基于BIM技術的智能化施工管理系統(tǒng)研發(fā)

王春凱

(北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司 北京 100043)

1 研究背景

目前機電類項目零施工準備期常態(tài)化，造成人工短時間內精確下料難度巨大，管路全部預制成本又過高，物資計劃落實情況得不到保障，材料到貨批次不明確，材料簽收管理存在漏洞。材料設備的訂購時間、到貨情況、安裝時間、調試情況很難進行信息數(shù)據(jù)共享。時常存在漏提計劃、計劃提交后未訂貨，工程師、施工人員不清楚物資已經(jīng)到貨，貽誤了施工工期，項目領導不能準確、直觀地了解施工完成情況，特別是材料設備的安裝、調試情況。

為了解決上述問題，需要開發(fā)一套基于BIM和大數(shù)據(jù)的智能化施工管理平臺，以建筑模型數(shù)據(jù)智能優(yōu)化分組為核心，根據(jù)現(xiàn)場實際施工區(qū)域通過將BIM模型中已有數(shù)據(jù)進行智能分組，將附帶訂購、到貨、安裝、調試等信息的物資計劃數(shù)據(jù)依次傳遞給施工管理的各個環(huán)節(jié)進行交互、反饋和使用。所有相關施工人員可根據(jù)權限設置在模型數(shù)據(jù)庫中查閱相關數(shù)據(jù)，以方便安排施工。最后利用大數(shù)據(jù)進行分析，深度發(fā)掘施工生產(chǎn)中可優(yōu)化的資源。該系統(tǒng)的研發(fā)與應用可為大型機電工程建設智能化提供有益參考[1]。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)總體框架

BIM智能化施工管理系統(tǒng)整體采用B/S架構，兼顧桌面端。參照MVC框架結構，對整個系統(tǒng)的功能架構按照三個層級劃分，分別為View層、Model層和 Controller層[2－4]。

Model層主要包括數(shù)據(jù)庫物理存儲部分、數(shù)據(jù)庫訪問功能部分以及系統(tǒng)業(yè)務邏輯功能部分。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2000管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫訪問接口基于兩種方式實現(xiàn)，分別為OLEDB身份驗證方式和ODBC數(shù)據(jù)源方式。

View層主要是面向用戶的前端界面，其大致分為兩種，分別為普通用戶界面和管理員用戶界面。前端主要通過vue技術實現(xiàn)。

Controller的作用是對Model容器和View容器進行調度，用以實現(xiàn)前端展現(xiàn)與后臺業(yè)務的分離，目的是保障后臺的安全性和穩(wěn)定性，并保證前端呈現(xiàn)的簡潔與高效。Controller中間件通過Servlet技術實現(xiàn)，系統(tǒng)總體架構見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構

綜合考慮技術架構和功能架構，業(yè)務邏輯設計和后端數(shù)據(jù)庫開發(fā)是本系統(tǒng)的研究重點。

2.2 物理結構設計

數(shù)據(jù)庫物理結構設計是為擬開發(fā)數(shù)據(jù)庫模型確定合理的存儲結構和存取方法，在考慮具體計算機系統(tǒng)(DBMS和硬件等)特點前提下，不但要讓物理數(shù)據(jù)庫盡可能少地占用存儲空間，還要讓數(shù)據(jù)庫的操作盡可能絲滑和高效[5]。

(1)確定關系模型的存儲方法

明確快速存取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存儲路徑即確定了據(jù)庫的存取方法，主流的DBMS大多會提供HASH法、索引法等存取方法，而索引法視頻頻率最高。數(shù)據(jù)表中累計里程、累計懸臂、累計支架、累計接觸網(wǎng)出現(xiàn)在查詢條件中的頻率較高，將上述字段建立索引可以提高使用效率。

(2)確定數(shù)據(jù)庫的存儲結構

確定數(shù)據(jù)庫的存儲結構，除了常見關系、日志、備份、索引等的存儲安排及存儲結構要確定，系統(tǒng)存儲參數(shù)的配置也需明確。在本系統(tǒng)研發(fā)中，數(shù)據(jù)庫對象、日志文件、數(shù)據(jù)備份等都存儲于服務器中。

(3)確定系統(tǒng)存儲參數(shù)的配置

針對系統(tǒng)的配置參數(shù)進行物理優(yōu)化。在默認狀態(tài)下，系統(tǒng)均為這些變量賦予了符合產(chǎn)品特性的初值，但是這些初值不一定適應每一種場景，在物理結構設計時，需要重新對這些變量賦值來增強系統(tǒng)的性能。本研發(fā)系統(tǒng)中配置變量包括:同時使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù)、使用的緩沖區(qū)長度及個數(shù)、數(shù)據(jù)庫的大小、索引文件的大小等。

2.3 安全保密設計

傳輸泄密是主要的泄密途徑，為防止傳輸通道中的數(shù)據(jù)被抓包分析，系統(tǒng)需采用加密傳輸。攻擊方需要同時獲取密鑰和加密算法才能破解，極大增加了破解難度。

