一文了解BIM相關硬件技術原理與應用

BIM中的數據問題

項目策劃與設計階段，BIM虛擬出項目細節，甲方及終端使用者可更直觀判斷是否為其所想要項目，甚至可以判斷投資額、建造周期等關鍵決策信息，當然，這是應用成熟后的理想狀態。這個過程核心是準確信息的集成，主要依靠政策、標準、經驗數據、市場數據、項目環境數據等。

而項目施工階段，隨著人、材、物、設備等生產要素的投入，實際項目不斷推進直至最終完成，生產要素不斷動態變化，現實項目也不斷在變化，現實中關鍵數據與BIM施工模型中承載的施工計劃信息是否一致，虛擬模型可否隨著實際項目進展動態調整，這些是施工階段的核心數據問題。

而到了運維階段，核心關注點在于建筑是否智能、維護是否方便及時、特有商業或使用功能可否實現，這些運維階段核心需求的實現都需要相應數據的支撐。

數據的幾個核心問題：數據的采集、數據的集成、數據的分析、數據的響應與輸出。數據的采集和數據的響應與輸出兩個環節涉及到特殊技術與軟硬件設備，設備發揮價值需要與BIM 數據集成系統進行接口，讓數據能順暢傳遞。

相關硬件的應用不難，大多事情由硬件廠商和核心軟件廠商搞定，但讓硬件發揮價值卻不容易，原因是硬件操作和使用習慣往往涉及到具體的工作組織與流程中。

特別強調：沒有相應硬件技術的配合，BIM與施工現場應用是打不通的，主要是RFID和GIS技術。此處是最有機會開展應用產品創新之處。

1.條形碼技術

條碼是將線條與空白按照一定的編碼規則組合起來的符號，用以代表一定的字母、數字等資料。在進行辨識的時候，是用條碼閱讀機即（條碼掃描器又叫條碼掃描槍或條碼閱讀器）掃描，得到一組反射光信號，此信號經光電轉換後變為一組與線條、空白相對應的電子訊號，經解碼后還原為相應的文數字，再傳入電腦。

條形碼可以標出商品的生產國、制造廠家、商品名稱、生產日期、圖書分類號、郵件起止地點、類別、日期等信息，廣泛應用于商業、郵政、圖書管理、倉儲、工業生產過程控制、交通等領域的自動識別技術，具有輸入速度快、準確度高、成本低、可靠性強等優點，在當今的自動識別技術中占有重要的地位?，F如今條碼辨識技術已相當成熟，其讀取的錯誤率約為百萬分之一，首讀率大于98%，是一種可靠性高、輸入快速、準確性高、成本低、應用面廣的資料自動收集技術。世界上約有225種以上的一維條碼，每種一維條碼都有自己的一套編碼規格，規定每個字母(可能是文字或數字或文數字)是由幾個線條(Bar)及幾個空白(Space)組成，以及字母的排列。一般較流行的一維條碼有 39碼、EAN碼、UPC 碼、128碼，以及專門用于書刊管理的ISBN、ISSN等。

條形碼技術的內容

■編碼規則與條形碼標準

■條形碼自動識別硬件技術

■條形碼自動識別軟件技術

■條形碼自動識別系統：包括掃描器、譯碼器、計算機、打印機、顯示器、系統軟件、應用軟件

■條形碼印制技術

2.卡片識別技術

包括磁卡、光卡、IC卡等，其中IC卡是目前發展最迅速的綜合性數據識別卡片。

IC卡 (Integrated Circuit Card，集成電路卡)，也稱智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微電路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO 7816標準的卡基中，做成卡片形式。IC卡與讀寫器之間的通訊方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。根據通訊接口把IC卡分成接觸式IC卡、非接觸式IC和雙界面卡（同時具備接觸式與非接觸式通訊接口）。

IC卡由于其固有的信息安全、便于攜帶、比較完善的標準化等優點，在身份認證、銀行、電信、公共交通、車場管理等領域正得到越來越多的應用，例如二代身份證，銀行的電子錢包，電信的手機SIM卡，公共交通的公交卡、地鐵卡，用于收取停車費的停車卡等，都在人們日常生活中扮演重要角色。

