BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)分析

1、BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平安監(jiān)控系統(tǒng)分析 【摘要】針對(duì)當(dāng)前施工現(xiàn)場平安監(jiān)控缺乏科學(xué)有效的信息化監(jiān)控手段的問題，論文在研究國內(nèi)外BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的根底上，提出了建立基于BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑施工平安監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場平安管理的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)比照分析、自動(dòng)預(yù)警、協(xié)同管理等功能?！娟P(guān)鍵字】BIM；物聯(lián)網(wǎng)；建筑施工；平安監(jiān)控1引言建筑工程施工平安管理內(nèi)容復(fù)雜，施工過程涉及建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院、施工單位、監(jiān)理單位等多方主體?，F(xiàn)場施工環(huán)境動(dòng)態(tài)復(fù)雜，施工作業(yè)立體交叉，這就導(dǎo)致施工現(xiàn)場需要進(jìn)行的平安監(jiān)控因素眾多，大大增加了施工現(xiàn)場的管理難度大。近幾年，高層、大型、復(fù)雜建筑物不斷增加，工程結(jié)

2、構(gòu)和施工工藝日益復(fù)雜，這也對(duì)我國建筑工程平安管理提出了更高的要求。采用傳統(tǒng)的人工平安檢查對(duì)施工平安進(jìn)行監(jiān)控，主觀性大、時(shí)效性低，不能科學(xué)及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)施工中的平安事故進(jìn)行有效監(jiān)控。近年來，國家層面屢次發(fā)布文件，提出促進(jìn)建筑行業(yè)信息化的開展，并對(duì)建筑信息模型BIM在工程的設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營維護(hù)階段等全過程的應(yīng)用提出指導(dǎo)意見。在此背景下，研究通過信息化的手段，提升建筑施工平安監(jiān)控的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性表達(dá)出重大的價(jià)值。2BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用原理2.1BIM技術(shù)適用性分析。BIMBuildingInformationModeling技術(shù)是以信息技術(shù)為根底，集成建筑工程全壽命周期中的所有數(shù)

3、據(jù)，支持工程各參與方信息交流和共享的可視化、數(shù)字化表達(dá)【1】。BIM模型采用IFC體系作為共同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用參數(shù)化建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的一致性、關(guān)聯(lián)性、及時(shí)性和共享性。針對(duì)建筑工程施工過程，從平安需求的角度出發(fā)，梳理出平安預(yù)警的監(jiān)控對(duì)象，針對(duì)每一個(gè)監(jiān)控對(duì)象分析其可能存在的平安隱患，并對(duì)平安隱患進(jìn)行參數(shù)化處理，形成相應(yīng)的參數(shù)化指標(biāo)，通過MicrosoftOfficeAccess數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立建筑工程施工平安指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。在設(shè)計(jì)階段的BIM模型的根底上，添加場地圖元信息，和施工機(jī)械相關(guān)圖元信息，并將建筑工程施工平安指標(biāo)數(shù)據(jù)庫作為外部鏈接關(guān)聯(lián)到BIM模型中。通過BIM模型中各個(gè)構(gòu)件圖元與相應(yīng)的

4、文本文件之間超鏈接的建立，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場管理工作的具象化。2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)適用性分析。物聯(lián)網(wǎng)TheInternetofthings是通過無線射頻識(shí)別RFID、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)按約定的協(xié)議約定連接起來，形成物與物、人與物之間的通信以及信息交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行建筑施工平安管理，可以將施工現(xiàn)場的人員、機(jī)械、環(huán)境等因素與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場各類信息的實(shí)時(shí)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)施工平安智能化的監(jiān)控管理，提升平安管理能力。在目標(biāo)跟蹤定位方面，可以采用RFID區(qū)域定位技術(shù)ZigBee點(diǎn)定位技術(shù)相結(jié)合的方式對(duì)施工現(xiàn)場

5、的管理人員、施工人員以及機(jī)械設(shè)施進(jìn)行定位。其中，RFID射頻識(shí)別技術(shù)主要通過網(wǎng)絡(luò)的連通性和相鄰節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)待定位標(biāo)簽的區(qū)域性位置估計(jì)。ZigBee蜂窩網(wǎng)絡(luò)主要通過RSSI測(cè)距、TOA測(cè)距等距離測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)之間物理距離的測(cè)量。RSSI測(cè)距定位算法結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、本錢低、功耗低，是當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的熱點(diǎn)。在應(yīng)力監(jiān)測(cè)方面，可以采用振弦式傳感器對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、模板支撐體系等結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力和變形的監(jiān)測(cè)。采用化學(xué)性能穩(wěn)定、抗拉強(qiáng)度大，且具有較高熔點(diǎn)的金屬絲作為傳感器的振弦材料，與磁鐵、受力機(jī)和夾緊裝置一起組成振弦式傳感器，采用不同的受力機(jī)做應(yīng)力和變形的測(cè)量。在危險(xiǎn)預(yù)警方面，采用超聲

