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發布于:2019-06-14

摘要

 BIM是BIM是建筑業革命性平臺和技術,它改變傳統的設計、建造和運維模式。物聯網是物物互聯的網絡,是繼虛擬的互聯網之后出現的無所不在的更強大的網絡。在建筑業中,物聯網離不開BIM,通過兩者的融合,實現智能建筑向智慧建筑的進化。本文在更大范圍探尋BIM與物聯網之間的邏輯關系和兩者融合的方法及所產生的巨大價值和對建筑業的深刻影響。

腿腿教學網-BIM與物聯網融合的價值分析

1、前言

 在過去的20年中,計算機輔助繪圖CAD(Computer Aided Design)技術的普及推廣使建筑師、工程師們從手工繪圖走向電子繪圖,這是工程設計領域第一次革命。CAD技術的發展和應用改變傳統的設計方法和生產模式,而且提高設計質量和設計效率。

BIM(Building Information Modeling)——建筑信息模型,為工程設計領域帶來了第二次革命,是從二維圖紙到三維設計和建造的革命,也是一次真正的信息革命,BIM將徹底改變工程設計、建造和運維方式。

BLM(Building Life cycle Management)——工程項目生命周期管理,BLM是用來提高和改善工程項目數據管理和共享行為的技術。Autodesk的BLM解決方案中的數據共享服務平臺產品叫Buzzsaw。

物聯網(IOT,InternetofThings)指的是將各種信息傳感設備,如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。

在BIM應用中,人們只關注BIM技術,并沒把它置于物聯網的廣闊背景中去擴展和延伸它的應用。在物聯網的應用中也很難看到BIM的影子,并沒有深度挖掘BIM在物聯網中的潛在價值。目前許多研究者只關注單一領域的應用研究,而沒有發現BIM與物聯網之間的邏輯關系和兩者融合所產生的巨大價值。所以不論在實際應用中還是理論研究中,BIM與物聯網是相互隔離各自為戰的不同領域, BIM和物聯網的應用也因此而受到制約。

我們研究發現基于BIM的物聯網應用不僅具有技術上的可行性,而且具有巨大的價值和廣闊前景。在建筑業中,物聯網離不開BIM,同時,BIM又是構成物聯網的基本元素,通過兩者的融合,實現智能建筑向智慧建筑的質的飛躍。我們應把注意力轉移到兩者的相互結合、集成或嵌入上來,本文試圖打通它們之間的壁壘和障礙,進行深度融合。BIM理論研究成果頗豐,物聯網研究也碩果累累,然而基于BIM的物聯網應用幾乎是一片空白。

任何一個新生事物,必先有概念和研究,然后有實驗性產品和應用性產品,最后才推廣應用。

 

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2、BIM的概念

 

建筑信息模型BIM是建筑行業革命性的新型平臺。該模型利用建模軟件,通過數字信息技術把整個建筑進行虛擬化數字化智能化,信息的內涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息,還包含大量的非幾何信息,如材料的耐火等級、材料的傳熱系數、構件的造價、采購信息等,它是一個完整的豐富的邏輯的建筑信息庫。

現實世界是三維實體,然而在傳統的設計中,由于技術手段的限制,設計師選擇二維的圖形和文字表達作為兩者之間的信息傳遞。基于二維設計在設計建造過程中將不可避免地產生一些低級錯誤,也很難表達和還原空間的三維復雜形態。建筑信息模型是通過參數化實體造型技術使計算機可以表達真實建筑所具有的信息,真實再現未來建筑的空間布局、管線走向及位置,讓設計師與業主、工程師直接通過建筑信息模型完成信息的表達、傳遞和交換,使業主、設計師、建造師、咨詢師之間的信息交流更方便。具有可視、具象、完整、關聯和互用性等特征,是原始二維設計技術根本性提升。當然也不要完全取消二維設計,二維設計只是BIM的一個子集。

建立建筑信息模型后,可以很方便地引入虛擬現實技術,實現在虛擬建筑中的漫游,這是傳統二維設計所望塵莫及的。借助基于建筑信息模型的虛擬漫游技術,可進入虛擬建筑中的任何一個空間。借助3D動畫技術,可以演示建筑成長的過程。現代信息化技術和三維設計技術的發展,使得回歸符合思維習慣三維的設計成為可能,在技術上已具備了基于建筑信息模型的全方位實施的可行性。

