與二維碼結合的建筑信息模型技術在全壽命周期管理中應用

毛峻青

(上海電力設計院有限公司，上海　200025)

與二維碼結合的建筑信息模型技術在全壽命周期管理中應用

毛峻青

(上海電力設計院有限公司，上海200025)

摘要：為了使建筑信息模型(BIM)技術更多地為項目的全壽命周期管理提供有力的技術支持，二維碼技術的應用是提供并保障BIM模型介入全壽命周期管理實施的重要手段。分析對比了數字化移交模型與整個項目建設管理過程后，發現BIM模型的信息落實情況以及項目管控的反饋信息始終受到人為因素影響，造成BIM技術難以真正落地。介紹了二維碼技術如何同BIM技術相結合，利用信息化的技術手段避免BIM與現實管控脫離，形成保障全壽命周期管理落實的重要環節。

關鍵詞：BIM技術；二維碼技術；全壽命周期管理

建筑信息模型(BIM)技術在設計方率先采用以后，較過去傳統藍圖所能傳遞的信息大幅提高，設計采用BIM技術對設計質量的提升是非常明顯的。對于BIM技術的應用也越來越多的被項目建設的各方所重視，BIM技術從項目的設計、建設、運維、終結的整個過程中起到了支撐全壽命周期管理的基礎信息平臺的角色。二維碼技術則是搭建了實物與平臺信息的橋梁，幫助了人、機關聯與交互，使BIM技術發揮實效作用，使原本BIM模型的反映實物信息上升到了管控實物信息，從而提升了建設、運維等環節的生產效率及質量，成為了實現數字化全壽命周期管理中間媒介的重要手段[1-2]。

1選用二維碼的意義

二維條碼/二維碼(QRcode:Quick Response Code)是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面(二維方向上)分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的；在代碼編制上利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。它具有條碼技術的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。同時還具有對不同行的信息自動識別功能、及處理圖形旋轉變化點。

二維碼在工程建設方面所與一維碼(條形碼)在信息表達方面具有更多的優勢，其表現在：

(1) 突破一維碼30個字符限制，1817個漢字或4296個字母字符，信息承載量大，對一些復雜的機電設備可以進行完整描述；

(2) 突破一維碼無法輸入漢字的限制，在工程應用領域過程中，項目參與方僅需通過手持讀碼設備即可快速完成對二維碼的識別及對設備信息的掌握，無須通過網絡連接至后臺解碼后再反饋信息等冗余的過程；

(3) 容錯能力強，在工程建設過程中，設備外包裝或外殼難免遭遇劃傷、暴曬、污損等情況，當一維碼局部破壞時即造成數碼缺位無法讀取和追溯信息，相對而言二維碼在二維平面中使用數碼疊加方式，即某區域受損，在未受損區域中亦有該數據的備份，確保信息的正確傳達；

(4) 二維碼具有生成便捷性，目前支持二維碼的平臺眾多，通過按輸入不同的字符生成條碼具有特殊性及唯一性，由于一維碼的生成流程需要申請獲得廠商識別號，過程繁瑣且與所表達信息不直接掛鉤，需要后臺編譯因此適用性較弱；

(5) 二維碼可插入圖片，具備人眼初步辨識功能。通過二維碼中心位置插入項目特定圖片的方式，工程人員可在無任何讀碼設備的情況下可區分是否與本工程相關或獲悉其他指定信息。

(6) 制作成本低廉，二維碼的成品載體為紙和墨，與電子芯片標簽相比其制作成本及安裝難度遠遠低于其他芯類片類電子標簽。

2二維碼的信息構成

二維碼是一種能讓人和計算機識別的快速反應碼，其內容設置因根據使用特性的不同而有所區別。為了方便二維碼對項目過程中的便捷應用，盡量使二維碼所攜帶的字符信息更簡略。理論上一個二維碼可容納1817個漢字或4296個字母字符，但出于對實際使用過程中的缺損、糾錯等方面考慮，二維碼的字符宜盡可能縮減，對于容錯率則盡可能考慮最高設置，這樣使二維碼不至于點陣過密同時節約二維碼空間進行重復排布以加強二維碼的正確表述[3]。

