建筑工程管理中的BIM技术与物联网技术的结合应用.pdf

第 22 卷 第 7 期2023 年 7 月中国建筑金属结构CHINA CONSTRUCTION METAL STRUCTUREVol22 No7Jul20231320 引言随着工业化和信息化的不断推进，传统的工程管理方式已经无法满足现代大规模工程的建设和管理需要，而 BIM 技术和物联网技术的出现则为工程管理注入了新的活力。李午寅等1通过介绍 BIM 技术与物联网技术优势，用实际案例进行重点分析，并对其发展前景进行了展望。苑士达等2等人通过自身经验对 BIM 技术和物联网技术的结合给出了建议与意见并对其结合趋势进行了评估分析。张宇3从运维管理角度出发，借助BIM技术与物联网技术设计了大型酒店运维管理系统，为解决复杂建筑运维管理提供了思路。刘宏建等4对 BIM 技术在建筑工程管理的应用做出了分析并提供了发展思路。BIM技术能够将建筑物的属性信息嵌入到建筑物模型中，实现设计与施工的高度关联，再加上物联网技术能够实现对工程设备运行状态的实时监测，将工程管理推向智能化、数字化和精细化，提高了工程管理的效率和质量。同时，BIM技术和物联网技术在工程管理中的应用仍面临许多挑战和问题，需要在细节、标准化、安全性等方面持续进行技术创新和完善。1 BIM 技术与物联网技术在工程管理中的现状BIM 技术早已被广泛应用于土木建筑工程、机电安装、公路交通工程、市政工程等各个领域。在工程管理中，BIM 技术的应用可以大大提高工程管理的效率和质量。首先，BIM 技术使得设计环节能够实现信息共享，设计人员可以将其设计的建筑物的模型传输到施工人员，提高了施工的准确性和效率。其次，BIM 技术还可以实现施工环节的操作自动化，能够预先模拟各种施工流程，确定施工流程和标准后，施工人员便可按照标准操作，减少错误和漏洞。最后，在整个建筑使用和管理过程中，BIM 模型可以通过不断收集数据，使得工程使用周期得以优化，维护过程变得更加精准和高效。同样，物联网技术也被广泛应用于工程管理中。物联网技术的应用可以帮助工程管理人员实现精细化管理，通过实时监测设备运行状态，及时维护和保养，减少停机时间和设备磨损，同时可以追踪设备维修、更换和保养时间，为保障设备的长期安全运行打下坚实的基础。此外，物联网技术还可以监测工程中的气象环境、水质、灯光等因素的变化，及时发现异常情况，并实现远程控制和管理，从而实现全程智能化、数字化的工程管理，提高整体效益5-6。2 BIM 技术与物联网技术在工程管理中存在的问题尽管 BIM 技术和物联网技术在工程管理中的应用带来了诸多好处，现状发展也较好，但在具体实施过程中仍然存在许多问题。2.1 BIM 技术应用中存在的问题2.1.1 信息共享的标准化BIM 技术应用中的信息共享是整个工程管理中最为重要的环节，而工程管理中各行业之间的标准却有所不同，所以 BIM技术应用也需要制定自己的标准，以确保项目各方之间能够有效地理解和使用信息。尤其是在跨领域合作中，需要制定全新的标准，以保证在各方之间实现数据和信息的分享和交流。2.1.2 信息质量管理BIM 技术应用中，建筑模型的构建离不开信息质量的管理。由于建设过程中需要多方进行数据和信息的沟通，因此建模质量对 BIM 应用成功的影响尤为重要。对建设过程中采集的数据和信息进行质量管理，保证模型信息的真实性、完整性，可以大幅提高建模的准确度和可用性。2.1.3 模型的管理体系BIM 技术应用中面临的另一个问题是在建筑物使用环节，如何管理相应的模型，以便最大限度地利用可用的数据资源，支持一系列的管理决策。关键是需要建立一个适合工程管理特点的建筑物信息领域的管理体系，使得可用的信息资源得以得到收集、积累和利用。