基于BIM的智慧梁場(chǎng)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳一榮,唐紅艷,韋遠(yuǎn)露,杜 凱

(1.廣西計(jì)算中心有限責(zé)任公司,廣西 南寧 530022;2.長(zhǎng)安大學(xué),陜西 西安 710061)

0 引言

信息化時(shí)代,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度加快,公路建設(shè)項(xiàng)目復(fù)雜度和質(zhì)量訴求不斷增加,給預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)建設(shè)提出了新的要求。目前,我國的公路橋梁建設(shè)一般采用節(jié)段梁預(yù)制拼裝技術(shù),相比傳統(tǒng)的橋梁現(xiàn)澆技術(shù),預(yù)制梁在梁場(chǎng)內(nèi)預(yù)制易于實(shí)現(xiàn)節(jié)段梁質(zhì)量控制,有利于減少施工過程對(duì)交通和環(huán)境的影響,縮短工期和節(jié)約施工成本。但在實(shí)際生產(chǎn)施工過程中,預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)管理存在智能化程度低、耗能高、可視化不好、安全質(zhì)量不易得到保證等問題[1]。為提升預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)管理水平,構(gòu)建信息化管理系統(tǒng),對(duì)制梁過程進(jìn)行智能化改造和信息化管理是必然趨勢(shì)[2-3]?？焖侔l(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和BIM技術(shù)為公路施工建設(shè)信息化改造提供了有利條件[4-5]。

本文分析了梁場(chǎng)管理存在的問題,設(shè)計(jì)出一套智能梁場(chǎng)BIM協(xié)同管理系統(tǒng),通過BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的綜合應(yīng)用,對(duì)預(yù)制梁的生產(chǎn)全過程進(jìn)行信息化智慧管理,對(duì)廠區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行三維全貌展示。該系統(tǒng)使梁場(chǎng)管理標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細(xì)化、科學(xué)化,實(shí)現(xiàn)“規(guī)范生產(chǎn)、管控質(zhì)量、輔助決策”三大目標(biāo),助力企業(yè)提質(zhì)增效,升級(jí)管理水平。

1 傳統(tǒng)梁場(chǎng)管理存在的問題和需求分析

預(yù)制梁的生產(chǎn)先由管理員制定生產(chǎn)計(jì)劃,發(fā)布排產(chǎn)任務(wù)后,各施工單位接收任務(wù)進(jìn)行施工。施工過程中,預(yù)制梁的所有質(zhì)量信息與生產(chǎn)信息經(jīng)過收集匯總,接受管理員的統(tǒng)一監(jiān)控。

傳統(tǒng)預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)管理有以下幾方面問題:

(1)預(yù)制梁生產(chǎn)工序沒有統(tǒng)一流程,生產(chǎn)過程管控不細(xì)致,數(shù)據(jù)無存留,問題難追蹤。

(2)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)報(bào)表等依賴手動(dòng)采集、手工處理,效率低下,實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性得不到保證。

(3)預(yù)制梁生產(chǎn)過程情況數(shù)據(jù)不能及時(shí)更新,現(xiàn)場(chǎng)工裝、設(shè)備得不到統(tǒng)一調(diào)度,管理人員不能及時(shí)全面掌握現(xiàn)場(chǎng)情況,決策效率低下。

(4)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法有效關(guān)聯(lián)、流轉(zhuǎn),信息無法互聯(lián)互通、協(xié)同共享,生產(chǎn)效率低下。

(5)數(shù)據(jù)展示匯報(bào)不夠直觀。

現(xiàn)從管理調(diào)配、施工生產(chǎn)和數(shù)據(jù)管理三個(gè)方面對(duì)所要構(gòu)建的智能梁場(chǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)做需求分析:

管理調(diào)配方面:由于預(yù)制梁類型多,生產(chǎn)工藝復(fù)雜、工序環(huán)節(jié)繁瑣,加之參建單位數(shù)量眾多,管理要素繁雜,因此在信息化管理系統(tǒng)中,管理層需要得到各方面數(shù)據(jù)的條理化、整體化呈現(xiàn),系統(tǒng)要提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息,確保對(duì)預(yù)制梁生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工情況進(jìn)行整體把控。

施工生產(chǎn)方面:施工人員接到生產(chǎn)任務(wù)后,除了要隨時(shí)查看下發(fā)的生產(chǎn)計(jì)劃,還要便于隨時(shí)填報(bào)工序完成情況,提高預(yù)制梁生產(chǎn)工序信息的內(nèi)部流轉(zhuǎn)速度,并讓施工現(xiàn)場(chǎng)“無紙化”。

