建筑业基于BIM核心的物联网技术应用发展报告.docx

1、建筑业基于BIM核心的物联网技术应用发展报告建筑业基于BIM核心的物联网技术应用发展报告实现从智能建筑到智慧建筑的产业变革 2013.8 企业管理咨询有限公司目录摘要 11. 前言 22. 相关概念 33. 物联网的发展现状和趋势 64. 建筑业基于BIM核心的物联网技术应用展望 95. 智慧建筑产业的体系阐述 106. 建筑业基于BIM核心的物联网技术应用的实践基础 147. 智慧建筑产业的社会效益和经济效益 158. “智慧建筑联盟”呼之欲出 169. 对市政府及主管部门政策建设 1710. 结语 17摘要自IBM公司提出“智慧地球”理念，物联网产业近年高起，将成为新的经济发展引擎，我们的

2、研究结论表明建筑业基于BIM核心的互物联网技术应用将成为物联网产业中最大的一块。基于BIM核心的物联网技术应使“智慧建筑”跃上智慧建筑新高度，从而形成从软件、硬件、系统集成开发、施工，一个庞大的“智慧建筑”产业群为实现“智慧城市”乃至“智慧地球”奠定基础。1. 前言2009年2月，公司提出了“智慧的地球”的最新策略。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体和装备中，并且被普遍连接，形成物联网。中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实

3、施决心和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起了“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。2009年11月3日，国务院总理温家宝发表了题为让科技引领中国可持续发展的重要讲话，主要强调要重视包括新能源、物联网、微电子、低碳、和光电子的新材料在内的几个方面的发展。物联网被列为国家五大新兴战略性产业。 有研究机构预计

4、10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。受“智慧的地球”策略的引导和启发，我们认为物联网将很快在建筑业内掀起一个巨大的新兴产业，这就是“智慧建筑”产业。事实上，在“智慧建筑”之前，就有智能建筑，智能家居的技术应用，这些技术实践成果，以及应用于建筑设计和建造领域的BIM（Building Information Modeling）技术，都为“智慧建筑”的技术发展提供了前期实践积累。前一阶段，职能建筑、职能家居技术与BIM各自在独立发展，特别是BIM技术因4D建模和4D计算的技术难题，经历了一个艰难的发展历程，现在已逐步成熟并形成

5、大量应用。基于BIM核心的物联网技术应用，不但能为建筑物实现三维可视化的信息模型管理，而且为建筑物的所有组件和设备赋予了感知能力和生命力，从而为建筑物的运行维护提升到智慧建筑的全新高度。从智能建筑到智慧建筑的产业变革一旦开启，不但为建筑业的可持续运行维护和发展提供了一个切实的技术方案，同时也催生了以亿万计的潜在市场。2. 相关概念a) 智能建筑修订版的国家标准智能建筑设计标准（GB/T50314-2006）对智能建筑定义为“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康

6、的建筑环境”。原国家标准智能建筑设计标准（GB/T50314-2000）对智能建筑定义为“以建筑为平台，兼备建筑自动化设备BA、办公自动化OA及通信网络系统CA，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境”。b) 智能家居按照上海市的定义，智能家居“是采用现代计算机、信息通信和系统集成技术建立的家庭信息化平台，它通过家庭网络将与家居设备和系统互联并统一管理，以提供一个舒适、便利、安全、节能和环保的家居生活环境”。c) 物联网技术物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、

7、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。d) 建筑信息模型技术建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，并且该模型随着项目进展处于不断深化和变化中。见下图一：基于

8、BIM的建筑设计。设计师在三维虚拟环境中进行建筑设计。该模型中所有数据包括墙体、楼板、门，窗，设备、管线都是三维联动和具有特定信息内涵的。基于这样的数字化模型，建筑师和工程师能够轻松实现图纸设计，实现图纸之间的信息自动关联以及门窗表等数据自动统计功能，更有价值的是能够实现建筑、结构、水暖电等各个专业之间的协同设计。图一 基于BIM的建筑设计e) 建筑工程全生命周期 (BLM)概念建筑工程全生命周期(Building Lifecycle Management,简称BLM)，指的是建筑物从规划，勘察，设计，施工，竣工，交付，使用，设施维护，乃至拆除的整个生命周期。建筑物减低碳排放，建筑物实现可持续

