宋博宙　熊　誠(chéng)　夏海兵

(1.上海大學(xué)-上海城建建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心，上?！?00072； 2.上海大學(xué)土木工程系，上?！?00444；3.上海地下空間設(shè)計(jì)研究總院有限公司，上海　200020； 4.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上?！?00235)

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基于二維碼技術(shù)的地鐵管片生產(chǎn)管理系統(tǒng)

宋博宙1， 2熊誠(chéng)2， 3夏海兵4

(1.上海大學(xué)-上海城建建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心，上海200072； 2.上海大學(xué)土木工程系，上海200444；3.上海地下空間設(shè)計(jì)研究總院有限公司，上海200020； 4.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海200235)

目前管片的生產(chǎn)在車間中，通常用筆記簿記錄工廠管理和質(zhì)量監(jiān)控信息，例如生產(chǎn)數(shù)量、庫(kù)存數(shù)量、材料數(shù)量和質(zhì)量監(jiān)控信息等等； 數(shù)據(jù)并沒(méi)有為了控制過(guò)程的需要錄入電腦，直到返回辦公室之后才由紙質(zhì)記錄錄入電腦。此外，由于管片在生產(chǎn)堆放運(yùn)輸過(guò)程中存在信息獲取、數(shù)據(jù)再錄入、管片跟蹤、交付延遲或錯(cuò)誤等方面的一些問(wèn)題，導(dǎo)致勞動(dòng)力和原材料成本的浪費(fèi)。二維碼是一種很有前景的技術(shù)，可有效地用于管片堆放和運(yùn)輸數(shù)據(jù)的采集及查看。目前，RFID技術(shù)已有不少研究成果，但在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多問(wèn)題，無(wú)法在管片生產(chǎn)中進(jìn)行大規(guī)模推廣。為此本文經(jīng)過(guò)二維碼試驗(yàn)研究，提出了基于二維碼技術(shù)的管片生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

管片； 二維碼； 生產(chǎn)管理； 系統(tǒng)

1　前言

隧道襯砌環(huán)由數(shù)塊管片拼裝而成，管片是盾構(gòu)法施工中隧道結(jié)構(gòu)襯砌的主體，對(duì)于整個(gè)隧道的質(zhì)量和使用壽命起著關(guān)鍵作用。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是鋼筋混凝土管片。但是，在管片生產(chǎn)、堆放及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中依然存在著一些問(wèn)題，主要有：

(1)管片體積大，生產(chǎn)數(shù)量多，需要占用的生產(chǎn)面積大，尤其是大量管片所占用的堆放面積很大，在堆場(chǎng)數(shù)量龐大的管片中尋找所需的管片要花費(fèi)較多的時(shí)間；

(2)同一項(xiàng)目的管片會(huì)分到幾個(gè)廠家共同生產(chǎn)，導(dǎo)致管片生產(chǎn)計(jì)劃難以協(xié)調(diào)，不能很好地滿足實(shí)際施工進(jìn)度計(jì)劃的需求；

(3)管片在生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過(guò)程中，數(shù)據(jù)的采集雖也采用電腦記錄的方式，但還是先由紙質(zhì)記錄轉(zhuǎn)錄入電腦，存在多次重復(fù)錄入的問(wèn)題，在生產(chǎn)進(jìn)度管理以及管片識(shí)別、跟蹤定位方面也并未找到行之有效的解決方法。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)在建筑施工中的探索試驗(yàn)和應(yīng)用不斷加大，已有許多單位、企業(yè)研究把RFID技術(shù)應(yīng)用到建設(shè)施工中，并取得了良好的效果[2]，發(fā)現(xiàn)RFID技術(shù)在建筑施工行業(yè)能夠提高識(shí)別和定位的效率。但RFID技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用和大面積推廣上卻遇到了難題。主要問(wèn)題如下：

