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新一代信息技术在建筑工程业的应用

2013-09-25   赛迪经略 企业信息化研究中心   张月

  基于新一代信息技术的建筑工程行业信息化架构总体上可以分为四层架构,分别是:管理决策层、应用层、信息集成层和基础设施层。

图1 基于新一代信息技术的建筑工程行业信息化总体架构图
资料来源:赛迪设计 2013,08

  其中,新一代信息技术在建筑工程业的典型应用主要有三种:施工现场远程监控、建筑施工虚拟仿真和BIM。

  一、施工现场远程监控

  基于新一代信息技术的施工现场远程监控可分为三个步骤:“前端采集”、“信号传输”以及“终端控制”。鉴于物联网的基本原理以及施工现场安全管理的特点,首先进行前端采集,采用标签等对施工现场内的人员、设备、材料等进行标识,静态属性可以直接存储在标签中,动态属性由传感器实时探测。再应用射频识别技术(RFID)以及无线感应网络(WSN)对物体属性进行捕捉和获取,并将信息转换为网络传输的数据格式,采用网络通信技术传输到终端信息系统。最后,由相关软件对接收信息进行处理和计算,并通过终端显示设备实现直观的界面展示,还可通过视频云,融合云计算、人工智能及自动控制等诸多相关领域的知识,利用计算机视觉和视频分析的方法自动分析摄像机拍录的图像序列,实现对建设工程施工现场进行远程实时图像监控管理。具体应用如下:

  1、远程定位

  远程定位是实现远程监控的基础,通过该功能随时定位某个区域内人员、设备及材料的身份、数量、分布情况及活动轨迹,为终端的分析提供原始数据。

  2、人员管理

  人员管理是在远程定位的基础上,记录现场工人及管理人员的到岗及离岗信息,同时,在事故发生后,能够立即显示事故地点的人员信息、人员数量及具体位置,提高抢险效率和救援效果。

  3、模拟现场巡查

  模拟现场巡查是在远程定位的基础上,模拟巡查员巡查施工现场,主管部门、建设单位、施工单位、监理单位的管理人员能够在办公室、家里随时通过网络查看施工现场材料、设备等的位置及使用情况,从而分析施工进度,对重大危险源进行监控,及时了解现场的安全状态,实现远程协调、指导工作,减轻建设单位现场监督检查的工作量。

  4、自动报警

  报警功能是当系统监控到施工现场出现违反安全规定的行为时(如生产参数偏离正常范围),自动报警,防患于未然。

  通过以上应用,可以提高施工管理的工作效率和管理水平,有效节约管理费用。目前,施工现场远程监控仍处于发展阶段,未来需要在已有基础上不断进行功能扩展,以提升安全生产信息化管理水平,加强施工现场安全防护管理,消除安全隐患。

  二、建筑施工虚拟仿真

  通过建筑施工的虚拟仿真应用可以直观、科学地展现不同施工方案的真实效果,定量地完成方案的对比,有助于施工方案的选择和优化,提前发现和解决问题,真正实现最优施工。为实现建筑施工的虚拟仿真,需要借助虚拟现实技术、计算机仿真技术、优化与建模技术等,建立复杂的数据分析模型,针对广域分布的数据资源和计算资源进行研究、分析、实验或修正,并提供直接真实的人机交互对话三维界面,计算规模庞大。云计算平台的集成计算引擎赋予支持系统强大的计算处理能力,能够满足建筑施工虚拟仿真应用中的海量数据存储与分析处理,是新一代信息技术在建筑工程行业的典型应用。具体模拟应用实践如下:

  1、工程设计

  通过建筑施工虚拟仿真应用,一方面能使广大施工技术人员低成本地试验设计思路,真切展现设计成效,方便对拟改进部位进行修改,缩短设计周期,降低设计风险。另一方面,设计的仿真也有利于设计单位与业主、施工单位进行设计交底,在评标过程中可以直观对比各投标方的设计方案,增加评标的透明度与公正性。

