施工信息技术1-20140226[最终].docx

一、 施工信息技术历史沿革现代施工信息技术的应用主要起源于美国、日本、韩国、英国等发达国家。上世纪九十年代这些国家率先将信息化的理念在施工过程中加以实践，然后由单项的应用信息技术向系统化的施工管理方向发展，逐步形成现在的施工企业管理信息化模式。我国施工信息技术的应用起源于上世纪九十年代后期，当时主要是以算量软件和绘图软件为代表的单项应用为典型代表。随着计算机工业和网络技术的发展，以及国家对施工行业信息技术应用政策导向的加强，施工信息技术产业化从近5年才开始蓬勃发展。近几年来，国内施工行业在BIM 技术、物联网监测技术、现场视频监控技术、集成化物资管理技术、数字化测绘技术等方面的应用取得了长足的发展和可喜的成果。本章就简要对上述技术的应用进行介绍。二、 施工信息主要技术内容1. BIM技术在施工中的应用1.1 BIM的概念BIM是建筑项目物理和功能特性的数字化表达，也是建筑项目相关信息的共享知识资源。在一个建筑项目的生产周期内，我们不仅不缺信息，甚至也不缺数字形式的信息，我们真正缺少的是对信息的结构化组织管理（机器可以自动处理）和信息交换（不用重复输入）。工程建设行业效率亟待提高以及信息化渴求的发展都表明人们急切需要一个信息交流的平台。BIM就是这样一种技术、方法、机制和机会，通过集成项目信息的收集、管理、交换、更新、存储过程和项目业务流程，为建设项目生命周期中的不同阶段、不同参与方提供及时、准确、足够的信息，支持不同项目阶段之间，不同项目参与方以及不同应用软件之间的信息交流和共享，以实现项目设计、施工、运营、维护效率和质量的提高，以及工程建设行业持续不断的行业生产力水平提升。BIM不是一个软件，而是业务流程；就是利用信息将现实通过模型更加精确和科学的模拟出来；它的核心就是解决信息共享问题，提供信息交流平台；其最终目的是使得整个工程项目在设计、施工和使用等各个阶段都能够有效的实现节省能源、节约成本、降低污染和提高效率。BIM技术摒弃了传统设计中资源不能共享、信息不能同步更新、参与方不能很好的相互协调、施工过程不能可视化模拟、检查与维护不能做到物理与信息的碰撞预测等问题。从2DCAD过渡到以 BIM 技术为核心的多种建筑3DCAD，将是未来计算机辅助建筑设计的发展趋势。进入21世纪，BIM研究和应用得到突破性进展，随着计算机软硬件水平的迅速发展， BIM软件的开发有了长足的进展。1.2 BIM的特点与核心价值可视化模型，模拟现实，自主式操作漫游信息，信息附着于仿真模型，实时准确获得有效信息过程，实现动态建造过程模拟，工艺方案沙盘式演练及优化互操作，参数化人机互操作，实时动态展示修改成果，便于修正。参数化模型与信息间参数化修改，可实现信息之间的“函数化”关系标准化信息传递标准化，规定信息格式与内容，规范各参与方权限、责任与义务业务流程标准化，规范各方工作先后顺序协同工作共享信息，避免重复工作协同工作，提高效率1.3 主要技术内容1.3.1 基于BIM 的深化设计技术深化设计是指承包单位提供的施工图或者合同图的基础上，对其进行细化，优化和完善，形成各专业的详细施工图纸，同时对各专业设计图纸进行集成，协调，修订和校核，以满足现场施工及管理需要的过程。深化设计作为设计的重要分支，补充和完善了方案设计的不足，有力地解决了方案设计与现场施工的诸多冲突，充分保障了方案设计的效果还原。BIM作为共享的信息资源，可以支持项目不同参与方的通过在BIM中插入，提取，更新和修改各种信息，以达到支持和反映各自职责的协同工作，BIM具有的这种集成和全寿命的周期的管理优势对深化设计具有重要意义，基于BIM的深化设计能够对施工工艺，进度，现场施工重点难点进行模拟，实现对施工过程的控制，实现深化设计各个层次的全过程可视化交流。