(1)技術(shù)成熟度不夠

由于RFID電子標(biāo)簽具有反向反射性特點(diǎn)，一些頻段電波的穿透性也很弱，使得其在金屬、液體、灰塵等物質(zhì)中干擾較大，大大影響了它的掃描和讀取。而管片作為鋼筋混凝土材料，其中含有大量的鋼筋，脫模后也要進(jìn)行蒸養(yǎng)和水養(yǎng)使之達(dá)到一定強(qiáng)度，生產(chǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)不可避免會(huì)有大量塵土，嚴(yán)重影響了RFID的使用效果；

(2)成本高

RFID標(biāo)簽相對(duì)于普通條碼標(biāo)簽價(jià)格就很高，再加上RFID發(fā)射器、讀寫器、編碼器等設(shè)備，而管片生產(chǎn)量又很大，這樣就會(huì)造成成本提高，在很大程度上降低了企業(yè)使用的積極性；

(3)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，安全性不夠強(qiáng)

RFID技術(shù)目前還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)上多種標(biāo)準(zhǔn)并存，致使不同企業(yè)產(chǎn)品的RFID標(biāo)簽互不兼容，進(jìn)而在一定程度上造成RFID技術(shù)應(yīng)用的混亂； 此外，標(biāo)簽信息容易被非法讀取和惡意篡改。

與RFID相比較，二維碼不僅成本優(yōu)勢(shì)凸顯，其與智能手機(jī)、平板等便捷式移動(dòng)設(shè)備的結(jié)合，使它的用戶體驗(yàn)和互動(dòng)性也具有更好的應(yīng)用前景。隨著3G/4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能手機(jī)和平板電腦的普及，二維碼應(yīng)用不再受到時(shí)空和硬件設(shè)備的局限，可對(duì)產(chǎn)品基本屬性、圖片、聲音、文字、指紋等數(shù)字化信息進(jìn)行編碼捆綁，適用于產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯、物流倉(cāng)儲(chǔ)、產(chǎn)品銷售以及身份、物料單據(jù)識(shí)別等。為此，本文提出了一種基于二維碼的管片信息管理系統(tǒng)，用于管片生產(chǎn)信息的采集、識(shí)別、查詢及跟蹤等，為工作人員提供一種信息分享的平臺(tái)。

2　相關(guān)研究

談?dòng)廊?、楊鼎宜等[3]介紹了我國(guó)管片的生產(chǎn)技術(shù)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合襯砌管片生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)管片生產(chǎn)工藝、技術(shù)規(guī)程等具體內(nèi)容進(jìn)行了敘述。Benjaoran和Dawoodp[4]提出了針對(duì)預(yù)制混凝土管理的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)及其對(duì)工廠資源的充分應(yīng)用。信息化可以快速地傳送各種信息，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，生產(chǎn)經(jīng)理可以通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)及時(shí)檢查預(yù)制進(jìn)度和狀態(tài)，提高了工作效率，也促進(jìn)了管理的整合，減少了不必要的費(fèi)用。開(kāi)發(fā)實(shí)施混凝土企業(yè)生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化，是加強(qiáng)企業(yè)管理、保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效方法，符合當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的需求[5]。

在建設(shè)工程中，很多研究都顯示了二維碼的潛力，比如數(shù)據(jù)錄入效率、勞動(dòng)力的管理、生產(chǎn)效率的提升、成本的節(jié)約、設(shè)備和材料的追蹤以及文件的管理等。許多研究聚焦于二維碼與其他技術(shù)的融合，Bell和Williams[7]將二維碼和GIS技術(shù)結(jié)合在一起，運(yùn)用于全州路標(biāo)的管理； Navon和Berkovich[8]將二維碼和RFID結(jié)合用于原材料管理和控制中數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集； Shehab和Moselhi[9]利用二維碼技術(shù)開(kāi)發(fā)一種用于工程交付的如圖紙、報(bào)告、說(shuō)明書(shū)等的自動(dòng)化系統(tǒng)。

