基于二維碼技術(shù)的橋梁預(yù)制拼裝追蹤管理系統(tǒng)

康 莊，姜海西

(上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司第一事業(yè)部，上海市 200335)

基于二維碼技術(shù)的橋梁預(yù)制拼裝追蹤管理系統(tǒng)

康 莊，姜海西

(上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司第一事業(yè)部，上海市 200335)

在對(duì)我國(guó)橋梁工程技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的過程中，通過引入橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)，代替了傳統(tǒng)的橋梁現(xiàn)澆工藝，使得施工作業(yè)效率大幅度提高，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人數(shù)精簡(jiǎn)，并且減少了施工過程中對(duì)環(huán)境和交通的影響。而隨著對(duì)橋梁構(gòu)件的工廠化預(yù)制要求的提升，這一施工過程需要引入一種更為先進(jìn)、可行的管理模式，即專業(yè)預(yù)制工廠的二維碼管理模式以滿足施工模式的要求。而其中，實(shí)現(xiàn)二維碼技術(shù)在拼裝過程中追蹤管理功能的應(yīng)用是這一模式高效、高產(chǎn)的核心技術(shù)，通過開發(fā)以二維碼為媒介的追蹤管理專用軟件，針對(duì)各類構(gòu)件的加工、預(yù)制及安裝的整個(gè)過程中每一個(gè)流通環(huán)節(jié)進(jìn)行定位和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁預(yù)制拼裝追蹤管理的標(biāo)準(zhǔn)化及信息化，對(duì)其研究及推廣有助于未來二維碼技術(shù)在通用工廠化的追蹤管理中的廣泛應(yīng)用。

追蹤管理系統(tǒng)；橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)；二維碼；CAD技術(shù)

0 引言

橋梁預(yù)制拼裝施工工藝的引進(jìn)極大程度地解決了我國(guó)現(xiàn)階段城市高架路施工中所面臨的重合段交通流量大，道路兩側(cè)動(dòng)拆遷工作量大，各類管線分布復(fù)雜等問題。通過采用橋梁構(gòu)件預(yù)制工廠加工、現(xiàn)場(chǎng)快速拼裝的施工模式，改進(jìn)施工管理體系的同時(shí)改善了總體施工質(zhì)量，縮短施工工期，減少施工占地及對(duì)現(xiàn)有交通影響的先進(jìn)性和快速性已在上海嘉閔高架路(G2-S6)及地面道路新建工程(下簡(jiǎn)稱“嘉閔高架北二段工程”)中得到體現(xiàn)。

由于采用了專業(yè)化工廠預(yù)制的產(chǎn)業(yè)模式，橋梁構(gòu)件作為工程商品，其大規(guī)模生產(chǎn)也具備了批量化和市場(chǎng)化的特征。為了便于施工管理，在管理理念上引入追蹤管理功能關(guān)注預(yù)制拼裝施工工藝中的辦公管理、生產(chǎn)管理和物流管理等主要流程，在技術(shù)上引入二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管理的標(biāo)準(zhǔn)化。利用二維碼技術(shù)對(duì)追蹤管理功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)構(gòu)件的加工、預(yù)制、安裝的整個(gè)過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)的定位和管理，提高管理效率，實(shí)現(xiàn)管理規(guī)范，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)橋梁預(yù)制拼裝生產(chǎn)過程的信息化。

1 追蹤管理的對(duì)象及系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于橋梁預(yù)制拼裝生產(chǎn)而言，其生產(chǎn)過程中對(duì)追蹤管理的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是對(duì)每一個(gè)流程及其關(guān)注對(duì)象的信息采集匯總［1］。因此，在管理系統(tǒng)中，首先需要建立一個(gè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，以存放采集來的信息數(shù)據(jù)并通過管理界面實(shí)現(xiàn)輸出及分析。在橋梁預(yù)制拼裝過程中，為實(shí)現(xiàn)辦公、生產(chǎn)及物流的管理，需要追蹤的對(duì)象包括：預(yù)制構(gòu)件的名稱、位置、部位、尺寸、出廠去向等，預(yù)制工廠中澆筑的時(shí)間和出廠時(shí)間等，中轉(zhuǎn)存放過程的進(jìn)出時(shí)間等，現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中的到達(dá)時(shí)間及安裝完成時(shí)間等信息，具體對(duì)象如圖1所示。這些對(duì)象及其信息隨著構(gòu)件及用途的不同而不同，其范圍隨著預(yù)制拼裝技術(shù)的發(fā)展及其管理的完善也將有所外延。而實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)采集匯總及其管理信息化、標(biāo)準(zhǔn)化的媒介則是二維碼技術(shù)，最終管理平臺(tái)是建立在二維碼的采集、編碼及二次開發(fā)基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)針對(duì)追蹤管理功能的軟件開發(fā)。

