基于二維碼和Tekla技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)制造安裝的應(yīng)用研究

劉艷輝 吝健全 王雄

摘 要 針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作及施工安裝過程中信息孤立及傳統(tǒng)手工鋼印耗時(shí)費(fèi)工等問題，提出一種基于二維碼和Tekla技術(shù)的信息管理模式，使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、施工安裝管理形成一條完整數(shù)據(jù)鏈。設(shè)計(jì)階段，在Tekla中實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件的拆分，每個(gè)構(gòu)件分配唯一的構(gòu)件編碼，構(gòu)件編碼在寶冶鋼構(gòu)一站式智能管理平臺(tái)自動(dòng)批量生成對(duì)應(yīng)二維碼;制造階段，通過手機(jī)平臺(tái)可以上傳制作時(shí)間及檢驗(yàn)記錄等信息;施工安裝階段，便利查看構(gòu)件安裝部位并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。

關(guān)鍵詞 二維碼;Tekla;智能管理;鋼結(jié)構(gòu)制造安裝

引言

傳統(tǒng)鋼筋水泥建筑耗時(shí)費(fèi)力、不經(jīng)濟(jì)，無法循環(huán)利用等弊端日益凸顯。近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)提高，鋼結(jié)構(gòu)建筑以其獨(dú)特的工廠化制造、施工速度快、結(jié)構(gòu)性能好、人工消耗少、可循環(huán)利用等優(yōu)勢(shì)在建筑行業(yè)得到快速發(fā)展。

基于二維碼技術(shù)的成熟以及在各個(gè)領(lǐng)域的普及，同時(shí)，二維碼技術(shù)具有成本低、易部署、查看方便及信息量大等優(yōu)點(diǎn)，使二維碼在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如二維碼用于開發(fā)自動(dòng)化設(shè)施管理系統(tǒng)[1]及基于 BIM 的車間繪圖自動(dòng)化系統(tǒng)[2]， 跟蹤和控制工程圖紙、報(bào)告和規(guī)范[3]，獲取有關(guān)的建筑物和其他文物信息[4]。

建筑信息模型（building information modeling，BIM）是2002年REVIT公司提出的概念。由于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造、施工安裝存在諸多問題，如在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中：鋼構(gòu)建筑物造型多變?cè)斐晒?jié)點(diǎn)復(fù)雜;構(gòu)件設(shè)計(jì)與施工中的碰撞;施工過程中進(jìn)度費(fèi)用等偏差問題。使建筑信息化、數(shù)字化的BIM技術(shù)被很快應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的全生命周期（設(shè)計(jì)、制造、施工和維護(hù)及拆除）。

基于BIM技術(shù)的常用軟件有Tekla Strucyures， Autodesk Revit ， PKPM， Navisworks等工具軟件。Tekla Strucyures是全球通用的一款鋼結(jié)構(gòu)深化軟件，可以多用戶同時(shí)創(chuàng)建3D模型，同時(shí)具有導(dǎo)出施工詳圖和各種報(bào)表（零件圖、材料清單），也可以導(dǎo)出CNC文件到數(shù)控切割機(jī)知道下料和制造，所以Tekla在鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制造和安裝工作中起著舉足輕重的地位。韓笑影利用 BIM 的可視化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、信息互用、性能模擬等優(yōu)點(diǎn)，解決綠色建筑在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題[5]。姜曉龍將 BIM 技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電安裝中，進(jìn)行碰撞檢測(cè)、施工模擬及管線綜合布控[6]。 尚超宏等用Tekla 軟件對(duì)北京某鋼混結(jié)構(gòu)科技園進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，解決鋼筋和鋼構(gòu)各構(gòu)件相互交錯(cuò)和節(jié)點(diǎn)復(fù)雜等技術(shù)難點(diǎn)[7]。楊松等用 tekla21.0軟件對(duì)中國(guó)電科電子科技園 2號(hào)樓項(xiàng)目進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，解決項(xiàng)目為大跨度環(huán)形桁架支撐鋼框架，跨度大、構(gòu) 件數(shù)量多等問題，并利用軟件提高深化設(shè)計(jì)工作效率及精準(zhǔn)出圖。