 IC卡系統一般由三個部分組成：IC卡卡片、讀卡器、應用程序。

3.無線射頻識別技術

射頻識別，RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。射頻的話，一般是微波，1-100GHz，適用于短距離識別通信。

RFID 技術 是一種自動識別技術，美國國防部規定 2005 年 1 月 1 日以后，所有軍需物資都要使用 RFID 標簽；美國食品與藥品管理局（FDA）建議制藥商從 2006 年起利用 RFID 跟蹤常 造假的藥品。Walmart，Metro 零售業應用 RFID 技術等一系列行動更是推動了 RFID 在全 世界的應用熱潮。2000 年時，每個 RFID 標簽的價格是 1 美元。許多研究者認為 RFID 標 簽非常昂貴，只有降低成本才能大規模應用。2005 年時，每個 RFID 標簽的價格是 12 美分 左右，現在超高頻 RFID 的價格是 10 美分左右。RFID 要大規模應用，一方面是要降低 RFID 標簽價格，另一方面要看應用 RFID 之后能否帶來增值服務。

將標簽附著在一輛正在生產中的汽車，廠方便可以追蹤此車在生產線上的進度。倉庫可以追蹤藥品的所在。射頻標簽也可以附于牲畜與寵物上，方便對牲畜與寵物的積極識別（積極識別意思是防止數只牲畜使用同一個身份）。射頻識別的身份識別卡可以使員工得以進入鎖住的建筑部分，汽車上的射頻應答器也可以用來征收收費路段與停車場的費用。

RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器和很多應答器組成。

應用軟件系統 ：是應用層軟件，主要是把收集的數據進一步處理，并為人們所使用。

射頻識別系統最重要的優點是非接觸識別，它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標簽，并且閱讀速度極快，大多數情況下不到100毫秒。有源式射頻識別系統的速寫能力也是重要的優點?？捎糜诹鞒谈櫤途S修跟蹤等交互式業務。RFID標簽可以解決短距離尤其是室內物體的定位，可以彌補GPS等定位系統只能適用于室外大范圍的不足。GPS定位、手機定位再加上RFID短距離定位手段與無線通信手段一起可以實現物品位置的全程跟蹤與監視。

制約射頻識別系統發展的主要問題是不兼容的標準。射頻識別系統的主要廠商提供的都是專用系統，導致不同的應用和不同的行業采用不同廠商的頻率和協議標準。

4.GIS全球定位系統技術

地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為“地學信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。

人員，是GIS中最重要的組成部分。開發人員必須定義GIS中被執行的各種任務，開發處理程序。 熟練的操作人員通?？梢钥朔礼IS軟件功能的不足，但是相反的情況就不成立。最好的軟件也無法彌補操作人員對GIS的一無所知所帶來的負作用。

數據，精確的可用的數據可以影響到查詢和分析的結果。

硬件，硬件的性能影響到軟件對數據的處理速度，使用是否方便及可能的輸出方式。

軟件，不僅包含GIS軟件，還包括各種數據庫，繪圖、統計、影像處理及其它程序。

過程，GIS 要求明確定義，一致的方法來生成正確的可驗證的結果。

空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟件相區別的主要特征?？臻g分析是從空間物體的空間位置、聯系等方面去研究空間事物，以及對空間事物做出定量的描述。一般地講，它只回答What（是什么？）、Where（在哪里？）、How（怎么樣？）等問題，但并不（能）回答Why（為什么？）?？臻g分析需要復雜的數學工具，其中最主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要任務是對空間構成進行描述和分析，以達到獲取、描述和認知空間數據；理解和解釋地理圖案的背景過程；空間過程的模擬和預測；調控地理空間上發生的事件等目的。

數據建模能力，如：將濕地地圖與在機場、電視臺和學校等不同地方記錄的降雨量關聯起來是很困難的。然而，GIS能夠描述地表、地下和大氣的二維三維特征。

拓撲建模能力，如：在過去的35年，在濕地邊上有沒有任何加油站或工廠經營過？有沒有任何滿足在2英里內且高出濕地的條件的這類設施？GIS可以識別并分析這種在數字化空間數據中的這種空間關系。這些拓撲關系允許進行復雜的空間建模和分析。地理實體間的拓撲關系包括連接（什么和什么相連）、包含（什么在什么之中）、還有鄰近（兩者之間的遠近）。