6、波技術(shù)和紅外對(duì)射裝置。超聲波測(cè)距原理是利用超聲波的傳播速度和聲波反射的時(shí)間差，計(jì)算出超聲波發(fā)射點(diǎn)和遇到的障礙物之間的距離。超聲波測(cè)距精度高，可用于機(jī)械施工中的近距離預(yù)警。紅外對(duì)射裝置的監(jiān)測(cè)原理是利用LED紅外發(fā)射二極體發(fā)射脈沖紅外線到受光器，如果紅外脈沖射束被遮擋或者斷開，紅外對(duì)射裝置就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。因此，可以將紅外對(duì)射裝置布設(shè)在危險(xiǎn)區(qū)域，如：臨邊、洞口等，當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)觸發(fā)報(bào)警。2.3BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合原理。BIM模型在建筑施工平安管理中最主要的優(yōu)勢(shì)是信息的集成管理和共享以及三維模型可視化分析【2】，但是BIM模型本身無法感知建筑工程現(xiàn)場的現(xiàn)實(shí)環(huán)境等各種信息數(shù)據(jù)，無法結(jié)合工程現(xiàn)場管理

7、活動(dòng)和工作任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理應(yīng)用。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無疑可以解決施工現(xiàn)場工作和環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控問題。因此，將BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)根底的結(jié)合將實(shí)現(xiàn)建筑工程平安管理事故預(yù)防新的跨越。BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的方式可以實(shí)現(xiàn)平安事故的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，原理如圖1所示。首先，建立建筑工程施工平安指標(biāo)數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫包含了施工工程平安指標(biāo)或行業(yè)平安指標(biāo)【3】，并將數(shù)據(jù)庫與BIM模型進(jìn)行鏈接，在事前進(jìn)行危險(xiǎn)源的防控。其次，在施工過程中通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)存在平安隱患的人和物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將采集到的平安信息與BIM模型中平安信息進(jìn)行實(shí)時(shí)比照，當(dāng)臨近危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)發(fā)出預(yù)警，使管理人員實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)在施工情況，進(jìn)行平安隱患的預(yù)控和平安事故的

8、處置。最后，按施工結(jié)束對(duì)平安管理進(jìn)行總結(jié)并結(jié)合施工信息對(duì)平安信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行補(bǔ)充完善。3平安監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑施工平安監(jiān)控系統(tǒng)是以集成綜合信息的BIM平安信息模型為根底，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場信息的實(shí)時(shí)采集，并兩者信息整合分析比照，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程工程動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的平安管理與事故預(yù)警的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)主要三個(gè)模塊組成：現(xiàn)場信息采集模塊、BIM平安信息模塊，平安監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理反響模塊，系統(tǒng)工作流程如圖2所示。1現(xiàn)場信息采集模塊現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集的信息主要包括人員、材料、機(jī)械、建筑構(gòu)件等屬性信息，危險(xiǎn)性較大工序的實(shí)時(shí)信息，隱患區(qū)域?qū)崟r(shí)信息等。采集標(biāo)簽有定位節(jié)點(diǎn)、振弦式傳感器、超聲

9、波裝置和紅外設(shè)備組成。首先，結(jié)合平安信息數(shù)據(jù)庫和施工現(xiàn)場實(shí)際情況，定義RFID標(biāo)簽種類、數(shù)目以及位置【4】，布設(shè)ZigBee信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、振弦式傳感器、超聲波裝置和紅外對(duì)射裝置等。然后，將布設(shè)對(duì)象的根底信息添加到BIM模型中。在施工現(xiàn)場，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的工具，對(duì)人員、機(jī)械，以及支撐構(gòu)件應(yīng)力和危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2BIM平安信息模塊將采集到的信息通過ZigBee無線技術(shù)發(fā)射到閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)打包處理，進(jìn)而通過光纖把數(shù)據(jù)發(fā)送給上層效勞器，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，共享到BIM平安信息模型中，實(shí)現(xiàn)施工全過程平安數(shù)據(jù)信息的交互【5】，在BIM平安信息模型中呈現(xiàn)出施工人員和機(jī)械的實(shí)時(shí)位置、周

