王春凱

(北京中鐵建電氣化設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100043)

1 研究背景

目前機(jī)電類項(xiàng)目零施工準(zhǔn)備期常態(tài)化，造成人工短時(shí)間內(nèi)精確下料難度巨大，管路全部預(yù)制成本又過高，物資計(jì)劃落實(shí)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(shè)備的訂購時(shí)間、到貨情況、安裝時(shí)間、調(diào)試情況很難進(jìn)行信息數(shù)據(jù)共享。時(shí)常存在漏提計(jì)劃、計(jì)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(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)不能準(zhǔn)確、直觀地了解施工完成情況，特別是材料設(shè)備的安裝、調(diào)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(tái)，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(shí)際施工區(qū)域通過將BIM模型中已有數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分組，將附帶訂購、到貨、安裝、調(diào)試等信息的物資計(jì)劃數(shù)據(jù)依次傳遞給施工管理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行交互、反饋和使用。所有相關(guān)施工人員可根據(jù)權(quán)限設(shè)置在模型數(shù)據(jù)庫中查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，以方便安排施工。最后利用大數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)用可為大型機(jī)電工程建設(shè)智能化提供有益參考[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(gòu)，兼顧桌面端。參照MVC框架結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能架構(gòu)按照三個(gè)層級(jí)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(chǔ)部分、數(shù)據(jù)庫訪問功能部分以及系統(tǒng)業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)，分別為OLEDB身份驗(yàn)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(shù)實(shí)現(xiàn)。

Controller的作用是對(duì)Model容器和View容器進(jìn)行調(diào)度，用以實(shí)現(xiàn)前端展現(xiàn)與后臺(tái)業(yè)務(wù)的分離，目的是保障后臺(tái)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(shù)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

綜合考慮技術(shù)架構(gòu)和功能架構(gòu)，業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)和后端數(shù)據(jù)庫開發(fā)是本系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。

2.2 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為擬開發(fā)數(shù)據(jù)庫模型確定合理的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法，在考慮具體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(DBMS和硬件等)特點(diǎn)前提下，不但要讓物理數(shù)據(jù)庫盡可能少地占用存儲(chǔ)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(guān)系模型的存儲(chǔ)方法

明確快速存取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)路徑即確定了據(jù)庫的存取方法，主流的DBMS大多會(huì)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(jì)里程、累計(jì)懸臂、累計(jì)支架、累計(jì)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(chǔ)結(jié)構(gòu)

確定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，除了常見關(guān)系、日志、備份、索引等的存儲(chǔ)安排及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)要確定，系統(tǒng)存儲(chǔ)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(duì)象、日志文件、數(shù)據(jù)備份等都存儲(chǔ)于服務(wù)器中。

(3)確定系統(tǒng)存儲(chǔ)參數(shù)的配置

針對(duì)系統(tǒng)的配置參數(shù)進(jìn)行物理優(yōu)化。在默認(rèn)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(yīng)每一種場景，在物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重新對(duì)這些變量賦值來增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。本研發(fā)系統(tǒng)中配置變量包括:同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù)、使用的緩沖區(qū)長度及個(gè)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(shè)計(jì)

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(shí)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(duì)方式破解加密算法。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 適用范圍

該系統(tǒng)適用于各種工程項(xiàng)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(shí)際施工區(qū)域通過將BIM模型中已有數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分組，模型生成明細(xì)表后根據(jù)使用者的需求，選擇部分字段進(jìn)行分組，并生成構(gòu)件識(shí)別碼(用于表格再次導(dǎo)入時(shí)進(jìn)行識(shí)別處理)。導(dǎo)入表格后，可根據(jù)表中共享參數(shù)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行過濾，高亮后可從模型上直觀展現(xiàn)構(gòu)件所處階段(如已提計(jì)劃、已到貨、已安裝、已調(diào)試等)[6－8]。

(1)智能分組:模型生成明細(xì)表后根據(jù)使用者的需求，選擇部分字段進(jìn)行分組。例如構(gòu)件長度這一項(xiàng)需要智能分組，分組條件為通過設(shè)定長度的上限、下限，把滿足要求的一組構(gòu)件數(shù)據(jù)歸類至一組中(一組構(gòu)件的長度總和介于所述“設(shè)定長度的上限及下限”)，同時(shí)對(duì)相應(yīng)組別構(gòu)件編入預(yù)制組別序號(hào)，在明細(xì)表中顯示。在明細(xì)表中單擊“在模型中高亮顯示”按鈕，自動(dòng)打開樓層三維視圖，并查看可鏈接相應(yīng)構(gòu)件位置。例如:單擊“智能分組”按鈕→設(shè)定分組的長度上限、下限和標(biāo)準(zhǔn)(上限6 m、下限0.5 m、標(biāo)準(zhǔn)6 m)→自動(dòng)按照材料名稱排列，同時(shí)按照相同材料名稱中的規(guī)格型號(hào)進(jìn)行排列，同時(shí)按照已設(shè)定的長度將滿足設(shè)定要求的構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(gòu)件ID:結(jié)合預(yù)制組別、到貨批次等信息生成帶前綴或后綴的構(gòu)件ID，示例見圖2。

圖2 模型構(gòu)件反查界面示例

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

圖3 模型反查構(gòu)件高亮顯示

(4)將附帶訂購、到貨、安裝、調(diào)試等信息的物資計(jì)劃數(shù)據(jù)依次傳遞給施工管理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行交互、反饋和使用。所有相關(guān)施工人員可根據(jù)權(quán)限設(shè)置在模型數(shù)據(jù)庫中查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，以方便安排施工。最后利用大數(shù)據(jù)進(jìn)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(jià)值

(1)本智能化施工管理平臺(tái)能做到智能精細(xì)化管理，不僅能使材料利用率最大化，還可兌現(xiàn)倒逼機(jī)制，使得有關(guān)人員對(duì)工藝和規(guī)范更加熟悉、對(duì)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(jì)劃的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可增加材料計(jì)劃跟現(xiàn)場施工的契合度。平臺(tái)能準(zhǔn)確對(duì)每批材料進(jìn)行跟蹤，哪些材料已提材料計(jì)劃及時(shí)間、是否到貨等信息一目了然，減少了大量清點(diǎn)材料的工作強(qiáng)度，解放了生產(chǎn)力。

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

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

(5)附帶訂購、到貨、安裝、調(diào)試等信息的物資計(jì)劃數(shù)據(jù)能夠依次傳遞給施工管理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行交互、反饋和使用。使得相關(guān)施工人員可根據(jù)各自權(quán)限在模型數(shù)據(jù)庫中查閱相關(guān)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(duì)用戶更加友好和直觀，使用簡單、易于認(rèn)識(shí)和掌握。

(7)平臺(tái)提供規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，體現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性和靈活性。

(8)平臺(tái)利用B/S架構(gòu)，模型通過revit server進(jìn)行中心模型維護(hù)，多個(gè)地區(qū)的局域網(wǎng)可同時(shí)進(jìn)行訪問。

5 結(jié)束語

BIM智能化施工管理系統(tǒng)是數(shù)字化、智能化時(shí)代下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，該系統(tǒng)的應(yīng)用能顯著提高機(jī)電工程建設(shè)的數(shù)據(jù)整合能力、管理運(yùn)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(lǐng)域都具有很強(qiáng)的推廣前景。同時(shí)，該系統(tǒng)可作為未來智慧工程的一環(huán)，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，可促進(jìn)工程智能化的進(jìn)一步發(fā)展。