3　二維碼在生產(chǎn)管片中的應(yīng)用分析

針對(duì)管片的生產(chǎn)現(xiàn)狀，通常情況下，質(zhì)檢人員要對(duì)管片各個(gè)流程環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查記錄。之后在對(duì)管片信息數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、檢查、維護(hù)和堆場(chǎng)管理過(guò)程中，甚至后期的施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的追溯過(guò)程中，常常出現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)再錄入的困擾，以及管片在堆場(chǎng)中查找、定位、運(yùn)輸?shù)牟槐?，造成勞?dòng)力和原材料成本的浪費(fèi)。此外，統(tǒng)計(jì)分析和準(zhǔn)確查詢歷史記錄也是一項(xiàng)艱巨的工作，很少有合適的信息平臺(tái)來(lái)幫助工作人員分擔(dān)檢查和查詢的任務(wù)。為此，本文利用二維碼標(biāo)簽的信息識(shí)別的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)管片生產(chǎn)管理系統(tǒng)用于管片的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸，并為之后的施工、運(yùn)維提供有效的信息數(shù)據(jù)支持。

3.1二維碼標(biāo)簽選擇與設(shè)計(jì)

在對(duì)二維碼標(biāo)簽進(jìn)行選擇時(shí)，模擬標(biāo)簽粘附在管片上的自然環(huán)境，考慮主要的影響因素，如抗腐蝕、抗高溫、抗磨損性、防水性能及粘黏度等，略去一些如空氣潮濕度、氧化、暴曬等細(xì)微復(fù)雜的條件，分別對(duì)各個(gè)標(biāo)簽廠家提供的標(biāo)簽樣品進(jìn)行試驗(yàn)比較。將標(biāo)簽樣品粘貼在混凝土試塊表面，對(duì)粘貼的各標(biāo)簽試塊進(jìn)行高溫蒸養(yǎng)、浸泡、浸水風(fēng)干、粘度測(cè)定等試驗(yàn)。最后綜合各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，選擇一種性能優(yōu)異、實(shí)用、性價(jià)比高的標(biāo)簽。ABCDE五組標(biāo)簽的試驗(yàn)結(jié)果如表1(以☆個(gè)數(shù)代表優(yōu)劣)。

表1　標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)表

ABCDE抗高溫☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆粘黏度☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆抗腐蝕性☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆脫落程度☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆抗磨損度☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所選用的二維碼標(biāo)簽在一個(gè)月的測(cè)試期內(nèi)都完好無(wú)損，從而保證了管片在28天養(yǎng)護(hù)周期結(jié)束后，標(biāo)簽依然可用。并結(jié)合管片的大小和堆放儲(chǔ)存方式及運(yùn)輸方式，考慮標(biāo)簽粘貼在管片上的位置、標(biāo)簽的尺寸、管片表面的光滑程度及實(shí)際掃描情況，設(shè)計(jì)二維碼標(biāo)簽的大小。避免二維碼標(biāo)簽粘貼的不牢固和可能發(fā)生的破損現(xiàn)象，提高掃描的成功率，也便于工作人員粘貼和掃描，如圖1所示。

3.2二維碼應(yīng)用流程

本文通過(guò)二維碼技術(shù)來(lái)進(jìn)行管片的識(shí)別和定位。所提出的基于二維碼的系統(tǒng)工作流程見(jiàn)圖2。

圖1　二維碼標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與粘貼

圖2　工作流程圖

管片的二維碼包含了大量的管片信息，包括制造單位、管片類型、原材料信息、生產(chǎn)信息(預(yù)埋件布置、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)、修補(bǔ)記錄(含照片)、責(zé)任人和質(zhì)量驗(yàn)收證明等)、生產(chǎn)日期、出廠日期、運(yùn)輸單位、交付地點(diǎn)及日期等，這些構(gòu)成了管片獨(dú)立的ID，在管片生產(chǎn)制造后，二維碼標(biāo)簽被張貼在每個(gè)管片上，在水養(yǎng)、堆放、出廠及施工時(shí)使用。工作人員可以用平板或手機(jī)掃描管片二維碼標(biāo)簽，利用該系統(tǒng)，并將此管片信息傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中，見(jiàn)圖3所示。

