陳一榮,唐紅艷,韋遠露,杜 凱

(1.廣西計算中心有限責任公司,廣西 南寧 530022;2.長安大學,陜西 西安 710061)

0 引言

信息化時代,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度加快,公路建設(shè)項目復(fù)雜度和質(zhì)量訴求不斷增加,給預(yù)制梁場生產(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)制梁在梁場內(nèi)預(yù)制易于實現(xiàn)節(jié)段梁質(zhì)量控制,有利于減少施工過程對交通和環(huán)境的影響,縮短工期和節(jié)約施工成本。但在實際生產(chǎn)施工過程中,預(yù)制梁場生產(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)制梁場生產(chǎn)管理水平,構(gòu)建信息化管理系統(tǒng),對制梁過程進行智能化改造和信息化管理是必然趨勢[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]。

本文分析了梁場管理存在的問題,設(shè)計出一套智能梁場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,對預(yù)制梁的生產(chǎn)全過程進行信息化智慧管理,對廠區(qū)現(xiàn)狀進行三維全貌展示。該系統(tǒng)使梁場管理標準化、規(guī)范化、精細化、科學化,實現(xiàn)“規(guī)范生產(chǎn)、管控質(zhì)量、輔助決策”三大目標,助力企業(yè)提質(zhì)增效,升級管理水平。

1 傳統(tǒng)梁場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)計劃,發(fā)布排產(chǎn)任務(wù)后,各施工單位接收任務(wù)進行施工。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)報表等依賴手動采集、手工處理,效率低下,實時性、準確性得不到保證。

(3)預(yù)制梁生產(chǎn)過程情況數(shù)據(jù)不能及時更新,現(xiàn)場工裝、設(shè)備得不到統(tǒng)一調(diào)度,管理人員不能及時全面掌握現(xiàn)場情況,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)管理三個方面對所要構(gòu)建的智能梁場生產(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)要提供實時準確的生產(chǎn)信息,確保對預(yù)制梁生產(chǎn)、運輸、施工情況進行整體把控。

施工生產(chǎn)方面:施工人員接到生產(chǎn)任務(wù)后,除了要隨時查看下發(fā)的生產(chǎn)計劃,還要便于隨時填報工序完成情況,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“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、試塊抗壓強度、張拉、孔道壓漿等試驗數(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)層負責存儲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)控數(shù)據(jù),并可以與數(shù)據(jù)庫進行交互,對數(shù)據(jù)進行增刪改查等操作。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)用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查看和填報,以及各種計劃的安排和管理。

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)、易擴展的優(yōu)勢,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APP應(yīng)用。

系統(tǒng)采用云服務(wù)方式進行集中部署,現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集服務(wù)采用主動調(diào)取或被動接收方式,實時采集智能設(shè)備的多源異構(gòu)數(shù)據(jù),最終匯集進核心數(shù)據(jù)庫。

3 重要功能設(shè)計

3.1 三維BIM場景+生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時顯示

借助BIM技術(shù),將工裝、設(shè)備、人員、半成品等構(gòu)件模型準確定位,與現(xiàn)實梁場實物形成映射,將生產(chǎn)數(shù)據(jù)與臺座、工序、設(shè)備模型掛接,最終實現(xiàn)預(yù)制梁場監(jiān)管的三維可視化呈現(xiàn),實時查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息,經(jīng)數(shù)據(jù)匯總分析后用于生產(chǎn)管理,與施工進度鏈接協(xié)同指揮、可視化監(jiān)管,實時動態(tài)掌握現(xiàn)場預(yù)制梁生產(chǎn)進展實況。

該項功能結(jié)合BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能分析算法,從全貌到細節(jié),全方位實時呈現(xiàn)預(yù)制梁場生產(chǎn)現(xiàn)場情況,生產(chǎn)進度各項數(shù)據(jù)一目了然,協(xié)調(diào)施工進度、質(zhì)量、安全、勞務(wù)、物料等各個環(huán)節(jié)精細化管理,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),利用移動端的便攜性和二維碼技術(shù)的快捷性,用手機掃描二維碼查看和填報制梁設(shè)備與梁片相關(guān)信息的方式替代傳統(tǒng)的手工記錄,實現(xiàn)對預(yù)制梁的生產(chǎn)信息錄入和質(zhì)量檢驗信息錄入,有效提高信息采集效率和保證信息的實時性。有了該技術(shù),作業(yè)人員可以利用手機快速實現(xiàn)任務(wù)下發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)檢、查詢、管理等功能。通過使用移動端APP進行“掃一掃”一鍵操作,掃描現(xiàn)場梁/臺座二維碼信息,快速進入工序生產(chǎn)界面,實現(xiàn)工序生產(chǎn)內(nèi)部自動流轉(zhuǎn)。工序生產(chǎn)完成后,質(zhì)檢人員需要對該工序質(zhì)量的控制點進行檢查,并根據(jù)每道工序檢驗標準自動形成檢驗數(shù)據(jù),在系統(tǒng)內(nèi)生成檢驗質(zhì)量驗收記錄,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)則為每一個預(yù)制梁生成獨有的編號,用來作為預(yù)制梁的標識。本文使用“梁場編號—橋梁編號—路幅—起點墩號—終點墩號”設(shè)計預(yù)制梁編號,通過登錄移動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)量檢驗信息。

