基于BIM 与物联网的工程项目四新技术集成管理体系构建

引言：随着数字经济时代的到来, 建筑业正经历着新一轮的技术变革。2021年 , 住房和城乡建设部等 9 部门联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》, 明确提出加快新一代信息技术与建筑业的深度融合 , 大力发展智能建造 , 培育新产业新模式。作为智能建造的两大支柱技术 ,BIM 与物联网的融合应用备受关注。

1 BIM 与物联网技术融合的集成管理框架

1.1 技术融合的底层逻辑 : 从信息孤岛到数据共生

在建筑行业的数字化转型进程中 ,BIM 与物联网的融合是打破行业信息孤岛 , 实现数据互联互通的关键一步。传统的建筑项目管理模式下 , 设计、施工、运维等各阶段的信息往往被割裂开来 , 形成一座座信息孤岛。BIM 技术虽然在一定程度上实现了建筑全生命周期的数据集成 , 但仍难以做到与现场实时状态的动态交互。物联网技术的引入恰好弥补了这一不足 , 通过在现场布设各类传感设备 , 可以实时采集工程实施过程中的各项关键数据 , 并与 BIM 模型实现无缝对接[1]。

1.2 集成管理框架的三层架构 : 数据层、平台层、应用层

要真正实现 BIM 与物联网的深度融合 , 关键在于构建一个全面系统的集成管理框架。一种较为成熟的架构是将其划分为数据层、平台层和应用层三个层次。其中 , 数据层负责利用物联网技术采集工程现场的实时动态数据 , 并将其与BIM 模型数据进行匹配关联, 形成一套完整的工程信息数据库。在此基础上,平台层综合运用云计算、大数据等技术搭建统一的数据管理与分析平台 , 支持海量异构数据的存储、检索、挖掘和可视化呈现。应用层则根据工程管理的实际需求, 基于数据平台开发一系列智能应用系统, 比如进度管控、质量安全监管、设备设施管理、能耗优化等, 从而形成全方位、一体化的项目管理解决方案。

2 基于BIM 与物联网的四新技术协同管理机制

2.1 施工工艺协同：从“串行设计”到“并行优化”

在传统工程项目管理中 , 施工工艺设计与优化常采用 " 串行 " 模式 : 设计单位完成施工图设计, 施工单位据图施工, 问题出现后再修正。这种工作方式存在诸多弊端 : 一是设计缺乏施工反馈 , 构造做法难以优化 ; 二是碰撞问题无法及早发现 , 返工风险高 ; 三是施工排布无法模拟验证 , 资源配置难以优化。BIM 与物联网的融合为破解这一难题提供了新思路。这种割裂的工作方式不仅效率低下,而且难以实现设计和施工的最佳匹配。BIM 与物联网技术的融合为解决这一问题提供了新思路。物联网通过传感器实时采集现场数据 ( 如进度、质量、机械设备工况等 ), 并与 BIM 模型关联。基于数字孪生机制 , 项目各方可在统一平台开展协同设计优化 : 如 4D 模拟可模拟施工排布 , 优化资源配置 ; 虚拟装配可提前发现并消除" 错漏碰缺"; 参数化规则驱动可实现设计变更的自动响应。同时,面向关键工序开展“BIM+VR”交互式培训 , 可大幅提升操作水平。此外 , 基于实测数据优化工艺参数, 并利用视频AI 自动识别违规行为, 形成闭环管控。

2.2 新材料应用协同：从“静态试验”到“全生命周期监控”

新材料从实验室走向工程应用 , 其性能与耐久性往往缺乏在实际环境中的长期验证数据, 而设计和施工人员对新材料的认知和应用经验也相对不足。BIM与物联网融合技术为破解这一难题提供了新路径。智能传感器可嵌入建筑构件与材料 , 实时监测其力学性能、物理化学特性等使用性能 , 并结合 RFID 技术跟踪记录构件全生命周期履历。通过在建筑构件和材料中植入智能传感器 , 可以实时监测材料在实际使用环境中的性能变化 , 形成材料性能的全生命周期数据库。基于物联网采集的实测数据 , 材料专家利用机器学习算法优化配方与工艺;BIM 参数化设计平台可实现材料特性参数与构件性能的映射, 指导设计优化;施工仿真与 VR 培训可指导材料施工工艺 , 并利用计算机视觉技术对关键工序质量进行自动检测。更重要的是 , 上述数据通过 BIM 平台进行全链条共享 , 打通了新材料研发、设计、生产、施工、运维的数字化协同 , 形成了从实验室到工程应用的闭环优化机制[2]。

2.3 新设备管理协同：从“人工巡检”到“预测性维护”

工程机械设备是现代建筑施工的核心资源 , 其运行管理水平直接关系到工程质量、进度与成本。传统的设备管理主要依靠定期人工巡检和事后被动维修,难以实时掌控设备状态 , 更无法预测和预防潜在故障。BIM 与物联网的融合为设备管理开辟了新的智能化途径。设备上植入的多源传感器可实时采集设备位置、工作状态、健康特征、能耗等数据 , 通过 NB-IoT 等低功耗广域网络传输至BIM 平台。平台利用大数据分析和机器学习算法 , 对设备历史工况和实时状态进行全面诊断 , 预测设备剩余寿命和潜在故障类型。一旦发现异常 , 系统自动生成工单并优化维修资源调度 , 指导工程师开展预防性维护。同时 , 基于全生命周期运维数据优化设备选型配置 , 并支持设备共享等新业务模式。设备管理由“事后被动”向“事前主动”的智能范式转变 , 推动工程机械物联化、数字化与智能化。