圖3　掃描二維碼標(biāo)簽并傳輸信息

水養(yǎng)的管片達(dá)到7天養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行齡期提醒，從而及時(shí)吊出管片，并在系統(tǒng)中顯示管片位置，確保生產(chǎn)流程順利進(jìn)行。在出廠管片管理中，工作人員通過(guò)系統(tǒng)中二維碼信息來(lái)精確定位管片在堆場(chǎng)中的準(zhǔn)確位置，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索達(dá)到養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)后的管片，從而加快管片出廠效率。由于二維碼技術(shù)快速識(shí)別的能力及快速訪問(wèn)管片信息的功能，相關(guān)人員可以通過(guò)平板或手機(jī)掃描貼在管片上的二維碼查看某個(gè)管片的信息。因此，在生產(chǎn)或施工現(xiàn)場(chǎng)，二維碼標(biāo)簽可以消除管片信息缺乏的問(wèn)題，便于管片質(zhì)量追溯，同時(shí)降低查找的難度。

4　基于二維碼技術(shù)的管片生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

4.1管片生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程剖析

管片的生產(chǎn)需要經(jīng)歷許多道工序，包括：鋼筋加工、鋼筋籠制作、模具檢查組裝、鋼模檢驗(yàn)、脫模劑噴涂、鋼筋籠及預(yù)埋件安裝、混凝土澆筑、蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模標(biāo)記、管片起吊、管片二次水養(yǎng)、管片檢查、三環(huán)預(yù)拼裝、入堆場(chǎng)倉(cāng)儲(chǔ)、管片出廠等。管片生產(chǎn)流程如圖4所示。

圖4　管片生產(chǎn)流程圖

從工作場(chǎng)地看，管片的生產(chǎn)過(guò)程分在四個(gè)不同的工作區(qū)域完成，包括鋼筋籠綁扎車間，管片生產(chǎn)車間，水養(yǎng)池和堆場(chǎng)，要發(fā)生多次位置轉(zhuǎn)移。同時(shí)，在水養(yǎng)及堆場(chǎng)堆放時(shí)，管片的量很大?？紤]到管片位置的流動(dòng)性，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用平板設(shè)備進(jìn)行信息的錄入，在管片脫模后粘貼二維碼標(biāo)簽，用平板掃描二維碼，進(jìn)行信息的采集和傳遞。通過(guò)集中式數(shù)據(jù)庫(kù)，使得施工方和運(yùn)營(yíng)方也能夠共享這些管片信息數(shù)據(jù)。管片生產(chǎn)方可以通過(guò)對(duì)管片相關(guān)數(shù)據(jù)的分析和優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)管片質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度的管理和決策，施工方和運(yùn)營(yíng)方也可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)隧道施工以及后期隧道的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)隧道全生命周期的管理。

4.2系統(tǒng)基本構(gòu)架

為此，本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)模式。基于JAVA平臺(tái)開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用Visual Studio 2013集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行平臺(tái)設(shè)計(jì)。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)則采用SQL Server來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的管理。B/S三層體系架構(gòu)模式，每一層都有其自己的職責(zé)，包括：顯示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層。

(1)顯示層(客戶端)

定義了管理和最終用戶的web界面，其中包含能夠與瀏覽器進(jìn)行交互的各類程序。用戶通過(guò)客戶端安裝的瀏覽器向Web服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)訪問(wèn)管片信息； 該部分主要實(shí)現(xiàn)計(jì)劃在線發(fā)布和生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)反饋的功能，用戶在瀏覽器中制定、選擇、查看相關(guān)計(jì)劃，擁有相應(yīng)權(quán)限的用戶可直接在該頁(yè)面上反饋管片生產(chǎn)的狀態(tài)信息，后臺(tái)自動(dòng)保存反饋信息，并根據(jù)需要更新頁(yè)面顯示。

(2)邏輯層(服務(wù)層)