圖1 橋梁預(yù)制拼裝中追蹤管理的對(duì)象

為了完成對(duì)生產(chǎn)流程的軟件開發(fā)，將以上追蹤過程通過系統(tǒng)化的方式分為：數(shù)據(jù)采集、GPRS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制室、總控制室等不同組成部分，這樣便形成了如圖2中所示的軟件系統(tǒng)架構(gòu)方案。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)方案圖

在該系統(tǒng)架構(gòu)方案中，各層功能包括：

(1)構(gòu)件定位數(shù)據(jù)的采集：現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過掃描二維碼對(duì)構(gòu)件進(jìn)行定位，采集當(dāng)前構(gòu)件位置以及所在的工序信息，同時(shí)布設(shè)在主要工位的攝像頭會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況；

(2)GPRS網(wǎng)絡(luò)：利用網(wǎng)絡(luò)將采集到的信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)；

(3)現(xiàn)場(chǎng)控制室：在現(xiàn)場(chǎng)控制室可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有構(gòu)件信息的查閱，根據(jù)不同授予權(quán)限可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的儲(chǔ)存，修改，刪除等操作；

(4)總控制室：通過直接訪問現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)控制室，根據(jù)情況發(fā)布最新控制指令給現(xiàn)場(chǎng)控制室和現(xiàn)場(chǎng)操作人員。

2 二維碼技術(shù)的應(yīng)用及與CAD代碼的融合設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)二維碼在跟蹤管理中的介質(zhì)功能，利用二維碼專用開發(fā)軟件，針對(duì)不同管理對(duì)象選擇合適的二維碼格式，對(duì)二維碼的錄入、展示、打印等技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)。同時(shí)，為了簡(jiǎn)化和方便用戶管理，提高生產(chǎn)效率，針對(duì)橋梁工程設(shè)計(jì)主要基于CAD技術(shù)的特點(diǎn)，產(chǎn)品管理軟件被設(shè)計(jì)成為二維碼技術(shù)和CAD技術(shù)共用同一代碼的方式［2］。

在加工構(gòu)件前，確定構(gòu)件的形狀和尺寸并在CAD軟件中設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖，該軟件系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)基于CAD圖紙自動(dòng)確定和生成構(gòu)件的二維碼。同時(shí)，考慮到構(gòu)件加工中所采用的CNC機(jī)床對(duì)于數(shù)據(jù)格式的識(shí)別能力，將二維碼技術(shù)與其適配，在CNC機(jī)床批量加工構(gòu)件時(shí)可直接掃描二維碼自動(dòng)調(diào)出CAD圖紙，進(jìn)行流水自動(dòng)化加工。

通過在系統(tǒng)追蹤管理平臺(tái)軟件中添加已確認(rèn)的二維碼，使特定的二維碼擁有對(duì)應(yīng)構(gòu)件的信息，在現(xiàn)場(chǎng)任何時(shí)間利用掃描儀掃面，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二維碼的識(shí)別和驗(yàn)證，并自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)至電腦終端。

3 構(gòu)件預(yù)制追蹤流程

追蹤管理系統(tǒng)在構(gòu)件預(yù)制件系統(tǒng)工藝中的作用流程包括：

(1)構(gòu)件加工前，設(shè)計(jì)構(gòu)件CAD圖，并根據(jù)其所需材料，將構(gòu)件名稱、位置、部位、尺寸、混凝土標(biāo)號(hào)、出廠去向等基本信息錄入系統(tǒng)并打印對(duì)應(yīng)二維碼。

(2)材料進(jìn)入加工車間，給每一個(gè)構(gòu)件貼上對(duì)應(yīng)二維碼，各機(jī)臺(tái)操作人員掃描二維碼(以下簡(jiǎn)稱：掃碼)之后進(jìn)行加工，加工完成之后再次掃碼，構(gòu)件出加工車間，準(zhǔn)備進(jìn)入預(yù)制工地。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制室和總控制室會(huì)接收到該批構(gòu)件在加工車間的信息，如入場(chǎng)時(shí)間、出場(chǎng)時(shí)間、加工機(jī)床號(hào)、加工人員等信息，并可對(duì)其顯示、儲(chǔ)存、修改、刪除等操作。(可更新二維碼)

(3)預(yù)制工廠操作人員掃碼(構(gòu)件貼上更新的二維碼后)，進(jìn)行預(yù)制工作，預(yù)制結(jié)束之后再次掃碼，出場(chǎng)，準(zhǔn)備進(jìn)入中轉(zhuǎn)場(chǎng)。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制室和總控制室會(huì)接收到該批預(yù)制件在預(yù)制工廠的信息。(可更新二維碼)