BIM是個五維關聯數據模型(幾何模型3D +時間進度模型4D+成本造價模型5D),可以實現協同設計、碰撞檢查、虛擬施工和智能化管理等從設計到施工到運維工程生命的全過程的可視化。

為什么以往的工程項目有那么多的風險,是因為信息的零碎化,形成一個個信息孤島,信息無法整合和共享,導致信息的無序流動。因為建筑行業不同于其它行業,有著固定的組織邊界,工程建設行業有許多規模小、專業化、關聯的參與者,卻幾乎沒有縱向的集成,設計、施工和運營等是相互隔絕,可以說,建筑行業幾乎是個割裂的行業結構,關鍵是缺少一種共同的交互平臺,造成信息流失、信息傳遞失誤,阻礙工程建設行業信息交流。美國國家標準研究院(NIST - National Institute of Standards and Technology) 2005年初發布的一份報告指出,僅僅由于項目成員之間數據互通性的要求而產生的成本就使建設項目效率降低6%左右。BIM的產生有望改變這一局面,使設計、施工、運維等進行信息的共享和管理。

目前仍面臨建筑信息模型應用單一性的問題,沒有進行擴展和延伸應用,即沒有挖掘它的應用潛力,如設計院建筑模型主要用于協同設計和碰撞分析,而三維算量軟件建立的信息模型也僅是用來統計工程量,似乎沒有更大范圍的應用。其實建筑信息模型可以在整個建筑生命周期進行全過程全方位更深入更全面的應用。之所以沒有得到大范圍應用,其原因是這個建筑信息模型的功能還比較單一,承載的信息量不夠豐富全面。這是BIM在建造與運維階段沒有充分應用的原因所在,也是一個瓶頸。我們似乎沒有發現更多可以利用的價值,其實它的價值是沒有被充分挖掘而已。

盡管有系統的BIM理論,但如何把BIM研究成果轉化為實用的BIM工具,這需要一個過程。在BIM建筑信息模型上可以無限制地增加、提取、更新、修改、交換、共享、驗證各種建筑元素和信息,只有承載全部建筑信息的BIM才能更好地應用于設計、建造與運維。國內魯班系列軟件具有BIM擴展功能,這是一個開端和嘗試。

BIM的潛在優勢十分明顯,BIM就是平臺和系統,根據系統論原理,系統大于各子系統之和,即集成的大系統所承載的信息和產生的價值要大于各子系統的簡單相加,因為整合后的系統可以產生協同效應和信息共享及重復利用所帶來的增值。

BIM是建筑業的一場深刻變革,是整個建筑業的一場信息革命和管理方法的革新,它不能僅僅停留在設計界。建筑信息模型的結構是一個包含有數據模型和行為模型的復合結構。它除了包含實體模型與數據庫外,還包含與管理有關的行為模型,實體模型與數據庫最終也是為管理服務。

目前,建筑信息模型在設計界應用較多,而在建造運維階段卻剛開始。由于建造運維相對于設計,生命周期更長,任務更多,如果BIM能在建造與運維階段能得到廣泛應用,將產生更大的價值。這種應用的不均衡性又嚴重制約BIM的普及,無法體現BIM的全部價值,應把BIM貫徹到整個產業鏈。建筑信息模型給企業帶來實際益處和潛在價值仍被低估甚至還不為人了解,對BIM缺乏正確的認知,仍有人在觀望和猶豫。從全球化視角來看,BIM已成為一種不可逆的發展趨勢,在歐美國家,BIM項目已超過傳統項目,業主、設計師、承包商都對BIM有深刻理解和自覺應用,有約50%的BIM使用者。

 

3、BIM在運維階段應用特征

 