在深化设计的过程中，总承包单位负责对深化设计的组织、计划、技术、组织界面等方面进行总体管理和统筹协调，其中应当加强对分包单位的BIM访问权限的控制和管理，对下属施工单位和分包商的项目实行集中管理，确保深化设计在整个项目层次上的协调和一致。各专业承包单位均有义务无偿为其他单位提供最新版的BIM模型，特别是涉及到不同专业的连接界面的深化设计时，其公共或交叉重叠部分的深化设计分工应服从总承包单位的协调安排，并且以承包单位提供的BIM模型进行深化设计。1.3.2 基于BIM的虚拟施工技术虚拟施工通俗地理解是实际建造过程在计算机上的虚拟仿真实现。通过虚拟施工可以发现实际施工中存在的或者可能出现的问题，可以有效地提高施工水平，消除施工隐患，防止施工事故，降低施工成本与缩短施工周期，提高施工过程中决策、控制与优化的能力，增强施工企业的核心竞争力。1.3.3 基于BIM的工程量统计技术大型工程的计量工作不仅工作量大而且计算难度大，要在项目全周期不断地统计，拆分，组合和分类汇总各时间段和施工段工程量数据更是困难，落后的手工计算方式难以适应精细化造价管理的需求。BIM的自动算量功能可以使工程量计算工作摆脱人为因素的影响，得到更加客观的的数据。BIM利用建立的三维模型进行实体减扣计算，对于规则或者不规则的构件都可以同样准确计算。同时，BIM模型的建立可以生成具体的工程数据，通过与二维设计下的工程报表对比，会发现大量二维数据的偏差。因为二维图纸面积计算往往会忽略立面面积，跨度多张二维图纸的项目可能被重复计算，线性长度在二维图纸中通常只计算投影长度等。通过结合BIM的数据统计可以消除这些偏差，保证工程量数据的准确性。对于设计变更引起的工程量的变化，传统的方法没法很好的应对。首先我们可以利用BIM技术的模型碰撞检查工具尽可能地减少变更的发生。当变更发生时，利用BIM模型可以把设计变更内容关联到模型中，只要把模型稍加调整，相关的工程量变化就会自动调整，不需要重复的计算。1.3.4 基于BIM的运营维护管理技术综合应用GIS技术，将BIM与维护管理计划相链接，实现建筑物业管理与楼宇设备的实时监控相集成的智能化可视化管理，出现了基于BIM的运营阶段的精益管理。该管理方法能有效地提高运营机构的工作效率，提高服务质量，减少建筑运营阶段的突发状况，提高安全性能，从而减少资源浪费，实现建筑可持续发展。 设计、施工阶段的BIM模型的信息可以转移到运营维护阶段。在运营维护过程中，可以找到设备设施等硬件的位置，然后读取相应的信息资料，BIM的可视化直观效果及集成的数据库管理工具能发挥巨大作用。通过各种模拟工具，再整合CAFM，就能够进行建筑绩效分析，尤其是将运营维护一系列性能指标引入，无论是能源消耗，还是维修费用，还是人员开支，通过分配计算，能够得到很多关于建筑设施的性能绩效指标，用于衡量运营管理工作的成果。2. 物联网监测技术在施工现场的应用2.1物联网的定义物联网（Internet of Things，IOT）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行通讯和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种技术。从技术上理解，物联网理解是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的技术。从应用上理解，物联网是指把世界上所有的物体都连接到一个网络中，形成“物联网”，然后“物联网”又与先有的互联网结合，实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和生动的方式管理生产和生活。2.2 物联网的架构物联网应该具备三个特征。一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。