度，最終實現建筑實體、生產要素、管理過程的全面數字化，為項目提供生產提效、管理有序、成本節(jié)約和風險可控的項目數字化解決方案。

1.2 平臺架構

基于上述建設思路，構建BIM+智慧工地平臺，平臺總體架構由物聯感知層、數據層、控制處理層和應用層四層結構組成，層間利用5G網絡進行數據信息傳輸。物聯感知層通過攝像頭、各類傳感器、計量表、I/O模塊等智能設備進行信息采集[11]。數據層集成現場軟件和硬件數據，通過統一的主數據和領域數據模型，形成項目數據中心?？刂铺幚韺佑杉纱髷祿?、物聯網和云計算技術的決策系統組成，對數據層傳遞的數據信息進行分析，并向應用層設備發(fā)送處理信息。應用層通過前端設備將控制處理層的處理結果展示給管理者，為現場的資源調配、施工管理和風險預警提供幫助。平臺訪問方式包括瀏覽器、移動端、客戶端。

BIM+智慧工地平臺總體架構如圖1所示。

圖1 BIM+智慧工地平臺總體架構

1.3 BIM+5D+智慧工地數據決策系統

BIM+5D+智慧工地數據決策系統圍繞項目管理需求進行模塊劃分，以下將從技術管理、生產管理、質量管理、安全管理、物料管理等五個模塊進行評述。

技術管理系統包括圖紙及變更管理、技術交底、方案管理等模塊，可進行圖紙變更及施工組織方案策劃的過程管理，并統計管理各種技術交底視頻。

進度管理系統包括施工計劃、進度分析、生產進度展示等模塊，可直觀了解施工進度情況以及影響因素，加強對施工整體進度的三維可視化把控。

質量管理系統包括質量驗收、質量巡檢、質量預警及質量問題統計等模塊，可做到對各檢驗批工序的精細化管理及質量問題的可見可控管理。

安全管理系統包括風險分級管控、隱患排查治理、安全隱患類型等模塊，可實現對項目風險點的排查及管控，并對安全問題進行統計和分析。

物料管理系統包括物料驗收、物料跟蹤和施工物料計劃等模塊，加強了施工物料的動態(tài)管理以及物料進出場的驗收保障。

2 BIM+智慧工地平臺的應用研究

2.1 工程概況

文章基于某人民醫(yī)院綜合樓建設進行平臺驗證。項目總建筑面積183 320.04 m2，地上建筑面積147 704.27 m2，地下建筑面積35 183.77 m2，主要建筑包含門急診住院綜合樓（門急診、住院部、醫(yī)技、行政辦公）、感染樓、120急救中心、地下車庫等。

2.2 設計階段

通過構建三維可視化模型，能夠直觀反映設計圖與周圍環(huán)境的空間關系，便于設計方案的確定；通過應用碰撞分析軟件進行深化設計，提高設計效率和質量，避免后續(xù)階段不必要的設計變更。

（1）模型建立。

結合綜合樓設計標準以及平臺內部的BIM標準技術文檔，使用Revit建立建筑、結構、機電等模型。針對工程設備機房、設備管線布置密集交錯的區(qū)域進行深化設計建模，并根據設備供應廠商提供的設備信息進行深化，提升施工效率，縮短施工工期。完成后將模型及其信息導入BIM+智慧工地平臺，實現模型的可視化參數驅動。

（2）碰撞分析。

將綜合樓模型導入Navisworks軟件進行碰撞分析，從多方位、多接口、多角度進行觀察，并將分析結果上傳數據共享中心，完成平臺對設計方案的可視化驗證。

樣本項目經審查發(fā)現，碰撞點3 000余處、圖紙問題30余處，平臺通過對問題的整理、匯總，形成碰撞檢查報告及圖紙問題報告。并對接設計部，對問題逐一處理，以滿足實際施工需求，最大限度優(yōu)化空間設計，避免施工過程中變更返工問題的出現，預計間接節(jié)約成本約300余萬元。

綜合樓數據大屏展示如圖2所示。

圖2 綜合樓數據大屏展示

2.3 施工階段

BIM平臺解決信息孤島問題，使各參與方可以進行跨階段信息協同交流。因此，設計階段BIM模型在深化后，可以在施工階段繼續(xù)使用。

（1）施工現場布置。

由于項目施工現場狹小，施工工期緊張，為了工程施工順利進行，采用現場布置軟件，根據各施工階段的特點，分階段進行布置，執(zhí)行動態(tài)調整；根據施工現場中臨建設施、安全體驗區(qū)、生產操作區(qū)的分布，合理組織施工場地，提高現場機械設備的覆蓋率，降低運輸費用及材料二次搬運成本。

