基于BIM的智慧梁場信息管理系統的設計與實現

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,我國基礎設施建設速度加快,公路建設項目復雜度和質量訴求不斷增加,給預制梁場生產建設提出了新的要求。目前,我國的公路橋梁建設一般采用節段梁預制拼裝技術,相比傳統的橋梁現澆技術,預制梁在梁場內預制易于實現節段梁質量控制,有利于減少施工過程對交通和環境的影響,縮短工期和節約施工成本。但在實際生產施工過程中,預制梁場生產管理存在智能化程度低、耗能高、可視化不好、安全質量不易得到保證等問題[1]。為提升預制梁場生產管理水平,構建信息化管理系統,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]。快速發展的物聯網技術和BIM技術為公路施工建設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,設計出一套智能梁場BIM協同管理系統,通過BIM技術和物聯網等技術的綜合應用,對預制梁的生產全過程進行信息化智慧管理,對廠區現狀進行三維全貌展示。該系統使梁場管理標準化、規范化、精細化、科學化,實現“規范生產、管控質量、輔助決策”三大目標,助力企業提質增效,升級管理水平。

1 傳統梁場管理存在的問題和需求分析

預制梁的生產先由管理員制定生產計劃,發布排產任務后,各施工單位接收任務進行施工。施工過程中,預制梁的所有質量信息與生產信息經過收集匯總,接受管理員的統一監控。

傳統預制梁場生產管理有以下幾方面問題:

(1)預制梁生產工序沒有統一流程,生產過程管控不細致,數據無存留,問題難追蹤。

(2)業務數據、生產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)預制梁生產過程情況數據不能及時更新,現場工裝、設備得不到統一調度,管理人員不能及時全面掌握現場情況,決策效率低下。

(4)業務數據無法有效關聯、流轉,信息無法互聯互通、協同共享,生產效率低下。

(5)數據展示匯報不夠直觀。

現從管理調配、施工生產和數據管理三個方面對所要構建的智能梁場生產管理系統做需求分析:

管理調配方面:由于預制梁類型多,生產工藝復雜、工序環節繁瑣,加之參建單位數量眾多,管理要素繁雜,因此在信息化管理系統中,管理層需要得到各方面數據的條理化、整體化呈現,系統要提供實時準確的生產信息,確保對預制梁生產、運輸、施工情況進行整體把控。

施工生產方面:施工人員接到生產任務后,除了要隨時查看下發的生產計劃,還要便于隨時填報工序完成情況,提高預制梁生產工序信息的內部流轉速度,并讓施工現場“無紙化”。

數據處理方面:要全面管理預制構件在生產中的原材料、試塊抗壓強度、張拉、孔道壓漿等試驗數據信息,做到質量可控、數據可溯,各環節全面協同,降低資源消耗。

2 系統架構

為解決以上問題,以BIM和物聯網技術構建信息化管理系統。智慧梁場信息化管理系統的總體架構采用分層模式,分別是應用層、交互層、數據層,如圖1所示。

數據層負責存儲和管理制梁過程中產生的各種數據,包括BIM模型和監控數據,并可以與數據庫進行交互,對數據進行增刪改查等操作。交互層將應用層用戶操作所產生的請求與各種接口建立聯系,從而與數據庫產生連接,實現數據庫更改。系統最上層是應用層,用戶在應用層實現數據的查看和填報,以及各種計劃的安排和管理。

圖1 系統總體架構圖

本文用Revit[6]搭建BIM模型,這是一種采用WebGL技術的BIM輕量化引擎。相比于其他技術,WebGL技術具有輕量便捷、無須插件、易開發、易擴展的優勢,無數據安全隱患,不僅適用于各類網頁瀏覽器,也適用于移動APP應用。

系統采用云服務方式進行集中部署,現場設備數據采集服務采用主動調取或被動接收方式,實時采集智能設備的多源異構數據,最終匯集進核心數據庫。

3 重要功能設計

3.1 三維BIM場景+生產數據實時顯示

借助BIM技術,將工裝、設備、人員、半成品等構件模型準確定位,與現實梁場實物形成映射,將生產數據與臺座、工序、設備模型掛接,最終實現預制梁場監管的三維可視化呈現,實時查看現場數據信息,經數據匯總分析后用于生產管理,與施工進度鏈接協同指揮、可視化監管,實時動態掌握現場預制梁生產進展實況。

該項功能結合BIM技術、物聯網技術、智能分析算法,從全貌到細節,全方位實時呈現預制梁場生產現場情況,生產進度各項數據一目了然,協調施工進度、質量、安全、勞務、物料等各個環節精細化管理,輔助管理層決策和指導生產。

3.2 基于二維碼的信息采集與管理

結合互聯網思維,在預制梁生產工序監管和信息控制環節,利用移動端的便攜性和二維碼技術的快捷性,用手機掃描二維碼查看和填報制梁設備與梁片相關信息的方式替代傳統的手工記錄,實現對預制梁的生產信息錄入和質量檢驗信息錄入,有效提高信息采集效率和保證信息的實時性。有了該技術,作業人員可以利用手機快速實現任務下發、生產、質檢、查詢、管理等功能。通過使用移動端APP進行“掃一掃”一鍵操作,掃描現場梁/臺座二維碼信息,快速進入工序生產界面,實現工序生產內部自動流轉。工序生產完成后,質檢人員需要對該工序質量的控制點進行檢查,并根據每道工序檢驗標準自動形成檢驗數據,在系統內生成檢驗質量驗收記錄,最終形成工序檢查電子表格。

