基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统研究

文／杨崇成 山东伯宁节能技术有限公司 山东 济南 250000

1、基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统概述

1.1 BIM 技术概述

BIM 技术是随着科技水平提升而兴起的一种新型建筑技术，通过对于建筑工程的各项数据进行整合，建立三维模型，除了能够模拟建筑工程在建设中的情况，还能够模拟建筑施工的整个过程，展现最终效果，以便于按照业主的需求进行适当调整，减少交付中出现的矛盾，这在极大程度上促进了建筑行业的发展。建筑设计人员在进行设计的过程中，可以构建三维模型，这样建筑设计方案就脱离了二维图纸的限制，变得更加立体和直观。同时，设计人员还可以借助BIM 模型的模拟，发现在设计方案中存在的不足，并且在进行技术交底时，BIM 技术也能够发挥出强大的作用，帮助施工人员了解设计方案的每一个细节。利用BIM 技术还能够对于施工的整个过程进行监控，对比模型与实际施工的情况，能够进一步提升施工管理的效率和质量。

1.2 物联网概述

互联网的出现和发展对于人们的生活产生了极大的影响，物联网也是依托于互联网而存在，将客户端延伸至物品之间，实现物品之间的信息互通和实时交互。将物联网技术应用到建筑工程建设中，需要在建筑物上安装传感器等装置，将建筑物与施工人员通过互联网连接起来，实现建筑工程建设项目的信息交互，并且在建筑过程中进行智能监控和管理，使得管理人员能够及时获取到建筑工程建设的各项信息，利用互联网进行高效的信息传输，交互建筑工程项目相关的数据信息，并且借助人工智能技术，对于在建筑工程建设过程中产生的海量信息进行处理，这能够获知到更加准确的建筑工程项目信息，并且为管理决策提供良好的技术支持。

1.3 智能建造概述

智能建造指的是利用物联网技术、大数据技术等高新技术对于建筑工程建设进行优化，并且利用人工智能技术实现对于建筑工程项目的仿真设计和精密建造，将前期的数据收集、中期的施工建设以及质量监督管理等内容整合在一起，结合建筑工程建设项目在质量、进度以及安全方面的要求进行智能化管理，这样不仅能够提升管理的效率，同时，还能够有效降低管理难度，使得复杂的建筑工程建筑项目变得更加直观化，推动建筑工程行业向着智能化的方向发展。

2、BIM 技术在建筑工程领域中的应用以及现存的问题

2.1 BIM 技术在建筑工程领域中的应用

BIM 技术在建筑工程施工的各个阶段都能够发挥出强大的作用。首先，在建筑工程设计阶段，除了能够构建三维模型，实现对于设计方案的优化和完善，同时，还能够统计工程量，在BIM 模型中获取建筑工程施工图纸需要的各种数据信息，还能够对于不同的专业进行协调，有助于保障后续的建设过程顺利有序开展。其次是建筑工程现场施工阶段，可以进行碰撞检查，发现现阶段在空间关系当中存在的矛盾点并且及时进行调整，能够有效减少后续施工中出现的问题和返工情况；对于施工过程模拟，辅助技术交底工作，能够有效提升施工质量，避免质量隐患；对于施工计划与施工现场的实际情况进行实时的对比，对于不同的施工环节进行协调；加强不同部门之间的沟通和协调，及时反馈在建筑工程建设过程中出现的问题；借助模拟功能和虚拟现实技术，能够直观地展示建筑物建成后的效果等。最后，在建筑工程的运营和维护阶段，能够提供各种系统和设备的数字化信息，为查找具体位置提供方便；能够提供在施工过程中的各种详细的数据信息，实现数据信息的共享和重复利用，避免由于信息不全而导致的损失；可以提供各种地下管线的位置信息，能够为维修工作提供便捷；一旦发生突发事故，还能够及时定位设备的位置，避免由于无法及时定位设备信息而引发事故；收集和汇总能源消耗信息，在此基础上对于能源消耗情况进行分析，针对出现异常的情况进行有效处理。