9、发展已经成为政府、社会，尤其是业内人士的共识。当我们在设计建筑物的时候，建筑的可持续性目标，比如能源节约指标、环境指标、资源节约指标等等，不是割裂在某个阶段，而都是始终贯穿建筑物的整个生命周期。BIM的信息化数据，可以被建筑的设计、施工、使用、设施维护等整个过程共享，并成为实现全生命周期管理的数据核心。目前BIM在中国的应用还处于萌芽时期，但是随着BIM软件技术的不断发展，以及国内外有识之士对建筑可持续设计的不断推动，BIM在建筑全生命周期的应用也越来越深入，越来越全面，并且成为不可逆转的大趋势。从这个意义上讲，BIM已经超越了软件技术和数据核心概念，BIM将成为实现建筑工程行业可持续发展的变

10、革性平台。f) 智慧建筑技术基于BIM核心的物联网技术应用，不但能为建筑物实现三维可视化的信息模型管理，而且为建筑物的所有组件和设备赋予了感知能力和生命力，从而能够实现对建筑物的运行维护的虚拟现实控制和管理。建筑业基于BIM核心的物联网技术应用，催生了智慧建筑的新概念。在智慧建筑中，我们可以将土建（包括装饰、钢筋）、机电（包括空调、消防、给排水、报警、视频监控）等所有工程系统的物业内设备装置通过感应器、互联网与物业运维中心BIM核心联结起来，将建筑物各处运行情况数据传送给物业运维中心的智慧运维系统，实现可视化操作和智能控制。智慧建筑技术应用有如下特点： 4DBIM成为智能化运行维护系统的运行数

11、据平台及核心 4D BIM不仅仅提供建筑物的可视化显示，更是集成了建筑运行维护的所有感知信息。 4D BIM的信息模型中，建筑物的所有设备运行情况都通过物联技术将信息传递给模型的信息数据库，从而为实现最佳决策和有效控制提供依据。 三维建筑信息模型的可视化显示和操作功能，为各个智能系统提供了最直观和准确的控制平台。 基于智慧建筑信息模型的软件平台，用户可以随时浏览漫游三维建筑，获取最直观的信息，更重要的是，用户可以在4D BIM中，直接控制建筑设备。 智慧建筑控制系统是基于BIM数据核心的控制系统，它是各个智能建筑的分系统的指挥中枢。3. 物联网的发展现状和趋势a) 物联网在全球的发展物联网的概

12、念是在1999年提出的。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议就提出，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。 2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。 2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 根据ITU的描述，在物联网时代，

13、通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。 “物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。 中国移动总裁王建宙反复提及，物联网将会成为中国移动未来的发展

14、重点。他表示将会邀请台湾生产RFID、传感器和条形码的厂商和中国移动合作。据他介绍，运用物联网技术，上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示，上海移动目前已将超过10万个芯片装载在出租车、公交车上，形式多样的物联网应用在各行各业大显神通，确保城市的有序运作。在上海世博会期间，“车务通”将全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅；面向物流企业运输管理的“E物流”，将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。此外，在“物联

15、网”普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。b) 物联网在中国的发展“与计算机、互联网产业不同，中国在物联网领域享有国际话语权！”中科院上海微系统与信息技术研究所副所长、中科院无锡高新微纳传感网工程中心主任刘海涛自豪的说。目前，中国的无线通信网络已经覆盖了城乡，从繁华的城市到偏僻的农村，从海岛到珠穆朗玛峰，到处都有无线网络的覆盖。无线

16、网络是实现“物联网”必不可少的基础设施，安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。“云计算”技术的运用，使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。而在“物联网”这个全新产业中，我国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。中科院早在1999年就启动了传感网研究，与其它国家相比具有同发优势。该院组成了2000多人的团队，先后投入数亿元，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器端机、移动基站等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导

17、国之一。业内专家表示，掌握“物联网”的世界话语权，不仅仅体现在技术领先，更在于我国是世界上少数能实现产业化的国家之一。中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心（以下简称“无锡传感网中心”），是国内目前研究物联网的核心单位。2009年8月7日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注，提出了把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法。温家宝总理指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求，热情拥抱“物联网”，突出抓好平台建设和应

18、用示范工作，并迅速形成了研发安全感与产业突破的先发优势。无锡市则作出部署：举全市之力，抢占新一轮科技革命制高点，把无锡建成传感网信息技术的创新高地、人才高地和产业高地。c) 物联网在建筑业领域的发展现状智能家居是物联网在建筑业领域的发展的应用雏形。智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑（Int

