基于BIM的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(北京語言大學(xué) 財(cái)務(wù)處，北京 100083)

0 引言

隨著全球化和信息化時(shí)代的到來，信息逐漸成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。在信息技術(shù)影響下，低成本工程項(xiàng)目的管理已經(jīng)轉(zhuǎn)換為工程項(xiàng)目信息的管理，如何為低成本工程項(xiàng)目建設(shè)構(gòu)造一個(gè)集成化形式的溝通與相互協(xié)調(diào)的良好環(huán)境，提升低成本工程項(xiàng)目建設(shè)效益，已經(jīng)成為了國內(nèi)外低成本工程項(xiàng)目管理領(lǐng)域的重要課題[2]。當(dāng)前工程項(xiàng)目的建設(shè)過程日漸復(fù)雜，一個(gè)工程中參與的單位也越來越多，經(jīng)常會涉及到政府部門、規(guī)劃、施工以及材料和設(shè)備的供應(yīng)商等，由于各個(gè)單位并不在同一處辦公，屬于異構(gòu)式的低成本工程項(xiàng)目，它的管理模式、信息結(jié)構(gòu)都是不同的，交流平臺不統(tǒng)一，在進(jìn)度傳遞與進(jìn)度表達(dá)上，經(jīng)常會出現(xiàn)信息斷層現(xiàn)象[3]，此時(shí)就需要一個(gè)低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)來解決這一問題[4]。當(dāng)前的工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法對工程進(jìn)度進(jìn)行高效地控制[5]。在這種情況下，如何使低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加完善，成為了當(dāng)前亟待解決的問題[6]。而基于BIM的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，可以對進(jìn)度控制系統(tǒng)進(jìn)行妥善地設(shè)計(jì)。當(dāng)前的項(xiàng)目進(jìn)度控制的問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了低成本工程項(xiàng)目的建設(shè)，受到了有關(guān)學(xué)者的重視[7]。

文獻(xiàn)[8]提出一種基于Map/Reduce的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該方法根據(jù)引入本體，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的關(guān)鍵字控制而導(dǎo)致的語義匱乏的缺陷，并對多種本體的組建方法與技術(shù)進(jìn)行綜合分析，針對專利數(shù)據(jù)自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套半自動(dòng)組建本體的體系，在此基礎(chǔ)上組建本體的專利低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)框架，對系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)思想與控制流程進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法具有很好的延伸性，但是存在著查全率低的問題。文獻(xiàn)[9]提出一種基于概念格的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該方法利用Lucene對工程項(xiàng)目進(jìn)度建立索引，根據(jù)中文分詞器對進(jìn)度信息中的中文進(jìn)行分詞，對進(jìn)度信息中事物地理位置進(jìn)行索引，在控制系統(tǒng)中利用地理位置的進(jìn)度信息對控制的質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。文中的分布式運(yùn)算層為進(jìn)度信息的索引以及控制提供了計(jì)算能力支持。該方法性能較為優(yōu)越，但是不適用于大規(guī)模進(jìn)度控制中。文獻(xiàn)[10]提出一種基于Silverlight的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該方法將RISC微處理器當(dāng)作控制的硬件核心，設(shè)計(jì)和完成了低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)。把網(wǎng)絡(luò)通信與低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制結(jié)合，提出了控制系統(tǒng)的軟件和硬件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，與32位高性能RISC處理器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)證明該方法可以滿足低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制的要求，但是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本高。

針對上述產(chǎn)生的問題，提出一種基于BIM的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)證明，所提方法可以有效對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

1.1 項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)整體構(gòu)造

在低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制整體構(gòu)造中，利用CAN傳輸進(jìn)度信息控制數(shù)據(jù)庫訪問以及資源控制調(diào)度的程序，在控制系統(tǒng)操作界面，利用Qt/Embedded當(dāng)作GUI對人機(jī)交互頁面進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)控制系統(tǒng)的幾個(gè)子系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)、進(jìn)度信息采集子系統(tǒng)、寄存器等，與系統(tǒng)電源、接口電路、進(jìn)度信息控制模塊以及進(jìn)度傳輸電路共同組建低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。

圖1 控制系統(tǒng)整體構(gòu)造設(shè)計(jì)