作者简介：李周明（1992-），男，工程师，研究方向：项目管理；企业安全体系建立。建筑工程管理中的 BIM 技术与物联网技术的结合应用李周明（贵阳市投资控股集团房地产置业有限公司，贵州 贵阳 550081）摘 要：随着科学技术的更新和进步，政府和企业对互联网技术和高新技术的使用愈加重视，形成了技术产业链并不断发展壮大。工程管理作为建筑行业至关重要的一环，与新技术的结合是必然且有益的。为了对工程管理向更加智能化、数字化、精细化的方向发展提供参考，本文通过介绍 BIM 技术与物联网技术在工程管理中的应用，分析了现存问题和应用关键技术，提出 BIM 技术与物联网技术在工程管理中的发展趋势和前景。研究结果表明：BIM 技术与物联网技术相结合，在建筑工程管理中具有十分重要的作用。关键词：BIM 技术；物联网技术；工程管理；技术应用中图分类号：TU17 文献标识码：ADOI：10.20080/ki.ISSN1671-3362.2023.07.045管 理133第 7 期中国建筑金属结构2.2 物联网技术应用中存在的问题2.2.1 设备监测参数标准化物联网技术应用最大的问题之一是设备监测参数的标准化。在工程设备的多样化和互联的背景下，监测物的多样性将导致监测参数与标准之间的显著差异。这不仅增加了设备监测结果的误差，也会增加操作人员的工作压力。因此，制定标准化参数和管理方案是物联网技术应用中的关键问题。2.2.2 安全保护在工程管理中，设备安全是很重要的方面之一。如果物联网技术应用不安全，设备监测数据的可靠性和保密性就会受到威胁。因此，保证物联网技术应用的安全性成为一个重要问题。在工程监测系统的开发和实施过程中，必须对系统的安全性和安全控制进行深入的分析和评估，以确保设备运行的不间断性和稳定性。2.2.3 信息处理和分析物联网技术应用中的第三个关键问题是如何处理和分析监测数据，以提高监测管理的效率和准确度。亿万级别的数据管理和分析是对系统计算能力和数据处理能力的强烈要求，特别是面对复杂的设计和概念的工程问题时。未来的物联网将不断推动数据资产的生产和利用，对于物联网系统进行大规模和数据分析将成为必需的一环。在具体案例中，国内 BIM 在物联网上应用案例有 2008 年北京奥运会的“奥运村空间规划及物资管理信息系统”，即采用了以 BIM 建筑信息模型为基础的数据信息管理。设计师将奥运村空间规划及设施以三维图形方式处理并创建 BIM 建筑信息模型数据，在完成奥运村空间规划的同时，就自动产生与奥运村三维图形对应的奥运村物资、设施数据库，这确保了奥运村的资产管理、物流服务可视化和高效性。这是基于 BIM 物联网应用的雏形，也是成功应用案例，可以作为未来BIM在物联网上应用的一种模式。但是由于当时的技术发展还没有特别先进，所以还存在细微缺陷，比如传输速度略低的情况，在现在也得到了改善。3 BIM 技术与物联网技术在工程管理中的关键技术随着技术的不断发展和应用的普及，BIM 技术和物联网技术在工程管理中的应用也将逐渐走向智能化、数字化和精细化。以下分别从 BIM 技术和物联网技术的角度谈论其在工程管理中的实际应用情况。3.1 工程管理与 BIM 技术物联网技术融合的设计思路对于工程管理项目运行的全寿命周期来看，主要包括前期策划、勘察阶段、设计阶段、施工阶段和运维阶段几个环节，具体涉及的工作内容如图 1 所示。3 BIM 技术与物联网技术在工程管理中的关键技术随着技术的不断发展和应用的普及，BIM 技术和物联网技术在工程管理中的应用也将逐渐走向智能化、数字化和精细化。以下分别从 BIM 技术和物联网技术的角度谈论其在工程管理中的实际应用情况。