2.3主要技术内容物联网核心技术包括射频识别（RFID）装置、WSN网络、红外感应器、全球定位系统、Internet与移动网络，网络服务，行业应用软件。在这些技术中，又以底层嵌入式设备芯片开发最为关键，引领整个行业的上游发展。2.3.1 RFID技术RFID（Radio Frequency Identification的），即射频识别，俗称电子标签。 RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFID是一种简单的无线系统，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。2.3.2 WSN技术WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络。无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。2.4基于物联网技术的工人实名制管理在施工现场的具体实践中，常见的做法是在工人的安全帽中植入射频识别芯片，芯片中记载有工人的个体信息，包括年龄、性别、工种、健康状况等基础资料。工人在进出施工现场的时候会被自动识别，信息即时采集传输至数据处理中心，从而实现自动化工人实名制管理，考勤等。当现场发生安全事故时，可以精确定位在危险区域活动的人员，以便快速准确的搜救。2.5基于物联网技术的现场安全管理在施工现场的洞口、临边等重大危险源处植入射频芯片。当有人员靠近时可以向人员发出警示音，以避免人员受到伤害。3. 视频监控技术在施工现场的应用3.1施工现场视频监控技术的应用价值3.1.1通过安装远程视频监控系统，可实现：（1）通过网络摄像机随时监控建筑工地现场的状况。（2）录制现场监视情况，随时检索回放，杜绝危险事故及非法盗窃等行为，减少工地物资损失。3.1.2通过安装周界红外报警系统，可实现：（1）遇到非法入侵能自动报警，并驱动声光报警。（2）报警系统自动记录警情，并自动转发报警信息至监控中心。（3）电子地图能清晰地反应报警区域位置等信息。（4）实时、集中监控所有布防区的布、撤防状态。实现布防、撤防及旁路等控制操作功能。实现与相关摄像头的联动功能，当红外对射被触发报警时，红外对射会将报警信号传至相关摄像机，摄像机接受报警信号后会对报警区域的移动物体进行自动跟踪和录像。为警情核实及警后处理提供切实可靠的资料。通过单防区输入/输出模块可以方便的联动前端设备（警号警灯，并可通过键盘统一控制），并支持定时启动和关闭。3.2主要技术内容3.2.1拓朴结构3.2.2全系统构成工地现场监控系统由远程视频监控系统、周界红外报警系统，远程视频监控系统采用无线网络方案实施，周界红外报警系统采用有线总线方案实施。工地现场监控系统从架构上可分为三个部分：“前端采集系统”、“信息传输系统”以及“软件控制系统”。前端采集系统主要包括安装在工地上的网络摄像机、红外对射器。信息传输系统主要包括中间的视频信号、报警信号、控制信号等的传输线路及设备。软件控制系统主要包括终端监控设备及软件、录像设备、设备间的联动等。3.2.3子系统方案组成3.2.3.1远程视频监控系统远程视频监控系统方案主要系统包括3个部分组成：（1）采集前端：采用室外一体化网络像机，具有红外夜视功能，可实现高清可变焦、云台控制等控制功能。其主要作用是采集前端监控视频。（2）信息传输：采用数字与模拟相结合的无线传输方式。（3）存储与平台：专用的IPVS存储设备，性能全面超越传统数字DVR。功能强大，可扩展。可选择前端存储（安放在工地办公室）或者中心存储（平台中心机房），可随时随地远程观看、调取、下载视频，中心存储保障安全，防止前端资料意外丢失。前端像机通过路由接入Internet后，通过动态域名解析技术与监控平台中心连接起来。