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件以ARM7微處理器以及液晶顯示模塊、IC總線、以太網(wǎng)模塊等組成。硬件系統(tǒng)的主控制芯片采取的是ARM處理器LPC2290，把嵌入式微處理器和IC總線相連，用戶根據(jù)控制按鈕經(jīng)過IC總線傳送至ARM處理器中，利用處理器對控制的進(jìn)度坐標(biāo)進(jìn)行處理，并識別進(jìn)度的內(nèi)容，依據(jù)以太網(wǎng)的接口訪問低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。

圖2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.2.1 進(jìn)度信息傳輸電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)進(jìn)度信息傳輸電路內(nèi)置濾波器，COM1當(dāng)作公共地，并設(shè)有限流電阻與24 V開路電壓。進(jìn)度信息傳輸端口是固定地址，利用晶體管傳輸形式，公共端相互隔離，其端口電壓分別是+24 V和+5 V。傳輸端口中，y4、y5、y6、y7當(dāng)作地址總線，因?yàn)榫w管傳輸為開路傳輸，傳輸總線的輸出線需要外接上拉電阻和+5 V電源連接。圖中的譯碼器當(dāng)作地址分配器，取外部接口芯片與之相連，可以有效傳輸進(jìn)度數(shù)據(jù)。

圖3 進(jìn)度信息傳輸電路設(shè)計(jì)

1.2.2 接口電路設(shè)計(jì)

在進(jìn)度信息控制接口電路圖中，將ICL7135的STROBE和單機(jī)片的斷口INT1相連，在A/D轉(zhuǎn)換期間，STROBE是高電平，轉(zhuǎn)換之后，STROBE輸出5個(gè)負(fù)脈沖。加上1個(gè)極性口，該控制系統(tǒng)接口電路僅占用單片機(jī)的7根I/O，進(jìn)一步地減少了控制系統(tǒng)接口電路的負(fù)荷。

圖4 接口電路圖

1.2.3 進(jìn)度信息控制模塊設(shè)計(jì)

圖5由用戶發(fā)出進(jìn)度信息控制訪問，然后進(jìn)入進(jìn)度控制排隊(duì)，系統(tǒng)開始控制相似或者相同進(jìn)度信息進(jìn)行匹配，并顯示匹配結(jié)果，完成進(jìn)度信息控制。

圖5 進(jìn)度信息控制模塊設(shè)計(jì)

1.2.4 控制系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)電路中的TMS320VC5402芯片，屬于功耗比較低的定點(diǎn)DSP芯片，根據(jù)雙電源供電體制，控制系統(tǒng)電源利用內(nèi)核電源以及I/O電源組成，其中，內(nèi)核電源是1.8 V能夠降低功耗，I/O電源是3.3 V，可以使DSP芯片直接和外部低壓器件進(jìn)行接口，不需要額外電瓶轉(zhuǎn)換電路。該控制系統(tǒng)的電源環(huán)境選取的是TI公司的DSP專用芯片TPS73HD318，可以更好地為低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)供電。

圖6 系統(tǒng)電源電路圖

2 進(jìn)度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制請求的處理

本文利用CSDT服務(wù)器對用戶發(fā)送的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制請求進(jìn)行處理。為了減少控制請求的傳送響應(yīng)時(shí)間，在CSDT-S對TR(傳送請求)處理中，加入了對TR的處理調(diào)度。詳細(xì)的來說就是，在任意時(shí)刻，CSDT-S按照順序?qū)刂普埱箨?duì)列內(nèi)的TR進(jìn)行處理，對于新收到的TR就會被附加在請求隊(duì)列中的尾部。間隔Δx時(shí)刻，調(diào)度器對控制請求隊(duì)列中各個(gè)TR進(jìn)行排隊(duì)，在排隊(duì)過程中，綜合對TR處理進(jìn)度信息的數(shù)目、大小等因素進(jìn)行考慮，詳細(xì)的排隊(duì)函數(shù)為：

la=αlg(ga-λ)+βln(ha-Cμ)+γ1b(za-Cσ)

(1)

式中，la代表第l隊(duì)列中，第a個(gè)TR排隊(duì)函數(shù)值，ga代表該TR的進(jìn)度信息數(shù)量，ha代表該TR中最長的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度大小，za代表該TR的進(jìn)度信息多少總和，權(quán)值α=0.35，β=0.15，γ=0.5。閾值λ，Cμ，Cσ分別代表關(guān)于TR進(jìn)度信息的數(shù)量、大小以及最久進(jìn)度信息，為可定制的常數(shù)。

