基于BIM的工廠建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究

關(guān)俊濤，丁金聽，楊建光

(1.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092)

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基于BIM的工廠建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究

關(guān)俊濤1，2，丁金聽1，楊建光1

(1.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092)

針對傳統(tǒng)工程管理方式中存在的設(shè)備到貨進(jìn)度、安裝進(jìn)度和質(zhì)量管理等信息化水平較低的現(xiàn)狀，將BIM技術(shù)和二維碼技術(shù)應(yīng)用于工廠建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)備管理。提出工程參建各方共同參與的設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案，開發(fā)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輔助開展項(xiàng)目管理工作。以某卷煙廠技術(shù)改造項(xiàng)目為例，在設(shè)備進(jìn)場、安裝和驗(yàn)交等環(huán)節(jié)，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)備數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)跟蹤和檢查確認(rèn)等施工管理工作，集成了工廠設(shè)計(jì)和建造階段的設(shè)備信息，提高了工廠建設(shè)的透明度，為工廠的一體化、數(shù)字化移交奠定了基礎(chǔ)。

BIM二維碼；數(shù)據(jù)采集；分類編碼

目前，“數(shù)字化工廠”已成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)，其中工廠的數(shù)字化工作是必不可少的條件[1-2]。工廠數(shù)字化涉及工廠的全生命周期，應(yīng)不斷收集、管理和重復(fù)利用各個階段的數(shù)字化信息，為各種管理信息系統(tǒng)的實(shí)施提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。特別是工廠中的設(shè)備，具有種類多、專業(yè)性強(qiáng)、價值高、資金比重大和管理難度大等特點(diǎn)，是工廠數(shù)字化工作的重點(diǎn)。

隨著信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM(BuildingInformationModeling)技術(shù)以其貫穿全生命周期信息的理念獲得了國內(nèi)外的廣泛認(rèn)可[3]。由于全部信息都基于同一個中心數(shù)據(jù)庫，可保證信息的一致性、準(zhǔn)確性、完整性和實(shí)時性[4]。以BIM模型為載體，通過設(shè)備BIM設(shè)計(jì)編號逐步收集和管理工廠設(shè)計(jì)及建設(shè)過程中設(shè)備的各種相關(guān)信息，是實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)備數(shù)字化的有效途徑。

二維碼技術(shù)將符號編碼、自動識別、數(shù)據(jù)采集、自動錄入、快速處理和信息存儲等技術(shù)融為一體，能夠有效解決物品管理領(lǐng)域大量數(shù)據(jù)的采集與自動錄入問題，已廣泛地應(yīng)用于商業(yè)、金融、物流交通、醫(yī)療、制造和倉儲等行業(yè)[5]。將二維碼技術(shù)引入工程建設(shè)領(lǐng)域，可以對工程管理提供極大便利，在技術(shù)、安全、生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)督等工程建設(shè)日常管理中具有廣闊的應(yīng)用前景[6]。

本文提出基于BIM模型的工廠建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集解決方案，并在某卷煙廠技術(shù)改造中進(jìn)行應(yīng)用，驗(yàn)證提出方案的可行性和有效性。

1　設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)方案

為使工程參建各方能夠及時了解和監(jiān)督設(shè)備從設(shè)計(jì)、采購到安裝、驗(yàn)收的各個環(huán)節(jié)信息，保證設(shè)備數(shù)據(jù)采集過程中各個環(huán)節(jié)不脫節(jié)，制定了建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案(見圖1)。

圖1　建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案

為實(shí)現(xiàn)工廠建設(shè)項(xiàng)目中設(shè)備數(shù)據(jù)的可追溯，提高設(shè)備數(shù)據(jù)采集的效率，在設(shè)備進(jìn)場及安裝驗(yàn)收中采用二維碼技術(shù)。各參建單位合理分工，共同完成設(shè)備數(shù)據(jù)的采集工作。業(yè)主單位負(fù)責(zé)制定設(shè)備數(shù)據(jù)采集實(shí)施細(xì)則及實(shí)施過程中的各種驗(yàn)證、確認(rèn)工作；BIM咨詢單位負(fù)責(zé)編制二維碼應(yīng)用實(shí)施方案，對BIM模型中的設(shè)備進(jìn)行分類編碼，提供需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備編碼清單，開發(fā)配套的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件；總包單位負(fù)責(zé)配置二維碼制作和使用的相關(guān)設(shè)備，根據(jù)BIM咨詢單位提供的設(shè)備編碼清單，制作并分發(fā)二維碼給相應(yīng)的專業(yè)分包或設(shè)備供應(yīng)商；各專業(yè)分包或設(shè)備供應(yīng)商負(fù)責(zé)提供業(yè)主要求的供應(yīng)設(shè)備主要參數(shù)信息，在設(shè)備進(jìn)場時標(biāo)示二維碼并進(jìn)行設(shè)備安裝、調(diào)試工作；監(jiān)理單位負(fù)責(zé)設(shè)備進(jìn)場時二維碼標(biāo)示、電子文件驗(yàn)收登記、設(shè)備系統(tǒng)驗(yàn)收登記及資料上傳工作。

