基于BIM的工廠建設項目設備數據采集技術研究

關俊濤，丁金聽，楊建光

(1.機械工業第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092)

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基于BIM的工廠建設項目設備數據采集技術研究

關俊濤1，2，丁金聽1，楊建光1

(1.機械工業第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092)

針對傳統工程管理方式中存在的設備到貨進度、安裝進度和質量管理等信息化水平較低的現狀，將BIM技術和二維碼技術應用于工廠建設項目的設備管理。提出工程參建各方共同參與的設備數據采集方案，開發設備數據采集系統輔助開展項目管理工作。以某卷煙廠技術改造項目為例，在設備進場、安裝和驗交等環節，利用數據采集系統進行了設備數據采集、狀態跟蹤和檢查確認等施工管理工作，集成了工廠設計和建造階段的設備信息，提高了工廠建設的透明度，為工廠的一體化、數字化移交奠定了基礎。

BIM二維碼；數據采集；分類編碼

目前，“數字化工廠”已成為現代工業領域的研究焦點，其中工廠的數字化工作是必不可少的條件[1-2]。工廠數字化涉及工廠的全生命周期，應不斷收集、管理和重復利用各個階段的數字化信息，為各種管理信息系統的實施提供數據基礎。特別是工廠中的設備，具有種類多、專業性強、價值高、資金比重大和管理難度大等特點，是工廠數字化工作的重點。

隨著信息技術在工程建設領域的應用，BIM(BuildingInformationModeling)技術以其貫穿全生命周期信息的理念獲得了國內外的廣泛認可[3]。由于全部信息都基于同一個中心數據庫，可保證信息的一致性、準確性、完整性和實時性[4]。以BIM模型為載體，通過設備BIM設計編號逐步收集和管理工廠設計及建設過程中設備的各種相關信息，是實現工廠設備數字化的有效途徑。

二維碼技術將符號編碼、自動識別、數據采集、自動錄入、快速處理和信息存儲等技術融為一體，能夠有效解決物品管理領域大量數據的采集與自動錄入問題，已廣泛地應用于商業、金融、物流交通、醫療、制造和倉儲等行業[5]。將二維碼技術引入工程建設領域，可以對工程管理提供極大便利，在技術、安全、生產和質量監督等工程建設日常管理中具有廣闊的應用前景[6]。

本文提出基于BIM模型的工廠建設項目設備數據采集解決方案，并在某卷煙廠技術改造中進行應用，驗證提出方案的可行性和有效性。

1　設備數據采集技術方案

為使工程參建各方能夠及時了解和監督設備從設計、采購到安裝、驗收的各個環節信息，保證設備數據采集過程中各個環節不脫節，制定了建設項目設備數據采集方案(見圖1)。

圖1　建設項目設備數據采集方案

為實現工廠建設項目中設備數據的可追溯，提高設備數據采集的效率，在設備進場及安裝驗收中采用二維碼技術。各參建單位合理分工，共同完成設備數據的采集工作。業主單位負責制定設備數據采集實施細則及實施過程中的各種驗證、確認工作；BIM咨詢單位負責編制二維碼應用實施方案，對BIM模型中的設備進行分類編碼，提供需要進行數據采集的設備編碼清單，開發配套的數據采集應用軟件；總包單位負責配置二維碼制作和使用的相關設備，根據BIM咨詢單位提供的設備編碼清單，制作并分發二維碼給相應的專業分包或設備供應商；各專業分包或設備供應商負責提供業主要求的供應設備主要參數信息，在設備進場時標示二維碼并進行設備安裝、調試工作；監理單位負責設備進場時二維碼標示、電子文件驗收登記、設備系統驗收登記及資料上傳工作。

設備數據采集的內容分為數據、電子掃描件和電子版文件資料三大類。數據應包含設備清單(設計圖樣編號、BIM設計編號)、附件清單及設備主要參數等；電子掃描件應包含設備合格證、測試報告和驗收單等掃描文件；電子版文件資料應包含設備手冊、使用說明書、柜內布置圖和原理圖等。

2　二維碼編碼規范

2.1二維碼技術優勢

二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面(二維方向上)分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的一種條碼。與一維碼技術相比，其具有信息容量大、可加密和抗污等優點；與射頻技術相比，其具有制作簡單和成本低等優點。

由于在工廠建設過程中，存在設備存放環境粉塵大、工廠建設成本受限制等實際問題，選用抗污、高性價比的二維碼實施方案是企業進行大規模信息自動采集的首選。

2.2二維碼規格

1)二維碼尺寸規格為3.5cm×3.5cm(可容納不少于300個中文字節)，材質選用艾利亞銀PET材料，打印圖案清晰完整。

2)可粘貼在設備表面上的二維碼，通過手持式二維碼掃描設備(如智能手機、平板電腦)在無網絡連接的情況下直接讀取，顯示二維碼內的信息。

3)對于粘貼面積較小的設備，提供尺寸規格較小的二維碼，二維碼內的信息僅為“網址鏈接地址”，在連接網絡的情況下進入該地址，查詢設備相關信息。

2.3二維碼組成

二維碼包含標識碼及設備信息等2部分內容。標識碼位于二維碼讀取信息的首行，與工廠BIM模型中設備BIM設計編號一致。作為設備在項目中的唯一標識，實現設備實物與BIM模型中設備的一一對應。設備信息應包含安裝地點、設備型號、設備名稱、生產廠家、生產日期、出廠編號、外形尺寸和主要技術參數等。工作人員在現場使用手持設備掃描設備二維碼時，設備的相關信息會立刻呈現給用戶，便于開展設備的登記、驗收工作。某設備的二維碼及包含信息見表1。