TR按照其排隊(duì)的函數(shù)值由大到小的順序，插入至請求的隊(duì)列中，排隊(duì)函數(shù)值比較小的優(yōu)先處理。為了避免排隊(duì)的函數(shù)值比較大的TR長時(shí)間得不到處理，對上一Δx時(shí)刻間隔內(nèi)沒有處理完的TR，重新排隊(duì)時(shí)的排隊(duì)函數(shù)值按式(6)進(jìn)行更新：

laprime=e-r·la

(2)

式中，r代表該TR通過調(diào)度的輪數(shù)，就是Δx周期次數(shù)，由此能夠按指數(shù)跌代加速TR處理的優(yōu)先級。

2.2 低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度關(guān)聯(lián)指向特征的構(gòu)建

在基于BIM的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)中，利用分布式并行運(yùn)算方式，就是同一時(shí)間通過數(shù)個(gè)處理器執(zhí)行運(yùn)算，可以提高計(jì)算速度，對大規(guī)模低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行計(jì)算處理。每當(dāng)用戶提出控制要求，并把提問內(nèi)容交給控制代理時(shí)，控制代理將提問發(fā)送至系統(tǒng)的各個(gè)服務(wù)器，按照2.1中低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制請求的處理方法，對這些進(jìn)度信息存儲器進(jìn)行并行分布控制，并將控制結(jié)果進(jìn)行重新整合，按照相關(guān)度排序，排序后傳送到用戶的控制界面。最大程度地提高了控制速度以及控制能力。

實(shí)現(xiàn)低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制的核心為：進(jìn)行低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫的調(diào)度，利用模糊C均值聚類算法對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問控制。假設(shè)，將低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫中三層集成的分布式存儲構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，定義為：

(3)

(4)

其中：H描述的是低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫中，分布結(jié)構(gòu)的向量集合，整個(gè)低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫利用語義的分布形式，對進(jìn)度屬性進(jìn)行分類，獲得低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度特征的屬性分類集合：

(5)

其中：單個(gè)的控制節(jié)點(diǎn)約束參量輸入為：

v=[v1,v2,…,vN]∈RJN

(6)

構(gòu)建低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制中本征向量的軌跡ya與yc，控制過程中語義的指向性進(jìn)度是兩個(gè)標(biāo)量的向量，根據(jù)模糊C均值聚類對進(jìn)度數(shù)據(jù)庫中的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行屬性分類，并對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度在其數(shù)據(jù)中的分布特征，進(jìn)行關(guān)聯(lián)指向特征提取，組建低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)指向特征，由下面的兩個(gè)式子對其進(jìn)行表示：

K(o)=p(o)L(o)+S(o)EHH(cτ)

(7)

M(V,F1)=M(keyword,B1)+M(search,B2)

(8)

其中：B1代表低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫訪問的控制樣本測試集，B2代表低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫的控制訓(xùn)練集。利用模糊C均值聚類算法完成低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)屬性分類控制，借此結(jié)果完成對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度的精確訪問與控制。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了證明基于BIM的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的可實(shí)踐性，需要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，在VisualDSP++4.5的環(huán)境下搭建低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自于北京遠(yuǎn)東低成本工程項(xiàng)目管理有限公司，將本文所提方法應(yīng)用于該公司的某一低成本工程項(xiàng)目，觀察本文所提方法的整體性能。

3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)由來

VisualDSP++中有一個(gè)開發(fā)環(huán)境為IDDE，可以有效完成對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的硬件環(huán)境：處理器Inter(R)Core(TM)2DuoCPU2.94 GHz，其內(nèi)存為8.00 GB。低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫的訪問中，對進(jìn)度數(shù)據(jù)歸一化的初始頻率f1=0.8Hz，其終止頻率f2=0.15Hz。在低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)中，進(jìn)度數(shù)據(jù)的傳輸比特率是0.59 Bps/s，通過上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境與參數(shù)的設(shè)置，對進(jìn)度控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試以及實(shí)驗(yàn)分析。在調(diào)試過程中，利用數(shù)據(jù)查準(zhǔn)率、召回率等作為調(diào)試的指標(biāo)，在A/D采樣進(jìn)度數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)的調(diào)試，為了證明本文方法的性能，利用本文所提方法與文獻(xiàn)方法對一系列調(diào)試指標(biāo)進(jìn)行對比。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1是不同方法低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)的查準(zhǔn)率(%)，也可以叫作準(zhǔn)確率(%)對比。下式為查準(zhǔn)率(%)計(jì)算公式。

(9)