4 平臺終端的模塊劃分

智慧梁場管理系統(tǒng)分為網(wǎng)頁終端和移動終端。

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、計劃管理、生產(chǎn)管理、查詢統(tǒng)計、信息管理、設(shè)備控制、后臺管理十個模塊。數(shù)據(jù)看板又稱為領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙,就是BIM三維模型的梁場全景終端信息展示,包括生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備監(jiān)測和視頻監(jiān)控三個模塊。網(wǎng)頁終端功能劃分如圖2所示。

圖2 智慧梁場管理系統(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

主要對梁場鋼筋綁扎胎具、制梁臺座、存梁臺座信息進行增刪改查的操作。系統(tǒng)自動為臺座生成二維碼,現(xiàn)場用戶通過手機對臺座掃碼即可進行梁生產(chǎn)工序進展信息的填報。

4.1.1.2 設(shè)備管理維護管理

主要維護現(xiàn)場機械設(shè)備相關(guān)信息,為設(shè)備維護電子檔案,上傳設(shè)備維護記錄、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,手機掃描二維碼即可查閱設(shè)備信息,維護設(shè)備狀態(tài)。

4.1.1.3 設(shè)計圖紙

主要實現(xiàn)為預(yù)制梁提供關(guān)聯(lián)的圖紙,并在平臺中顯示圖紙構(gòu)件類型以及圖紙的實際圖號,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,同時為各種物資設(shè)置物資預(yù)警閾值,當物資不足時提示采購員及時采購。

4.1.1.5 物資入庫

主要作為物資管理的補充,提供生產(chǎn)資料入庫的基本信息,包括入庫編號、批號、時間、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)隊伍、班組長、聯(lián)系方式、成員數(shù)等。

4.1.2 預(yù)制梁管理

主要對預(yù)制梁清單進行管理。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),形成制梁計劃的數(shù)據(jù)來源。系統(tǒng)自動將梁片數(shù)據(jù)與對應(yīng)橋梁、對應(yīng)項目進行關(guān)聯(lián),形成一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈。

4.1.3 工序管理

為實現(xiàn)梁場工藝規(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)標準施工工序,提取工序字典,關(guān)聯(lián)工序允許誤差、預(yù)計耗時、相關(guān)負責人等參數(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,按照標準施工順序,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 計劃管理

主要是對生產(chǎn)計劃進行制定、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)場施工情況及施工進度,制定月、周生產(chǎn)梁片計劃,并進行批量排產(chǎn)發(fā)布。計劃制定的關(guān)鍵步驟會自動推送提醒消息到相關(guān)人員。系統(tǒng)根據(jù)工序模板、臺座信息等數(shù)據(jù)進行智能排產(chǎn)及智能臺座調(diào)度,協(xié)助用戶生成最優(yōu)梁場生產(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險。

4.1.5 生產(chǎn)管理

主要通過算法自動分析預(yù)制梁計劃相關(guān)、預(yù)制梁任務(wù)超時相關(guān)、臺座占用超時相關(guān)、任務(wù)啟動結(jié)束相關(guān)預(yù)警提示信息,自動推送到相關(guān)人員的網(wǎng)頁端和移動端。

4.1.6 查詢統(tǒng)計

主要通過所收集到的數(shù)據(jù)進行工序?qū)Ρ取⒅屏哼M度差異分析、生產(chǎn)循跡、單榀梁對比分析,并且可以查看物資臺賬與制梁臺賬。

4.1.7 信息管理

主要用于管理和發(fā)布手機端的通知信息。

4.1.8 設(shè)備控制

主要通過自動獲取預(yù)制梁生產(chǎn)過程中的實測數(shù)據(jù),如預(yù)制梁生產(chǎn)中涉及的孔道壓漿的進漿料與返漿量,預(yù)應(yīng)力張拉的張拉力與油壓等試驗數(shù)據(jù),通過相應(yīng)業(yè)務(wù)接口連接數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與共享,實時監(jiān)控預(yù)制梁質(zhì)量情況。數(shù)據(jù)收集完成系統(tǒng)將自動生成電子報表,實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔。

4.2 系統(tǒng)移動終端功能模塊

移動終端主要分為工作模塊、消息模塊、個人模塊三個模塊。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)計調(diào)查包括計劃查詢、總?cè)蝿?wù)統(tǒng)計、工序?qū)Ρ?、生產(chǎn)循跡、工序統(tǒng)計等。系統(tǒng)移動端主界面如圖3所示。

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

現(xiàn)場施工人員可以通過掃描設(shè)備、臺座、預(yù)制梁等制梁資源上二維碼進行信息查看和數(shù)據(jù)填報,便于現(xiàn)場數(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)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與智能監(jiān)測數(shù)據(jù)有出入時,可及時聯(lián)系維修人員進行糾正。

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)建了梁場智能信息生產(chǎn)管理系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)設(shè)計方案與模塊組成,總結(jié)并分析了關(guān)鍵技術(shù)。該信息系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)施工和管理上的不足和短板,提升了梁場生產(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,實現(xiàn)預(yù)制梁施工體系現(xiàn)代化、信息化管理,對預(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,真正實現(xiàn)梁場信息化。