摘 要：為進一步優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程，通過文獻閱讀和問卷調查的方式識別工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計核心因素，總結出適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的設計流程?；谠撛O計流程，通過質量屋方法分析優(yōu)化指標，并深入研究BIM技術特點和優(yōu)勢，將BIM技術融入到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程中，較好實現(xiàn)定位、識別、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能，進一步發(fā)掘BIM技術在優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程方面的可行性。

關鍵詞：BIM技術；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；設計流程；質量屋；SPSS軟件；核心因素

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）04-0-04

0 引 言

2022年中央《政府工作報告》中明確提出了要加快發(fā)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，提升關鍵軟硬技術創(chuàng)新和供給能力，21個省區(qū)市在《政府工作報告》中將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)列入年度工作任務[1]。雖然市場前景一片大好，但是設計現(xiàn)狀令人堪憂，Rahmani Amir Masoud在研究中綜合分析了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目當前的設計水平，認為當前的設計水平在一定程度上影響了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目的順利交付。由于設計經(jīng)驗不足，導致79%的案例出現(xiàn)了成本過大的問題，64%的案例因為存在大量變更，影響了項目質量，57%的案例無法滿足客戶需求[2]。

BIM技術充分利用數(shù)字技術創(chuàng)建工程數(shù)據(jù)模型，在設計階段持續(xù)更新，助力工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計的實現(xiàn)[3]。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計研究現(xiàn)狀

1.1.1 傳感層研究現(xiàn)狀

Dash Ranjan Kumar等為確保工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)的可靠性，研究了新的智能部署技術，采用改進的期望最大化方法，將傳感器坐標位置導出供設計人員參考，減少了因人為因素導致的傳感器位置錯誤問題[4]。文獻[5]提出了一個可長時間為傳感器供電的寬帶能量收集系統(tǒng)，通過補充傳感器電池，拓寬傳感器部署的空間。

1.1.2 網(wǎng)絡層研究現(xiàn)狀

考慮到多種類型設備處于同一網(wǎng)絡時造成網(wǎng)絡延時，文獻[6]提出在設計過程中通過UAV輔助設計平臺對網(wǎng)絡信號進行評估及分析，實時匯總網(wǎng)絡負荷，降低延時風險。為了優(yōu)化網(wǎng)絡架構，文獻[7]提出從數(shù)據(jù)、控制和應用方面建立網(wǎng)絡拓撲，改善網(wǎng)絡傳輸性能。

1.1.3 系統(tǒng)層研究現(xiàn)狀

Kontron公司研發(fā)了一款具備圖形和計算性能的軟件，能夠為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用戶展示人機交互界面[8]。文獻[9]研究了一款智能人機交互軟件，實現(xiàn)了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)界面的優(yōu)化。文獻[10]研究了一款融合應用級防火墻的平臺，通過云組件和收集管理模塊的應用確保系統(tǒng)各節(jié)點層消耗最少的資源，將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送到開放網(wǎng)絡空間。

1.2 BIM技術研究現(xiàn)狀

1.2.1 國外研究現(xiàn)狀

文獻[11]針對埃及工業(yè)管理制度，對106名受訪者進行調查，調查內容包括圖紙編制、估算工程量、成本管理等，證實了應用BIM技術可加強設計管理，如集中數(shù)據(jù)處理、優(yōu)化信息流、改進成本控制、維護進度計劃、完善描述性信息以及處理不同背景利益相關方等。文獻[12]針對工業(yè)領域復雜的行業(yè)背景，提出了基于BIM技術的3D設計模式，提高了設計人員在規(guī)劃、設計和管理方面的洞察力。

1.2.2 國內研究現(xiàn)狀

文獻[13]通過BIM數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了工程信息共享，有效提高了設計管理效率。文獻[14]從信息模型的影響因素角度出發(fā)，利用問卷調查法和專家訪談，改進了信息模型，解決了系統(tǒng)集成及“信息孤島”問題。文獻[15]利用BIM技術的模擬性、可視化和協(xié)同性特征，在設計階段實現(xiàn)了信息化管理。