2.2 BIM 技术在应用中存在的问题

BIM 技术为建筑工程行业带来了全新的变革，有效促进了建筑工程行业的信息化水平，但是随着经济的发展，我国建筑的规模不断扩大，管理工作也变得更加复杂，这给BIM 技术的应用带来了极大的挑战。首先，BIM 技术的应用并不是阶段性的，而是一个动态化且连续的过程，在这个过程中，需要依赖人工进行数据采集，时效性较差，很难实现信息的实时采集和监控。其次，现阶段在建筑工程施工中，仍然主要依靠人力施工，虽然加入了一些更加高效的机械设备，但是仍然无法实现信息化的处理和决策，这也就导致信息数据的作用并未充分发挥出来，施工方法也远远没有实现精细化和智能化的发展。

3、基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统的特点和功能

3.1 基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统的特点

近年来，我国的通信技术发展迅速，推动我国逐渐向着5G 时代发展，而随着5G 通信技术在人们的生活当中普及，必将推动各个行业在各个方面的变革，推动基础设施建设向着更加数字化、信息化的方向发展。5G 移动通信技术不仅带宽更大，时延更低，同时，还能够结合用户的需求提供差异化的服务，这能够进一步促进物联网的发展，促使万物互联真正实现，更多的终端设备会接入到互联网上，并且能够进行共享和交互，从而为智能建造的实现提供了可能。将BIM 技术与物联网技术结合在一起，应用到建筑工程领域中，构建基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统，能够有效解决BIM 技术在应用中存在的各种问题，充分将两者的优势结合起来，BIM 负责进行信息处理，为决策提供依据，物联网负责收集信息和执行处理，能够实现管理和现场施工的数字化发展，实现智能化的建造。

3.2 基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统的功能

基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统包含以下几种功能：

（1）能够对于建筑工程建设的过程进行感知，利用采集技术，获取施工现场各项影响因素的数据信息，进行汇总，包括人员信息、材料信息、设备信息等。

（2）能够在智能化技术的支持下进行管理决策，以BIM 中的数据信息为基础，采用智能技术对于这些大量的数据进行整合、分析和处理，提取其中有价值的信息，从而实现自动化的决策和智能化的控制。

（3）能够促进现场施工和后续运营维护的数字化发展，借助高效的5G 通信技术，对于智能建造设备进行实时的远程监视和控制，提升操作的精确性，保证现场施工和后期运营维护的效率。

4、基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统搭建

4.1 基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统基本架构

基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统总共分为3 层结构，不同的结构之间进行数据传输依靠网络实现。

“君子文化不仅是传统文化的一个重要制高点，还是一个关键融汇点。”[1]118-124 君子文化丰富博大，其内蕴前人学者多有阐发，诸如仁义礼智信、忠孝节义等特质早已纳入并根植中华民族的文化心理与民族精神之中。 注杜是一种民族心理的体现，这种民族心理外化表现出诸多形式，其核心正是儒家君子文化。 子曰：“质胜文则野，文胜质则史。 文质彬彬，然后君子。”(《论语·雍也》)杜诗文质兼备，不仅蕴含着高超的文学艺术价值，也融汇了儒家传统文化精髓。 君子文化在这一时期文人注杜中的表现方式大致可以梳理出以下几个方面。

（1）感知层，主要由各类传感设备构成，这些传感设备基于采集信息的需要安装在施工现场中，能够实时采集建筑工程自身以及周边环境的情况，并且将数据信息传输到数据库当中，实现动态化的监测记录，这些数据信息和监测记录能够为BIM 搭建模型提供实时数据。

（2）控制处理层，主要由各种高新技术构成，当感知层获取到数据信息并传输过来后，控制处理层会进行分析和处理，发挥辅助决策的作用。

（3）应用层，包括施工设备、施工人员乃至于机器人终端等，应用层接收到控制处理层传输来的指令后，会按照指令执行任务，并且将执行的结果进行反馈，形成一个完整的信息传输链。

