基于RFID与BIM的集成施工现场安全监控关键技术研究

基于 RFID与 BIM的集成施工现场安全监控关键技术研究

孟庆鑫 徐剑秋 龚文

中国建筑第八工程局有限公司南方公司 广东 深圳 518000

摘要：近年来随着建筑行业的快速发展，在建筑工程项目的建设过程中建筑施工安全问题越来越凸出。但由于施工现场往往存在安全监控内容复杂、难度大，传统监测方式受人员经验局限等特点，致使现场安全监控不能全面开展，安全隐患问题不能被及时排查处理，并最终导致建筑项目受到不可估量的损失。而随着科学技术的不断进步，RFID及BIM的出现及在建筑工程项目中的集成应用，就起到了极好的安全监控效果，不仅能可以实现对项目施工现场的实时可视化监控，还能实现信息的自动化传递以及多方协同参与。本研究就是在此基础上对RFID于BIM技术集成运用时采用的关键技术进行的简要研究。

关键词：RFID；BIM；集成；安全监控

引言

RFID，也即无线射频识别技术，主要为一种信息采集工具，可实现对多种对象信息的准确采集及存储，具有较强的自动化水平。BIM技术，也即建筑信息模型技术，同样为信息化技术的一种，因其可视化及协同作业等优势在当前建筑工程项目开展过程中得到了极其广泛的应用。而经由两者集成运用后，通过RFID将信息进行采集后，由BIM三维模型进行可视化展现，可极大得提升现场的施工安全，降低施工风险。

1. RFID与BIM集成原理

RFID为一种非接触式自动识别技术，多用于对信息的采集，其构成内容主要为读写器以及RFID标签。其中最为重要的就是RFID标签，这一构造不仅具备防水及防油功能，同时穿透能力较强，再加上可存储信息容量也较大，因此在当前日益复杂的施工环境中具备极强的适用性。通过这一技术的应用，如将其标记在重型装备以及工人的安全设备上时，一旦设备或者工人进入较为危险的区域将会及时触发警报，确保了人员及机械设备的安全。因此将其应用于施工现场的安全监控系统中，可以实现对现场的全方位全时段及时监控，提升现场的防灾预警功能。BIM技术的应用往往贯穿于建筑工程项目的全寿命周期，对项目施工质量的提升具有重要作用。而将其应用于施工现场的安全监控系统中，通过其可视化分析、预先碰撞检查等可以预先了解到施工过程中或可出现的安全问题，并提前制定预防措施。而RFID与BIM的集成运用，其实就是指RFID标签的信息通过应用程序接口与BIM进行信息交互，将RFID标签信息作为BIM的数据库之一。而在最初的设计环节，就将标签所标记对象的相应信息添加至数据库之中。在施工过程中随着标签信息的不断变化，逐步传递至BIM系统中，便可以实现对标记对象的可视化监控，同时将数据信息进行采集储存后形成新的BIM数据库内容。

2. 集成运用的关键技术

两者的集成运用主要通过两个过程来实现，首先是信息的采集阶段，其次是信息交互环节。在信息采集阶段，信息流的前端以及信息源都来自于施工现场，通过RFID标签所将标记对象的信息采集并上传后即可实时监控标记对象的位置，实现对标记对象的定位跟踪；而信息交互主要就是对信息流的处理，这也是两者集成运用的核心。

1. 1. 信息采集的关键技术

信息采集工作主要按照如下三步依次进行，首先对RFID标签定义，其次是标签及相关设备布设，最后则是定位跟踪。

1. 1. 1. RFID标签定义

在施工现场，当安全隐患积累到一定程度就必然会引发安全事故的发生，因此在施工前必须要做好现场的安全分析，并列明安全风险清单，指明安全监控对象。之后，依照清单中列明的安全监控对象进行RFID标签定义，同时确定出标签种类、数目、标记位置以及应当采集的内容等。当前建筑施工现场中的RFID标签主要有有源标签及无源标签两种。其区别在于前者内部有电池作为电力供型装置，但其缺点在于使用寿命有限。而后者则是通过读写器所发射的电磁场来获取能量，且购买成本较低，同时还能循环使用。在施工现场中广泛采用的均为无源标签。