10、圍環(huán)境、檢測(cè)參數(shù)等平安狀態(tài)以及關(guān)鍵工序和關(guān)鍵構(gòu)件的平安狀態(tài)。3平安監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理反響模塊平安監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與信息反響模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息與BIM模型嵌入的平安規(guī)那么或者參數(shù)化的危險(xiǎn)源信息進(jìn)行比照分析。施工現(xiàn)場質(zhì)量平安信息與BIM模型的信息交互比對(duì)是實(shí)現(xiàn)事故預(yù)防的關(guān)鍵?？赏ㄟ^單獨(dú)開發(fā)API功能模塊或者通過支持IFC標(biāo)準(zhǔn)的軟件，實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)庫以及電子標(biāo)簽之間的信息數(shù)據(jù)讀取格式轉(zhuǎn)換、交互與讀寫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的數(shù)據(jù)比照，以及通過系統(tǒng)管理人員針對(duì)構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)與嵌入模型平安規(guī)那么的比照【6】，工程平安管理小組所有成員可以隨時(shí)查看到施工現(xiàn)場各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)實(shí)時(shí)的平安狀況。一旦施工現(xiàn)場發(fā)生

11、人的不平安行為或者物以及周圍環(huán)境的不平安狀態(tài)，BIM模型上就進(jìn)行報(bào)警，并對(duì)危險(xiǎn)行為或狀態(tài)的級(jí)別進(jìn)行分類。4平安監(jiān)控系統(tǒng)功能分析1定位管理功能該系統(tǒng)的建立可以在電腦終端通過BIM模型查詢?nèi)魏我粋€(gè)時(shí)間段某個(gè)現(xiàn)場區(qū)域范圍內(nèi)人員的數(shù)量、身份；還可以查詢某個(gè)員工的實(shí)際位置和活動(dòng)軌跡以及平安裝置佩戴信息。這樣不僅可以對(duì)現(xiàn)場人員進(jìn)行考勤，對(duì)施工人員的工作效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，催促平安員按時(shí)按點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行檢查，還可以為后續(xù)事故預(yù)防工作打下根底。2報(bào)警功能報(bào)警功能可分為人員報(bào)警功能和平安預(yù)警功能。人員報(bào)警功能是指當(dāng)無權(quán)限人員進(jìn)入某個(gè)施工區(qū)域時(shí)，該區(qū)域的報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，在BIM模型中的相應(yīng)區(qū)域顯示出來，并將信息推送相關(guān)

12、管理人員。每一位現(xiàn)場施工人員和管理人員身上都佩戴有相應(yīng)的標(biāo)簽，通過施工區(qū)域入口處的標(biāo)簽識(shí)別器可以識(shí)別出人員的屬性，判斷該人員是否具有進(jìn)入該區(qū)域的權(quán)限【7】。平安預(yù)警功能是指在施工過程中，構(gòu)件應(yīng)力或變形量超過臨界點(diǎn)，機(jī)械或施工人員發(fā)生危險(xiǎn)行為，可以導(dǎo)致平安事故時(shí)，現(xiàn)場的報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，在BIM模型中的相應(yīng)區(qū)域顯示出來，并將信息推送相關(guān)管理人員。3)多方協(xié)同功能傳統(tǒng)的平安管理主要是施工單位單方面的管理行為，基于BIM模型，可以整合工程各參與方業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等的管理資源，各個(gè)工程參與方均可以在BIM模型中查看工程施工中的平安信息，及時(shí)了解施工平安狀態(tài)，當(dāng)存在平安隱患時(shí)，通過電腦終端向施工現(xiàn)

13、場發(fā)出信息推送，實(shí)現(xiàn)工程多方參與者協(xié)同進(jìn)行施工平安分析和平安管控的功能【4】。4)動(dòng)態(tài)更新功能BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，使得現(xiàn)場信息不再需要人工進(jìn)行收集和錄入，在施工現(xiàn)場采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場施工環(huán)境及作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)傳輸，將施工現(xiàn)場施工平安信息實(shí)時(shí)更新到BIM模型中。在工程竣工后，又可對(duì)工程的平安管理進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)與BIM模型相連接的平安信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行補(bǔ)充和完善。5)全過程平安管理功能傳統(tǒng)的施工平安管理主要局限于施工過程中的平安監(jiān)管，但是平安事故的發(fā)生具有因果效應(yīng)，僅僅對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行管理并不能完全預(yù)防平安事故的發(fā)生，所以經(jīng)進(jìn)行全過程的平安管理。在施工前，用BIM模型進(jìn)行虛擬建設(shè)和沖突檢查對(duì)施工進(jìn)行模擬，結(jié)合施工平安信息數(shù)據(jù)庫，分析施工過程中可能存在的平安隱患，在施工以前做好平安交底工作。在施工過程中，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場的環(huán)境及作業(yè)進(jìn)行全程監(jiān)控，克服人工監(jiān)管的局限性，并通過BIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)比照分析，科學(xué)的進(jìn)行施工中的平安管理。在工程施工完成后，對(duì)工程施工平安管理進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)，對(duì)施工平安數(shù)據(jù)庫進(jìn)行補(bǔ)充更新，為之后的施工平安管理提供指導(dǎo)。5結(jié)語集成BIM技術(shù)