表1　某設備的二維碼及包含信息

2.4BIM設計編號規則

工廠BIM模型中設備設計編號由空間位置碼和專業設計碼等2段組成，中間以“#”連接。空間位置碼由子項代碼、分區代碼、樓層代碼和房間代碼組成；專業設計碼由專業系統代碼、設備代碼(流水號)組成。例如“301-1-1-30#22DQ-PD002”表示301子項(動力中心)1分區1樓層第30個房間電氣專業配電系統第2個配電柜。在實際應用中各碼段位數可靈活擴充，也可增加碼段補充其他信息，但應在編碼指導書中進行說明。

3　設備數據采集系統設計

3.1系統功能模塊劃分

本系統用于滿足工廠建設過程中設備數據采集有關的一系列需求，分為合同管理、招標設備清單數據采集和主要設備驗收數據采集等模塊，每個模塊下又包含若干個子功能模塊。

3.2系統平臺

由于設備數據采集系統的使用人員較為固定，工廠建設項目中需要采集數據的設備數目龐大，為提高工作效率，本系統采用C/S(客戶端/服務器)架構設計。PC客戶端支持MicrosoftWindows7以上操作系統。移動終端支持Android4.4.3、IOS7及以上系統版本，具備WIFI無線上網功能和4G/3G網絡功能，支持802.11b/g/n無線協議。

3.3設備數據采集流程

需要采集、驗收、查詢設備的信息和狀態時，用戶使用移動終端(需要預先下載安裝Android或IOS客戶端)登陸數據采集系統，從服務器下載設備信息數據；掃描設備上粘附的二維碼，驗證二維碼信息是否同數據庫信息一致，是否與設備實際情況相符；二維碼信息驗證通過后，在移動終端上進行確認操作，如果二維碼信息與數據庫或設備實際情況不符合，即拒絕進行驗證工作，將問題提交至相關部門處理；驗收工作完成后將數據上傳至服務器，更新設備狀態；項目各參與方可通過PC客戶端或移動終端查詢設備的相關信息及狀態。

4　設備數據采集系統應用實例

基于BIM的工廠建設項目設備數據采集系統已成功應用于某卷煙廠制絲生產線技術改造項目。設備數據采集系統的PC端界面和移動端界面分別如圖2、圖3所示。PC端軟件功能齊全，可過濾、查詢及顯示設備的BIM設計編號和狀態信息，并查看合同、設備參數、附屬設備和隨機附件等其他相關信息。移動端軟件可在現場對設備狀態進行檢查確認并與數據庫同步，同時也可以過濾及查詢設備的各種信息及狀態。

設備數據采集系統的應用達到了如下目標：1)實現了工廠建設過程中設備狀態信息的實時跟蹤；2)將工廠設計階段與建設階段的設備信息通過BIM設計編號進行關聯，形成了準確、完整的工廠設備信息數據庫。

圖2　設備數據采集系統PC端應用實例

5　結語

本文提出了一種基于BIM的工廠建設項目設備數據采集解決方案，并開發了配套的應用軟件。開發的設備數據采集軟件在某卷煙廠技術改造中進行應用，能夠采集和查詢設備的信息及狀態。將設備信息數據庫同工廠BIM模型進行關聯，能夠為工廠運營階段設備的運營維護提供有力支撐。

[1]黃騰輝, 孫紹泉, 彭寧濤, 等.DELMIA軟件在數字化工廠中的應用[J]. 機械工程與自動化, 2015(3):220-222.

[2]付百川, 李仰東, 武殿梁, 等. 面向生產系統規劃的數字化工廠仿真應用研究[J]. 現代涂料與涂裝, 2012,15(7):6-13.

[3]修龍, 趙昕.BIM-建筑設計與施工的又一次革命性挑戰[J]. 施工技術, 2013,42(11):1-4.

[4]聶瑞.BIM數字技術在建筑行業中的應用分析[J]. 新技術新工藝, 2015(7):93-95.

[5]楊捷. 基于二維碼的礦山設備備件管理系統[J]. 西安科技大學學報, 2014,34(1):104-108.

[6]張濤, 李力, 高衛平, 等. 基于二維碼技術的質量追溯系統在建筑工程中的探索與實施[J]. 建筑安全, 2015,30(5):13-15.

責任編輯鄭練

ResearchonBIM-basedEquipmentDataAcquisitionTechnologyinPlantConstructionProject

GUANJuntao1,2,DINGJinting1,YANGJianguang1

(1.SIPPREngineeringGroupCo.,Ltd.,Zhengzhou450007,China; 2.SchoolofEconomicsandManagement,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Thereislowerinformatizationlevelonequipmentarrivalprogress,installationprogressandqualitymanagementinthetraditionalprojectmanagementmethods.Inordertosolvetheseproblems,anequipmentdataacquisitionsystembasedonBIMandtwo-dimensionalcodetechnologyisdeveloped.Theequipmentdataacquisitionprogramwhichinvolvedalltheparticipantsintheprojectisproposed.Theequipmentdataacquisitionsystemisdevelopedtoassisttheprojectmanagement.Intheaspectsofequipmentarrival,installationandinspectionetc.,datacollection,equipmenttrackingandotherconstructionmanagementworkiscarriedoutinacigarettefactorytechnologicaltransformationproject.Equipmentinformationduringthedesignandconstructionstageisintegratedthatimprovesthetransparencyofplantconstructionandlaidsolidfoundationforintegraldigitaltransferofthefactory.

BIMtwo-dimensionalcode,dataacquisition,classifyingandcoding

TP391.7

A

關俊濤(1983-)，男，博士后，工程師，主要從事數字化工廠、信息分類與編碼技術等方面的研究。

2016-01-08