通过网络，远程观看效果非常稳定，支持流媒体转发、全面存储服务、权限分级管理、报警联动、 数据管理、远程观看控制操作、多种模式和画面、多种网络接入方式等。3.2.3.2周界红外报警系统系统拓扑图每个周界点装置一个报警地址模块，采用总线进行区域联防，节省了系统的投资成本。当有警情发生时，报警信号便通过报警模块将报警信息传输至报警主机，除了在监控界面上显示具体地点以外，通过接警中心软件更可准确显示警情发生的地址、告警类型等，并且通过声光提示值班人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保工地财产的安全。4. 施工现场集成化物资管理技术4.1集成化物资管理技术原理建筑材料一般占到工程造价的60%-70%，集成化物资管理技术通过从对材料的采购招标，到现场存放，以及材料的领用的全过程、集约化管理，实现对材料成本的动态管控。4.1.1合同主线：以合同签订过程、合同执行过程为核心。连接招投标业务、采购、合同签订业务、合同修订业务、合同执行业务、自有及租赁设备的管理业务。建立企业合同管理体系。4.1.2成本主线：以“三算对比”为核心，从目标成本测算直至实际成本的发生。为采购提供数据来源，为收入及支持提供数据。通过项目分析企业成本结构，提出成本改善的依据。4.1.3“三合一”管理：完成企业质量管理、安全管理、技术管理的整合。全过程的管理项目的现场质量及送检、安全防范及检查、技术创新及工法管理。5. 数字化测绘技术在施工中的应用数字化的测图技术是一种全解析的计算机辅助出图的方法，与传统的测图技术相比较而言，具有较高效率、高精度等优势。随着计算机技术的不断进步和电子技术的不断完善，以GPS为核心的测绘技术快速的发展，为测绘工作提供了新的手段、技术和仪器。特别是3s技术的集成与结合，使之成为了空间对建筑物进行观测的重要方式，使人们能够运用信息化的手段，对空间与建筑物分布相关的信息和数据进行采集、测量、更新、获取、传播、应用、管理和存储。（1）数字测图通过计算机软件自动计算、识别、连接以及调用图示和符号等一系列自动处理功能自动提取测量的信息，比如距离、坐标和面积等等。（2）数字化测图拥有精度高的优势，距离300m内测点测量误差大约是2mm，高程误差约是18mm。而且电子格式的测量数据还能自动记录、传输、存储、处理并成图。（3）数字化的测图是通过分层的方式进行存放，所以对于测图成果的加工利用是较为方便的。三、 施工信息技术1-2年最新进展1. BIM技术最新进展在过去的五年中，BIM 已经成为中国建筑业公认的，代表行业未来发展方向的革命性变革。政府在2011-2015 年建筑业信息化发展纲要中明确提出，推进BIM 技术、基于网络的协同工作技术应用，提升和完善企业综合管理平台，实现企业信息管理与工程项目信息管理的集成，促进企业设计水平和管理水平的提高。研究发展基于BIM 技术的集成设计系统，逐步实现建筑、结构、水暖电等专业的信息共享及协同。住房和城乡建设部于2012 年发布了“关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知”，宣告了中国BIM 标准制定工作的正式启动。从2012 年起，大家讨论最多的不再是BIM的概念及其价值，而是更多层面都在探讨如何用BIM，政府在制定适应行业发展的标准和推动BIM 的普及,业主在探讨做出合理的BIM 要求以得到期待的合理化回报，设计院在探讨改变设计流程用好BIM 工具，施工企业也在研究施工领域怎样应用BIM。目前，由于BIM 一词是“舶来品”，本地化的深入程度是这一技术推广应用关键所在，如国内设计师的习惯，设计中标准规范的对接等。基于BIM 的软件产品与二次应用软件更好地组合，是BIM 发展中呈现的需求。各软件公司都在研究BIM相关软件，希望让设计师从设计角度，施工人员从项目需求方面，让数据实现互联互通，让建筑行业最大限度地体会到或者享受到BIM 本身的好处。