（2）技術管理。

在技術交底方面，以往交底多以二維平面圖紙和Word文檔形式為主，存在交底內容不夠直觀和難以精確表達復雜結構等問題。而文中系統通過三維可視化進行技術交底，并生成二維碼，方便手機端隨時查看，有效增加了交底內容的直觀性和精確度，提高了工作效率，施工班組也能直觀理解設計方案和設計意圖，保證了施工目標的順利實現。相較于以往的工程，通過應用智慧管理系統進行可視化交底，避免了交底不清導致的大量返工，使交底效率提高30%。

（3）進度管理。

平臺利用Navisworks進行4D施工模擬建造，對比周、月進度計劃與實際進度，動態(tài)跟蹤，及時糾偏；同時，利用無人機航拍技術直觀呈現現場進度，使現場管理從粗放式轉變?yōu)榧苫?、信息化，保證項目節(jié)點工期目標順利實現。

管理人員通過系統對現場詳情獲得更加直觀地了解，可以根據施工任務完成情況，實時調整現場施工任務優(yōu)先級，對現場施工資源進行合理分配，保證整體施工進度順利進行；系統自動對影響施工進度的因素、資源進行分析并分級預警，有效減少了勞動力、材料、設計等原因導致的延遲。通過應用智慧管理系統進行精細化的施工管理，使得項目整體工期縮短約6%。

（4）質量管理。

質量驗收方面，系統內置國家質量驗收標準及規(guī)范，并關聯施工進度計劃，推送驗收提醒，有效解決了以往驗收流程不規(guī)范、驗收不及時、關鍵工序漏檢等現象。

質量巡檢作為保障施工質量的重要方式，以往的巡檢效果并不理想，多存在問題描述不清晰、跟蹤不及時等狀況。而智慧管理系統通過內置近萬條各專業(yè)通用的質量問題，規(guī)范問題描述，且附帶整改措施，輔助施工人員進行整改；同時在線跟蹤，實時提醒，確保問題不遺漏。相較于以往工程，智慧管理系統的使用確保了質量問題的整改效率和完成度，進一步保證了工程質量。

（5）安全管理。

安全管理系統輔助管理人員了解項目上的安全問題，并通過風險分級管控、隱患排查治理等手段，提前對危險源進行判斷，在危險源附近快速進行防護設施布置，提高了施工現場安全管理水平和安全管理效率，實現了對現場的有力掌控。并利用VR技術進行可視化教育與交底，增強作業(yè)人員的安全意識，提高現場安全防護管理。

同時，采用人工智能技術輔助管理。通過人工智能手段，智能識別是否佩戴安全帽、安全帶，并及時提醒；配置電子圍欄，人員進入安全隱患區(qū)域，會發(fā)出現場鳴笛、安全帽震動等警告，并有安全人員實時通訊，引導走出危險區(qū)域；電子地圖實時展現人員、車輛信息及歷史軌跡，實現人員車輛動態(tài)監(jiān)控。

（6）物料管理。

在物料管理方面，系統不僅會自動計算WBS節(jié)點的日、周、月各項施工物料計劃用量，輔助管理人員進行物料的調度[12]；還可以根據施工過程中其他信息的改變，動態(tài)調整物料使用計劃。同時，借助BIM技術實現管線構件編碼，將構件進行節(jié)點、模塊化拆分，進行裝配式工廠加工，快速裝配，縮減工期。同時通過掃描構件上的二維碼，獲取構件的安裝位置等信息，協助管理人員進行管理，確保構件的可追溯性。

2.4 運維管養(yǎng)

在設計與施工階段，將相關信息錄入至模型中，形成完整、準確的竣工模型，可有效體現建筑信息模型的“信息”價值，為后續(xù)項目智慧化運維打下堅實基礎。

項目運維管養(yǎng)階段，基于完整準確的BIM可視化竣工模型，可以快速檢索設備和管線的相關信息及其附近的空間狀況，便于新增或移除設備，而不會產生數據不一致的情形，可精確分析設備工作狀態(tài)及檢修影響范圍等。

3 結語

文章致力于全生命周期內多項技術與BIM的集成應用的研究，通過綜合應用物聯網、云計算、大數據、5G、AI與BIM技術，構建了適用于全生命周期的BIM+智慧工地平臺，經實例應用驗證，得出以下結論：

（1）通過研究云計算、物聯網、大數據和BIM技術的交叉融合，改善了工程數據的積累、存儲、管理及應用狀況，為高效、及時、準確地管理提供基礎，并為新興互聯網技術與BIM集成應用的相關研究提供參考。

（2）通過研究BIM與云、物聯網、大數據技術在全生命周期內的集成應用，解決了信息斷層問題，強化了各參建方之間的協同交流，實現項目管理全過程的數字化，通過對海量數據的管理和利用，為協同化管理提供基礎。

（3）通過構建BIM+智慧工地平臺，解決了數據信息整合困難等問題，通過提高項目數字化水平，強化了對施工現場管理的可視化，降低了項目的安全質量風險，實現了施工項目的精細化管理和智慧型決策。