主要針對(duì)業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可以理解為對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理或?qū)?shù)據(jù)層的操作。定義了各種應(yīng)用系統(tǒng)主要模塊，提供計(jì)劃管理，材料管理，生產(chǎn)管理，堆場(chǎng)管理及系統(tǒng)管理等功能。

(3)數(shù)據(jù)層

其功能主要用于存放系統(tǒng)內(nèi)所有相關(guān)管片信息數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。采用SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)集中存儲(chǔ)企業(yè)數(shù)據(jù)文檔，詳細(xì)數(shù)據(jù)和進(jìn)展數(shù)據(jù)記錄保存在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，簡(jiǎn)單的說(shuō)法就是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)表的Select(查詢)、Insert(插入)、Update(更新)、Delete(刪除)等操作，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清楚，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取快捷而有效。如圖5。

管片生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要有三個(gè)部分組成：平板電腦或手機(jī)、二維碼標(biāo)簽以及系統(tǒng)網(wǎng)站。很顯然，移動(dòng)設(shè)備和二維碼標(biāo)簽組件均在客戶端，而系統(tǒng)網(wǎng)站在服務(wù)端。管片質(zhì)檢人員所錄入的相關(guān)檢查信息記錄儲(chǔ)存在中央系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有工作人員可以通過(guò)基于其訪問(wèn)權(quán)限的中央門戶網(wǎng)站訪問(wèn)各自所需的信息。

按照用戶需求，我們將系統(tǒng)分為Web端與平板端。Web端系統(tǒng)配置于臺(tái)式或筆記本式電腦，登錄者為系統(tǒng)管理員及相關(guān)有權(quán)限的用戶。平板端系統(tǒng)配置于平板電腦，使用可移動(dòng)設(shè)備可方便質(zhì)檢員、相關(guān)負(fù)責(zé)人攜帶至生產(chǎn)車間進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，從而代替原有的紙質(zhì)報(bào)告填寫，因此平板端的系統(tǒng)模塊內(nèi)容與原本需要填寫的紙質(zhì)檢測(cè)報(bào)告完全一致。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有良好的可擴(kuò)展性和模塊化，采用多層組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靈活組裝系統(tǒng)模塊，良好的擴(kuò)展性有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)和未來(lái)的環(huán)境變化。

圖5　構(gòu)架圖

圖6　web端系統(tǒng)界面圖

5　工程應(yīng)用

某地鐵隧道工程，每環(huán)管片由一塊封頂塊、兩塊鄰接塊、兩塊標(biāo)準(zhǔn)塊、一塊拱底塊一共六塊管片組成，管片采用通縫拼裝?？偔h(huán)數(shù)近萬(wàn)環(huán)，所用管片數(shù)量極大。在此次項(xiàng)目中，我們成功地應(yīng)用了該系統(tǒng)(系統(tǒng)Web端界面如圖6)。

在系統(tǒng)中，研究以300塊管片(50環(huán)×6塊)為樣本的生產(chǎn)供應(yīng)鏈創(chuàng)建兩種模型，一種是未使用系統(tǒng)的“基本模型”時(shí)間統(tǒng)計(jì)，一種是使用二維碼系統(tǒng)的“二維碼模型”的時(shí)間統(tǒng)計(jì)，從而分析比較兩種情況的差異及使用系統(tǒng)后所帶來(lái)的改變。在研究過(guò)程中，被列入模型的活動(dòng)過(guò)程涉及管片生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)、堆放、運(yùn)輸、施工的各個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀測(cè)記錄，得出相關(guān)結(jié)果。

表2　各項(xiàng)活動(dòng)累積時(shí)間(單位：h)

活動(dòng)基本模型二維碼模型標(biāo)簽信息寫入1.202.50生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存區(qū)選擇5.000生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管片定位2.500.80生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管片識(shí)別25.004.50生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管片掃描8.501.50擴(kuò)大查找范圍55.001.00施工現(xiàn)場(chǎng)掃描讀取4.501.20施工現(xiàn)場(chǎng)檢查3.500.5給生產(chǎn)廠發(fā)送報(bào)告0.50總計(jì)105.712.0

