钢结构建筑应结合信息化技术将信息信息进行可视化

大型钢结构建筑因其工期短、构件预制率高、建筑垃圾少等优点被认为是建筑业发展的新方向。 但钢结构建筑存在体量较大、构件数量较多、施工现场各工种交叉作业较多等问题，阻碍了其推广。 钢结构构件作为建筑物最基本的组成部分，对建筑物的整体质量和施工进度有着重要影响。

在钢结构建筑中，由于现场涉及的构件数量多、种类多，增加了钢结构构件的管理难度。 因此，有必要建立一套完整的构件运输和安装管理体系。 同时，为了更好地协调管理人员，应结合信息技术，实现组件信息可视化。 通过清晰的管理体系和先进的信息技术，实现智能化的构件质量管理，提高构件安装效率和构件质量。

BIM技术具有可视化能力强、多种先进技术良好融合的特点。 因此，BIM技术在处理传统施工过程中难以解决的问题方面发挥了良好的作用。 建立以BIM技术为核心的构件管理系统，可以为管理人员提供高保真、几何位置准确、唯一可识别的建筑构件数据集，以及大量描述性、可操作性的基础数据。

物联网的特点是传感和驱动设备的互连，并提供通过统一框架跨平台共享信息的能力。 物联网包括传感技术、识别和识别技术、硬件、软件和云平台、通信技术和网络、软件和算法、定位技术、数据处理解决方案、电力和能源存储、安全机制等。技术使得施工现场大量多源异构数据的采集和传输成为可能。 连接 BIM 和基于物联网的数据源是一个相对较新的发展。 总而言之，BIM 和 IoT 数据提供了项目的互补视图，共同弥补了各自的局限性。 BIM 模型在组件级别提供项目的高保真表示。 BIM 模型通过组合几何图形、空间位置和一组可扩展的元数据属性来提供高保真、可操作的数据集，以将设计的建筑对象、属性和空间组织捕获为一组虚拟资产。 物联网数据通过提供施工和运营中实际操作的实时且可记录的状态来增强此信息集。

许多学者对BIM与物联网的结合进行了研究。 胡明权等人利用传感器和BIM对现场环境进行监控。 并通过虚拟现实 (VR) 实现实时站点可视化。 段海等. 将捕捉真实环境条件的实时传感输入与 BIM 模型相结合，计算设备操作员指令、压实机路径和起重机自动操作。 高远等人的研究。 表明可以通过 BIM 和 IoT 设备的实时通信和协作来增强施工操作。 马志良等人认为，BIM模型可以与物联网标签、传感器和移动设备捕获的实时施工数据关联起来，实现各方之间的及时沟通和协作。

目前，结合BIM与物联网技术进行环境监测的研究较多。 然而，目前在钢结构构件安装过程中集成BIM和物联网技术的研究还很少。 本研究提出了一种由BIM与物联网技术融合驱动的组件部署方法。 它利用BIM技术将构件的基本信息和部署信息可视化，通过构件信息可视化、智能信息采集、精准识别、可视化定位来管理构件部署的智能流程。 。

1 钢结构构件部署过程中的需求分析

在构件展开过程中，施工人员必须检查构件的质量是否符合要求，然后根据管理人员的要求协调吊车人员在有限的时间内将构件展开到需要的位置。 整个过程中，有很多需要部署的组件的位置信息和基本信息。 依靠人力匹配和协调，大大增加了管理难度和施工效率。 因此，分析了组件的基本信息和部署信息。

1.1 基本信息

在钢结构构件的展开过程中，构件信息应包括结构的基本属性信息和展开过程中产生的信息。 结合这两方面的信息，可以实现组件部署过程的智能、高效管理。

构件的基本属性信息包括构件型号、尺寸、出现时间和使用次数等。构件的基本属性信息是构件的固有属性，它是由工程设计和需求决定的。 根据设计图纸在BIM软件中建立后，其基本属性就确定了，具有固有的独立性。 元件的基本属性以铭牌的形式嵌入在元件的表面。 组件的基本属性信息如图1所示。

图1 组件基本属性信息

1.2 部署信息

构件部署信息在施工过程中不断更新，也是构件调度管理的重点。 在调度阶段，从构件的运输到构件的现场布置，以及最终的安装成型过程，主要包括构件的到货信息、位置信息、安装过程、质量控制等方面的信息。 组件部署过程中的信息管理。 组件信息被添加到 BIM 创建的模型中，并附加到 RFID 标签上，由阅读器读取。 同时，通过BIM模型创建施工指导动画，然后通过物联网网关传递给管理者进行现场施工指导。 同时，将变化的构件信息反馈到BIM模型，实现构件部署过程的实时动态管理和虚实交互。

2 BIM技术与物联网技术的融合

2.1 整合机制

BIM技术是一种在施工阶段绘制真实场景的方法。 数据为建设项目提供了足够详细的虚拟模型，方便管理人员进行信息可视化和二次处理。 物联网技术是真实施工场景与虚拟场景之间的重要桥梁。