根據不同使用情況其信息構成可分為：

(1) 項目類基礎信息二維碼：由項目名稱、項目編號、項目屬性、地址、聯系方式、所屬單位、對應BIM模型代碼等構成。

(2) 設備類基礎信息二維碼：有所屬項目、資產編號、設備屬性及型號、生產廠家，出廠日期、對應BIM模型代碼等構成。

(3) 構筑物基礎信息二維碼：由所屬項目、材料、規格、安裝信息及BIM模型代碼等構成。

(4) 建筑物基礎信息二維碼：由所屬項目、建筑物名稱、樓層信息、施工單位以及BIM模型代碼等構成。

(5) 非實體二維碼：由人員基本信息、作業時間、作業地點、工藝流程、系統描述同BIM數據庫非實體地址等方面構成。

二維碼的簡單信息中包含與BIM數據庫的鏈接，這樣在察看及登記起到了對物體或事物的基本描述，在項目實施過程中，如設備的安裝錯位等錯誤就很容易被發現及糾正，而當需要了解更多地擴展信息，則可以通過這種方式登錄BIM數據庫中進行詳細查詢。

3二維碼與BIM模型的關系

BIM模型作為二維碼信息的承載，有必要使設備信息、過程信息、管理信息等通過二維碼進行識別并與BIM模型具有對應關系，即BIM模型不僅需要滿足可見設施的建模，同時需要對非可見流程進行虛擬建模。

(1) 二維碼與BIM實體模型的對應關系。BIM模型制作完成后即需對所有設備、構建、建筑物等敷設詳細的設計屬性及管理屬性，并同步生成二維碼作為實體模型自始自終完成全壽命周期管理的唯一ID號。二維碼具有人、機交互的顯示方式，并可作為設備驗收、運維、查檔的入口。

(2) 二維碼與非實體模型的對應關系。在建設過程中的工藝、進度、流程、成本等非實體模型與實體模型產生關系，但并不持續反映至項目竣工后的相關信息，應留存在建設實施模型中歸檔。二維碼對這些過程的信息管控，需根據發生作用的實體模型間產生接口并進行鏈接。通過二維碼采集現場實施信息來源，再通過BIM的過程管理軟件進行實時對接，完成對建設管理的管控。

4BIM模型的分類

BIM模型承載著項目自決策設計、建設實施、運維使用、終結拆除的不同階段的綜合數據庫任務，因此每一個階段對BIM模型的關注點各不相同，這樣導致整個項目的BIM模型并不是單一模型，而是根據不同側重點進行拆分整合的綜合模型集。BIM的模型分類按照不同階段出現幾種不同的類型：

(1) 決策設計模型：整個項目的模型側重于對設計意圖的表達及出圖的需要，模型中各系統分類清晰、標注明確，模型按各專業模塊組成，整體性較強。

(2) 建設實施模型：項目模型由設計模型拆分成施工建設中工藝節點的進程化模型。模型不僅需要對原有的不同專業進行區分，同時需要區分建設各方的從屬關系、構建及設備提供方、工藝關鍵節點、安裝邏輯等，細化反映關鍵施工節點，并帶有詳細的進度信息及屬性。該模型在深度上較設計模型更深，在信息方面需要完整反映建設過程中的舉動。

(3) 運維使用模型：項目建成后的運行維護需要模型切實反映該工況下的具體信息，運維模型需要在原設計模型基礎上增加檢測點位，并能實時反映設備工況，在模型中增加與運維相關屬性，并按照運維工段需求進行模型的拆分及整合。運維模型不需要反映具體施工的工藝情況，同時簡化設計信息堆棧，使運維數據簡明不冗余。