2013 年由清华大学、北京市勘察设计协会、北京市规划委员会和北京市建设工程招标投标管理办公室合作的BIM 设计的民用建筑的基础标准，会在2013 年11 月发布，这将成为中国国内第一个由地方政府发布的关于BIM 方面的地方标准。超高层、大型建筑，如上海中心、北京“中国樽”、西南最大的水电站黄登水电站等都是由业主来推动全生命周期的BIM 综合应用，不仅仅是可视化、建模、分析和模拟，BIM 的价值已经贯彻到整个全生命周期。特别是黄登水电站，在2012 年全球的基础设施BIM 大赛中获得了最佳设计奖。那么为什么全生命周期都要使用BIM？因为各方都会获得收益，而不是单纯为了技术而应用BIM技术。2. 物联网技术最新进展国外对物联网的研究和应用起步较早，国内自2009年开始在工业领域应用物联网技术。在施工领域应用物联网技术主要在近23年。目前的应用范围主要限于工人的实名制管理、现场的安全管理、大体积混凝土浇筑过程中温度和应力变化监测、基坑和隧洞岩土稳定性监测等方面。主要原因是物联网技术对网络条件和硬件设施的要求较高，相应费用也比较高，高昂的费用对于普通的项目而言并不经济。3. 现场视频监控技术最新进展施工现场视频监控系统技术的关键在于信号的传输，在过去的23年，由于3G技术的发展，在一定程度上解决了施工现场不方便布线的瓶颈，同时也解决了现场对于便携式可移动监控点位的需求。4. 集成化物资管理技术最新进展近23年集成化物资管理技术主要在物资管理软件的升级、基于电子商务技术的在线招投标系统，以及大集团的集中采购平台方面发展较快。5. 数字化测绘技术的最新发展在过去的几年里，数字化测绘在工程施工方面的发展主要体现在传统测量设备的自动化和数字化升级，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，进而带来工程施工测量方法的变革，尤其是带有GPS定位系统的测量仪器设备的使用，使群体建筑施工、基础设施建施工的测量定位更加便利和精确。四、 施工信息中期5-10年技术发展展望1. BIM技术发展未来的几年将会有一系列的国家标准颁布出来，应用到BIM 的各个领域，帮助产业链选择适合的解决方式推广和应用BIM。随着BIM单项技术应用逐渐成熟，业务流程不断规范化、标准化，必将实现集成化应用，进而形成工程项目管理系统；BIM应用也将融入企业信息化管理，成为企业信息化管理的支撑性技术。2. 物联网技术在施工行业的发展展望根据国家的发展规划，到2015年，我国要在核心技术研发与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善、重大应用示范与推广等方面取得显著成效，初步形成创新驱动、应用牵引、协同发展、安全可控的物联网发展格局。届时随着物联网技术的成熟和普及，应用门槛的降低，施工领域对物联网技术的应用也会扩大范围，将有可能在施工工序中引入物联网技术。3. 现场视频监控技术发展展望未来现场视频监控系统将会普及，在实现了普遍应用的基础上，对于信息的集成和应用会更加广泛，逐步与企业也层面的信息化系统对接，成为ERP系统的一部分。4. 集成化物资管理技术发展展望集成化物资管理技术未来向上将于财务系统较好的对接，实现现场物资成本的自动分析和对分供方的自动支付；向下将形成社会化的采购平台及集团内部的物流管理，实现物资的优化配置，更加方便调拨。5. 数字化测绘技术发展展望充分利用GPS全球定位技术。随着接收机的改进，广域差分技术、实时差分技术等技术的应用，将随时满足静态、动态、高精度定位的需要，接收机将更轻便灵活，在偏远山区路桥施工和水电站施工的测量中会有广泛应用。城市与工程控制网，监测网优化设计软件将得到进一步应用于推广，观测数据处理等方面的研究将进一步智能化；控制网的观测数据采集和处理，将走向自动化、实时化、数字化。