從表2可以得出，除標(biāo)簽信息寫入環(huán)節(jié)外，所有與管片的識(shí)別、處理、定位等相關(guān)活動(dòng)環(huán)節(jié)所需的時(shí)間，“二維碼模型”比“基本模型”都有了顯著減少。因?yàn)樵谳斎牍芷嚓P(guān)生產(chǎn)信息時(shí)，“二維碼模型”寫入信息的過(guò)程需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。而在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)二維碼被用于堆場(chǎng)存儲(chǔ)時(shí)，它所花費(fèi)的時(shí)間從5個(gè)小時(shí)減少到可以忽略不計(jì)。

原因是，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，基于二維碼的管片生產(chǎn)系統(tǒng)，可以根據(jù)管片存儲(chǔ)位置和情況自動(dòng)安排空余堆區(qū)給現(xiàn)場(chǎng)工作人員。此外，系統(tǒng)在收集信息后由程序自動(dòng)分析，出現(xiàn)錯(cuò)誤而重新選擇堆區(qū)的概率大大降低，工作人員可以根據(jù)計(jì)劃立即選擇存儲(chǔ)區(qū)域，在選擇每個(gè)管片的正確存儲(chǔ)位置時(shí)沒(méi)有額外的時(shí)間花費(fèi)。而在“基本模型”中，雖然管片的位置信息也會(huì)顯示在規(guī)劃好的紙質(zhì)平面布置圖中，但每個(gè)網(wǎng)格中管片的交付日期需要人工檢查核對(duì)，以確保布局規(guī)劃的信息正確，耗時(shí)的同時(shí)不可避免人工記錄的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

還有一項(xiàng)顯著減少的活動(dòng)時(shí)間，是擴(kuò)大搜索范圍的持續(xù)時(shí)間(即，從55h減少到1h)，節(jié)省時(shí)間高達(dá)99%，這種減少，一方面是因?yàn)樵谧畛醯乃阉鲿r(shí)，管片便已被清晰定位，不需要通過(guò)擴(kuò)展搜索范圍，另一方面，在擴(kuò)展搜索階段，系統(tǒng)自動(dòng)定位能力和精確性比派工人去現(xiàn)場(chǎng)查找會(huì)大幅提高，從而大大節(jié)省時(shí)間。還有在管片識(shí)別、掃描、運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的掃描和檢查過(guò)程，所消耗的時(shí)間也都有不同程度的減少，減少比例基本達(dá)到70%以上。

表3　對(duì)于“基本模型”和“二維碼模型”各事件發(fā)生的概率(單位：%)

事件基本模型二維碼模型吊運(yùn)管片到堆場(chǎng)98.0100正確定位管片(初始查找)65.099.5擴(kuò)大查找范圍97.099.5缺失的管片0.50.1裝運(yùn)錯(cuò)誤管片2.50.2

表3結(jié)果顯示，“二維碼模型”中不正確的裝運(yùn)、識(shí)別管片的數(shù)量概率顯著減少。在堆場(chǎng)中初始搜索時(shí)，一次性正確定位管片的概率從65%增加至99.5%，而在管片出廠時(shí)，缺失管片的概率從0.5%降低至0.1%，以及可能出現(xiàn)的管片裝運(yùn)錯(cuò)誤概率也有了大幅度的降低，從2.5%降至0.2%。錯(cuò)誤的管片被運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，由于不符合當(dāng)前盾構(gòu)推進(jìn)要求或是無(wú)法正確的拼裝，是不能被采用的，這些管片會(huì)堆放在施工現(xiàn)場(chǎng)，占用本就十分緊張的施工場(chǎng)地，或可能直接被廢棄。此外，錯(cuò)誤識(shí)別和裝運(yùn)不正確導(dǎo)致的延期交貨，施工方停工的時(shí)間成本以及額外運(yùn)輸成本的浪費(fèi)。二維碼的使用，有效地杜絕了這些情況的發(fā)生。