当BIM技术与物联网设备集成时，它具有以下三个组成部分。 第一部分在BIM中建立数据存储库，包括建筑几何形状、物联网设备描述、静态信息和其他建筑信息。 上述信息以Revit模型或IFC格式存在。 第二部分是记录传感器输出数据的时间分布数据。 与时间相关的数据存储在关系数据库中，可以使用结构化查询语言 (SQL) 进行高效查询。 第三部分是上下文信息与时间序列数据之间通过物联网系统的传输方法。 BIM与物联网技术的融合如图2所示。

图2 BIM技术与物联网技术的融合

2.2 应用价值

根据BIM和物联网技术在构件部署过程中的融合机制，基于BIM和物联网技术的构件智能调度方法应具备信息集成和信息查询功能。

3 构件智能吊装

通过分析钢结构构件调度过程中的需求，结合BIM技术和物联网技术的优势，提出了一种BIM技术和物联网技术融合驱动的钢结构构件调度方法。 主要步骤包括模型构建、数据交互和调度管理，旨在提高组件调度的智能化和高效管理，智能调度流程如图3所示。

图3 组件智能调度流程

3.1 构建模型

智能构件调度过程中模型的建立是一切工作的基础，Revit在设计阶段就创建了模型。 建模内容包括构件类型、尺寸、型号、放置位置等参数。在构件的部署过程中，管理人员或施工人员通过读写器提取并读取预先存储的信息。 目的是帮助管理人员明确使用前的信息，以便于对施工现场进行高效、智能的管理。

3.2 数据交互

组件进入现场后，读写器直接提取RFID标签中的基本信息，指导现场组件管理和组件调度。 构件堆放在指点区，根据施工现场的要求对构件进行分类，节省管理时间。 结合BIM模型和物联网工具，这些数据可用于监控施工过程并更新施工进度。 传感器还用于检测质量控制的进度数据，例如射频识别 (RFID) 和 GPS 传感器，它们收集建筑构件的位置数据以与 BIM 模型进行比较。 传感器捕获真实世界的数据，包括项目状态（例如激光扫描点云数据）、施工活动和物理环境以及其他实时项目信息。

3.3 调度管理

在构件调度过程中，BIM技术结合物联网技术，呈现预用构件的基本属性信息和调度信息，合理规划构件的堆放位置，然后利用在构件库中建立的构件模型。用于创建调度动画的 BIM 模型。 模拟构件调度的整体构建过程，为管理人员提供技术讲解，指导调度构建过程，降低调度管理难度。 在通过物联网技术传输和记录现场构件信息的同时，将构件的实时信息导入BIM模型，实时修正构件模型，实现构件的实时动态管理组件。

4 项目案例

宿迁激光小镇孵化器项目为高层钢结构建筑。 1号楼是一座双子楼。 中间第10层——屋顶层在空中连成一体。 跨度26m，高40.5m。 钢结构在高空整体连接。 施工安装难度大，构件种类多，调度工作要求高。

4.1 组件调度难点

(1)钢结构构件的种类较多。 该项目为高层钢结构，施工场地资源配置紧张。 同时，该建筑呈双体建筑形态，各部分构件功能差异较大。 因此，所需零部件种类和数量较多，现场零部件管理困难。 (2)施工工期紧，构件调度精度要求高。 构件调度贯穿建筑物的整个生命周期。 在保证工期的要求下，迫切需要智能构件管理方法来提高调度管理效率。 (3)构件管理困难。 施工现场多工种的协调，需要保证各工种之间互不影响，并保证各组成部分有序调度。 因此，施工现场的构件管理比较困难。

4.2 组件智能调度

4.2.1 构件模型建立

在构件运输阶段，根据工厂提供的构件设计图纸建立准确的构件BIM模型，并在BIM模型中识别构件的基本属性信息。 BIM模型建立后，结合现场构件堆放场地信息，制作出整个构件调度和运输过程的动画。 将BIM模型中的动画写入RFID电子标签，实现构件调度的智能管理。

4.2.2 辅助调度

在构件调度过程中，读写器检索嵌入RFID电子标签的构件信息，辅助施工人员快速定位构件，找到构件位置。 施工人员还可以参考电子标签中制作的整个调度过程的动画，直观地了解繁琐的调度操作，降低操作难度，提高管理效率。 此外，管理人员可以在现场布置传感器设备，将调度完成后的信息反馈回BIM模型，并修改初始模型，实现构件调度的实时管理。 组件安装RFID的效果如图4所示。

图4 组件安装RFID效果图

5 结论

钢结构施工过程中，钢结构构件的展开过程

为了解决智能化水平低、管理效率差的问题，采用BIM与物联网技术融合驱动的钢结构构件调度方法，实现智能部署和高效管理。 关于BIM与物联网设备集成的结论如下。 （1）BIM技术为施工现场带来了虚实交互的方式，可以为虚拟模型和现实调度的实现提供有效的反馈。 (2)对构件部署过程中所需信息的有效收集和分类是实现构件调度智能管理的基础。 组件调度过程主要包含两方面信息：基本属性信息和调度信息。 （3）BIM技术与物联网技术的融合，为钢结构构件部署过程提供了智能化管理方法，有助于施工现场的智能化进程和施工过程的高效管理。 BIM技术结合物联网技术的构件调度方法主要包括三个步骤：虚拟BIM模型的创建、构件信息的提取和传输、现场部署指导。

摘自2023年2月《建筑技术》 安婷、刘子胜、韩振阳、刘占胜、高升、杨伊林

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