3 基于BIM 与物联网的四新技术动态优化方法

3.1 进度优化：4D 模拟与实时进度对比

项目进度管控是建筑工程管理的核心之一 , 传统的进度管理方法主要依赖于甘特图、网络图等静态工具, 难以实现施工进度的动态模拟和实时跟踪。BIM与物联网技术的融合为解决这一难题提供了有效途径。通过在 BIM 模型中加入时间维度,形成4D模型,可直观模拟施工全过程,并根据资源约束进行进度优化。同时 , 各类物联网传感器与定位设备可采集人员、材料、设备等要素的实时位置与状态信息 , 结合视频监控数据 , 实现对实际施工进度的自动跟踪与记录 [3]。将实际进展与 4D 模拟进行对比 , 可直观呈现偏差状况 , 自动预警进度风险。一旦出现滞后 , 系统可结合实测数据和优化算法 , 动态调整后续施工计划与资源配置 , 形成闭环控制。以某大型场馆项目为例 , 通过 RFID、北斗定位等技术采集钢构件加工、运输、安装的实时位置 , 结合塔吊监控视频分析 , 实现对钢结构工程的精细化进度管理 , 滞后预警时间从传统的 5 天缩短至 1 天 , 整体工期缩短 12% 。4D 模拟与实时跟踪相结合, 彻底改变了进度管理的粒度与效率。

3.2 成本优化：5D 模型与动态成本控制

工程造价一直是建设项目的关注焦点 , 业主方希望以最低的成本获得最佳的建造效果 , 而施工方则追求在保证品质的同时最大化利润空间。传统的成本管理往往基于静态概预算 , 缺乏对实际成本的动态监控和优化手段。BIM 5D 模型为项目成本管理带来了革命性变革。通过在 BIM 模型中关联工程量、单价、费用等信息, 可快速、准确地完成工程量计算与价格评估, 大幅提升造价准确度。在施工阶段,各类传感器实时采集人工、材料、机械、能源等生产要素的消耗数据,并与合同单价、预算指标等进行比对 , 动态核算成本偏差。一旦发现超支风险 ,可利用 BIM 平台快速分析原因 , 并通过方案比选、优化资源配置等实现成本控制。某大型石化工程通过BIM 5D 模型, 实现了材料价格、设计变更、现场签证等多源异构成本数据的集成与实时核算 , 每月结算效率提升 80% , 费用审核差错率降低 90% 。更为重要的是 , 工程实施过程中 , 成本数据可持续积累沉淀 , 并被用于优化设计方案、采购策略、施工组织等各项管理决策 , 实现项目成本的全生命期动态优化管理。

3.3 质量安全优化：三维可视化与风险预警

质量安全问题是工程建设的高压线 , 其管控水平直接关系到企业声誉乃至生命财产安全。当前 , 质量安全管理仍以手工巡检和书面报告为主 , 难以实现全覆盖、全天候的实时监管 , 更缺乏风险智能预警能力。BIM 与物联网技术的结合 , 正在为质量安全管理赋予新的内涵。首先 , 通过 BIM 模型与施工现场数据 ( 如模型吊装、支撑架设、实测实量等 ) 的实时关联 , 形成工程实体与信息模型的精准映射 , 管理人员借助平板电脑、VR 头盔等移动终端 , 即可实现质量问题的可视化管理 , 直观判断偏差 , 快速溯源成因。其次 , 各类环境与应变传感器可实时监测结构应力、位移等健康性数据 , 视频监控也可自动识别高空作业、基坑支护等危大工程的违章操作 , 结合 BIM 模型开展仿真分析 , 提前预警结构安全与人员行为风险 , 将事后处理转变为事前预防。以某超高层建筑项目为例 ,通过在 BIM 中构建“结构 - 环境 - 施工”一体化模型 , 实现了质量安全数据的融合管理 , 并结合 AI 算法开展智能巡检与风险预警 , 质量问题发现率提高 21% ,违章操作识别准确率达 92% , 为项目高质量、安全建设保驾护航。三维可视化让管理更加直观透明 , 大数据分析让预警更加智能准确。质量安全管理正在迈入数字化时代。

4 结语

BIM 与物联网的融合应用正成为建筑业数字化转型的战略制高点。从顶层设计到技术架构 , 从协同创新到动态优化 , 一个全新的工程项目管理范式正在形成。这一范式突破了传统管理的时空局限 , 将设计、施工、运维各环节有机串联, 让项目全生命周期“活”起来, 实现了“事前预测、事中控制、事后优化”的闭环决策。未来,BIM 与物联网技术将进一步向智能化、平台化、生态化演进,人工智能、大数据、区块链等前沿技术也将加速渗透, 催生出更多颠覆性应用。

参考文献：

[1] 杨洲 . 基于 BIM 和物联网技术建筑工程项目安全管理 [J]. 山西建筑 ,2024,50(04):193-195+198.

[2] 徐玉孟 . 浅析 BIM 和物联网技术在建筑工程项目材料管理中的应用价值 [J/OL]. 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 ,2016(11):89-89.

[3] 尚世宇 , 张焕芳 . 浅析 BIM 和物联网技术在建筑工程项目材料管理中的应用价值 [J]. 企业技术开发（下旬刊）,2016,35(05):43-45.