3.1 工程管理与 BIM 技术物联网技术融合的设计思路对于工程管理项目运行的全寿命周期来看，主要包括前期策划、勘察阶段、设计阶段、施工阶段和运维阶段几个环节，具体涉及的工作内容如图 1 所示。图 1 工程管理全寿命周期信息流示意图基于 BIM 和物联网的信息流集成的工程管理实践，可以涉及以下几个客户（单位相关方），如图 2 所示。图 2 基于 BIM 技术和物联网技术的工程管理相关方信息流3.2 关键技术分析前期策划前期策划前期策划前期策划前期策划建筑风格、地质数据、建筑图纸、施工工艺、图 1 工程管理全寿命周期信息流示意图基于 BIM 和物联网的信息流集成的工程管理实践，可以涉及以下几个客户（单位-相关方），如图 2 所示。图 2 基于 BIM 技术和物联网技术的工程管理相关方信息流3.2 关键技术分析将基于 BIM 技术和物联网技术相结合的工程管理系统构建进行分析阐述，涉及的关键技术从系统层级中进行介绍，系统层级主要包括信息获取层、网络传输层、存储与应用层及信息复用层四个层级进行详细说明，具体内容如下。3.2.1 信息获取层对于信息获取层中的 BIM 技术而言：主要使用的是 BIM建模技术，BIM 建模主要来源于工程竣工交付的模型和设计部门交付的模型，在进行 BIM 建模过程中，一般会做优化措施，比如轻量化设计，从设计人员交付的 BIM 模型拥有海量的几何与非几何模型信息，大规模的模型体量在百兆-G之间，硬件设备要求严格，常用的 BIM 建模软件为 revit，在此基础上可以做二次开发从而更加方便外部功能的拓展及系统多元件开发。对于信息获取层中的物联网技术而言：物联网技术可以通过信息感知获取信息感知层的数据信息，涉及的主要技术包括条码技术、RFID 技术（射频识别技术）、网关技术及传感器与传感器节点形成的传感网等。物体识别是信息获取层的关键，现阶段用于物体识别的主要技术是条码技术和RFID 技术。射频识别技术的主要特点是无接触、耐用、精准度高、全环境适用、识别标签多等，但缺点明显，即成本高、工艺复杂。二维码技术是条码技术的一种，具有价格低廉的优势，将二者进行结合可以达到极高的利用价值，可以开拓广阔的发展空间。3.2.2 网络传输层WSN 是无线传感器网络，这是物联网技术的关键所在，该技术的基本特点是低能耗、低宽带及低成本、可自我恢复等。无线通信技术主要包括无线局域网、蓝牙传输及红外传输、ZigBee 无线网络拓扑结构。其中，ZigBee 无线网络相比于其他几种传输方式具有能耗低、存储空间大、扩展能力强等特点，兼具树状结构和网状结构两者之间的优势，可以实现多个终端节点之间的传输和通信，并且各个参与部件之间的分压小，工作负担可以得到均衡，方便对整个系统的协调管控。这种网络拓扑结构还可以实现与信息获取层的联动控制，支持 RFID 读写器网络构建并完成信息的读取和传输，这对于实际应用是极具前景和发展空间的。常见的无线网络拓扑结构见图 3，基于 ZigBee 无线网络拓扑技术的信息传递过程见图 4。134中国建筑金属结构2023 年图 3 常见无线网络拓扑结构示意图图 4 基于 ZigBee 无线网络拓扑技术的信息传递图3.2.3 信息存储及应用层信息存储和应用是处理数据和保存数据的关键层级，这对于数据安全存储和数据稳定传输是必要的，同时，这一环节也是 BIM 技术和物联网技术相结合的关键。主要以数据库技术为支撑，以设计人员的 BIM 模型为核心，加上二次开发软件的融合，在构建三维可视化模型的基础上，实现自动控制系统与人机交互的效果。