1.3 BIM技術優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計研究現(xiàn)狀

文獻[16]選擇了55項物聯(lián)網(wǎng)集成相關研究，梳理了BIM技術在拓展物理世界與虛擬環(huán)境時兩者之間的關系，證明了其應用在設計階段的可行性。文獻[17]分析了設計過程中存在的大量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)利用BIM技術信息模型能夠提高設計管理效率，解決設計協(xié)同和數(shù)據(jù)共享方面存在的問題。

2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程

2.1 核心因素選取

為改善工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程，需準確識別設計過程的核心因素。由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術新穎，工程實踐的深度和廣度還有待挖掘，最終本文采用定性及定量相結合的方法。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計核心因素選取見表1。采取文獻分析法對核心因素進行選擇，運用頻數(shù)統(tǒng)計的基本原理和方法，將文獻涉及的6個主要因素匯總。實施問卷調查，驗證調查問卷指標的關聯(lián)性和相似性，文章通過SPSS軟件對調查數(shù)據(jù)進行了信度和效度驗證，最終得到了準確的核心因素。

2.1.1 調查問卷方法

對位于北京、天津和上海的三家國際工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)公司的設計師及管理專家（工作年限均在5年以上）發(fā)放調查問卷。問卷內容涵蓋了網(wǎng)絡規(guī)劃、設備檢測、系統(tǒng)集成及項目管理等。參考李克特量表進行五級打分，打分規(guī)則為：重要程度最高為5分、較高為4分、一般為3分、較低為2分、無影響為1分。

2.1.2 調查問卷回收

共計發(fā)放調查問卷67份，收回有效問卷62份。調查結果見表2。

2.2 核心因素驗證

2.2.1 信度驗證

本研究采用克隆巴赫系數(shù)方法來驗證調查問卷的內在信度。克隆巴赫系數(shù)公式如下：

α﹦（n/n-1）（1-Si2/St2）" " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：α為信度系數(shù)；n為測驗題目數(shù)；Si2為每題被試得分的方差；St2為所有題被試所得總分的方差。在探索性研究中，信度達到0.7便可接受，經(jīng)測算，該問卷調查表的信度為0.786，證明調查結果可靠。

2.2.2 效度驗證

調查效度檢驗如圖1所示。通過SPSS軟件對調查結果進行降維因子分析，導出KMO和巴特利特檢驗數(shù)據(jù)，使用近似卡方、自由度及顯著性分析得出結構效度。當KMO大于0.50，且顯著性小于0.05時，證明調查問卷有效。

2.3 核心因素分析

主要問題調查描述統(tǒng)計見表3。對用戶需求不明確的打分為4.45，對專業(yè)間信息協(xié)調度打分為4.17，對應用層協(xié)議整合度打分為2.35，對網(wǎng)絡層路由規(guī)劃打分為2.75，對綜合布線碰撞分析打分為3.61，對傳感器位置覆蓋率打分為3.46。

2.4 設計流程搭建

通過核心因素分析，完成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程，具體見表4。

3 BIM技術優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程

3.1 分析改善指標

引入質量屋，挖掘各類指標。質量屋QFD分析見表5。邀請了H公司的5名工程師（設計年限10年以上），針對表6的設計流程搭建質量屋。

3.2 優(yōu)化設計流程

基于質量屋找到設計流程優(yōu)化方向及BIM技術優(yōu)化設計流程的切入點。如圖2所示，在初設階段，利用BIM虛擬設計功能優(yōu)化現(xiàn)場傳感設備位置及參數(shù)選型；在施工圖階段，利用BIM沖突檢測功能解決綜合布線系統(tǒng)沖突；在系統(tǒng)融合階段，利用BIM三維建模功能實現(xiàn)系統(tǒng)操作界面可視化；在設計校審及變更流程階段，利用BIM共享平臺解決設計交叉和溝通不暢等問題。

4 結 語

本文總結了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的設計特點，從提出問題、分析問題和解決問題的角度出發(fā)，搭建了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程，打通了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計、溝通的最后“一公里”，進一步優(yōu)化了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計流程，提高了設計質量和效率。

注：本文通訊作者為崔江。

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