5BIM模型與全壽命周期管理的統一

在傳統概念中，將二維CAD施工圖重制三維模型現有諸多實現方式，但如何使三維模型成為一個可貫穿其生命周期全過程的模型，事情就變得復雜起來。首先，因目前缺乏數字化設計標準，故諸如：前期準備、建模范圍、屬性添加等問題，需建立一套詳細的數字化移交標準使得所建模型合乎規范；其次，市面上三維設計軟件百花齊放各有各的優勢,且最終輸出格式也不盡相同，無法統一；再次，如何通過三維設計手段提高設計效率、加深設計深度、提高附加值，使設計人員改變現二維設計觀念轉為三維設計理念成為另一個研究重點。根據設計需要及管理需確定以IFC為最終匯入格式，基于IFC2x3框架基礎上研發了滿足數據完整性、實時性和可擴展性的IFC三維引擎，使各平臺三維模型輸出后皆可轉為IFC格式導入管理平臺中；根據本工程實際需要結合后續擴展需求編寫行業工程數字化移交標準，以確保三維模型成為一個命名規范、屬性齊全、形式統一的標準模型；并按照BIM模型進行三維出圖規范的制定進行詳細研究，使三維出圖精度達到設計要求，具備在未來代替二維出圖的可能性；并對碰撞檢測流程提出見規定確保設計零碰撞，以提高設計精度。在滿足設計要求的同時，為項目后期建設提供數據承載接口。

總結將BIM設計技術應用工程設計的效率和價值主要體現在以下幾個方面：

(1)協同設計可以有效地統一各個專業的設計平臺，同時在設計過程中各個專業即時查看設計成果，前期載入設備的詳細參數及屬性，有利于后期信息查閱。

(2)三維數字化設計所具有的專業計算功能，能夠自動對工程設備材料數量及參數信息屬性進行統計，自動形成材料表，實現后期建設成本管控基礎信息承載。

(3)三維數字化設計可以發現碰撞，施工進度模擬等功能，對輸變電工程的施工環節進行有效的技術支持，提早發現設備的碰撞，避免在施工過程中發生碰撞造成不必要的成本浪費，尤其是在空間有限的戶內變電站碰撞檢查尤其重要。

(4)三維數字化設計可以直接實現施工圖出圖，不但可以達到并超越采用傳統二維繪圖方法出圖的質量和精度，使施工圖源自于BIM模型，形成高度統一。

(5)通過三維數字化設計平臺實現數字化移交，利用IFC通用格式，可被項目參與各方的BIM應用平臺所接納，用同一套模型根據不同的BIM應用軟件實現不同的功能，并確保數據的一致性和完整性。

6二維碼參與全壽命周期管理的實現過程

BIM全壽命周期管理以BIM為基礎，而管理不論是對人及物，操作層面都是以人為基礎，由于項目的參與方各不相同，這樣使得所有參與全壽命周期管理的人員與BIM數據庫沒有直接聯系。二維碼則在以低成本電子身份標簽的方式打通了實際操作人員與BIM數據庫之間的聯系。解碼設備通過掃描二維碼可直接顯示標簽信息，方便實施過程中的信息核對，同時可上傳至數據庫進行發布以讓參與各方實時了解項目動態。二維碼的生成、使用、終結直接反映項目的實際情況。由項目設計方對項目所有部件進行二維碼的生成，這樣使得項目在孕育階段就已經取得了身份碼。對于固有設備及資產二維碼將跟隨從設計、制造、安裝、使用、維護、拆解、終結等一系列全壽命周期過程；同時二維碼不僅用于物料等固有物質基礎上，在項目建設實施或運維時，二維碼同樣可對人員出入、項目臺帳、關鍵工藝、流程等進行數字化錄入及導出；當整個項目實施完畢、終結或小至某個設備改造，該涉及項目的二維碼則被消滅，或由新的設備或項目的二維碼進行替代。對于這些過程中的信息掌控是通過BIM數據庫所提供，這種人機交互的協作模式實現了全壽命周期管理。

二維碼參與全壽命周期管理的流程：

(1) 在設計過程中，設計方完成對工程項目中所有設備及構建的選型及建模，并通過該項目的BIM模型庫對所有構成要素進行ID導出成明細表，設計人員根據不同的系統對設備、構建進行分類，按照分類明細對模型逐一制作每一個設備的二維碼信息，所表述信息內容由BIM模型導出信息的概要描述，在BIM模型與二維碼完成后向業主、建設承包方等進行數字化移交；

(2) 業主方或建設承包方接受設計公司移交的文件后，將其中設備二維碼及BIM模型按不同設備廠家，同時對不同施工方進行單項系統或區域分發；

(3) 生產廠家在接受二維碼后與設備訂單進行核對，反饋校核信息，在完成設備與二維碼的對應流程后，設備出廠時即粘貼對應的二維碼標識貼，此舉可避免訂單信息失誤及設計變更等因素造成的損失和風險；

