基于BIM的工厂建设项目设备数据采集技术研究

关俊涛，丁金听，杨建光

(1.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007；2.同济大学 经济与管理学院，上海 200092)



基于BIM的工厂建设项目设备数据采集技术研究

关俊涛1，2，丁金听1，杨建光1

(1.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007；2.同济大学 经济与管理学院，上海 200092)

针对传统工程管理方式中存在的设备到货进度、安装进度和质量管理等信息化水平较低的现状，将BIM技术和二维码技术应用于工厂建设项目的设备管理。提出工程参建各方共同参与的设备数据采集方案，开发设备数据采集系统辅助开展项目管理工作。以某卷烟厂技术改造项目为例，在设备进场、安装和验交等环节，利用数据采集系统进行了设备数据采集、状态跟踪和检查确认等施工管理工作，集成了工厂设计和建造阶段的设备信息，提高了工厂建设的透明度，为工厂的一体化、数字化移交奠定了基础。

BIM二维码；数据采集；分类编码

目前，“数字化工厂”已成为现代工业领域的研究焦点，其中工厂的数字化工作是必不可少的条件[1-2]。工厂数字化涉及工厂的全生命周期，应不断收集、管理和重复利用各个阶段的数字化信息，为各种管理信息系统的实施提供数据基础。特别是工厂中的设备，具有种类多、专业性强、价值高、资金比重大和管理难度大等特点，是工厂数字化工作的重点。

随着信息技术在工程建设领域的应用，BIM(BuildingInformationModeling)技术以其贯穿全生命周期信息的理念获得了国内外的广泛认可[3]。由于全部信息都基于同一个中心数据库，可保证信息的一致性、准确性、完整性和实时性[4]。以BIM模型为载体，通过设备BIM设计编号逐步收集和管理工厂设计及建设过程中设备的各种相关信息，是实现工厂设备数字化的有效途径。

二维码技术将符号编码、自动识别、数据采集、自动录入、快速处理和信息存储等技术融为一体，能够有效解决物品管理领域大量数据的采集与自动录入问题，已广泛地应用于商业、金融、物流交通、医疗、制造和仓储等行业[5]。将二维码技术引入工程建设领域，可以对工程管理提供极大便利，在技术、安全、生产和质量监督等工程建设日常管理中具有广阔的应用前景[6]。

本文提出基于BIM模型的工厂建设项目设备数据采集解决方案，并在某卷烟厂技术改造中进行应用，验证提出方案的可行性和有效性。

1　设备数据采集技术方案

为使工程参建各方能够及时了解和监督设备从设计、采购到安装、验收的各个环节信息，保证设备数据采集过程中各个环节不脱节，制定了建设项目设备数据采集方案(见图1)。

图1　建设项目设备数据采集方案

为实现工厂建设项目中设备数据的可追溯，提高设备数据采集的效率，在设备进场及安装验收中采用二维码技术。各参建单位合理分工，共同完成设备数据的采集工作。业主单位负责制定设备数据采集实施细则及实施过程中的各种验证、确认工作；BIM咨询单位负责编制二维码应用实施方案，对BIM模型中的设备进行分类编码，提供需要进行数据采集的设备编码清单，开发配套的数据采集应用软件；总包单位负责配置二维码制作和使用的相关设备，根据BIM咨询单位提供的设备编码清单，制作并分发二维码给相应的专业分包或设备供应商；各专业分包或设备供应商负责提供业主要求的供应设备主要参数信息，在设备进场时标示二维码并进行设备安装、调试工作；监理单位负责设备进场时二维码标示、电子文件验收登记、设备系统验收登记及资料上传工作。

设备数据采集的内容分为数据、电子扫描件和电子版文件资料三大类。数据应包含设备清单(设计图样编号、BIM设计编号)、附件清单及设备主要参数等；电子扫描件应包含设备合格证、测试报告和验收单等扫描文件；电子版文件资料应包含设备手册、使用说明书、柜内布置图和原理图等。

2　二维码编码规范

2.1二维码技术优势

二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的一种条码。与一维码技术相比，其具有信息容量大、可加密和抗污等优点；与射频技术相比，其具有制作简单和成本低等优点。

由于在工厂建设过程中，存在设备存放环境粉尘大、工厂建设成本受限制等实际问题，选用抗污、高性价比的二维码实施方案是企业进行大规模信息自动采集的首选。

2.2二维码规格

1)二维码尺寸规格为3.5cm×3.5cm(可容纳不少于300个中文字节)，材质选用艾利亚银PET材料，打印图案清晰完整。

2)可粘贴在设备表面上的二维码，通过手持式二维码扫描设备(如智能手机、平板电脑)在无网络连接的情况下直接读取，显示二维码内的信息。

3)对于粘贴面积较小的设备，提供尺寸规格较小的二维码，二维码内的信息仅为“网址链接地址”，在连接网络的情况下进入该地址，查询设备相关信息。

2.3二维码组成

二维码包含标识码及设备信息等2部分内容。标识码位于二维码读取信息的首行，与工厂BIM模型中设备BIM设计编号一致。作为设备在项目中的唯一标识，实现设备实物与BIM模型中设备的一一对应。设备信息应包含安装地点、设备型号、设备名称、生产厂家、生产日期、出厂编号、外形尺寸和主要技术参数等。工作人员在现场使用手持设备扫描设备二维码时，设备的相关信息会立刻呈现给用户，便于开展设备的登记、验收工作。某设备的二维码及包含信息见表1。

