基于BIM的智慧梁场信息管理系统的设计与实现

陈一荣,唐红艳,韦远露,杜 凯

(1.广西计算中心有限责任公司,广西 南宁 530022;2.长安大学,陕西 西安 710061)

0 引言

信息化时代,我国基础设施建设速度加快,公路建设项目复杂度和质量诉求不断增加,给预制梁场生产建设提出了新的要求。目前,我国的公路桥梁建设一般采用节段梁预制拼装技术,相比传统的桥梁现浇技术,预制梁在梁场内预制易于实现节段梁质量控制,有利于减少施工过程对交通和环境的影响,缩短工期和节约施工成本。但在实际生产施工过程中,预制梁场生产管理存在智能化程度低、耗能高、可视化不好、安全质量不易得到保证等问题[1]。为提升预制梁场生产管理水平,构建信息化管理系统,对制梁过程进行智能化改造和信息化管理是必然趋势[2-3]。快速发展的物联网技术和BIM技术为公路施工建设信息化改造提供了有利条件[4-5]。

本文分析了梁场管理存在的问题,设计出一套智能梁场BIM协同管理系统,通过BIM技术和物联网等技术的综合应用,对预制梁的生产全过程进行信息化智慧管理,对厂区现状进行三维全貌展示。该系统使梁场管理标准化、规范化、精细化、科学化,实现“规范生产、管控质量、辅助决策”三大目标,助力企业提质增效,升级管理水平。

1 传统梁场管理存在的问题和需求分析

预制梁的生产先由管理员制定生产计划,发布排产任务后,各施工单位接收任务进行施工。施工过程中,预制梁的所有质量信息与生产信息经过收集汇总,接受管理员的统一监控。

传统预制梁场生产管理有以下几方面问题:

(1)预制梁生产工序没有统一流程,生产过程管控不细致,数据无存留,问题难追踪。

(2)业务数据、生产报表等依赖手动采集、手工处理,效率低下,实时性、准确性得不到保证。

(3)预制梁生产过程情况数据不能及时更新,现场工装、设备得不到统一调度,管理人员不能及时全面掌握现场情况,决策效率低下。

(4)业务数据无法有效关联、流转,信息无法互联互通、协同共享,生产效率低下。

(5)数据展示汇报不够直观。

现从管理调配、施工生产和数据管理三个方面对所要构建的智能梁场生产管理系统做需求分析:

管理调配方面:由于预制梁类型多,生产工艺复杂、工序环节繁琐,加之参建单位数量众多,管理要素繁杂,因此在信息化管理系统中,管理层需要得到各方面数据的条理化、整体化呈现,系统要提供实时准确的生产信息,确保对预制梁生产、运输、施工情况进行整体把控。

施工生产方面:施工人员接到生产任务后,除了要随时查看下发的生产计划,还要便于随时填报工序完成情况,提高预制梁生产工序信息的内部流转速度,并让施工现场“无纸化”。

数据处理方面:要全面管理预制构件在生产中的原材料、试块抗压强度、张拉、孔道压浆等试验数据信息,做到质量可控、数据可溯,各环节全面协同,降低资源消耗。

2 系统架构

为解决以上问题,以BIM和物联网技术构建信息化管理系统。智慧梁场信息化管理系统的总体架构采用分层模式,分别是应用层、交互层、数据层,如图1所示。

数据层负责存储和管理制梁过程中产生的各种数据,包括BIM模型和监控数据,并可以与数据库进行交互,对数据进行增删改查等操作。交互层将应用层用户操作所产生的请求与各种接口建立联系,从而与数据库产生连接,实现数据库更改。系统最上层是应用层,用户在应用层实现数据的查看和填报,以及各种计划的安排和管理。

图1 系统总体架构图

本文用Revit[6]搭建BIM模型,这是一种采用WebGL技术的BIM轻量化引擎。相比于其他技术,WebGL技术具有轻量便捷、无须插件、易开发、易扩展的优势,无数据安全隐患,不仅适用于各类网页浏览器,也适用于移动APP应用。