設(shè)備數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容分為數(shù)據(jù)、電子掃描件和電子版文件資料三大類。數(shù)據(jù)應(yīng)包含設(shè)備清單(設(shè)計(jì)圖樣編號、BIM設(shè)計(jì)編號)、附件清單及設(shè)備主要參數(shù)等；電子掃描件應(yīng)包含設(shè)備合格證、測試報告和驗(yàn)收單等掃描文件；電子版文件資料應(yīng)包含設(shè)備手冊、使用說明書、柜內(nèi)布置圖和原理圖等。

2　二維碼編碼規(guī)范

2.1二維碼技術(shù)優(yōu)勢

二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面(二維方向上)分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的一種條碼。與一維碼技術(shù)相比，其具有信息容量大、可加密和抗污等優(yōu)點(diǎn)；與射頻技術(shù)相比，其具有制作簡單和成本低等優(yōu)點(diǎn)。

由于在工廠建設(shè)過程中，存在設(shè)備存放環(huán)境粉塵大、工廠建設(shè)成本受限制等實(shí)際問題，選用抗污、高性價比的二維碼實(shí)施方案是企業(yè)進(jìn)行大規(guī)模信息自動采集的首選。

2.2二維碼規(guī)格

1)二維碼尺寸規(guī)格為3.5cm×3.5cm(可容納不少于300個中文字節(jié))，材質(zhì)選用艾利亞銀PET材料，打印圖案清晰完整。

2)可粘貼在設(shè)備表面上的二維碼，通過手持式二維碼掃描設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦)在無網(wǎng)絡(luò)連接的情況下直接讀取，顯示二維碼內(nèi)的信息。

3)對于粘貼面積較小的設(shè)備，提供尺寸規(guī)格較小的二維碼，二維碼內(nèi)的信息僅為“網(wǎng)址鏈接地址”，在連接網(wǎng)絡(luò)的情況下進(jìn)入該地址，查詢設(shè)備相關(guān)信息。

2.3二維碼組成

二維碼包含標(biāo)識碼及設(shè)備信息等2部分內(nèi)容。標(biāo)識碼位于二維碼讀取信息的首行，與工廠BIM模型中設(shè)備BIM設(shè)計(jì)編號一致。作為設(shè)備在項(xiàng)目中的唯一標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)物與BIM模型中設(shè)備的一一對應(yīng)。設(shè)備信息應(yīng)包含安裝地點(diǎn)、設(shè)備型號、設(shè)備名稱、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、出廠編號、外形尺寸和主要技術(shù)參數(shù)等。工作人員在現(xiàn)場使用手持設(shè)備掃描設(shè)備二維碼時，設(shè)備的相關(guān)信息會立刻呈現(xiàn)給用戶，便于開展設(shè)備的登記、驗(yàn)收工作。某設(shè)備的二維碼及包含信息見表1。

表1　某設(shè)備的二維碼及包含信息

2.4BIM設(shè)計(jì)編號規(guī)則

工廠BIM模型中設(shè)備設(shè)計(jì)編號由空間位置碼和專業(yè)設(shè)計(jì)碼等2段組成，中間以“#”連接?？臻g位置碼由子項(xiàng)代碼、分區(qū)代碼、樓層代碼和房間代碼組成；專業(yè)設(shè)計(jì)碼由專業(yè)系統(tǒng)代碼、設(shè)備代碼(流水號)組成。例如“301-1-1-30#22DQ-PD002”表示301子項(xiàng)(動力中心)1分區(qū)1樓層第30個房間電氣專業(yè)配電系統(tǒng)第2個配電柜。在實(shí)際應(yīng)用中各碼段位數(shù)可靈活擴(kuò)充，也可增加碼段補(bǔ)充其他信息，但應(yīng)在編碼指導(dǎo)書中進(jìn)行說明。