(4)中轉(zhuǎn)場(chǎng)操作人員掃碼(構(gòu)件貼上更新的二維碼后)，進(jìn)行工作，結(jié)束之后再次掃碼，出場(chǎng)，準(zhǔn)備進(jìn)入安裝現(xiàn)場(chǎng)。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制室和總控制室會(huì)接收到該批預(yù)制件在中轉(zhuǎn)場(chǎng)的信息。(可更新二維碼)

(5)安裝現(xiàn)場(chǎng)工作人員掃碼(構(gòu)件貼上更新的二維碼后)，進(jìn)行安裝，安裝完畢之后再次掃碼。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制室和總控制室會(huì)接收到該批預(yù)制件在中轉(zhuǎn)場(chǎng)的信息。

(6)現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)預(yù)制件安裝完畢并掃碼之后，管理平臺(tái)軟件系統(tǒng)將通過約定的網(wǎng)絡(luò)通信方式，告知業(yè)主BIM系統(tǒng)，業(yè)主BIM系統(tǒng)將自動(dòng)更新安裝的構(gòu)件。

完整的流程工藝如圖3所示。

4 預(yù)制構(gòu)件過程追蹤管理系統(tǒng)

預(yù)制構(gòu)件過程的追蹤管理系統(tǒng)主要圍繞鋼構(gòu)件的加工、預(yù)制以及安裝的整個(gè)過程，對(duì)構(gòu)件的每一個(gè)加工流通環(huán)節(jié)進(jìn)行定位和管理。其系統(tǒng)由圖4所示的軟件及硬件兩部分組成，該系統(tǒng)方案的硬件部分主要包括：二維碼掃描儀(GPRS)、二維碼打印機(jī)(或委托第三方公司加工制作二維碼)、主控電腦、服務(wù)器及IP高清攝像頭等。而其軟件部分則是利用二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)其追蹤管理功能的技術(shù)核心，提供了豐富的信息查詢功能和圖形化的軟件界面操作功能，對(duì)構(gòu)件的加工流通過程進(jìn)行高效實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和管理。

圖3 構(gòu)件預(yù)制件系統(tǒng)工藝流程圖

圖4 追蹤管理系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)圖

4.1 預(yù)制構(gòu)件過程追蹤管理平臺(tái)

追蹤管理軟件平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件追蹤監(jiān)管功能的核心系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理聯(lián)網(wǎng)的一系列硬件(包括掃描儀、監(jiān)控?cái)z像頭、服務(wù)器、與業(yè)主電腦的聯(lián)網(wǎng)等)，維護(hù)構(gòu)件本身的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)以及二維碼數(shù)據(jù)，處理各種數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，并提供現(xiàn)場(chǎng)人員管理的功能模塊。當(dāng)鋼構(gòu)件貼上二維碼以后，系統(tǒng)便開始跟蹤構(gòu)件在全過程中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和加工狀態(tài)，直至預(yù)制件安裝在橋梁上截止，整個(gè)管理流程都可以在圖5所示的管理系統(tǒng)主界面上顯示出來。

圖5 構(gòu)件追蹤管理系統(tǒng)主界面

該軟件系統(tǒng)同時(shí)提供了豐富的人機(jī)交互功能，其主要功能包括：

(1)設(shè)置功能：包括創(chuàng)建新工程項(xiàng)目，對(duì)構(gòu)件基本信息進(jìn)行維護(hù)，管理二維碼信息，管理二維碼掃描儀及為每一批構(gòu)件設(shè)置加工(運(yùn)送)時(shí)間節(jié)點(diǎn)限制等特殊功能的設(shè)置；在實(shí)現(xiàn)設(shè)置功能中，系統(tǒng)設(shè)置需要進(jìn)行權(quán)限的管理。

(2)查詢功能：系統(tǒng)可根據(jù)多種不同的關(guān)鍵字進(jìn)行查詢，每一種查詢結(jié)果，都可導(dǎo)出成EXCEL表格進(jìn)行文檔保存或打印。

(3)顯示功能：包括界面顯示、查詢結(jié)果顯示、攝像顯示。

(4)電子地圖功能：可以實(shí)時(shí)在地圖中定位和顯示每個(gè)掃描儀所處具體位置，以便于管理人員掌握掃描儀的工作狀態(tài)。

(5)攝像頭：在關(guān)鍵工位上安裝攝像頭，監(jiān)測(cè)當(dāng)前工位的工況。視頻圖像的管理作為軟件系統(tǒng)的子功能模塊嵌入系統(tǒng)，以便于用戶在必要的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)輪巡監(jiān)視、自動(dòng)錄像、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。