具体实施策略是通过构建 BIM 模型确定建筑物外部和内部的空间位置-二维模型或三维模型，对建筑物内部的设备和功能分区进行细节划分和情况备注，通过信息获取层和网络传输层捕获信息从而搭建起完整的数据库；能耗管理是工程管理中至关重要的环节，能耗的降低对于整体工程管理成本的降低是极为有利的，充分利用用电过程中的“削峰填谷”效果，将收集到的数据进行归纳分析，统计出结构模型和曲线图，并利用所出的数据进行规律性预判，在自动系统的支持下得到设备的运行能耗和总负荷，从而决定设备设施的启停状态，达到节约能源并降低运行管理成本的作用；最后，针对人工控制方式，虽然可以使用自动控制系统对大部分的数据进行筛选和整理，并最终得到优化措施，但是人为干预是必不可少的，操作人员要具备一定的科学素养和专业能力，在遇到疑难杂症时，可以及时且专业地提高可运行的策略，对各类调控条件和阈值有准确把控。4 BIM 技术与物联网技术在工程管理中的发展趋势和前景4.1 信息共享和数据管理的深化由于本文提出的基于物联网技术和 BIM 技术设计的计算机专业知识的体现不够完善，在实际运用中需要对软件技术要求较高的中间件及数据库需要得到保证，才能从功能和运行质量上体现其效果，在未来还需要进一步对系统相应 API 数据接口进行开发从而提高对接的全面性和流畅度，同时还需要对系统原型进行进一步扩展和完善。这样，才可以实现大规模且高效的信息共享和数据管理深化。4.2 基于云端的、全方位的平台建设随着云计算技术的发展和普及，BIM 技术的数据管理和共享势必以全方位、易用、灵活、可扩展和高效的云平台为核心。这将为 BIM 技术的建设提供强大支持，促进整个建筑产业更好地传输和分享数据。4.3 大数据分析和人工智能的整合物联网技术旨在收集海量数据，然而如何从这些数据中收集到有用的信息并加以分析，在管理领域的实际应用中仍然面临一定的难题。该问题的解决方式是将人工智能与大数据分析技术相结合，利用一些算法和模型来实现有效的数据处理和分析，以减轻并协助管理者分析数据的工作量，从而更好地支持决策制定。4.4 数据安全和隐私保护网络安全问题已经成为当前物联网技术应用发展过程中最棘手的问题之一。随着人们对物联网数据的依赖和应用的深入，数据泄漏和信息安全风险问题也将变得越来越严重。为了保护物联网系统中传输的数据的安全和隐私，物联网应用必须开始致力于开发和完善数据安全技术和相关规则。5 结论针对目前建筑工程管理中科学化和技术化水平有待提高，本文提出的物联网与 BIM 技术在其中的管理有明显的优势，本文的总结如下：（1）分析了基于物联网技术与 BIM 技术的特点及现状，并总结出其在工程管理中存在的理论价值和应用价值；（2）分析了工程管理中使用物联网技术和 BIM 技术的关键技术和具体问题，并给出相应的数据网络；（3）本文的主要创新点是研究 BIM 技术和物联网的融合实践可以实现工程管理的“分散监测”与“集中优化”的管理方式。参考文献1 李午寅.BIM 技术与物联网技术在工程管理中的应用 J.中国高新科技,2023(03):60-62.2 苑士达,赵克川.浅析在工程管理中 BIM 技术与物联网技术的结合趋势 J.中国地名,2019(08):57.3 张宇.基于 BIM 与物联网的大型酒店运维管理研究 D.中国矿业大学,2020.4 黄光球,郭韵钰,陆秋琴.基于智能建造的建筑工业化发展模式研究 J.建筑经济,2022,43(03):28-34.5 刘宏建,张弛.基于“互联网+”BIM 技术的建筑工程施工管理应用研究 J.中国建筑金属结构,2022(10):62-64.6 池亚徽.基于 BIM 技术的预制装配式建筑施工应用及案例分析 J.中国建筑金属结构,2022(12):76-78.协调器节点路由节点终端节点