基于BIM技術的智能化施工管理系統研發

王春凱

(北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司 北京 100043)

1 研究背景

目前機電類項目零施工準備期常態化，造成人工短時間內精確下料難度巨大，管路全部預制成本又過高，物資計劃落實情況得不到保障，材料到貨批次不明確，材料簽收管理存在漏洞。材料設備的訂購時間、到貨情況、安裝時間、調試情況很難進行信息數據共享。時常存在漏提計劃、計劃提交后未訂貨，工程師、施工人員不清楚物資已經到貨，貽誤了施工工期，項目領導不能準確、直觀地了解施工完成情況，特別是材料設備的安裝、調試情況。

為了解決上述問題，需要開發一套基于BIM和大數據的智能化施工管理平臺，以建筑模型數據智能優化分組為核心，根據現場實際施工區域通過將BIM模型中已有數據進行智能分組，將附帶訂購、到貨、安裝、調試等信息的物資計劃數據依次傳遞給施工管理的各個環節進行交互、反饋和使用。所有相關施工人員可根據權限設置在模型數據庫中查閱相關數據，以方便安排施工。最后利用大數據進行分析，深度發掘施工生產中可優化的資源。該系統的研發與應用可為大型機電工程建設智能化提供有益參考[1]。

2 系統設計

2.1 系統總體框架

BIM智能化施工管理系統整體采用B/S架構，兼顧桌面端。參照MVC框架結構，對整個系統的功能架構按照三個層級劃分，分別為View層、Model層和 Controller層[2－4]。

Model層主要包括數據庫物理存儲部分、數據庫訪問功能部分以及系統業務邏輯功能部分。數據庫采用SQL Server 2000管理系統，數據庫訪問接口基于兩種方式實現，分別為OLEDB身份驗證方式和ODBC數據源方式。

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技術實現。

Controller的作用是對Model容器和View容器進行調度，用以實現前端展現與后臺業務的分離，目的是保障后臺的安全性和穩定性，并保證前端呈現的簡潔與高效。Controller中間件通過Servlet技術實現，系統總體架構見圖1。

圖1 系統總體架構

綜合考慮技術架構和功能架構，業務邏輯設計和后端數據庫開發是本系統的研究重點。

2.2 物理結構設計

數據庫物理結構設計是為擬開發數據庫模型確定合理的存儲結構和存取方法，在考慮具體計算機系統(DBMS和硬件等)特點前提下，不但要讓物理數據庫盡可能少地占用存儲空間，還要讓數據庫的操作盡可能絲滑和高效[5]。

(1)確定關系模型的存儲方法

明確快速存取數據庫中數據的存儲路徑即確定了據庫的存取方法，主流的DBMS大多會提供HASH法、索引法等存取方法，而索引法視頻頻率最高。數據表中累計里程、累計懸臂、累計支架、累計接觸網出現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)確定數據庫的存儲結構

確定數據庫的存儲結構，除了常見關系、日志、備份、索引等的存儲安排及存儲結構要確定，系統存儲參數的配置也需明確。在本系統研發中，數據庫對象、日志文件、數據備份等都存儲于服務器中。

(3)確定系統存儲參數的配置

針對系統的配置參數進行物理優化。在默認狀態下，系統均為這些變量賦予了符合產品特性的初值，但是這些初值不一定適應每一種場景，在物理結構設計時，需要重新對這些變量賦值來增強系統的性能。本研發系統中配置變量包括:同時使用數據庫的用戶數、使用的緩沖區長度及個數、數據庫的大小、索引文件的大小等。

2.3 安全保密設計

傳輸泄密是主要的泄密途徑，為防止傳輸通道中的數據被抓包分析，系統需采用加密傳輸。攻擊方需要同時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，攻擊方沒有數據加密算法情況下，想用暴力破解幾乎不可能。