     BIM并非是個籠統的概念,在設計、建造、運維不同階段其定位和模式是不同的,不能簡單的一概而論,我們要找出其中的差異性,從而更有效地去實施。不同的專業領域,不同的角度,BIM也不同,用途也不同。不過,雖然形態各異,但它們的基礎模型應該是同一的,可以各取所需。這個BIM是可擴充的、動態的、可視的、虛擬的模型。BIM是個不斷豐富和完善的綜合的開放系統,是“全過程深度整合與互動”。不要指望在各個應用層次一步到位,它不需要一步到位,也不可能一步到位。

在項目規劃、設計階段,藉由BIM模型,仿真MEGA House之施工程序,檢查施工接口可能之沖突;在建造階段,則結合RFID可讀取構件信息功能,發展RFID+4D項目信息管理系統,實時監控施工過程。

在BIM模型上,可以進行施工文檔資料的管理、建筑設備管理、能源運行管理、資產安保管理、突發事件管理、人員管理等一系列管理。BIM就如可視化的智能圖書館,保存了建筑物豐富的信息資料,可搜索、查閱、定位、調用和管理,如點擊建筑模型上的某一構件,如防火門,模型馬上顯示它所有屬性資料如品牌、生產廠商、規格、出廠日期、保修期限、質保書、安裝日期、安裝人員姓名,具有可追溯性。同時,它還會自動發出報警和預警,如有些設備使用奉命到期可發出預警,對設備、能源異常使用情況BIM會自動發出警報。這是過去傳統的二維圖紙所無能為力的。尤其是應對突發事件更顯示它強大的功能,如發生火災、漏水、搶劫等突發惡性事件時可以通過BIM迅速定位建筑內部復雜的通道和出入口以控制災難蔓延和事態擴展,這樣就不會陷于盲目處置手忙腳亂的境地。綜上所述,BIM可以進行可視化精細化智能化集約化管理,必將取代低效的傳統模式。

物聯網在建筑運維階段應用較多,而BIM在運維階段又能發揮那些作用?

設施管理(Facilities Management)處于整個工程項目生命周期的運維階段,是物聯網所重點關注的對象。設施管理包括建筑、家具、設備等“硬件”和人、環境、安全等“軟件”。空間管理能夠根據BIM模型,收集和記錄每一部分的空間信息,跟蹤建筑空間的使用情況。設施維護分為日常維護行為和突發維護行為,日常維護行為按制訂的計劃維護,目的是增加設施的使用年限和使用效率,避免出現故障。突發維護行為是由于突發事件或設施設備的突然損壞和故障,此時BIM可以發揮更多的作用。建筑設施的新建、改建、日常運行、維護等都離不開BIM的支持。計算機輔助設施管理系統(Computer Aided Facilities Management)是指利用信息技術,包括BIM、圖像信息系統(GIS)、互聯網等來管理和支持設施管理任務。

 

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4、BIM在物聯網上應用案例

 

目前,BIM局限于某一領域應用,沒有擴展到整個建筑產業鏈,是“孤獨的BIM”。

BIM如何“嵌入”到物聯網中,我們似乎還沒有清晰的思路和可行的方案,但有一點是很清楚的,那就是物聯網離不開BIM,沒有BIM,物聯網的應用是缺少支撐的。人類活動的大部分時間都是在建筑物中進行,人類擁有的物質財富也大都在建筑物內。物聯網是物物相連的網絡,可以狹義地理解為建筑及其內部物質之間的相連的網絡。BIM是提供建筑物全部信息的模型,它是完整的建筑信息庫,所以物聯網應該基于BIM才可以充分發揮它的作用。BIM與物聯網如何融合?我們可以通過安裝RFID來實現。

BIM是把建筑數字化模型化,是虛擬的建筑,它是實體建筑的真實再現。RFID是射頻識別技術,把建筑物及空間內各個物體貼上標簽,實現對物體的管理,但它無法進一步獲取物體更詳細的信息如生產日期、生產廠家、構件尺寸,特別是物體的內部信息,而這些要從BIM中獲取,BIM詳細記錄了建筑物及所有構件和設備的所有信息,這樣BIM與RFID正好具有了互補性。

RFID是物體帶有唯一性信息特征的“身份證”, RFID是物體的“頭腦”、“靈魂”和生命,通過信息接收設備和互聯網聯系起來,就構成了人與物和物與物相連的物聯網。RFID是信息采集工具,它有三部分組成:

