云计算环境下BIM+物联网在协同管理中的应用

BIM技术在建筑业的应用逐渐改变着项目建设的方式, 同时也促使工程项目管理理念朝着智能、协同的方向发展。纵观国内外建筑行业发展现状, 建筑行业信息化水平整体提高, 施工企业对工程项目施工阶段采用信息化协同管理的这种方式已经逐渐成为行业发展的常态需求, 进而为项目建设节约成本, 对管理效率的提高有重要意义。而提升建筑信息化程度, 实现协同管理, 这就需要在很好地运用BIM技术的基础上继续提升各种信息技术集成应用的能力。

在云计算环境下, BIM与物联网的集成应用拓展了协同管理的覆盖层, 从之前单一的上层施工管理延伸到精细的下层生产、控制管理。因此, 本文对BIM与物联网的集成应用新模式进行分析, 并在云计算环境下设计物联网在工程施工协同管理中的应用流程, 使BIM与物联网这种技术集成方式能够真正在工程施工过程中创造实际效益。

现阶段BIM虽然在建筑业被广泛推广应用, 但是单一运用BIM技术的建设项目却逐步减少。越来越多的施工企业采用BIM+的模式, 吸收先进技术与BIM集成并且希望应用到项目建设当中, 以此产生更大的经济效益和提高管理效率, 如云计算技术、VR、GIS等。而物联网也是其中之一, 是指通过射频识别、红外感应装置、GPRS、激光扫描器等信息传感设备, 按照既定的协议将具体材料或物品与互联网连接以达到信息交换和通信, 从而实现智能化识别、定位、跟踪以及控制和管理的目的。实质上, 物联网可以说是借助于互联网实现了物与物之间的连接。

通过BIM技术所建立的BIM模型作为集成大量工程项目信息的资源处理中心, 在信息处理过程中存在信息的高度交流和互相关联。而与物联网技术结合后可以实现对项目建设底层信息的感知、集成, 借助云计算技术将信息保存、传递, 扩大了信息采集层面, 提高了工程施工协同管理效率。

协同是指通过对多个不同的个体以及相关资源进行协调, 在相互依赖和资源共享的基础上共同完成计划目标。项目建设过程中岗位划分精细、参与人员众多以及工程信息量巨大, 这些信息的存储、传递和共享是协同管理实施的必要条件, 利用云计算技术实现协同管理过程中信息的计算、存储和传递, 为工程施工协同管理的实施提供了技术环境。

因此在云计算环境下, 借助互联网可以让BIM软件作为一个协同管理平台, 对项目建设各个不同专业岗位进行协同管理, 使项目建设过程中各专业岗位人员共享平台信息, 接受协同管理平台任务, 进而达到协同工作的目的。

云计算技术在各行业的应用日益广泛, 其本身所具备的无限存储和强大计算能力已然成为当今信息化时代发展强有力的助力。对于工程施工协同管理而言, 云计算技术为工程项目提供了信息的存储池, 对存储的数据进行深度分析和计算, 解决了工程项目信息太过庞大和零碎不易整理和存储的问题, 实现了数据在项目建设过程中各参与方的传递和共享。工程施工协同管理的实现首要问题就是信息和人员的协同, 而云计算技术本身所具有的上述特性能够很好的解决信息协同问题, 并且通过互联网搭建出一个跨地域的智能存储和分析环境 (见图1) , 为工程施工协同管理的实现提供了根本保证。

为了充分发挥物联网技术在工程施工协同管理过程中的作用, 需要对工程施工协同管理的管理机制进行再设计, 将常见的物联网体系架构融入到协同管理机制当中 (见图2) 。由管理层进行岗位划分、权限设置以及制定各项管理指标, 下发至各专业岗位落实并开始工作;由各专业岗位按照既定职责进行模型建立、进度编排、成本预算等工作, 将数据上传至云加密存储层, 根据权限可进入云加密存储层调用所需项目信息, 同时为施工现场下发施工管理任务, 由现场控制处理层进行任务接收和指标监督控制;在项目建设过程中, 利用物联网技术下先进的现场感知设备组成的施工现场感应层, 对施工过程中的劳务人员、材料、实际进度、质量和安全进行监控和数据采集, 再通过数据传输层将数据传送至云加密存储层, 以便供各专业岗位查看和调度数据以及调整施工计划。由此可见, 云计算环境下BIM+物联网的工程施工协同管理机制的设置, 可以形成工程施工全过程信息流的闭合回路, 实现信息协同、工作协同以及虚拟与现实的协同管理。