工程测量的数字化测绘软件的研发将进一步深化，将出现功能齐全、效果更高、使用更加灵活的软件系统。一方面数字测绘技术与GIS的结合将更加紧密，数字信息的采集通过数据转换直接进入数据库，实现一测多用，数据共享，将实现全球数据更新和空间基础信息系统的动态管理。另一方面数字测绘技术与工程设计施工相结合的软件系统的研发与应用将会有更新、更快的发展，为勘测、设计、设计、施工建立专业信息管理系统创造良好的条件。空中摄影测量技术发展前景将更加广泛。全自动数码航测相机与GPS相连接，与激光扫描仪相结合即可制作三维地面主体模型，将会在众多领域如建筑工地、建筑物维修等方面都得到广泛应用。五、 施工信息典型工程案例1. 深圳嘉里建设广场二期工程BIM技术的应用BIMFIM系统以深圳嘉里建设广场二期工程为案例进行科研应用，工程位于深圳市福田中心区，益田路与福华路交叉口，东侧为嘉里建设广场一期，北侧为香格里拉国际酒店。工程占地面积7900.80m2，总建筑面积102948.54m2，由地下三层、地上四十一层，地上总度200m。地下三层为人防地下室、平战结合，地下二层与地下一层为车库及设备用房；地上一层、夹层 、二层为商业用房；地上三层至四十一层为高档办公楼。本研究通过引入国际标准IFC（Industrial Foundation Classes），基于从设计和施工阶段所建立的面向机电设备的BIM（MEP-BIM），设计机电设备全信息数据库，用于信息的综合存储与管理。在此基础上，开发基于BIM的机电设备智能管理系统（BIM-FIM 2012），其目的一方面是为了实现MEP安装过程和运营阶段的信息共享，以及安装完成后将实体建筑和虚拟的MEP-BIM一起集成交付；另一方面是为了加强运营期MEP的综合信息化管理，延长设备使用寿命、保障所有设备系统的安全运行提供高效的手段和技术支持。BIM-FIM系统是通过需求分析、系统架构设计和详细功能设计，定制研发的一款基于BIM技术的应用软件。应用该系统，需首先根据竣工图纸，创建机电设备各个专业的模型，包括暖通、给排水、弱电、强电、消防电、消防水，建模的同时也需要足够详细的构件属性信息。系统的主要功能包括IFC模型文件的导入、基本信息管理、图纸管理、维护维修管理、紧急预案管理、应急查询。BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。该技术已经多次应用在国家项目中，并取得一定成效。基于BIM的机电设备智能管理系统可以将实际数据采集和录入，应用于工程项目施工管理，对机电设备相关的信息进行共享、维护、完善等等。交付给业主的将是信息与系统电子化集成，实现从设计、施工和运维的信息共享，提高各阶段机电设备信息的准确性。2. 数字化测量在昆明机场的应用作为数字工地的基础，利用长期运行GNSS基准站为数字工地的所有现场数据采集提供基准。昆明新机场项目共建立了3个连续运行参考站，从方案落实开始采购设备，安装调试，最终完成全面服务现场数字化施工系统。2.1数字化工地定位系统在施工前期SCS系统主要用于控制网复测和核实土方量；在施工过程中主要用于施工放样、辅料厚度检查和土方量变化计算，在尘土飞扬、大风、天色灰暗及不良地域依旧显示工地平面图和坡度信息。2.2控制网复测 施工单位进场后需和设计单位共同对标段范围内测量控制网进行复测和验收工作，但由于施工现场地形多为山地，地形起伏，用传统全站仪复测方式效率很低。施工单位采用SPS781接收机静态观测模式进行控制网复测，充分体现了数字化系统的灵活性。2.3核实土方量项目施工前期最关心的是工程量的计算。由于昆明新机场项目所处的地理条件复杂（例如山地、坡地），地形点方格网取样数量不足（取样点间距过大，不能准确反映实际地貌）、可靠性不高和图形的不规则等原因给工程量的计算带来差异，使得土方工程的工程