數(shù)據(jù)處理方面:要全面管理預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)中的原材料、試塊抗壓強(qiáng)度、張拉、孔道壓漿等試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息,做到質(zhì)量可控、數(shù)據(jù)可溯,各環(huán)節(jié)全面協(xié)同,降低資源消耗。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

為解決以上問題,以BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建信息化管理系統(tǒng)。智慧梁場(chǎng)信息化管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)采用分層模式,分別是應(yīng)用層、交互層、數(shù)據(jù)層,如圖1所示。

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理制梁過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù),包括BIM模型和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),并可以與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查等操作。交互層將應(yīng)用層用戶操作所產(chǎn)生的請(qǐng)求與各種接口建立聯(lián)系,從而與數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫更改。系統(tǒng)最上層是應(yīng)用層,用戶在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查看和填報(bào),以及各種計(jì)劃的安排和管理。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

本文用Revit[6]搭建BIM模型,這是一種采用WebGL技術(shù)的BIM輕量化引擎。相比于其他技術(shù),WebGL技術(shù)具有輕量便捷、無須插件、易開發(fā)、易擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì),無數(shù)據(jù)安全隱患,不僅適用于各類網(wǎng)頁瀏覽器,也適用于移動(dòng)APP應(yīng)用。

系統(tǒng)采用云服務(wù)方式進(jìn)行集中部署,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集服務(wù)采用主動(dòng)調(diào)取或被動(dòng)接收方式,實(shí)時(shí)采集智能設(shè)備的多源異構(gòu)數(shù)據(jù),最終匯集進(jìn)核心數(shù)據(jù)庫。

3 重要功能設(shè)計(jì)

3.1 三維BIM場(chǎng)景+生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示

借助BIM技術(shù),將工裝、設(shè)備、人員、半成品等構(gòu)件模型準(zhǔn)確定位,與現(xiàn)實(shí)梁場(chǎng)實(shí)物形成映射,將生產(chǎn)數(shù)據(jù)與臺(tái)座、工序、設(shè)備模型掛接,最終實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁場(chǎng)監(jiān)管的三維可視化呈現(xiàn),實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息,經(jīng)數(shù)據(jù)匯總分析后用于生產(chǎn)管理,與施工進(jìn)度鏈接協(xié)同指揮、可視化監(jiān)管,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制梁生產(chǎn)進(jìn)展實(shí)況。

該項(xiàng)功能結(jié)合BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能分析算法,從全貌到細(xì)節(jié),全方位實(shí)時(shí)呈現(xiàn)預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況,生產(chǎn)進(jìn)度各項(xiàng)數(shù)據(jù)一目了然,協(xié)調(diào)施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全、勞務(wù)、物料等各個(gè)環(huán)節(jié)精細(xì)化管理,輔助管理層決策和指導(dǎo)生產(chǎn)。

3.2 基于二維碼的信息采集與管理

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)思維,在預(yù)制梁生產(chǎn)工序監(jiān)管和信息控制環(huán)節(jié),利用移動(dòng)端的便攜性和二維碼技術(shù)的快捷性,用手機(jī)掃描二維碼查看和填報(bào)制梁設(shè)備與梁片相關(guān)信息的方式替代傳統(tǒng)的手工記錄,實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制梁的生產(chǎn)信息錄入和質(zhì)量檢驗(yàn)信息錄入,有效提高信息采集效率和保證信息的實(shí)時(shí)性。有了該技術(shù),作業(yè)人員可以利用手機(jī)快速實(shí)現(xiàn)任務(wù)下發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)檢、查詢、管理等功能。通過使用移動(dòng)端APP進(jìn)行“掃一掃”一鍵操作,掃描現(xiàn)場(chǎng)梁/臺(tái)座二維碼信息,快速進(jìn)入工序生產(chǎn)界面,實(shí)現(xiàn)工序生產(chǎn)內(nèi)部自動(dòng)流轉(zhuǎn)。工序生產(chǎn)完成后,質(zhì)檢人員需要對(duì)該工序質(zhì)量的控制點(diǎn)進(jìn)行檢查,并根據(jù)每道工序檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)形成檢驗(yàn)數(shù)據(jù),在系統(tǒng)內(nèi)生成檢驗(yàn)質(zhì)量驗(yàn)收記錄,最終形成工序檢查電子表格。