系统采用云服务方式进行集中部署,现场设备数据采集服务采用主动调取或被动接收方式,实时采集智能设备的多源异构数据,最终汇集进核心数据库。

3 重要功能设计

3.1 三维BIM场景+生产数据实时显示

借助BIM技术,将工装、设备、人员、半成品等构件模型准确定位,与现实梁场实物形成映射,将生产数据与台座、工序、设备模型挂接,最终实现预制梁场监管的三维可视化呈现,实时查看现场数据信息,经数据汇总分析后用于生产管理,与施工进度链接协同指挥、可视化监管,实时动态掌握现场预制梁生产进展实况。

该项功能结合BIM技术、物联网技术、智能分析算法,从全貌到细节,全方位实时呈现预制梁场生产现场情况,生产进度各项数据一目了然,协调施工进度、质量、安全、劳务、物料等各个环节精细化管理,辅助管理层决策和指导生产。

3.2 基于二维码的信息采集与管理

结合互联网思维,在预制梁生产工序监管和信息控制环节,利用移动端的便携性和二维码技术的快捷性,用手机扫描二维码查看和填报制梁设备与梁片相关信息的方式替代传统的手工记录,实现对预制梁的生产信息录入和质量检验信息录入,有效提高信息采集效率和保证信息的实时性。有了该技术,作业人员可以利用手机快速实现任务下发、生产、质检、查询、管理等功能。通过使用移动端APP进行“扫一扫”一键操作,扫描现场梁/台座二维码信息,快速进入工序生产界面,实现工序生产内部自动流转。工序生产完成后,质检人员需要对该工序质量的控制点进行检查,并根据每道工序检验标准自动形成检验数据,在系统内生成检验质量验收记录,最终形成工序检查电子表格。

为预制梁设置二维码,需要按照统一的规则为每一个预制梁生成独有的编号,用来作为预制梁的标识。本文使用“梁场编号—桥梁编号—路幅—起点墩号—终点墩号”设计预制梁编号,通过登录移动APP扫描梁片上的二维码可以查看该梁片的生产信息与质量检验信息。

4 平台终端的模块划分

智慧梁场管理系统分为网页终端和移动终端。

4.1 系统网页终端功能模块

网页终端主要包括数据看板、资源管理、预制梁管理、工序管理、计划管理、生产管理、查询统计、信息管理、设备控制、后台管理十个模块。数据看板又称为领导驾驶舱,就是BIM三维模型的梁场全景终端信息展示,包括生产调度、设备监测和视频监控三个模块。网页终端功能划分如图2所示。

图2 智慧梁场管理系统网页端模块划分示意图

4.1.1 资源管理

资源管理分为工装管理、设备管理、设计图纸、物资管理、物资入库以及班组管理。

4.1.1.1 工装管理

主要对梁场钢筋绑扎胎具、制梁台座、存梁台座信息进行增删改查的操作。系统自动为台座生成二维码,现场用户通过手机对台座扫码即可进行梁生产工序进展信息的填报。

4.1.1.2 设备管理维护管理

主要维护现场机械设备相关信息,为设备维护电子档案,上传设备维护记录、设备合格证、设备使用说明书等数据,可以一键调取设备二维码,手机扫描二维码即可查阅设备信息,维护设备状态。