從以上分析可以看出，在選擇堆放區(qū)域、準(zhǔn)確查找管片等過(guò)程中，運(yùn)用該系統(tǒng)顯著節(jié)省了時(shí)間； 對(duì)避免裝運(yùn)錯(cuò)誤，延期交付和額外的運(yùn)輸成本等方面也有極大地改善。

6　結(jié)論

從工程實(shí)際使用的效果來(lái)看，使用基于二維碼的管片生產(chǎn)管理系統(tǒng)的具有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)規(guī)范管片制造流程，改進(jìn)管片生產(chǎn)、出廠、運(yùn)輸方式、齡期提醒、庫(kù)存狀態(tài)、材料情況等一目了然；

(2)方便出廠管理，縮短查找管片的時(shí)間，同時(shí)，管片具有可跟蹤性，獲取及時(shí)的信息和在供應(yīng)鏈中完全的物流信息，實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間點(diǎn)的管片庫(kù)存管理，從而使得基于管片需求的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確；

(3)減少了人工操作的錯(cuò)誤，節(jié)省部分勞動(dòng)力及時(shí)間成本，節(jié)約了資金；

(4)因?yàn)楣芷a(chǎn)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)信息具有集成、管理、更新、維護(hù)以及快速檢索、調(diào)用、傳輸和分析等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)隧道工程項(xiàng)目從投資策劃、勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各階段基于BIM標(biāo)準(zhǔn)的信息傳遞和共享，滿足工程建設(shè)不同階段對(duì)質(zhì)量管控和工程進(jìn)度、投資控制的需求。此外，還可對(duì)管片生產(chǎn)進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、質(zhì)量、安全、場(chǎng)地布置等信息進(jìn)行管理和優(yōu)化，快速形成生產(chǎn)項(xiàng)目成本計(jì)劃，高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行成本預(yù)測(cè)、分析等，有效提高成本管控能力，提高管片生產(chǎn)和盾構(gòu)施工間協(xié)調(diào)工作，提升建造效率。

二維碼目前雖只用于管片生產(chǎn)和運(yùn)輸階段，在施工、運(yùn)維階段因紙質(zhì)二維碼標(biāo)簽使用周期很短，不能在隧道全生命周期中運(yùn)用，開(kāi)發(fā)能夠用于每塊管片長(zhǎng)時(shí)間使用、可嵌入的二維碼標(biāo)簽，用于施工和運(yùn)維階段，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理系統(tǒng)與隧道BIM技術(shù)集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)隧道全生命周期建設(shè)。

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Subway Segment Production Management System Design based on 2D Barcode Technology

Song Bozhou1，2，Xiong Cheng2，3，Xia Haibing4

(1.SHU-SUCGResearchCenterforBuildingIndustrialization,ShanghaiUniversity,Shanghai200072，China; 2.DepartmentofCivilEngineering,ShanghaiUniversity,Shanghai200444，China；3.ShanghaiUndergroundSpaceArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Shanghai200020，China;4.ShanghaiTunnelEngineering&RailTransitDesignandResearchInstitute,Shanghai200235，China)

Currently, in segment production plants factory, management and quality monitoring information is usually recorded with notebook in the workshop，including the number of production，inventory stock number，material quantity and quality monitoring information. Data are not typed into the computer until back to the office.Furthermore，during production, storage and transportation，there are problems like access to information，data re-entry，tracking, delivery delay and errors，resulting in a waste of labor and raw materials costs.2D barcode is a promising technology that can be effectively used for data collection and viewing during stacking and transportation. Currently，RFID technology has achieved a lot of research fruits，but meanwhile encountered many problems in practical applications， and as a result, it can’t realize large-scale promotion in the segment production.This paper studies tested two-dimensional code and proposes segment production management system based on two-dimensional code technology.

Segment； 2D Barcode； Production Management； System

上海市科委資助項(xiàng)目“預(yù)制構(gòu)件”(編號(hào)： 14DZ0510500)

宋博宙(1991-)，男，在讀碩士。主要研究方向：建筑信息化。

F273

A

1674-7461(2016)01-0022-07

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.04