(4) 施工方接收了二維碼信息后，對進場設備進行核對，并同步完成BIM模型中設備就位信息的登錄，并將完成登錄的BIM模型反饋至業主及項目管控方；

(5) 建設過程信息二維碼，由建設單位完成制作及發放，如人員配置、器具管控、工藝等，并于BIM虛擬模型中的關鍵節點對應錄入，并向監理公司及建設管控方進行信息移交；

(6) 在完成項目建設過程后，業主對BIM模型進行整理，完成項目數據庫在建設過程信息匯總。并對BIM模型進行數據整理，導出并發放適用于后期使用的BIM模型及設備二維碼；

(7) 運行及管理公司在對項目進行運維過程中接收BIM模型及二維碼信息，對管理工作進行臺帳登記工作，對人員配置、器具管控、工藝等過程進行二維碼編制，并向BIM臺帳提交；

(8) 項目拆除、改造等，項目的整體或局部消滅，則相應的BIM模型和二維碼終結，對原有設備等移用，該設備一方面繼承原先項目信息的一方面重新生成新的BIM模型和二維碼。

7二維碼結合BIM技術的應用意義

BIM技術在設計過程--源頭上改變了二維圖紙僅包含施工信息的片面與不足，不僅利用三維可視化優化了設計本身，也提高了設計的質量及效率，降低了項目建設過程中不合理因素存在的風險。同時利用設計本身所掌握的信息資源繼續沿用至全壽命周期管理中去，拉長了設計的產品鏈，為后期建設及管理提供了基礎信息平臺。BIM技術的應用減少了對整個項目過程管理中人為對信息的重復整理及錄入工作，為整個項目的管理體系縮減了寶貴的人力資源，做到一項目、一模型、一數據庫的高效的綜合信息管理模式。

然而真正實現現實中實體設備、具體環節的管理，僅靠BIM模型則無法做到兩者的關聯，依舊通過人為輸入的方式操作，使得BIM數據仍由各建設方自身監管，難以體現出實際情況。因此BIM模型目前的用途很大意義上停留在對設計合理性的考量上，無法深化至實際操作中。

整個項目的實施過程由二維碼作為載體，驅動BIM模型的運動，項目監管方不僅能夠觀測到項目的實時動向，同時二維碼一旦生成具有傳承性與唯一性，只要業主方對二維碼進行管控，則在項目實施中間環節中無法改動，體現出了更為嚴謹的管控效能，不受人為的操控，且責任可追溯。

在BIM引領著項目建設朝著更高效，自動化程度更高的方向發展的背后，將技術經濟做在BIM模型中，并根據對BIM模型的分析及計算使得BIM技術對項目的造價、成本控制日益顯現，BIM技術參與了項目的全壽命周期管理的各個環節中，使各中間環節透明化，“陽光工程”的理念滲透在每一個項目、每一個設備、每一道環節中。

參考文獻：

[1]姜曦.談BIM技術在建筑工程中的運用[J]. 山西建筑 2013(2)：109-110.

JIANG Xi. Discussion on the application of BIM technology in building engineering[J]. Shanxi Architecture, 2013(2):109-110.

[2]周巍.BIM技術在建筑設計中的應用[J].現代裝飾理論，2013(6)：195.

[3]何關培.BIM總論[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2011.

(本文編輯：趙艷粉)

Application of QR Code-Integrated BIM Technology in Total-Life Cycle Management

MAO Jun-qing

(Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200025, China)

Abstract:The application of QR code technology is an important means to ensure building information modelling (BIM) technology to provide strong technical support for the project total-life cycle management. After analyzing and comparing the digital transfer model and the whole process of project construction management, we find that BIM implementation and project control feedback have always been affected by man-made factors. This paper introduces how to integrate QR code technology with BIM technology. Information technology should be applied to prevent BIM from seperating from the actual control, thus safeguarding total-life cycle management implementation.

Key words:BIM technology; QR code technology; total-life cycle management

DOI：10.11973/dlyny201601031

作者簡介：毛峻青(1979)，男，工程師，從事數字化三維技術工作。

中圖分類號：F426.61

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)01-0145-04

收稿日期：2015-09-22