(6)提醒與報(bào)警功能：根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算一個(gè)節(jié)點(diǎn)工位至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)工位所需的平均時(shí)間，用短信或LED屏通知下一個(gè)節(jié)點(diǎn)工位，某一批構(gòu)件將大約在何時(shí)進(jìn)場(chǎng)，以便該工位的設(shè)備及人員做好提前準(zhǔn)備；而當(dāng)某一構(gòu)件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，仍未到達(dá)某一節(jié)點(diǎn)工位，軟件界面上將出現(xiàn)文字提醒和聲音報(bào)警。

4.2 基于WEB端的網(wǎng)頁(yè)追蹤查詢程序

該程序應(yīng)用于用戶WEB上網(wǎng)終端網(wǎng)頁(yè)的查詢使用，其主要面向的是普通用戶和管理者用戶(通過權(quán)限設(shè)置)。普通用戶可直接進(jìn)入WEB端通過頁(yè)面瀏覽查詢構(gòu)件產(chǎn)品的基本信息；管理者用戶，通過權(quán)限，進(jìn)入WEB端通過頁(yè)面可瀏覽查詢構(gòu)件產(chǎn)品的更多信息，并可對(duì)信息進(jìn)行管理［3］。

通過訪問特定的WEB端的網(wǎng)頁(yè)，用戶即可隨時(shí)隨地查看建筑現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的加工流通的所有信息，極大方便工作。WEB端的網(wǎng)頁(yè)功能將實(shí)現(xiàn)用戶主控電腦的絕大部分有關(guān)構(gòu)件二維碼的查詢和顯示功能。

4.3 基于智能手機(jī)終端的追蹤查詢

該程序應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)用戶智能手機(jī)的終端查詢使用，其主要也是面向普通用戶和管理者用戶(通過權(quán)限設(shè)置)。普通用戶可以通過智能手機(jī)的掃碼功能掃描二維碼查詢構(gòu)件產(chǎn)品的基本信息，但不能進(jìn)行修改、刪除等操作；管理者用戶可以通過智能手機(jī)掃碼，通過權(quán)限，獲得App，查詢和管理更多信息。

在手機(jī)終端，對(duì)Web App的更新是由應(yīng)用開發(fā)者在后臺(tái)進(jìn)行，推送到用戶面前的都是全新的版本。

4.4 其他延展功能

除以上功能外，還對(duì)該系統(tǒng)開發(fā)了一系列拓展功能，如包括統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)某一種構(gòu)件或多種構(gòu)件從進(jìn)場(chǎng)開始直至預(yù)制件安裝在橋梁上的平均完成時(shí)間，統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)某一種構(gòu)件或多種構(gòu)件在某一工序中所花費(fèi)的時(shí)間；向業(yè)主所在的電腦網(wǎng)絡(luò)提交構(gòu)件預(yù)制件產(chǎn)品的加工狀態(tài)及向業(yè)主BIM系統(tǒng)提交預(yù)制件安裝完畢數(shù)據(jù)等等。這些延展功能都是針對(duì)鋼構(gòu)件以及預(yù)制件成型和安裝這樣特殊的生產(chǎn)管理過程，根據(jù)管理者的需求特別定制或修改軟件以實(shí)現(xiàn)的，利用他們可以對(duì)構(gòu)件實(shí)際生產(chǎn)中過程的追蹤管理針對(duì)不同情況進(jìn)行特殊調(diào)整。

5 結(jié)語

本文所提出并開發(fā)的以二維碼為媒介的追蹤管理專用軟件，是一套較為完整的應(yīng)用于建筑行業(yè)的預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)追蹤管理系統(tǒng)。系統(tǒng)具有便捷化、智能化和可視化的特點(diǎn)，能夠顯著提高管理人員的工作效率，降低產(chǎn)品在生產(chǎn)和流通過程中的各類風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁預(yù)制拼裝中各類構(gòu)件的加工、預(yù)制及安裝的每個(gè)流通環(huán)節(jié)的定位和管理，提高了標(biāo)準(zhǔn)化及信息化水平。對(duì)其進(jìn)一步的研究及推廣，有助于對(duì)全預(yù)制拼裝工藝的管理提升，在未來，可望將其用于通用工廠化的追蹤管理中，使之得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)踐的成果最大化。

［1］ 余峰. 生產(chǎn)控制與制造跟蹤管理解決方案 ［J］. 中國(guó)科技博覽. 2011(35)：464-468.

［2］ 盛秋康. 二維碼編解碼技術(shù)的研究與應(yīng)用［D］. 南京∶南京理工大學(xué), 2011.

［3］ 王子愚. Web服務(wù)及其在項(xiàng)目跟蹤管理中的研究與應(yīng)用［D］. 貴州：貴州大學(xué)，2008.

U445.1

B

1009-7716(2015)08-0077-04

2015-04-02

康莊(1985-)，男，山東濟(jì)南人，博士，工程師，從事道路工程技術(shù)管理工作。