其中：TP代表預(yù)測為正時(shí)，實(shí)現(xiàn)也為正，F(xiàn)P代表預(yù)測為正時(shí)，實(shí)現(xiàn)為負(fù)。

表1 不同方法進(jìn)度控制系統(tǒng)的查準(zhǔn)率對比

分析表1，本文所提方法低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)的查準(zhǔn)率，明顯高于文獻(xiàn)所提方法低成本工程項(xiàng)目管理控制系統(tǒng)的查準(zhǔn)率。本文所提方法在系統(tǒng)的整體構(gòu)造中，利用CAN傳輸進(jìn)度信息控制數(shù)據(jù)庫訪問以及資源控制調(diào)度的程序，提高了進(jìn)度信息控制的準(zhǔn)確率，證明了本文所提方法具有較高可行性。表2是不同方法低成本工程項(xiàng)目管理控制系統(tǒng)的召回率(%)對比。下式為召回率(%)計(jì)算公式。

(10)

表2 不同方法進(jìn)度控制系統(tǒng)的召回率對比

由表2可知，文獻(xiàn)[9]所提方法進(jìn)度控制系統(tǒng)的召回率最低，文獻(xiàn)[9]所提方法根據(jù)中文分詞器對進(jìn)度中的中文進(jìn)行分詞，對進(jìn)度中事物地理位置進(jìn)行索引，僅考慮了中文控制情況，沒有對其他語種控制狀況進(jìn)行專門設(shè)置，或者提供語種統(tǒng)一的控制平臺，導(dǎo)致進(jìn)度信息控制的查全率，也就是召回率較低。本文所提方法對進(jìn)度信息存儲器進(jìn)行并行分布控制，并將控制結(jié)果進(jìn)行重新整合，按照相關(guān)度排序，排序后傳送到用戶的控制界面，控制系統(tǒng)召回率要比文獻(xiàn)所提方法高。圖7是不同方法進(jìn)度信息控制請求處理時(shí)間(s)對比。

圖7 不同方法控制請求處理時(shí)間對比

圖7中，在同樣的控制請求數(shù)目下，文獻(xiàn)[8]方法進(jìn)度信息控制請求處理所用時(shí)間最長，文獻(xiàn)[8]所提方法對多種本體的組建方法與技術(shù)進(jìn)行綜合分析，針對專利數(shù)據(jù)自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套半自動(dòng)組建本體的體系，顯然半自動(dòng)化的體系無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)度控制系統(tǒng)高效率處理控制請求的目的。而本文所提方法為了減少控制請求的傳送響應(yīng)時(shí)間，在CSDT-S對TR(傳送請求)處理中，加入了對TR的處理調(diào)度，進(jìn)一步證明了本文方法較強(qiáng)的適用性和實(shí)用性。圖8反映的是不同方法控制系統(tǒng)進(jìn)度傳輸所用能耗(ω)對比，假設(shè)能耗單位為ω。

圖8 不同方法進(jìn)度信息傳輸所用能耗對比

圖8中，本文所提方法進(jìn)度信息傳輸所用能耗，明顯少于文獻(xiàn)所提方法進(jìn)度信息傳輸所用能耗。因?yàn)樵诶帽疚乃岱椒ㄟM(jìn)行低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，傳輸電路利用的是晶體管傳輸形式，所以進(jìn)度信息傳輸所用能耗較低，以上數(shù)據(jù)均說明了本文所提方法具有較強(qiáng)地可實(shí)踐性。

圖9 不同方法下系統(tǒng)進(jìn)度控制精度對比

在不同方法所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)對進(jìn)度控制精度對比結(jié)果如圖所示，隨著進(jìn)度信息傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量的增加，傳統(tǒng)方法精度一直偏低，最高為65%左右，最低達(dá)到20%以下，這樣的精度無法滿足實(shí)際應(yīng)用要求。而所設(shè)計(jì)的進(jìn)度控制方法，控制精度一直穩(wěn)定在90%到95%之間，這說明該設(shè)計(jì)方法能夠高精度的對工程項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行控制。

實(shí)驗(yàn)證明，本文所提方法可以穩(wěn)定地對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少了進(jìn)度控制時(shí)間，可以為工程項(xiàng)目進(jìn)度管理領(lǐng)域提供比較高地實(shí)際意義。

4 結(jié)束語

利用當(dāng)前方法對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行控制，存在設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題，提出一種基于BIM的低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。并通過實(shí)驗(yàn)證明，所提方法可以高效地對低成本工程項(xiàng)目進(jìn)度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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