4.1.1.3 设计图纸

主要实现为预制梁提供关联的图纸,并在平台中显示图纸构件类型以及图纸的实际图号,方便预制梁制作过程中图纸的查看。

4.1.1.4 物资管理

主要管理预制梁生产过程中的各类物资,如钢筋、钢绞线、预埋钢板、压浆剂、锚具、波纹管等,同时为各种物资设置物资预警阈值,当物资不足时提示采购员及时采购。

4.1.1.5 物资入库

主要作为物资管理的补充,提供生产资料入库的基本信息,包括入库编号、批号、时间、数量,便于管理人员监督管理。

4.1.1.6 班组管理

主要实现劳务班组信息的增删改查,劳务班组信息的管理,如劳务队伍、班组长、联系方式、成员数等。

4.1.2 预制梁管理

主要对预制梁清单进行管理。预制梁清单是制梁过程中最基础的数据。用户根据设计图纸等提取预制梁清单、并且附带其特征参数,通过批量导入功能将清单导入系统,形成制梁计划的数据来源。系统自动将梁片数据与对应桥梁、对应项目进行关联,形成一系列基础数据链。

4.1.3 工序管理

为实现梁场工艺规范化、统一化管理,在工序管理模块,系统制定一套工序管理体系。管理人员根据标准施工工序,提取工序字典,关联工序允许误差、预计耗时、相关负责人等参数,录入系统,形成统一的工序字典库。由于不同规格梁片有不同的工序流程,延伸工序字典功能,用户从工序字典库中选取工序,按照标准施工顺序,为不同规格梁片制定工序模板,形成预制梁生产管理的核心纽带。

4.1.4 计划管理

主要是对生产计划进行制定、保存、修改、发布、销毁,支持批量导入导出。管理人员根据现场施工情况及施工进度,制定月、周生产梁片计划,并进行批量排产发布。计划制定的关键步骤会自动推送提醒消息到相关人员。系统根据工序模板、台座信息等数据进行智能排产及智能台座调度,协助用户生成最优梁场生产任务,降低二次移梁次数减少成本,压缩工期减少延误风险。

4.1.5 生产管理

主要通过算法自动分析预制梁计划相关、预制梁任务超时相关、台座占用超时相关、任务启动结束相关预警提示信息,自动推送到相关人员的网页端和移动端。

4.1.6 查询统计

主要通过所收集到的数据进行工序对比、制梁进度差异分析、生产循迹、单榀梁对比分析,并且可以查看物资台账与制梁台账。

4.1.7 信息管理

主要用于管理和发布手机端的通知信息。

4.1.8 设备控制

主要通过自动获取预制梁生产过程中的实测数据,如预制梁生产中涉及的孔道压浆的进浆料与返浆量,预应力张拉的张拉力与油压等试验数据,通过相应业务接口连接数据库,实现数据集成与共享,实时监控预制梁质量情况。数据收集完成系统将自动生成电子报表,实现数据归档。

4.2 系统移动终端功能模块

移动终端主要分为工作模块、消息模块、个人模块三个模块。其中工作模块是主体部分,可分为生产任务与统计调查两部分。生产任务包括查看生产任务、代办任务、扫一扫(扫描设备、构建、预制梁上二维码)、构建追踪、预制梁出库等;统计调查包括计划查询、总任务统计、工序对比、生产循迹、工序统计等。系统移动端主界面如图3所示。

图3 智慧梁场管理系统移动终端功能结构示意图

现场施工人员可以通过扫描设备、台座、预制梁等制梁资源上二维码进行信息查看和数据填报,便于现场数据的录入、获取关键信息、生产技术问题的处理。移动端还具有消息提醒功能,提醒施工人员未完成任务。施工人员发现实际生产数据与智能监测数据有出入时,可及时联系维修人员进行纠正。

5 结语

本文结合预制梁生产过程与生产工艺,分析了传统生产管理存在的问题,结合BIM和物联网技术,构建了梁场智能信息生产管理系统,阐述了系统设计方案与模块组成,总结并分析了关键技术。该信息系统弥补了传统施工和管理上的不足和短板,提升了梁场生产智能化、管理决策智慧化水平。

通过该综合信息化集成管理平台,实现预制梁施工体系现代化、信息化管理,对预制梁施工产生的相关模型数据、质量数据和施工过程进行统一管理,便于生产相关设备的深度集成与接入,真正实现梁场信息化。