表1　某设备的二维码及包含信息

2.4BIM设计编号规则

工厂BIM模型中设备设计编号由空间位置码和专业设计码等2段组成，中间以“#”连接。空间位置码由子项代码、分区代码、楼层代码和房间代码组成；专业设计码由专业系统代码、设备代码(流水号)组成。例如“301-1-1-30#22DQ-PD002”表示301子项(动力中心)1分区1楼层第30个房间电气专业配电系统第2个配电柜。在实际应用中各码段位数可灵活扩充，也可增加码段补充其他信息，但应在编码指导书中进行说明。

3　设备数据采集系统设计

3.1系统功能模块划分

本系统用于满足工厂建设过程中设备数据采集有关的一系列需求，分为合同管理、招标设备清单数据采集和主要设备验收数据采集等模块，每个模块下又包含若干个子功能模块。

3.2系统平台

由于设备数据采集系统的使用人员较为固定，工厂建设项目中需要采集数据的设备数目庞大，为提高工作效率，本系统采用C/S(客户端/服务器)架构设计。PC客户端支持MicrosoftWindows7以上操作系统。移动终端支持Android4.4.3、IOS7及以上系统版本，具备WIFI无线上网功能和4G/3G网络功能，支持802.11b/g/n无线协议。

3.3设备数据采集流程

需要采集、验收、查询设备的信息和状态时，用户使用移动终端(需要预先下载安装Android或IOS客户端)登陆数据采集系统，从服务器下载设备信息数据；扫描设备上粘附的二维码，验证二维码信息是否同数据库信息一致，是否与设备实际情况相符；二维码信息验证通过后，在移动终端上进行确认操作，如果二维码信息与数据库或设备实际情况不符合，即拒绝进行验证工作，将问题提交至相关部门处理；验收工作完成后将数据上传至服务器，更新设备状态；项目各参与方可通过PC客户端或移动终端查询设备的相关信息及状态。

4　设备数据采集系统应用实例

基于BIM的工厂建设项目设备数据采集系统已成功应用于某卷烟厂制丝生产线技术改造项目。设备数据采集系统的PC端界面和移动端界面分别如图2、图3所示。PC端软件功能齐全，可过滤、查询及显示设备的BIM设计编号和状态信息，并查看合同、设备参数、附属设备和随机附件等其他相关信息。移动端软件可在现场对设备状态进行检查确认并与数据库同步，同时也可以过滤及查询设备的各种信息及状态。

设备数据采集系统的应用达到了如下目标：1)实现了工厂建设过程中设备状态信息的实时跟踪；2)将工厂设计阶段与建设阶段的设备信息通过BIM设计编号进行关联，形成了准确、完整的工厂设备信息数据库。

图2　设备数据采集系统PC端应用实例

5　结语

本文提出了一种基于BIM的工厂建设项目设备数据采集解决方案，并开发了配套的应用软件。开发的设备数据采集软件在某卷烟厂技术改造中进行应用，能够采集和查询设备的信息及状态。将设备信息数据库同工厂BIM模型进行关联，能够为工厂运营阶段设备的运营维护提供有力支撑。

[1]黄腾辉, 孙绍泉, 彭宁涛, 等.DELMIA软件在数字化工厂中的应用[J]. 机械工程与自动化, 2015(3):220-222.

[2]付百川, 李仰东, 武殿梁, 等. 面向生产系统规划的数字化工厂仿真应用研究[J]. 现代涂料与涂装, 2012,15(7):6-13.

[3]修龙, 赵昕.BIM-建筑设计与施工的又一次革命性挑战[J]. 施工技术, 2013,42(11):1-4.

[4]聂瑞.BIM数字技术在建筑行业中的应用分析[J]. 新技术新工艺, 2015(7):93-95.

[5]杨捷. 基于二维码的矿山设备备件管理系统[J]. 西安科技大学学报, 2014,34(1):104-108.

[6]张涛, 李力, 高卫平, 等. 基于二维码技术的质量追溯系统在建筑工程中的探索与实施[J]. 建筑安全, 2015,30(5):13-15.

责任编辑郑练

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

关俊涛(1983-)，男，博士后，工程师，主要从事数字化工厂、信息分类与编码技术等方面的研究。

2016-01-08