19、elligent Home/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智

20、能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。从智能家居来看，其

21、设备感知系统和物联网的应用是一致的，但是物联网技术的应用非常有限。物联网目前在建筑领域的应用仅仅把眼光局限在对物的管理上，仅是“物物相连的互联网”，并没有形成对建筑运行的全局性，可视化管理。更没有形成一个在建筑业领域应用的完整的产业概念。这与物联网的发展潜力是极不匹配的。4. 建筑业基于BIM核心的物联网技术应用展望通过一个例子可以展望建筑业基于BIM核心的物联网技术具体应用。不久前，无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用，首批价值1500万元的传感安全防护设备销售成功，这套设备由10万个微小的传感器组成，散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动

22、频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。由于效率高于美国和以色列的防入侵产品，国家民航总局正式发文要求，全国民用机场都要采用国产传感网防入侵系统。目前，仅浦东机场直接采购传感网产品金额为4000多万元，加上配件共5000万元。刘海涛称，若全国近200家民用机场如果都加装防入侵系统，将产生了上百亿的市场规模。这是真实的物联网技术在机场和大型会场中的安保应用。设想一下，上海浦东国际机场和上海世博会会场的建筑和设备设施都已经利用BIM技术在电脑中建立建筑信息模型，包括所有散布在墙头墙角墙面和周围道路的传感器的

23、接口。这样传感器的所有信息都可以通过接口自动集成到电脑的建筑信息模型中。这就是说，一旦有人攻击机场大厅，我们电脑的三维建筑系统中大厅部位的传感器部位立刻显示警告。同样，我们也可以通过电脑控制系统在虚拟的建筑三维信息系统中实现对所有传感器的控制管理。通过这样，现实世界的设施维护就和电脑虚拟自动实现了对接，智慧建筑就如同有了感知和生命。同样道理，通过这样的智慧建筑技术，我们不但可以实现安保应用，还可以进行能源运行管理，所有设备的控制和管理等。可以说，智慧建筑不但产生亿万的市场规模，而且将解决建筑的可持续运行维护，实现我们国家的建筑能源浪费问题，为我们2020年实现减少碳含量目标，其产生的社会效益是

24、不可估量的。5. 智慧建筑产业的体系阐述如前所书，智慧建筑将催生一个巨大的新兴产业。事实上，智慧建筑的应用不但在建筑的运行维护阶段，而且还在建造方面有非常大的应用价值。下面将具体阐述智慧建筑产业的整个应用体系。5.1 建造应用1) 施工安全在施工过程中，施工安全的隐患无处不在，这也成为各承包商和相关部门关注的头等大事，例如：临边洞口和出入口防护棚防护不到位或防护不严，且未进行工具化、定型化防护；部分电梯井口防护未做到定型化和工具化；架体首层立网没有进行全封闭，从而被违规兼做通道现象较为普遍，也就造成到处都存在出入口的危险；安全网普遍存在材质较差；部分作业人员高处作业未系安全带；部分工地存在对现

25、场不戴安全帽的治理疏散现象。基于BIM技术的物联网应用可以大大改善这一情况：例如使用无线射频识别标识在临边洞口、出入口防护棚、电梯井口防护等防护设施上，并在标签芯片中载入对应编号、防护等级、报警装置等与管理中心的BIM系统相对应，达到实时监控的效果。同样也可以对高空作业人员的安全帽，安全带，身份识别牌进行相应的无线射频识别，同样在BIM系统中精确定位，如操作作业未符合相关规定，身份识别牌与BIM系统中相关定位同时报警，使管理人员精准定位隐患位置，从而采取措施以避免安全事故的发生。2) 施工进度进度控制在施工中是非常重要的环节，一份好的进度计划和合理的工序安排将会创造出巨大的社会效益和经济效益。

26、但是工程进度往往被变更和返工等情况拖延。目前工程人员依据二维平面蓝图进行工程施工，施工过程中各工序依据各自的图纸独立施工，各单项工程相互间的配合并不紧密，往往在施工到达一定阶段才发现设计上的不合理或冲突而造成返工。BIM技术碰撞检测功能、三维实体分析功能可以在施工开始前通过对三维模型的分析检测出施工过程中可能出现的问题，从而提前预判，在相应的施工环节留下含注意事项的时间节点标签，以确保各施工工序合理有序的进行。3) 成本控制工程施工发生实际工程量及工程返工是造成工程成本变化的重要因素。利用BIM三维信息技术和物联网技术的结合可以根据时间，楼层，工序等维度进行条件统计，制定详细的材料采购计划，并

