基于BIM的物联网在青洋路快速化工程中的应用

黄建科，史建峰，秦弘，郑新，武仲岗

（1.常州交通建设管理有限公司；2.西安新视窗科技有限公司）

1 引言

BIM与物联网的关系中，BIM是数据支撑模型，物联网技术是在BIM技术的基础上，通过传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，获取施工现场各种监测、监控数据等运营数据，将数据集成到BIM轻量化模型上使其可视化，并进行相关数据分析、处理，将分析的结果反馈给项目管理人员辅助决策。

BIM技术发挥上层信息集成、交互、展示和管理的作用，而物联网技术则承担底层信息感知、采集、传递、监控的功能。二者集成应用可以实现公路工程施工管理过程的信息承接，实现虚拟信息化管理与实体环境硬件之间的有机融合。基于BIM技术的物联网对建设阶段的质量、安全管理进行实时数据监测，在加快施工进度，降低投资成本和风险因素方面起到切实可行的作用[1]。

2 基于BIM的物联网在本项目中的应用

2.1 BIM结构物模型轻量化

基于WebGL技术的图形引擎将桥梁、路基的原始BIM模型进行解析，将BIM模型中的几何信息导出成通用的三角面片图形数据。按照三角面的排列顺序具有的参数化规律，对于面上的点都在边界上的网格数据，对边界上的点进行简化。对于面上的点不全在边界线上的网格数据，从边界开始，对原始网格数据进行从左向右，自下而上逐层简化[2]。使用WebGL轻量化技术实现了在浏览器端和移动端对BIM模型的重新渲染。

基于WebGL的三维可视化可以让用户在交互中更快获得数据特征，优化体验和分析的效率，适合创建复杂的可视交互平台。WebGL用于绘制模型的基本元素是三角形，程序调用JSON对象数据绘制信息，然后将绘制信息传递给GPU处理，最终将渲染结果在浏览器上显示，由于浏览器自身的本地缓存机制，二次加载BIM模型时，省去了再次从网络上下载模型的时间，从而使BIM模型的渲染速度更快，用户体验更出色（见图1）。

图1 轻量化BIM模型

2.2 试验数据联网监管

借助物联网传感技术，通过对试验仪器设备进行智能化改造升级，实时上传仪器产生的试验原始数据，通过试验名称与轻量化的BIM模型构件的对应关系进行数据绑定，自动处理试验检测数据，形成结果判断和曲线图。如果数据结果值不符合规定值要求，系统进行预警并进行“不合格”台账登记，防止篡改试验数据，保证数据真实有效，管理层可实时掌控主体结构质量，有效预防质量事故的发生（见图2）。

图2 试验数据联网监管

青洋路快速化工程在试验数据监管方面主要实现了如下功能：

①数据实时上传。对于力学仪器和沥青仪器产生的原始数据第一时间上传至服务器，并同时进行视频监控。

②报表上传。对于《试验检测动态监管系统》中完成的试验报告和试验记录报表，在打印时同步提交至服务器。

③规范试验过程。仪器开始做试验的同时，摄像头开始录像；试验完成后，摄像头停止录像，并将视频信息上传至外网服务器。通过录像可以有效的规范试验过程。

④试验信息综合管理。对于项目管理者来说，要查看试验工作进行情况变得非常方便，不用去工地试验室现场，不用查看纸质资料，可以在系统中看到本项目所有试验室的相关情况。

近几年，随着科学技术的提高，科学技术在农业领域的应用也在逐渐的提高，尤其是在农作物的栽培技术研究中。茄子是茄科茄属一年生草本植物，其营养价值高，不仅能帮助维持人体酸碱平衡，多吃还有抗癌的保健功效。茄子在种植的过程中由于栽培技术的局限，其产量和质量都难以满足人们的需求，故此，通过日光温室栽培技术提高茄子的产量和质量，满足人们的日常需求，促进农业经济作物的健康良性发展。