根据对工程施工协同管理机制的再设计发现, BIM与物联网的技术集成使协同管理的覆盖面达到材料生产控制监督的层面, 并且物联网技术更多应用于施工现场的数据感应和识别。因此, 主要分析BIM+物联网在以下几个协同管理子系统中的应用。

工程项目建设存在一定的安全风险, 安全管理如果存在缺陷或者管理力度不强将会造成不可逆转的意外事件发生, 为了防微杜渐, 加强施工现场安全管理是施工企业的重中之重。而施工现场的主体是数量众多的劳务人员, 由于他们中大多数人受教育程度不高, 安全意识薄弱。因此, 首先需要针对劳务人员进行有效全面的监控和管理。

通过物联网技术可以使用设备为所有劳务人员生成可随身携带的独一无二的识别码, 例如二维码、条形码, 以便于在施工现场可以被感应装置扫描、识别、追踪以及监控。如此一来, 对于施工现场危险区域, 可以通过架设物联感应识别设备, 对该区域形成监控区, 对于进入危险区域的人员进行实时监控, 如果由于非工作原因进入产生安全隐患, 可立即发现并采取措施处理 (见图3) 。定期对违规原因进行整理分析, 上传至云端进行汇报, 于BIM模型中设置标注, 指派责任人按实际情况对施工现场劳务人员有针对性地进行安全思想再教育或采取其他整改措施。

BIM技术的应用为施工现场技术交底提供了便捷, 复杂施工工艺通过BIM模型以及施工模拟得以详细演示。而针对复杂工艺的施工质量检查却很难做到逐一排查, 精准仔细。物联网技术的应用可以将施工人员施工时的视野与云端连接, 对视野内画面进行监控和录制, 在云计算环境下上传至协同管理平台并且由责任人监督, 做到逐一排查、全程监控。如果发现问题则在BIM模型对应的位置进行备注, 对责任人下发整改任务并监督和检查整改情况 (见图4) 。如此一来, 为施工现场质量检查节约了时间同时也保证了工程质量。

在工程项目建设过程中的物料采购, 现阶段施工企业多数通过BIM技术所建立的模型提取工程量, 对于钢筋和混凝土等材料的使用量和加工所需的物料采购量提供了可参考数据, 从根本上控制了在生产加工之前原材料的采购数量。而对于物料进场后的控制, 则需要物联网技术对其进行帮助。对于采购的物料进入施工现场准备加工之前, 通过物联网技术将BIM模型中的构件工程量数据按照一定规则提炼, 将提炼的信息附着在识别码中上传至云, 由工程施工现场的生产加工棚下载对应部分, 为材料的生产加工做准备。在生产加工过程中, 通过物联识别设备扫描识别码, 读出所需加工材料或构件的信息, 根据信息对其进行逐个加工生产, 从根本上节约采购的物料, 并对物料的使用去向进行追踪。

将BIM技术与物联网进行技术集成并且应用在工程施工协同管理中, 能够帮助工程施工协同管理对项目建设过程中的成本、进度、质量和安全进行更精细化地控制和管理, 甚至能够帮助施工企业加强对参与项目建设的各分包方的协同管理。本文对BIM+物联网模式在协同管理中仅应用于下层施工现场管理, 对于协同管理而言是增加了管理层面, 对于物联网技术而言所形成的子系统并没有完全与协同管理系统融合, 还需要对顶层平台层与应用层进行深化设计, 使物联网技术贯穿协同管理的全过程, 这需要在实际工程建设当中不断探究。