網絡建模能力：例：如果所有在濕地附近的工廠同時向河中排放化學物質，那么排入濕地的污染物的數量要多久就能達到破壞環境的數量？GIS能模擬出污染物沿線性網絡(河流)的擴散的路徑。諸如坡度、速度限值、管道直徑之類的數值可以納入這個模型使得模擬得更精確。網絡建模通常用于交通規劃、水文建模和地下管網建模。

5.三維掃描

三維掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術，主要用于對物體空間外形和結構及色彩進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實物數字化提供了相當方便快捷的手段。三維掃描技術能實現非接觸測量，且具有速度快、精度高的優點。而且其測量結果能直接與多種軟件接口，這使它在CAD、CAM、CIMS等技術應用日益普及的今天很受歡迎。在發達國家的制造業中，三維掃描儀作為一種快速的立體測量設備，因其測量速度快、精度高，非接觸，使用方便等優點而得到越來越多的應用。用三維掃描儀對手板，樣品、模型進行掃描，可以得到其立體尺寸數據，這些數據能直接與CAD/CAM軟件接口，在CAD系統中可以對數據進行調整、修補、再送到加工中心或快速成型設備上制造，可以極大的縮短產品制造周期。

三維掃描技術主要應用于以下幾個方面:

■逆向工程實訓室教學

■逆向工程(RE)/快速成型(RP)

■掃描實物，建立CAD數據；或是掃描模型，建立用于檢測部件表面的三維數據。

■對于不能使用三維CAD數據的部件，建立數據。

■競爭對手產品與自己產品的確認與比較，創建數據庫。

■使用由RP創建的真實模型，建立和完善產品設計。

■有限元分析的數據捕捉。

■檢測(CAT)/CAE

■生產線質量控制和產品元件的形狀檢測

■ 文物的錄入和電子展示

■牙齒及畸齒矯正

■整容及上頜面手術

6.3D打印技術

3D打?。?DP)即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

7.VR技術

VR（Virtual Reality，即虛擬現實，簡稱VR），是由美國VPL公司創建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀80年代初提出的。其具體內涵是：綜合利用計算機圖形系統和各種現實及控制等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術。其中，計算機生成的、可交互的三維環境成為虛擬環境（即Virtual Environment，簡稱VE）。虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。

簡單的說，虛擬現實就是通過信息技術向用戶模擬出體驗逼近現實的可交互的虛擬環境的一種技術。

頭盔不是VR?？磧H是體驗的一部分，例如：僅僅3D視頻播放不是真正的VR，即使用頭盔看也不是VR，那是偽概念！單純的3D視頻播放僅是內容提供商的獨舞，用戶的參與才是VR的核心！

VR技術：硬件

一般VR系統包含的組成部分：頭顯、耳機（麥克）、跟蹤定位器、操作器、數據傳輸器及不低于標準要求的主機設備。

顯聽設備：

■環幕、穹幕、多通道顯示設備

■3D立體投影、3D頭盔（鏡）、耳機

■全息投影

■VR拍攝機

VR制作設備

■三星全景相 Gear 360 也在三星發布會上正式露臉了，Gear 360只有網球大小并且能夠拍攝3840×1920分辨率的高清全景視頻

互動設備：

■鍵鼠、麥克、陀螺儀、重力感應器、觸摸屏、動感座椅、動感槍、駕駛艙、感應服

■動作捕捉、位置跟蹤、語音手勢識別（Kinect、OptiTrack、數據手套、Intel ReaSense）

VR的技術：內容

VR的技術：內容(拍攝或渲染) 

VR建筑領域應用1：

VR建筑領域應用2：

VR建筑領域應用3：

8.硬件的集成應用示例 

MES精益制造管理系統又稱APS+MES系統（高級排產計劃系統+制造執行系統），是根據不同行業的制造流程，可選擇性地集合系統管理軟件和人機界面設備（PLC觸摸屏）、LED生產看板、LCD看板、PDA智能手持終端、工業平板電腦、條碼采集器、傳感器、I/O、DCS、RFID、工業AP、WIFI等多類硬件的綜合智能一體化系統。它由一組共享數據的程序，它能控制物料、倉庫、設備、人員、品質、工藝、異常、流程指令和其他設施等工廠資源以提高生產效率。