  2、施工管理

  建筑施工虚拟仿真应用能事先模拟施工全过程,提前发现施工管理中质量、安全等方面存在的隐患,因而可以采取有效的预防和强化措施,提高工程施工质量和施工现场管理效果。

  3、安全生产培训

  建筑施工虚拟仿真应用能实时、直观地显示施工过程的实际情况,有助于操作人员全而了解操作流程,优质安全地完成施工任务。

  目前,建筑施工虚拟仿真应用在国内建筑工程行业的应用还处于发展阶段,相关工程实践不多。未来,可通过增加软硬件及人员投入、提升施工技术人员的软件研发与应用水平等途径,基于云计算推广虚拟仿真应用,对施工活动中的人、财、物、信息流动过程进行全面的仿真再现,发现施工中可能出现的问题,增强施工过程中的决策、优化与控制能力。

  三、BIM(建筑信息模型)

  BIM是一个概念(或理念),可以理解为“工程项目信息化集成管理系统”,它不是简单的一个或两个软件,而是一个可以提升工程建设行业从策划、设计、施工、运营全产业链各个环节质量和效率的复杂系统工程,涉及到的软件数量可能多达十几个甚至更多。

  通过BIM,可以实现建筑描述通俗化、三维直观化,设计师和业主等非专业人员对项目判断更为明确、高效,决策更准确;实现专业内多成员间、多专业多系统间的三维协同设计,避免不必要的设计错误,提高设计质量和效率;将建造过程与结果,在数字虚拟世界中预先实现,可以最大限度减少未来真实世界的遗憾,使得设计优化成为可能,保障工程设计企业最终产品的准确、高质量、富于创新。

图2 BIM的应用阶段
资料来源:赛迪设计 2013,08
图3 BIM的软件体系
资料来源:赛迪设计 2013,03

  BIM在信息集成、可视化设计、参数化建模等方面具有强大的能力,相应的,数据量规模庞大,跨区域、跨机构项目即时协同作业的要求越来越高,需要强大的计算能力解决复杂环境下的设计要求,因此,对硬件配置及计算机处理能力等都提出了更高要求。随着软件功能的拓展,纯粹的硬件投入将超出企业的承受能力。基于以上问题,美国Little 多元设计咨询公司将BIM与云计算进行整合应用,云计算具有三个突出的优点,有效的解决了这一难题:一是成本低廉、投资灵活,云的规模可以动态收缩,易于扩展和灵活处理,企业可以通过小规模的硬件投资来满足应用需求。二是使用便捷,把数据存储在“云”端,通过网络就可以实现在不同的移动终端和桌面终端进行协同作业,甚至在施工现场也可以实现设计图纸的三维展示。三是分析计算能力突出,在三维的建筑设计中有很多渲染的流体力学方面的分析,包括新概念设计,完全可以在“云”端提供能耗分析,方便建筑师在项目的概念设计阶段就能对能耗等进行分析,并将最后的结果进行复杂的曲面处理。建筑设计在“云”端的应用,简单地说,就是使建筑师用最简单的、最经济的方法,实现其在任何时候以任何方式,通过任何终端设备,都能够获取其想要的信息。

  BIM 在国外发达地区已经有了很成熟发展。国内方面,虽然出现一些优秀的设计及施工案例,但起步相对较晚,其推进过程也相对艰难,多数建筑企业的工程设计仍采用传统的工作模式,设计师以个人PC 为主战场单兵作战,通过服务器、网络、Windows“共享”或移动存储设备实现设计文件共享,文件之间的关系是割断的,文件版本能否实现准确及时交流全靠个人觉悟和操作,容易出现混乱,严重时影响项目进度和质量。未来可以学习国外的先进经验,通过基于云计算的BIM,来自设计团队的各方同时在统一的技术平台上处理、交换信息与数据,实现协同设计。将设计归总为数字化数据库而不是单独的文件,设计文件按需求实时从数据库中生成。例如:结构工程师改变其柱子的尺寸时,建筑模型中的柱子也会立即更新;施工企业可以在建筑信息模型基础上添加时间参数进行施工虚拟,控制施工进度,政务部门可以进行电子审图。这不仅改变了建筑师、结构工程师、设备工程师传统的工作协调模式,而且业主、政府政务部门、制造商、施工企业都可以基于同一个带有三维参数的建筑模型协同工作,真正实现建筑工程各相关方的协同作业。

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