為預制梁設置二維碼,需要按照統一的規則為每一個預制梁生成獨有的編號,用來作為預制梁的標識。本文使用“梁場編號—橋梁編號—路幅—起點墩號—終點墩號”設計預制梁編號,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信息與質量檢驗信息。

4 平臺終端的模塊劃分

智慧梁場管理系統分為網頁終端和移動終端。

4.1 系統網頁終端功能模塊

網頁終端主要包括數據看板、資源管理、預制梁管理、工序管理、計劃管理、生產管理、查詢統計、信息管理、設備控制、后臺管理十個模塊。數據看板又稱為領導駕駛艙,就是BIM三維模型的梁場全景終端信息展示,包括生產調度、設備監測和視頻監控三個模塊。網頁終端功能劃分如圖2所示。

圖2 智慧梁場管理系統網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、設備管理、設計圖紙、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。系統自動為臺座生成二維碼,現場用戶通過手機對臺座掃碼即可進行梁生產工序進展信息的填報。

4.1.1.2 設備管理維護管理

主要維護現場機械設備相關信息,為設備維護電子檔案,上傳設備維護記錄、設備合格證、設備使用說明書等數據,可以一鍵調取設備二維碼,手機掃描二維碼即可查閱設備信息,維護設備狀態。

4.1.1.3 設計圖紙

主要實現為預制梁提供關聯的圖紙,并在平臺中顯示圖紙構件類型以及圖紙的實際圖號,方便預制梁制作過程中圖紙的查看。

4.1.1.4 物資管理

主要管理預制梁生產過程中的各類物資,如鋼筋、鋼絞線、預埋鋼板、壓漿劑、錨具、波紋管等,同時為各種物資設置物資預警閾值,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,提供生產資料入庫的基本信息,包括入庫編號、批號、時間、數量,便于管理人員監督管理。

4.1.1.6 班組管理

主要實現勞務班組信息的增刪改查,勞務班組信息的管理,如勞務隊伍、班組長、聯系方式、成員數等。

4.1.2 預制梁管理

主要對預制梁清單進行管理。預制梁清單是制梁過程中最基礎的數據。用戶根據設計圖紙等提取預制梁清單、并且附帶其特征參數,通過批量導入功能將清單導入系統,形成制梁計劃的數據來源。系統自動將梁片數據與對應橋梁、對應項目進行關聯,形成一系列基礎數據鏈。

4.1.3 工序管理

為實現梁場工藝規范化、統一化管理,在工序管理模塊,系統制定一套工序管理體系。管理人員根據標準施工工序,提取工序字典,關聯工序允許誤差、預計耗時、相關負責人等參數,錄入系統,形成統一的工序字典庫。由于不同規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,為不同規格梁片制定工序模板,形成預制梁生產管理的核心紐帶。

4.1.4 計劃管理

主要是對生產計劃進行制定、保存、修改、發布、銷毀,支持批量導入導出。管理人員根據現場施工情況及施工進度,制定月、周生產梁片計劃,并進行批量排產發布。計劃制定的關鍵步驟會自動推送提醒消息到相關人員。系統根據工序模板、臺座信息等數據進行智能排產及智能臺座調度,協助用戶生成最優梁場生產任務,降低二次移梁次數減少成本,壓縮工期減少延誤風險。

4.1.5 生產管理

主要通過算法自動分析預制梁計劃相關、預制梁任務超時相關、臺座占用超時相關、任務啟動結束相關預警提示信息,自動推送到相關人員的網頁端和移動端。

4.1.6 查詢統計

主要通過所收集到的數據進行工序對比、制梁進度差異分析、生產循跡、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

主要用于管理和發布手機端的通知信息。

4.1.8 設備控制

主要通過自動獲取預制梁生產過程中的實測數據,如預制梁生產中涉及的孔道壓漿的進漿料與返漿量,預應力張拉的張拉力與油壓等試驗數據,通過相應業務接口連接數據庫,實現數據集成與共享,實時監控預制梁質量情況。數據收集完成系統將自動生成電子報表,實現數據歸檔。

4.2 系統移動終端功能模塊

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,可分為生產任務與統計調查兩部分。生產任務包括查看生產任務、代辦任務、掃一掃(掃描設備、構建、預制梁上二維碼)、構建追蹤、預制梁出庫等;統計調查包括計劃查詢、總任務統計、工序對比、生產循跡、工序統計等。系統移動端主界面如圖3所示。

圖3 智慧梁場管理系統移動終端功能結構示意圖

現場施工人員可以通過掃描設備、臺座、預制梁等制梁資源上二維碼進行信息查看和數據填報,便于現場數據的錄入、獲取關鍵信息、生產技術問題的處理。移動端還具有消息提醒功能,提醒施工人員未完成任務。施工人員發現實際生產數據與智能監測數據有出入時,可及時聯系維修人員進行糾正。

5 結語

本文結合預制梁生產過程與生產工藝,分析了傳統生產管理存在的問題,結合BIM和物聯網技術,構建了梁場智能信息生產管理系統,闡述了系統設計方案與模塊組成,總結并分析了關鍵技術。該信息系統彌補了傳統施工和管理上的不足和短板,提升了梁場生產智能化、管理決策智慧化水平。

通過該綜合信息化集成管理平臺,實現預制梁施工體系現代化、信息化管理,對預制梁施工產生的相關模型數據、質量數據和施工過程進行統一管理,便于生產相關設備的深度集成與接入,真正實現梁場信息化。