為預(yù)制梁設(shè)置二維碼,需要按照統(tǒng)一的規(guī)則為每一個(gè)預(yù)制梁生成獨(dú)有的編號(hào),用來作為預(yù)制梁的標(biāo)識(shí)。本文使用“梁場(chǎng)編號(hào)—橋梁編號(hào)—路幅—起點(diǎn)墩號(hào)—終點(diǎn)墩號(hào)”設(shè)計(jì)預(yù)制梁編號(hào),通過登錄移動(dòng)APP掃描梁片上的二維碼可以查看該梁片的生產(chǎn)信息與質(zhì)量檢驗(yàn)信息。

4 平臺(tái)終端的模塊劃分

智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)分為網(wǎng)頁終端和移動(dòng)終端。

4.1 系統(tǒng)網(wǎng)頁終端功能模塊

網(wǎng)頁終端主要包括數(shù)據(jù)看板、資源管理、預(yù)制梁管理、工序管理、計(jì)劃管理、生產(chǎn)管理、查詢統(tǒng)計(jì)、信息管理、設(shè)備控制、后臺(tái)管理十個(gè)模塊。數(shù)據(jù)看板又稱為領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙,就是BIM三維模型的梁場(chǎng)全景終端信息展示,包括生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控三個(gè)模塊。網(wǎng)頁終端功能劃分如圖2所示。

圖2 智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)網(wǎng)頁端模塊劃分示意圖

4.1.1 資源管理

資源管理分為工裝管理、設(shè)備管理、設(shè)計(jì)圖紙、物資管理、物資入庫以及班組管理。

4.1.1.1 工裝管理

主要對(duì)梁場(chǎng)鋼筋綁扎胎具、制梁臺(tái)座、存梁臺(tái)座信息進(jìn)行增刪改查的操作。系統(tǒng)自動(dòng)為臺(tái)座生成二維碼,現(xiàn)場(chǎng)用戶通過手機(jī)對(duì)臺(tái)座掃碼即可進(jìn)行梁生產(chǎn)工序進(jìn)展信息的填報(bào)。

4.1.1.2 設(shè)備管理維護(hù)管理

主要維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備相關(guān)信息,為設(shè)備維護(hù)電子檔案,上傳設(shè)備維護(hù)記錄、設(shè)備合格證、設(shè)備使用說明書等數(shù)據(jù),可以一鍵調(diào)取設(shè)備二維碼,手機(jī)掃描二維碼即可查閱設(shè)備信息,維護(hù)設(shè)備狀態(tài)。

4.1.1.3 設(shè)計(jì)圖紙

主要實(shí)現(xiàn)為預(yù)制梁提供關(guān)聯(lián)的圖紙,并在平臺(tái)中顯示圖紙構(gòu)件類型以及圖紙的實(shí)際圖號(hào),方便預(yù)制梁制作過程中圖紙的查看。

4.1.1.4 物資管理

主要管理預(yù)制梁生產(chǎn)過程中的各類物資,如鋼筋、鋼絞線、預(yù)埋鋼板、壓漿劑、錨具、波紋管等,同時(shí)為各種物資設(shè)置物資預(yù)警閾值,當(dāng)物資不足時(shí)提示采購員及時(shí)采購。

4.1.1.5 物資入庫

主要作為物資管理的補(bǔ)充,提供生產(chǎn)資料入庫的基本信息,包括入庫編號(hào)、批號(hào)、時(shí)間、數(shù)量,便于管理人員監(jiān)督管理。

4.1.1.6 班組管理

主要實(shí)現(xiàn)勞務(wù)班組信息的增刪改查,勞務(wù)班組信息的管理,如勞務(wù)隊(duì)伍、班組長(zhǎng)、聯(lián)系方式、成員數(shù)等。

4.1.2 預(yù)制梁管理

主要對(duì)預(yù)制梁清單進(jìn)行管理。預(yù)制梁清單是制梁過程中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。用戶根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙等提取預(yù)制梁清單、并且附帶其特征參數(shù),通過批量導(dǎo)入功能將清單導(dǎo)入系統(tǒng),形成制梁計(jì)劃的數(shù)據(jù)來源。系統(tǒng)自動(dòng)將梁片數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)橋梁、對(duì)應(yīng)項(xiàng)目進(jìn)行關(guān)聯(lián),形成一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈。

4.1.3 工序管理

為實(shí)現(xiàn)梁場(chǎng)工藝規(guī)范化、統(tǒng)一化管理,在工序管理模塊,系統(tǒng)制定一套工序管理體系。管理人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)施工工序,提取工序字典,關(guān)聯(lián)工序允許誤差、預(yù)計(jì)耗時(shí)、相關(guān)負(fù)責(zé)人等參數(shù),錄入系統(tǒng),形成統(tǒng)一的工序字典庫。由于不同規(guī)格梁片有不同的工序流程,延伸工序字典功能,用戶從工序字典庫中選取工序,按照標(biāo)準(zhǔn)施工順序,為不同規(guī)格梁片制定工序模板,形成預(yù)制梁生產(chǎn)管理的核心紐帶。