3　設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)功能模塊劃分

本系統(tǒng)用于滿足工廠建設(shè)過程中設(shè)備數(shù)據(jù)采集有關(guān)的一系列需求，分為合同管理、招標(biāo)設(shè)備清單數(shù)據(jù)采集和主要設(shè)備驗(yàn)收數(shù)據(jù)采集等模塊，每個模塊下又包含若干個子功能模塊。

3.2系統(tǒng)平臺

由于設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用人員較為固定，工廠建設(shè)項(xiàng)目中需要采集數(shù)據(jù)的設(shè)備數(shù)目龐大，為提高工作效率，本系統(tǒng)采用C/S(客戶端/服務(wù)器)架構(gòu)設(shè)計(jì)。PC客戶端支持MicrosoftWindows7以上操作系統(tǒng)。移動終端支持Android4.4.3、IOS7及以上系統(tǒng)版本，具備WIFI無線上網(wǎng)功能和4G/3G網(wǎng)絡(luò)功能，支持802.11b/g/n無線協(xié)議。

3.3設(shè)備數(shù)據(jù)采集流程

需要采集、驗(yàn)收、查詢設(shè)備的信息和狀態(tài)時，用戶使用移動終端(需要預(yù)先下載安裝Android或IOS客戶端)登陸數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從服務(wù)器下載設(shè)備信息數(shù)據(jù)；掃描設(shè)備上粘附的二維碼，驗(yàn)證二維碼信息是否同數(shù)據(jù)庫信息一致，是否與設(shè)備實(shí)際情況相符；二維碼信息驗(yàn)證通過后，在移動終端上進(jìn)行確認(rèn)操作，如果二維碼信息與數(shù)據(jù)庫或設(shè)備實(shí)際情況不符合，即拒絕進(jìn)行驗(yàn)證工作，將問題提交至相關(guān)部門處理；驗(yàn)收工作完成后將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，更新設(shè)備狀態(tài)；項(xiàng)目各參與方可通過PC客戶端或移動終端查詢設(shè)備的相關(guān)信息及狀態(tài)。

4　設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

基于BIM的工廠建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某卷煙廠制絲生產(chǎn)線技術(shù)改造項(xiàng)目。設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的PC端界面和移動端界面分別如圖2、圖3所示。PC端軟件功能齊全，可過濾、查詢及顯示設(shè)備的BIM設(shè)計(jì)編號和狀態(tài)信息，并查看合同、設(shè)備參數(shù)、附屬設(shè)備和隨機(jī)附件等其他相關(guān)信息。移動端軟件可在現(xiàn)場對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢查確認(rèn)并與數(shù)據(jù)庫同步，同時也可以過濾及查詢設(shè)備的各種信息及狀態(tài)。

設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到了如下目標(biāo)：1)實(shí)現(xiàn)了工廠建設(shè)過程中設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時跟蹤；2)將工廠設(shè)計(jì)階段與建設(shè)階段的設(shè)備信息通過BIM設(shè)計(jì)編號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成了準(zhǔn)確、完整的工廠設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫。

圖2　設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PC端應(yīng)用實(shí)例

5　結(jié)語

本文提出了一種基于BIM的工廠建設(shè)項(xiàng)目設(shè)備數(shù)據(jù)采集解決方案，并開發(fā)了配套的應(yīng)用軟件。開發(fā)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件在某卷煙廠技術(shù)改造中進(jìn)行應(yīng)用，能夠采集和查詢設(shè)備的信息及狀態(tài)。將設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫同工廠BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，能夠?yàn)楣S運(yùn)營階段設(shè)備的運(yùn)營維護(hù)提供有力支撐。

[1]黃騰輝, 孫紹泉, 彭寧濤, 等.DELMIA軟件在數(shù)字化工廠中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程與自動化, 2015(3):220-222.

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責(zé)任編輯鄭練

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

關(guān)俊濤(1983-)，男，博士后，工程師，主要從事數(shù)字化工廠、信息分類與編碼技術(shù)等方面的研究。

2016-01-08