標簽(Tag):由耦合元件及芯片組成,是唯一的電子編碼附著于物體上標識目標對象。

閱讀器(Reader):讀取或寫入標簽信息的設備,有固定式和手持式。

天線(Antenna):在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

通過接收裝置和互聯網傳輸到信息中心進行信息處理。可對RFID發出的信號進行信息跟蹤,如通過各種數碼終端遠程獲取施工現場和建筑物內部外部的復雜情況。以前靠人工填寫進度和計劃報告具有很大的主觀性,從而使管理高層不能掌握真實情報和精準數據,導致決策的失誤,影響整體效率。當RFID的現場跟蹤和BIM的信息管理模型結合在一起的時候,上述問題迎刃而解。構件的狀況通過RFID的信息收集,形成了BIM模型的4D模擬,施工進度、重點部位、隱蔽工程等通過RFID信息傳遞把現場資料自動記錄到BIM模型的對應位置上,管理人員對現場發生的情況就能了如指掌。

工程項目按BIM軟件處理,就可在BIM模型中建立所有部位構件的與RFID信息一致的唯一編號,那么這些部位構件的狀態就可以通過RFID、智能手機、互聯網技術在BIM模型中實時地表示出來。BIM和RFID之間有以下幾種情況:

1、沒有BIM,也沒RFID,這是傳統的落后的生產和管理方式,信息采集不及時,信息處理不方便。

2、有BIM,沒有RFID,信息處理功能強大,易查找、與項目進展關聯,但信息采集不及時,只能依靠手工填寫、照相、掃描、錄入。

3、有RFID,沒有BIM,信息采集及時,信息處理不方便,雖可以實時報告建筑物體現狀,但是這些物體的信息仍然是分散的表面的,它們之間缺少關聯性,不能形成一個整體,更不能掌握建筑構件之間的邏輯關系,如無法從RFID中獲取物體的進度信息、消耗量信息等,更不能分析進度與消耗量之間的內在聯系。

4、有BIM,有RFID,這是最理想的狀態,兩者融合,如虎添翼,價值倍增,它是未來建筑業信息化的發展方向,RFID技術解決信息采集及時性問題,BIM帶來的信息處理的高效性共享性。

國內BIM在物聯網上應用案例有2008年北京奧運會的“奧運村空間規劃及物資管理信息系統”,即采用了以BIM建筑信息模型為基礎的數據信息管理。設計師將奧運村空間規劃及設施以三維圖形方式處理并創建BIM建筑信息模型數據,在完成奧運村空間規劃的同時,就自動產生與奧運村三維圖形對應的奧運村物資、設施數據庫,這確保了奧運村的資產管理、物流服務可視化和高效性。該信息管理系統以BIM為基礎,同時配合專業的協同作業軟件,使得奧運村的空間規劃、物流服務可以實現在線集中遠程即時管理和控制。這是基于BIM物聯網應用的雛形,也是成功應用案例,可以作為未來BIM在物聯網上應用的一種模式。BIM在物聯網上應用前景廣闊。它將各種信息傳感設備,如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種硬件裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡,而當物聯網與建筑信息模型BIM融合集成,就能發揮更大的作用。

物聯網沒有建筑信息模型作為基礎性信息源正如ERP沒有基礎性工程數據的支撐都將成為無水之源,問君哪得清如許,為有源頭活水來。BIM是ERP和物聯網之不竭源頭。

不論是BIM還是物聯網都將催生一個巨大產業,為了實現對城市的智能化管理,需要把現有城市建筑進行數字化虛擬化,即BIM,甚至對已被破壞的古建筑通過BIM進行還原,通過對在建建筑進行BIM進行動態管理。香港房屋署大力推動BIM應用于實際工程,香港地鐵運營階段用BIM實現采光、能耗、煙霧、人流和可視化碰撞檢測。在全港八十二座地鐵車站中,已完成了二十多座的BIM建模。凡是建筑都可BIM,都應該BIM,然后通過物聯網把它們組織成一個無所不在的巨大網絡,進入控制中心進行集中式管理。

 


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