基于 BIM 的智慧工地管理体系组成

施工现场管理涉及工序安排、材料与资源调度、空间布置、进度控制、质量监管以及成本管理等多方面内容。智慧工地实时管理体系的构建遵循智慧建设的集成性、智慧性、可持续性三大基本特性，将重心放在项目建造和运行的核心管理实践活动上，着重加强工程项目全生命周期内的各个层级管理活动的可视化、实时化、高效化与精确化。

本文所提出的基于 BIM 的智慧工地管理体系框架包含“开放式VR( 虚拟现实) / AR( 增强现实) 施工精度子系统”、“Petri-Net 动态施工工序子系 统”、“基于设计/基于实体施工进度子系统”3个主要构成部分(见图 1) 。三大子系统具有独立运行机制并且相互补充成为闭合的实时系统。

“开放式 VR/AR 施工精度子系统”改良现有虚 拟现实应用，以加强的计算机图形模拟技术与现实 增强技术为基础，引入传感与扫描技术，实现实时 的现场精度管理(见图2) 。

相较于我国 BIM 实践中主流采用的“模型信息-人为输入信息-操作指令-模型信息”封闭式虚拟现实系统，开放式虚拟现实与增强现实系统能实现 “现实信息-增强现实操作-模型信息”、“扫描操作- 点云信息-模型信息”的现场信息实时自动、高效精确的反馈机制。

开放式虚拟现实与增强现实系统使现场施工 质量检查阶段的提前成为可能，手持设备中的构 建、定位、标准等信息能在工序开始前通过追踪与 增强现实操作投射到工地构建位置或工作面上，在工序实施过程中发挥辅助施工功能，在工序末尾实行收尾检查与评价，从而从工序全过程提高施工精度。同时，现场AR的构建与位置追踪标记和附加的资源( 材料、机械、临时设施、施工人员) 标记能够整合为追踪体系，以构建全面的智慧工地，实现动态平面布置与资源管理。

另外，借助三维扫描技术将工地信息与建筑实 体信息反馈给虚拟施工环境，有助于虚拟建造的事前优化、事中调整与事后评价，丰富虚拟建造信息渠道与信息类型，提升虚拟建造中碰撞检测、虚拟演示等具体内容的作用，延长虚拟建造的效用生命周期直到运行维护阶段。

“Petri-Net 动态施工工序子系统”基于模拟能 力充分与分析方法丰富的 Petri 网，实现工地现场工 序的动态模拟与管理，旨在以尊重施工客观规律为第一要义下激活整个智慧工地实时管理框架的动态特性，与“开放式VR/AR 施工精度子系统”一起使实时可视化与实时动态化联系在一起。

以主体工程为例，将特定工序设定为 Petri 网中的有限位置集( place，P) ，将工序变化设置为变迁 ( transition，T) ，视情况将钢筋工人数、支模工人数、人工工日、混凝土供应量等设定为盾牌( token) 或者变量( varies)，当前工地现场状况变化导致盾牌数量或变量赋值满足变迁发生条件时，触发变迁从而进入变迁后施工工序( 见图 3) 。“Petri-Net 动态施工工序子系统”能显示出主体工序安排合理与否，能否进一步优化并预判工期与成本变化情况。

图3 Petri-Net动态施工工序子系统

“基于设计/基于实体施工进度子系统”以实时进度管理为核心，充分利用 BIM 模型与建筑实体的有效信息，修复不同环境下相同对象的信息割离，以实现工程进度的实时反映与动态管理。子系统涉及基于设计的具有高细节层次 LOD ( level of detail) 的BIM模型信息与通过扫描技术捕捉到的基于建筑实体与基于工地现场的信息，细分为感知层、传输层、应用层与控制层(见图 4) 。

在“基于设计/基于实体施工进度子系统”中，感知层的核心功能为建筑实体与施工现场信息捕捉，运用信息捕捉技术如GPS、三维激光扫描、射频技术等。

图4 基于设计/实体施工进度子系统

传输层则主要通过智能手机、PAD、USB 等便携 设备的利用，基于移动互联网、现场局域网以及云平台等通信环境，实现基于特定信息传输协议的工地现场信息高效流通。

应用层以移动计算与增强现实为核心，在工地现场进行“虚拟-现实”与“现实-虚拟”双向信息流的实时搭建。

控制层区别于上述3个层次，不再基于信息获取与处理，而是基于组织、活动与过程，这个阶段项目管理人员需要充分理解前3个信息识别、信息传输与信息操作过程，在基于设计与基于实体双向整合信息搭建的智慧工地上更有针对性、更高效地进行风险预测、进度校准与现场管理。