⑤数据报警。当采集到的数据被篡改时，系统会发送报警信息给管理人员。

⑥与BIM关联。点击BIM模型可以查看对应结构物的钢筋、混凝土等的试验结果信息，对于质量的追溯性起到辅助作用，对试验资料的管理分类管理起到统计、汇总的作用。

2.3 履约人员考勤监管

通过人脸考勤终端将考勤数据实时上传到青洋路智慧管理平台服务器，管理单位可以及时了解整个项目参建单位的人员（包括履约人员）的考勤情况，将工号、姓名、应出勤、实际出勤情况等信息进行接入，获取所有人员的出勤明细信息。通过人脸识别考勤杜绝了履约人员不在现场，由其他人员代替考勤的现象发生。

使用远程人脸考勤系统，不受地理位置的限制，管理单位只要具有网络就可以登录系统进行人员出勤情况的查看，并且对人员的已打卡、未打卡、离职、请假等信息实时掌握。

2.4 环境监测数据监管

本功能实现了施工现场噪声、扬尘、温度、湿度、风速、风向的自动化监测，采集和上报相应的监测数据，数据通过点击三维GIS场景中的监测设备BIM模型，进行三维可视化动态显示，系统内置计算规则，将监测的数据进行数据分析，反馈至喷淋降尘系统自动控制设备，实现环境数据的实时监测及喷淋降尘系统的自动化开启关闭。结合BIM、GIS、物联网、互联网技术，在远程智能管理平台上进行状态发布，实现施工环境信息实时远程管理。

2.5 视频监控管理

青洋路快速化工程将线路沿线的监控设备进行统一规划、统一管理，实现了施工现场无死角。

将监控设备的位置在三维BIM模型中进行标记，通过点击BIM模型中相应监控点，可通过系统网页及移动端对三维GIS场景下的现场视频进行实时查看。也可以通过点击监控列表，直接查看现场对应的三维场景。监控可实时调用及存储，且支持监控的云平台操作。

2.6 路面摊铺质量监管

从路面铺筑施工过程监控管理的实际需求出发，将BIM技术和路面铺筑施工监控相结合，应用物联网、北斗定位系统、无线传输、云计算等技术，为工程技术及管理人员提供直观、便捷、高效的管理手段。

通过对路面铺筑过程中摊铺机、压路机的运动轨迹、摊铺温度、碾压速度、碾压遍数等关键信息的实时传输、实时纠偏、持久性存储及可视化分析等，对不合格数据进行预警，达到对路面摊铺质量、路面压实过程和现场铺筑施工总体状况等进行有效监管。

2.7 拌合站生产数据监管

青洋路快速化工程在水泥混凝土拌合站数据监控方面主要实现了如下功能。

①实时监控各类材料每盘用量并生成可视化曲线，实时监测拌和设备性能的稳定性与持续性。

②混凝土搅拌过程中的数据（配合比、减水剂用量、拌合时间等）自动采集并实时上传到服务器数据库，将数据展示到信息化系统。内置计算规则，当数据超标时，能够及时发送报警短信给相关责任人及管理人员。报警数据按照强度等级、水泥比例、拌和时间、粉煤灰比例等进行统计分析，为质量控制提供了依据。

③通过本系统的使用，实现了对拌和站的产能分析、材料用量统计、材料误差分析等应用。

2.8 RFID标签及二维码应用

在基于BIM模型与物联网技术建立的信息化管理平台上，利用RFID标签可以进行快速定位查询[3]。基于此平台，施工人员可通过点击BIM模型快速查阅的施工图纸。现场施工人员可以通过智能安全帽二维码、安全培训二维码、机械设备二维码入口，进入BIM模拟操作数据平台，不仅可提取基本信息，还可以查阅包括操作规程、安全技术交底资料等信息知识库，现场人员在现场遇到难题时可根据需要快速查看、查找、学习和交底。

对于施工现场存在的安全隐患，可通过RFID技术进行辅助监测，并将监测反馈数据与BIM基础数据联动，统一汇集到加载了轻量化BIM模型的监控平台中，既直观显示了预警信息，又便于施工现场的统一化管理。

3 结语

通过基于BIM的物联网平台在青洋路快速化工程中的应用，不但实现了过程监管的可视化，而且为实体工程和设备赋予了感知能力和生命力，从而将公路工程的建造管理提升到智慧建造的新高度。未来的公路工程智能化管理，将会出现以结构物轻量化BIM模型为载体，结合物联网技术，构建以智能监测为手段、以数据互通为核心、以可视化应用为特点的公路工程“智慧化”管理平台。