在用戶登錄入口采取第二重加密，攻擊方?jīng)]有數(shù)據(jù)加密算法情況下，想用暴力破解幾乎不可能。

此外，數(shù)據(jù)庫中文件還采用了不同種類的加密方式，規(guī)避了攻擊方通過文件比對方式破解加密算法。

3 系統(tǒng)功能設計

3.1 適用范圍

該系統(tǒng)適用于各種工程項目的BIM智能化施工管理。

3.2 工作原理

以建筑模型數(shù)據(jù)智能優(yōu)化分組為核心，根據(jù)現(xiàn)場實際施工區(qū)域通過將BIM模型中已有數(shù)據(jù)進行智能分組，模型生成明細表后根據(jù)使用者的需求，選擇部分字段進行分組，并生成構件識別碼(用于表格再次導入時進行識別處理)。導入表格后，可根據(jù)表中共享參數(shù)對構件進行過濾，高亮后可從模型上直觀展現(xiàn)構件所處階段(如已提計劃、已到貨、已安裝、已調試等)[6－8]。

(1)智能分組:模型生成明細表后根據(jù)使用者的需求，選擇部分字段進行分組。例如構件長度這一項需要智能分組，分組條件為通過設定長度的上限、下限，把滿足要求的一組構件數(shù)據(jù)歸類至一組中(一組構件的長度總和介于所述“設定長度的上限及下限”)，同時對相應組別構件編入預制組別序號，在明細表中顯示。在明細表中單擊“在模型中高亮顯示”按鈕，自動打開樓層三維視圖，并查看可鏈接相應構件位置。例如:單擊“智能分組”按鈕→設定分組的長度上限、下限和標準(上限6 m、下限0.5 m、標準6 m)→自動按照材料名稱排列，同時按照相同材料名稱中的規(guī)格型號進行排列，同時按照已設定的長度將滿足設定要求的構件(同種材料、同種規(guī)格下)分組。比如有以下幾根管道，長度分別為3 m、2 m、0.5 m、5 m、1 m、6 m、0.3 m、0.2 m、0.4 m，可以按照標準6 m智能分組為:組1(3 m、2 m、0.5 m)、組2(5 m、1 m)、組3(6 m)、組4(0.3 m、0.2 m、0.4 m)。組內分段數(shù)量取[(長度上限－長度下限)/長度下限]/2的整數(shù)部分。

(2)添加構件ID:結合預制組別、到貨批次等信息生成帶前綴或后綴的構件ID，示例見圖2。

圖2 模型構件反查界面示例

(3)階段所處相位可過濾:導入已經(jīng)編輯好數(shù)據(jù)的表格含有“階段”字段(如已提計劃、已到貨、已安裝、已調試等相位)，該功能可選擇一種或者幾種階段進行過濾操作，過濾出相應階段的構件呈現(xiàn)高亮狀態(tài)，示例見圖3。

圖3 模型反查構件高亮顯示

(4)將附帶訂購、到貨、安裝、調試等信息的物資計劃數(shù)據(jù)依次傳遞給施工管理的各個環(huán)節(jié)進行交互、反饋和使用。所有相關施工人員可根據(jù)權限設置在模型數(shù)據(jù)庫中查閱相關數(shù)據(jù)，以方便安排施工。最后利用大數(shù)據(jù)進行分析，深度發(fā)掘施工生產(chǎn)中可優(yōu)化的資源。

4 系統(tǒng)價值

(1)本智能化施工管理平臺能做到智能精細化管理，不僅能使材料利用率最大化，還可兌現(xiàn)倒逼機制，使得有關人員對工藝和規(guī)范更加熟悉、對現(xiàn)場更加了解[9－10]。

(2)智能分組能減輕工程師分區(qū)域提材料計劃的勞動強度，同時可增加材料計劃跟現(xiàn)場施工的契合度。平臺能準確對每批材料進行跟蹤，哪些材料已提材料計劃及時間、是否到貨等信息一目了然，減少了大量清點材料的工作強度，解放了生產(chǎn)力。

(3)在不增加預制構件成本前提下，最大程度提高現(xiàn)場構件加工效率，不需工班長反復斟酌如何下料。

(4)本平臺可解決目前信息化程度低、通信不方便、管理相對粗放、管理人員匱乏等問題。

(5)附帶訂購、到貨、安裝、調試等信息的物資計劃數(shù)據(jù)能夠依次傳遞給施工管理的各個環(huán)節(jié)進行交互、反饋和使用。使得相關施工人員可根據(jù)各自權限在模型數(shù)據(jù)庫中查閱相關數(shù)據(jù)，方便了施工安排。大數(shù)據(jù)分析能夠深度發(fā)掘施工生產(chǎn)中可優(yōu)化的資源。

(6)簡單易用，圖形化操作界面對用戶更加友好和直觀，使用簡單、易于認識和掌握。

(7)平臺提供規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，可以實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的導入導出，體現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性和靈活性。

(8)平臺利用B/S架構，模型通過revit server進行中心模型維護，多個地區(qū)的局域網(wǎng)可同時進行訪問。

5 結束語

BIM智能化施工管理系統(tǒng)是數(shù)字化、智能化時代下應運而生的產(chǎn)物，該系統(tǒng)的應用能顯著提高機電工程建設的數(shù)據(jù)整合能力、管理運行效率和生產(chǎn)資料利用率[11－12]。

該系統(tǒng)在城市軌道交通工程、高速鐵路工程等施工領域都具有很強的推廣前景。同時，該系統(tǒng)可作為未來智慧工程的一環(huán)，隨著新技術的出現(xiàn)，可促進工程智能化的進一步發(fā)展。