基于BIM+物联网的机电施工可视化质量管理系统

周 昊

（吉林建筑科技学院 电气与机械工程学院，吉林 长春 130000）

0 引 言

机电施工是指给水排水管道、弱电、空调通风、防火卷闸等施工工程，其施工质量的好坏，决定了建筑整体质量的高低[1]。BIM 是建筑信息的信息化模型，其可以数字的形式呈现建筑目标，将目标以物的形式传递给施工方，为施工方施工提供参考。物联网则是结合红外传感技术、无线射频识别技术于一体的信息交换网络，其可实现目标的智能识别、定位依据管理等[2-3]。近年来，BIM 建模技术和物联网技术不断发展，在建筑工程施工过程中也会运用BIM 建模技术和物联网技术实现施工过程可视化，用于管理其施工质量。通过对施工过程可视化，可及时发现施工过程中存在的不足，以便及时改正，保证工程施工质量[4]。为此，本文以BIM 技术和物联网技术作为基础，设计基于BIM+物联网的机电施工可视化质量管理系统，为机电施工提供指导。

1 机电施工可视化质量管理系统

1.1 系统总体结构

以BIM+物联网作为基础，设计机电施工可视化质量管理系统。系统总体结构如图1 所示。

图1 机电施工可视化质量管理系统总体结构

机电施工可视化质量管理系统由数据层、展现层、服务层和管理层组成。数据层利用激光扫描仪和CCD 工业相机采集机电设备激光点云图像和实景图像后，将其存储到BIM数据库内；展现层内BIM 模型单元调用BIM 数据库内图像数据后，建立机电设备BIM 模型，利用PC 端为用户呈现机电设备BIM 模型；利用服务层调用数据层内内存数据库信息为用户提供数据报表、机电设备统计信息、设备资料信息以及施工人员定位信息等；管理层为用户提供机电施工质量验收管理、维护管理、安全管理等功能。

1.2 系统主控硬件选取

机电施工可视化质量管理系统主控硬件为CPU，在此选择英特尔celeron 系列CPU 作为本文系统主控硬件，该处理器具备2 GHz 主频，功耗较低，同时具备较强的可扩展编程信号处理能力[5-6]，逻辑运算较为迅速。该主控硬件结构如图2 所示。

图2 主控硬件结构简图

系统主控硬件由3 个部分组成，分别是数据处理模块、资源交换中心和外设数据传输模块，利用外设数据传输模块可连接激光扫描仪和CCD 工业相机，获得机电设备点云和实景图像，将其传输到资源交换中心后，通过资源交换中心发送到数据处理模块，再通过数据处理模块实现数据传输以及程序运行的控制。

1.3 机电设备BIM 模型构建

机电施工可视化质量管理系统展现层内的BIM 模型单元负责构建机电设备BIM 模型，该模型构建过程如图3 所示。将机电设备点云数据输入到BIM 模型内，对点云数据实施去噪预处理后，对点云数据进行匹配和切割处理，得到电气设备点、线等特征，并生成机电设备二维结构图；然后结合机电设备实景图像[7-8]，生成机电设备BIM 模型，实现机电施工可视化。

图3 机电设备BIM 模型构建流程

1.4 机电施工可视化质量验收方法

机电施工可视化质量管理系统的管理层内质量验收管理模块依据BIM 生成验收任务算法，实现机电施工可视化质量验收，其详细流程如图4 所示。

在进行机电施工可视化质量验收时，先遍历机电设备BIM 模型的IFC 抽象类，再判断是否可以获取质量检验所需的层、轴线等抽象属性[9]。若不可以，则完善机电设备BIM模型的IFC 数据；若可以，则提取机电设备实体集合，并在该步骤添加施工流水段属性。然后按照施工质量检验批次，划分机电设备组织数据，并返回检验批次合集；再按照检验规范[10]，从检验批次合集内抽样并返回检查点集合后，输出机电施工质量验收结果，依据该验收结果实现机电施工可视化质量管理。

2 实验分析

以某小区机电施工项目作为实验对象，使用本文系统对该机电施工项目进行质量管理，验证本文系统实际应用效果。

2.1 业务覆盖程度测试

一个系统的业务覆盖程度是衡量系统每个模块响应的指标之一，以业务覆盖程度作为衡量指标，测试本文系统在运行线程不同和运行环境不同的情况下，其业务覆盖的程度，测试结果如图5 所示。

图5 系统业务覆盖程度

分析图5 可知，本文系统业务覆盖程度随着运行线程数量增加而增加，且在不同运行环境下，其业务覆盖程度相差不大。在运行线程数量少于20 个时，本文系统运行时业务覆盖程度为100%。当运行线程数量超过20 个以后，本文系统运行时业务覆盖程度略微下降，但下降幅度极小。上述结果说明，本文系统具备较强的业务覆盖能力，具备良好的应用性。

2.2 BIM 模型构建测试

以该机电工程某一区域作为实验对象，使用本文系统构建其可视化BIM 模型，构建结果如图6 所示。

图6 机电施工管道BIM 模型

分析图6 可知，本文系统可有效建立机电施工管道BIM模型，且模型内部机电管道分布状况清晰，机电管道零部件较为逼真。该结果表明，本文系统具备较强的机电设备BIM模型构建能力，可呈现可视化的机电设备和施工场景，应用效果较好。

2.3 机电施工可视化质量管理测试

使用本文系统对该机电施工项目进行可视化质量管理，给出其可视化施工场景画面，结果如图7所示。分析图7可知，在机电施工可视化质量管理界面内，可清楚观察到当前机电工程编码、施工作业项目和施工人员数量等画面，其可有效实现机电施工可视化质量管理，应用效果较佳。

3 结 语

本文设计了基于BIM+物联网的机电施工可视化质量管理系统。该系统利用BIM 建立机电施工设备、场景等可视化模型，利用物联网为系统信息传输提供通道，实现机电施工可视化全过程，且该系统经过实际验证，应用效果较为显著。