标签作为监控对象信息的载体，是安全监控得以开展的重点，通常情况下标签集成信息主要包括如下几种内容，即区域、ID、对象属性、过程信息、历史信息以及环境信息等。其中ID为标记对象的特定代码，目的是为了便于识别，且ID也会添加至BIM模型中该对象模块中。伴随着标签中信息的变化，BIM模型中的相关信息也会发生改变。对象属性也即标签中存储的标记对象的属性信息，主要包括其类型以及工作范围等，在施工现场中安全监控的对象则主要为人、材料、机械设备以及其他构件等。在对作业人员进行安全监控时，通过标签信息识别来对人员安全装备配备完整性进行判定，若不符合标准则不能进入作业区域。而对于材料和机械设备，则会对危险区域进行识别，一旦进入危险区域就会发出警报。此外，对材料的监控还包括对材料放置区域的监控，若发生材料堆集不合理的情况也会发出预警，避免安全隐患发生。标签中对于过程信息的存储往往占据了较大比重，这主要使由于过程信息中不仅包括有RFID读写器所扫描采集的信息，还包括有RFID与BIM交互后形成的处理信息等。最后，历史信息则主要是指标签中所存储的标记对象以往所发生过的安全事故信息或安全隐患信息，以强化后期的安全监管；而环境信息则主要指标记对象在BIM对应模块中预留的其他信息。环境信息可展现工作场景中对象与对象之间的联系，因此可实现对多个对象的同时实时监控，以此来提前发现并预防安全隐患对环境中其他对象的影响。

1. 1. 2. 标签及线管设备布设

布设方案的制定主要依据施工现场的危险源清单。首先，依据危险清单结合施工现场进行区域划分，并结合读写器的识别范围来确定区域内的识别器个数及位置分布，之后再通过现场计算来判定标签及设备的适用性及实际的工作区域，最后即可按照最终方案进行布设。

1. 2. 信息交互过程的关键技术

      1. RFID与BIM的技术标准

要实现信息交换与共享，其关键与基础就在于两者之间的技术标准。标准其实就是指两种不同系统在交流时所使用的语言，只有两者在标准上兼容统一，才能确保后期信息在两种或多种系统之间的顺畅流转。当前RFID标准中应用程度最为广泛的为EPC Global 技术标准。而BIM标准中认可程度最高的为IFC标准。采用这两种较为成熟的技术标准，既可以减少施工过程中的技术实施难题，又能避免不规范而引发的风险，并最终实现较好的集成效果。

1. 1. 2. 信息交互方式

当前在建筑施工领域，实现RFID与BIM集成信息交互的方式主要有如下四种，即直接互用、采用专业的中间文件格式交互、采用公共产品数据模型格式交互以采用基于XML的交换格式等。其中，以直接交互方式的应用较多。

1. 1. 3. 信息交互过程

信息交互通常贯穿于施工现场的整个安全监控环节，其本质上就是指对信息的处理及运用。BIM技术应用于前期设计阶段旨在协助现场安全分析以及碰撞检查等，以对施工过程中或遇到的安全隐患问题进行提前排查，并得出危险源控制清单。之后结合得出的清单内容，采用RFID标签进行定义、对相关设备进行规划布设后，将危险源设备的相关信息导入BIM模型之中，以实现后期对设备的可视化联动监控。同时，在BIM模型中还会将对应监控对象的环境信息等也添加到RFID标签的环境信息中。在施工时，随着读写器对RFID标签的不断扫描，将会实现标记对象相关信息向BIM系统的实时传递，并最终实现对标记对象的全方位安全监控。一旦标记对象的实际情况超出安全阈值，BIM系统将会发出预警。而经由BIM处理后，相关信息还会传递至RFID标签中形成监控对象的历史信息。如此一来，及时后期工程竣工，也能依然保留相应的信息内容，为后期项目的运行或者其他工程项目的开展提供数据指导。

结束语

综上可知，RFID与BIM的集成运用，其实就是指信息化技术在工程建设领域的一种全新拓展。经由两者集成后，不仅可以极大改善现场安全监控方法，还能实现对现场的全方位、可视化及信息化监控，这对于建筑工程施工现场安全水平的提升具有重要意义。

参考文献

1. 邓鑫. 基于BIM与RFID的集成施工现场安全监控系统的构建与功能研究[J]. 自动化与仪器仪表, 2017, 000(001):96-98.

2. 戴仁, 杨斯迈, 邱建飞. 基于BIM技术和RFID技术集成的施工智能安全管理研究[J]. 四川建材, 2018, v.44;No.212(04):232-233.

3. 陈悦华, 申钱依. 基于BIM和RFID传感器集成技术的施工安全预警研究[J]. 湖北农业科学, 2020, v.59;No.653(08):147-152+159.