4.1.4 計(jì)劃管理

主要是對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行制定、保存、修改、發(fā)布、銷毀,支持批量導(dǎo)入導(dǎo)出。管理人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及施工進(jìn)度,制定月、周生產(chǎn)梁片計(jì)劃,并進(jìn)行批量排產(chǎn)發(fā)布。計(jì)劃制定的關(guān)鍵步驟會(huì)自動(dòng)推送提醒消息到相關(guān)人員。系統(tǒng)根據(jù)工序模板、臺(tái)座信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行智能排產(chǎn)及智能臺(tái)座調(diào)度,協(xié)助用戶生成最優(yōu)梁場(chǎng)生產(chǎn)任務(wù),降低二次移梁次數(shù)減少成本,壓縮工期減少延誤風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.5 生產(chǎn)管理

主要通過算法自動(dòng)分析預(yù)制梁計(jì)劃相關(guān)、預(yù)制梁任務(wù)超時(shí)相關(guān)、臺(tái)座占用超時(shí)相關(guān)、任務(wù)啟動(dòng)結(jié)束相關(guān)預(yù)警提示信息,自動(dòng)推送到相關(guān)人員的網(wǎng)頁端和移動(dòng)端。

4.1.6 查詢統(tǒng)計(jì)

主要通過所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行工序?qū)Ρ?、制梁進(jìn)度差異分析、生產(chǎn)循跡、單榀梁對(duì)比分析,并且可以查看物資臺(tái)賬與制梁臺(tái)賬。

4.1.7 信息管理

主要用于管理和發(fā)布手機(jī)端的通知信息。

4.1.8 設(shè)備控制

主要通過自動(dòng)獲取預(yù)制梁生產(chǎn)過程中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),如預(yù)制梁生產(chǎn)中涉及的孔道壓漿的進(jìn)漿料與返漿量,預(yù)應(yīng)力張拉的張拉力與油壓等試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過相應(yīng)業(yè)務(wù)接口連接數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與共享,實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)制梁質(zhì)量情況。數(shù)據(jù)收集完成系統(tǒng)將自動(dòng)生成電子報(bào)表,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔。

4.2 系統(tǒng)移動(dòng)終端功能模塊

移動(dòng)終端主要分為工作模塊、消息模塊、個(gè)人模塊三個(gè)模塊。其中工作模塊是主體部分,可分為生產(chǎn)任務(wù)與統(tǒng)計(jì)調(diào)查兩部分。生產(chǎn)任務(wù)包括查看生產(chǎn)任務(wù)、代辦任務(wù)、掃一掃(掃描設(shè)備、構(gòu)建、預(yù)制梁上二維碼)、構(gòu)建追蹤、預(yù)制梁出庫等;統(tǒng)計(jì)調(diào)查包括計(jì)劃查詢、總?cè)蝿?wù)統(tǒng)計(jì)、工序?qū)Ρ?、生產(chǎn)循跡、工序統(tǒng)計(jì)等。系統(tǒng)移動(dòng)端主界面如圖3所示。

圖3 智慧梁場(chǎng)管理系統(tǒng)移動(dòng)終端功能結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以通過掃描設(shè)備、臺(tái)座、預(yù)制梁等制梁資源上二維碼進(jìn)行信息查看和數(shù)據(jù)填報(bào),便于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的錄入、獲取關(guān)鍵信息、生產(chǎn)技術(shù)問題的處理。移動(dòng)端還具有消息提醒功能,提醒施工人員未完成任務(wù)。施工人員發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有出入時(shí),可及時(shí)聯(lián)系維修人員進(jìn)行糾正。

5 結(jié)語

本文結(jié)合預(yù)制梁生產(chǎn)過程與生產(chǎn)工藝,分析了傳統(tǒng)生產(chǎn)管理存在的問題,結(jié)合BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),構(gòu)建了梁場(chǎng)智能信息生產(chǎn)管理系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與模塊組成,總結(jié)并分析了關(guān)鍵技術(shù)。該信息系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)施工和管理上的不足和短板,提升了梁場(chǎng)生產(chǎn)智能化、管理決策智慧化水平。

通過該綜合信息化集成管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁施工體系現(xiàn)代化、信息化管理,對(duì)預(yù)制梁施工產(chǎn)生的相關(guān)模型數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)和施工過程進(jìn)行統(tǒng)一管理,便于生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的深度集成與接入,真正實(shí)現(xiàn)梁場(chǎng)信息化。