BIM相關(guān)硬件技術(shù)原理與應用

項目策劃與設計階段，BIM虛擬出項目細節(jié)，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(guān)鍵決策信息，當然，這是應用成熟后的理想狀態(tài)。這個過程核心是準確信息的集成，主要依靠政策、標準、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)、項目環(huán)境數(shù)據(jù)等。

而項目施工階段，隨著人、材、物、設備等生產(chǎn)要素的投入，實際項目不斷推進直至最終完成，生產(chǎn)要素不斷動態(tài)變化，現(xiàn)實項目也不斷在變化，現(xiàn)實中關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(tài)調(diào)整，這些是施工階段的核心數(shù)據(jù)問題。

而到了運維階段，核心關(guān)注點在于建筑是否智能、維護是否方便及時、特有商業(yè)或使用功能可否實現(xiàn)，這些運維階段核心需求的實現(xiàn)都需要相應數(shù)據(jù)的支撐。

數(shù)據(jù)的幾個核心問題：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的集成、數(shù)據(jù)的分析、數(shù)據(jù)的響應與輸出。數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的響應與輸出兩個環(huán)節(jié)涉及到特殊技術(shù)與軟硬件設備，設備發(fā)揮價值需要與BIM數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)進行接口，讓數(shù)據(jù)能順暢傳遞。

相關(guān)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(fā)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。

注意：沒有相應硬件技術(shù)的配合，BIM與施工現(xiàn)場應用是打不通的，主要是RFID和GIS技術(shù)。此處是最有機會開展應用產(chǎn)品創(chuàng)新之處。

1.條形碼技術(shù)

條碼是將線條與空白按照一定的編碼規(guī)則組合起來的符號，用以代表一定的字母、數(shù)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(jīng)光電轉(zhuǎn)換後變?yōu)橐唤M與線條、空白相對應的電子訊號，經(jīng)解碼后還原為相應的文數(shù)字，再傳入電腦。

條形碼可以標出商品的生產(chǎn)國、制造廠家、商品名稱、生產(chǎn)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(yè)、郵政、圖書管理、倉儲、工業(yè)生產(chǎn)過程控制、交通等領(lǐng)域的自動識別技術(shù)，具有輸入速度快、準確度高、成本低、可靠性強等優(yōu)點，在當今的自動識別技術(shù)中占有重要的地位?，F(xiàn)如今條碼辨識技術(shù)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(shù)。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(guī)格，規(guī)定每個字母(可能是文字或數(shù)字或文數(shù)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(shù)的內(nèi)容

►編碼規(guī)則與條形碼標準

►條形碼自動識別硬件技術(shù)

►條形碼自動識別軟件技術(shù)

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

►條形碼印制技術(shù)

2.卡片識別技術(shù)

包括磁卡、光卡、IC卡等，其中IC卡是目前發(fā)展最迅速的綜合性數(shù)據(jù)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(jù)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(yōu)點，在身份認證、銀行、電信、公共交通、車場管理等領(lǐng)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?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?/p>

IC卡系統(tǒng)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(shù)

射頻識別，RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)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(shù) 是一種自動識別技術(shù)，美國國防部規(guī)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(yè)應用 RFID 技術(shù)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(guī)模應用。2005 年時，每個 RFID 標簽的價格是 12 美分 左右，現(xiàn)在超高頻 RFID 的價格是 10 美分左右。RFID 要大規(guī)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(chǎn)中的汽車，廠方便可以追蹤此車在生產(chǎn)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(shù)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(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器和很多應答器組成。

應用軟件系統(tǒng) ：是應用層軟件，主要是把收集的數(shù)據(jù)進一步處理，并為人們所使用。

射頻識別系統(tǒng)最重要的優(yōu)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(huán)境閱讀標簽，并且閱讀速度極快，大多數(shù)情況下不到100毫秒。有源式射頻識別系統(tǒng)的速寫能力也是重要的優(yōu)點。可用于流程跟蹤和維修跟蹤等交互式業(yè)務。RFID標簽可以解決短距離尤其是室內(nèi)物體的定位，可以彌補GPS等定位系統(tǒng)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(xiàn)物品位置的全程跟蹤與監(jiān)視。

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

4.GIS全球定位系統(tǒng)技術(shù)

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

人員，是GIS中最重要的組成部分。開發(fā)人員必須定義GIS中被執(zhí)行的各種任務，開發(fā)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(shù)據(jù)，精確的可用的數(shù)據(jù)可以影響到查詢和分析的結(jié)果。

硬件，硬件的性能影響到軟件對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，繪圖、統(tǒng)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(jié)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(qū)別的主要特征。空間分析是從空間物體的空間位置、聯(lián)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(shù)學工具，其中最主要的是空間統(tǒng)計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要任務是對空間構(gòu)成進行描述和分析，以達到獲取、描述和認知空間數(shù)據(jù);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(diào)控地理空間上發(fā)生的事件等目的。

數(shù)據(jù)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(guān)聯(lián)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(jīng)營過?有沒有任何滿足在2英里內(nèi)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(shù)字化空間數(shù)據(jù)中的這種空間關(guān)系。這些拓撲關(guān)系允許進行復雜的空間建模和分析。地理實體間的拓撲關(guān)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(wǎng)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(zhì)，那么排入濕地的污染物的數(shù)量要多久就能達到破壞環(huán)境的數(shù)量?GIS能模擬出污染物沿線性網(wǎng)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(shù)值可以納入這個模型使得模擬得更精確。網(wǎng)絡建模通常用于交通規(guī)劃、水文建模和地下管網(wǎng)建模。

5.三維掃描

三維掃描是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對物體空間外形和結(jié)構(gòu)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?qū)嵨锏牧Ⅲw信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了相當方便快捷的手段。三維掃描技術(shù)能實現(xiàn)非接觸測量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點。而且其測量結(jié)果能直接與多種軟件接口，這使它在CAD、CAM、CIMS等技術(shù)應用日益普及的今天很受歡迎。在發(fā)達國家的制造業(yè)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(yōu)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(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與CAD/CAM軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對數(shù)據(jù)進行調(diào)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(chǎn)品制造周期。

三維掃描技術(shù)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(shù)據(jù);或是掃描模型，建立用于檢測部件表面的三維數(shù)據(jù)。

►對于不能使用三維CAD數(shù)據(jù)的部件，建立數(shù)據(jù)。

►競爭對手產(chǎn)品與自己產(chǎn)品的確認與比較，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。

►使用由RP創(chuàng)建的真實模型，建立和完善產(chǎn)品設計。

►有限元分析的數(shù)據(jù)捕捉。

►檢測(CAT)/CAE

►生產(chǎn)線質(zhì)量控制和產(chǎn)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(shù)

6.3D打印技術(shù)

3D打印(3DP)即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，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(gòu)造物體的技術(shù)。

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

7.VR技術(shù)

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

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

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(nèi)容提供商的獨舞，用戶的參與才是VR的核心!

VR技術(shù)：硬件

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

顯聽設備：

►環(huán)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(fā)布會上正式露臉了，Gear 360只有網(wǎng)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(shù)據(jù)手套、Intel ReaSense)

8.硬件的集成應用示例

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

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