4.2 基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统搭建

为了能够满足智能建造综合管理系统的功能需求，在系统搭建中，将会主要分为三个部分进行。

（1）数据输入平台，将感知设备与应用设备中获取的信息进行汇总，并且接入到统一的数据平台中，建立标准化的数据，为后续的数据处理提供便捷。

（2）数据处理平台，这是智能建造综合管理系统中最为核心的部分，借助各种先进的技术手段，对于终端获取的数据信息进行加工和处理，为决策提供数据支持，并且将决策内容经由物联网传输到终端进行实施。平台在进行数据处理的过程中，并不仅限于控制处理层，也会向着其他两个层面延伸，在感知层中，通过利用智能算法，对于施工现场的情况进行分析判断，筛选更加有效的信息上传到控制处理层中。在应用层中，则是在相关设备当中植入智能算法，使其在实际工作的过程中能够判断和分析现场的情况，以便于对于自身的工作进行实时的调整。

（3）智能操作终端。随着建筑行业的发展，劳动力成本增加，再加上专业技术人员的缺失，建筑行业逐渐向着智能化的方向发展。在这个过程中，应用智能建造机器人不仅更能够适应艰苦的是公共环境，同时，还能够极大程度上取代人工操作，不仅有效提升了工作的效率，同时，也降低了出现失误或者偏差的可能性，避免由于人工操作失误而导致的安全隐患，这些优势使得智能建造机器人越来越受到建筑领域的青睐。在智能建造综合管理系统中，智能建造机器人是应用层当中的核心内容，能够按照控制持力层下达的指令，进行具体的实施。

5、基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统应用

5.1 对于传统的施工管理模式进行优化和改进

（2）在运维管理中的应用。利用传感设备能够对于建筑物中的各种设备进行实时监控，并且通过将其与BIM可视化模型中的设备进行绑定，这样在进行运维管理工作时，就可以在动态化、可视化的条件下进行搜索和管理；利用传感设备获取建筑物能耗以及周边环境的信息，结合技术手段优化建筑物能耗的情况，有助于减少建筑物能耗，更大程度上发挥出节能效益。

5.2 基于BIM+物联网的无人化数字施工技术

现阶段，在BIM 技术实际应用中存在的问题主要集中在输出端，而想要解决这一问题，就要改变在传统施工中过于依赖人力的施工方法，构建无人化、智能化施工系统，其中包括感知层的各种感知设备，控制处理层的BIM和物联网技术以及应用层的施工设备，实现施工整个过程的智能化运行，解放劳动力的同时，还能够有效提升施工的效率。

（1）无人化智能砌筑系统的应用。在建筑工程建设的过程中，砌筑工程是非常重要的一个环节，但是其中包括大量的重复劳动，需要耗费大量的人力和时间，施工质量容易受到各种因素的影响，很难进行有效的管理。而在以往的施工中，虽然自动化技术在建筑行业中得到了一定的应用，但是针对砌筑工程来说，仍然主要依靠人力实现，BIM 技术也很难发挥出自身的作用。而通过将BIM 技术与物联网技术相结合，构建无人化智能砌筑系统，由智能机器人代替重复机械性的人力操作，能够将两者的优势相结合，实现无人化的砌筑施工。智能建造综合管理系统利用传输技术对于智能机器人进行实时定位，并且采集和上传相关的数据信息，在BIM 数据处理中心中整合建筑工程建设的情况和周边环境的信息，准确下达指令，促使智能机器人按照指令完成砌筑操作。

（2）无人化土方工程操作系统的应用。在建筑工程建设中，土方工程也是一项耗费人力和时间的工程，并且在以往的施工中，这项工程也主要依靠人力实现。而通过利用基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统，能够对于土方工程施工中应用的各种机械设备进行改造，实现无人化的施工，从而有效提升施工效率和施工质量。借助无人机技术能够获取到土方的相关数据信息，并且实时传输至数据处理系统中，然后再利用智能控制系统控制各种机械设备完成施工任务。