此外，數據庫中文件還采用了不同種類的加密方式，規避了攻擊方通過文件比對方式破解加密算法。

3 系統功能設計

3.1 適用范圍

該系統適用于各種工程項目的BIM智能化施工管理。

3.2 工作原理

以建筑模型數據智能優化分組為核心，根據現場實際施工區域通過將BIM模型中已有數據進行智能分組，模型生成明細表后根據使用者的需求，選擇部分字段進行分組，并生成構件識別碼(用于表格再次導入時進行識別處理)。導入表格后，可根據表中共享參數對構件進行過濾，高亮后可從模型上直觀展現構件所處階段(如已提計劃、已到貨、已安裝、已調試等)[6－8]。

(1)智能分組:模型生成明細表后根據使用者的需求，選擇部分字段進行分組。例如構件長度這一項需要智能分組，分組條件為通過設定長度的上限、下限，把滿足要求的一組構件數據歸類至一組中(一組構件的長度總和介于所述“設定長度的上限及下限”)，同時對相應組別構件編入預制組別序號，在明細表中顯示。在明細表中單擊“在模型中高亮顯示”按鈕，自動打開樓層三維視圖，并查看可鏈接相應構件位置。例如:單擊“智能分組”按鈕→設定分組的長度上限、下限和標準(上限6 m、下限0.5 m、標準6 m)→自動按照材料名稱排列，同時按照相同材料名稱中的規格型號進行排列，同時按照已設定的長度將滿足設定要求的構件(同種材料、同種規格下)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，可以按照標準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)。組內分段數量取[(長度上限－長度下限)/長度下限]/2的整數部分。

(2)添加構件ID:結合預制組別、到貨批次等信息生成帶前綴或后綴的構件ID，示例見圖2。

圖2 模型構件反查界面示例

(3)階段所處相位可過濾:導入已經編輯好數據的表格含有“階段”字段(如已提計劃、已到貨、已安裝、已調試等相位)，該功能可選擇一種或者幾種階段進行過濾操作，過濾出相應階段的構件呈現高亮狀態，示例見圖3。

圖3 模型反查構件高亮顯示

(4)將附帶訂購、到貨、安裝、調試等信息的物資計劃數據依次傳遞給施工管理的各個環節進行交互、反饋和使用。所有相關施工人員可根據權限設置在模型數據庫中查閱相關數據，以方便安排施工。最后利用大數據進行分析，深度發掘施工生產中可優化的資源。

4 系統價值

(1)本智能化施工管理平臺能做到智能精細化管理，不僅能使材料利用率最大化，還可兌現倒逼機制，使得有關人員對工藝和規范更加熟悉、對現場更加了解[9－10]。

(2)智能分組能減輕工程師分區域提材料計劃的勞動強度，同時可增加材料計劃跟現場施工的契合度。平臺能準確對每批材料進行跟蹤，哪些材料已提材料計劃及時間、是否到貨等信息一目了然，減少了大量清點材料的工作強度，解放了生產力。

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

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

(5)附帶訂購、到貨、安裝、調試等信息的物資計劃數據能夠依次傳遞給施工管理的各個環節進行交互、反饋和使用。使得相關施工人員可根據各自權限在模型數據庫中查閱相關數據，方便了施工安排。大數據分析能夠深度發掘施工生產中可優化的資源。

(6)簡單易用，圖形化操作界面對用戶更加友好和直觀，使用簡單、易于認識和掌握。

(7)平臺提供規范的數據接口，可以實現各種數據的導入導出，體現了系統的開放性和靈活性。

(8)平臺利用B/S架構，模型通過revit server進行中心模型維護，多個地區的局域網可同時進行訪問。

5 結束語

BIM智能化施工管理系統是數字化、智能化時代下應運而生的產物，該系統的應用能顯著提高機電工程建設的數據整合能力、管理運行效率和生產資料利用率[11－12]。

該系統在城市軌道交通工程、高速鐵路工程等施工領域都具有很強的推廣前景。同時，該系統可作為未來智慧工程的一環，隨著新技術的出現，可促進工程智能化的進一步發展。