27、对材料批次标注无线射频标签来控制材料的进出场时间和质量状况。杜绝“飞单”，避免出现因管理不善造成的材料损耗增加和因材料短缺造成的停工，误工。另外随着工程技术的发展，钢结构工程已越来越多的应用于工程实际，但相对复杂的结构和工艺流程给钢结构装配工作带来了巨大的麻烦，目前已有多个钢结构工程因装配错误而造成经济损失。屡见不鲜的案例促使新技术的出现，基于BIM技术的物联网技术应用应运而生：首先通过无线射频识别技术将芯片分类别和编号安装在每一个钢结构构件中，再将对应的读取器设置在BIM技术的三维信息模型中与之对应。装配过程中保证所有的构件必须与BIM中的对应代码相匹配，否则以警报的形式提醒工程技术人员，从

28、而避免装配错误的情况出现。4) 技术质量在施工过程中经常需要对隐蔽工程进行抽样检验以确保工程质量，这样的弊端在于不可能全面的检测所有的隐蔽工程，另外部分隐蔽工程的检测通常采取的是破坏性检测，对质量本身就会造成比较大的影响。利用物联网技术对隐蔽工程部位放置反映质量参数的感应器，再结合BIM系统的三维信息技术可以精准定位到每个隐蔽工程的关键部位，从而检测质量状况是否达到相应要求。另一方面，一些关键部位的施工节点在施工过程中会因某种原因未按设计或不合理的设计受力而发生相应的形变，对工程质量造成严重的破坏，甚至造成严重的安全事故。一套关键部位的感应器采集系统加上BIM系统的三维信息技术的报警系统，可以

29、使工程技术人员及时反映，将工程质量的损失降到最低。避免“莲花河畔”大楼倾覆的惨剧再次发生。5.2 运维应用1) 设备的日常维护维修工作随着物联网技术的发展,各种设备的日常维护维修工作日趋拟人化，可以比较及时的对设备进行检查、维修、更换等。但对于停留在文字，表格，二维图片的工作流程。使工作人员比较难以快速、精准的确定设备的具体位置，从而无法合理的制定相关的计划，同时增加了管理和维护的成本。BIM信息技术的应用可以将各设备的精确位置和相关参数信息对应的反映到3维模型的每一房间，某一位置。大部分的工作可以通过管理中心的三维模型进行操作完成，使工作人员的工作效率进一步提高。2) 资产管理对于一些比较昂

30、贵的设备或物品使用无线射频技术和报警装置可以及时了解到贵重物品可能被盗窃的危险，然而当工作人员感到事发现场的时候，犯罪分子将有足够的时间逃脱。BIM信息技术的引入变的至关重要，将当贵重物品发出报警后贵重物品对应BIM的追踪器随即启动。通过BIM三维模型可以清楚分析出犯罪分子所在的精确位置和可能的逃脱路线，BIM控制中心只需要在关键位置及时布置工作人员进行阻截就可以保证贵重物品不会遗失，同时将犯罪分子绳之以法。3) 安保当前全球的形势处在整体平和，局部动荡的状况下，“恐怖分子”的活动对全球社会治安造成极大的影响，因此各种安保工作变的尤为重要。然而，当今建筑物日趋复杂，安保人员对工程建筑并不十分精

31、通，往往在警力布置上出现安全漏洞，给恐怖分子可乘之机。BIM控制中心的建筑信息模型与物联网无线射频技术的结合彻底改变这一状况。指挥官只需给进入会场人员和安保人员配备相应的无线射频标签，并与BIM系统动态连接，根据BIM三维模型可以直观的提供风管、排水通道等容易疏漏的部位和整个建筑三维模型，动态的调整警力部署，对出现异常情况的区域第一时间做出反映。从而为安保工作提供了巨大的便捷，为与会人员带来了更大的安全保障。4) 智慧家居智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场

32、景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理。可以想象，物联网发展到一定阶段，家中的电器可以和外网连接起来，通过传感器传达电器的信号，厂家或者设备控制中心可以迅速便捷的了解到设备的使用情况。但是，无框架支撑的智能家居系统在碰到复杂或数量庞杂的系统时有很大的局限性。BIM三维信息技术可以给整个系统更加直观的视觉感受，可以使用户和物业管理人员更易操作、管理。对于错综复杂的家居系统根据自己意愿进行，快速、轻松的控制。5.3 各方的价值1) 建设单位基于BIM技术的物联网系统使建设单位对建筑功能性和实际效果有了更加直观的认识和了解，可以在建设过程中把握建设进度，大大降低了投资成本和风险因素，更对后期的运行维护创造巨大的经济价值。2) 承建商基于BIM技术的物联网系统能提高承建商的精细化管理工作，增强承建商的企业竞争力，降低了施工过程中的不必要损耗，大大提高承建商的利润率。3) 物业管理基于BIM