5.3 能源监测与环境质量监测

基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统能够对建筑的能耗信息进行实时的采集和监控，以此为基础对于能源进行优化配置，提升能源利用率，提升节能效果，有助于人们节能低碳环保生活的实现。基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统在能耗监测领域的发展也能够为可再生能源的利用和减少能源的消耗提供有力的技术支持。利用物联网技术，能够实现对于不同能源的分类管理，从而统计能耗的数据信息，通过对于建筑物当中的各种能耗信息进行监测，统计和分析，还能够为相关部门提供管理依据，使得能源监测与管理工作的开展更加高效。能源监测管理系统是基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统中的一部分，能够利用物联网技术将设备之间进行连接和资源共享，系统还可以通过对于终端的信息采集和分析为用户提供各类信息，通过收集、整合和分析用户的需求下达指令来对于设备进行控制，这样能够实现现代建筑当中能耗设备的智能化，有效提升节能效果，对于促进我国建筑行业的智能化发展也有着积极的帮助。同时，基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统还能够实现监测环境中的污染物分布情况，从而确定环境质量状况，还能够提供各类环境质量监测数据，从而为环境的改善提供必要的数据知识。在对环境质量进行监测的过程中，主要包括水环境、空气环境以及声环境几个方面，而智能设备中的设备不仅能实现对于这些环境的监测，还能够监测热湿环境和光环境等，不仅能够监测室内的环境状况，也能够监测室外的信息，因此更能够发挥出强大的优势，这样一方面能够为用户提供监测数据，还能够为环保部门提供监测数据信息。

5.4 设备安全管理与智能化维护

在建筑物中一般都会包含大量的机电设备，这些机电设备的应用为人们的生活提供了极大的便捷，但是设备产生故障后，不能及时上传至管理人员，有些问题可以通过远程的方式解决，但是由于不了解现场的情况，需要维修人员前往现场进行处理，耗费人力和时间，也会给用户带来不好的使用体验。而利用基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统，能够监测设备的相关信息，统计设备运行时间，记录维护的相关数据以及时间等。通过利用物联网技术，能够对于建筑物当中的机械设备进行远程的监控和故障诊断，这就极大程度上提升了故障处理的效率。同时，物联网技术还能够将安全报警信息及时上传，以便于遇到突发问题及时处理，能够控制故障的进一步扩大，切实保障人员的安全。在基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统中，进行智能化维护的目的主要是为了保证智能化系统的正常运行，只有保障智能化系统的正常运行，才能够充分发挥出其效果，实现智能化的建造和管理。现阶段，智能化系统的管理模式大致上可以分为两种：

（1）由智能化系统企业向建设企业进行培训，由建设企业自行进行管理，这种管理模式对于建设企业管理人员的专业技能水平有一定的要求。

（2）由智能化系统企业来进行管理，由于这部分人员的专业水平较高，因此，在技术层面来说一般没有问题，但是由于服务体系还不成熟，在服务质量和服务时间方面很难提供保障。应用物联网技术则是能够很好的改善这一问题，实现远程的监控和故障诊断，也有效提升了智能化维护的有效性。

结语：

总而言之，随着科技水平的提升，未来的建筑行业会逐步改变劳动密集型的生产方式，向着智能化、数字化的方向转变，而想要实现这一点，则需要依赖BIM 技术和物联网技术来实现。基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统将建筑生命周期中的各项影响因素进行整合和集成，传感器采集信息上传至控制处理层进行处理和决策，应用层接收到信息后进行实际的实施，能够实现智能化的建造方式。在未来，基于BIM 和物联网的智能建造综合管理系统将会有效提升建筑行业的科技水平，促进建筑行业的智能化发展。