本文提出一種將二維碼和Tekla軟件相結(jié)合新管理模式，解決傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑中存在數(shù)據(jù)孤立，使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、施工安裝信息數(shù)據(jù)形成完整據(jù)鏈，提高信息保真度。首先，利用Tekla軟件對(duì)將要制造鋼構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并導(dǎo)出鋼構(gòu)件的材料清單，生成材料清單關(guān)聯(lián)寶冶鋼構(gòu)智能管理平臺(tái)自動(dòng)成批量生成二維碼，且二維碼的內(nèi)容可以增添修改，具有更好適應(yīng)。

1二維碼技術(shù)和Tekla相結(jié)合

目前二維碼常見的格式有Code16K，Code49，PDF417，Date Matrix，Aztec，QR Code等類型[8]。寶冶鋼結(jié)構(gòu)智能管理平臺(tái)批量生成二維碼是QR Code，此種二維碼具有超高速識(shí)讀，具有較強(qiáng)糾錯(cuò)能力，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造廠和施工安裝的臟亂差環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。

Tekla模型信息以二維碼為載體貫穿深化設(shè)計(jì)、寶冶智能平臺(tái)、構(gòu)件制造、施工安裝四個(gè)階段，如圖1所示。

在鋼構(gòu)件深化設(shè)計(jì)階段通過Tekla軟件對(duì)鋼構(gòu)進(jìn)行建模，并能夠?qū)С霾牧锨鍐魏土慵D。在寶冶智能平臺(tái)批量生成二維階段，利用材料清單和構(gòu)件編碼批量生成與加工構(gòu)件唯一匹配的二維碼，解決傳統(tǒng)二維碼只能單一生成操作煩瑣的問題，在實(shí)際操作中起到高效便利的效果。在制造加工階段，在構(gòu)件上粘貼二維可以實(shí)時(shí)跟蹤物料狀態(tài)及錄入質(zhì)檢信息。施工安裝階段，查看構(gòu)件安裝部位并錄入現(xiàn)在驗(yàn)收信息。最后，鋼構(gòu)件的所有信息反向上傳到寶冶智能平臺(tái)，便于隨時(shí)查看和跟蹤。以二維碼為載體實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)單位、制造加工單位、施工單位數(shù)據(jù)唯一性，有效解決數(shù)據(jù)信息孤立問題[9]。

1.1 深化設(shè)計(jì)階段

Tekla軟件是根據(jù)原設(shè)計(jì)二維平面CAD（圖2所示）進(jìn)行的二次深化設(shè)計(jì)，在模型建立之前，必須仔細(xì)閱讀，理解，熟悉，審查原設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)文件等相關(guān)設(shè)計(jì)資料，及時(shí)查看相關(guān)工程聯(lián)系單，并熟悉有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件，才能夠準(zhǔn)確的完成詳圖轉(zhuǎn)化（圖3所示）。

在建模之前制定詳細(xì)的構(gòu)件、零件等編號(hào)原則、零件狀態(tài)及等級(jí)等;制定建模注意事項(xiàng);設(shè)置建模的環(huán)境變量等。編號(hào)原則基于合理性、簡(jiǎn)明性、唯一性原則并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，寶冶鋼構(gòu)采用圖4和表1的編碼規(guī)則[10]。如上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)西區(qū)配套業(yè)務(wù)用房項(xiàng)目工程的某鋼，梁構(gòu)件位于C樓2層，項(xiàng)目名稱字母縮寫SHHQ，樓棟號(hào)C樓，樓層及構(gòu)件類別F2GKL，流水號(hào)101，則其編碼SHHQ-C-F2GKL-101。最后Tekla軟件自動(dòng)拆分，并生成材料構(gòu)件單。

1.2 寶冶智能平臺(tái)

詳圖設(shè)計(jì)人員制定合適編碼規(guī)則，并對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行唯一編碼分配，通過Tekla軟件導(dǎo)出的材料清單（圖5），最后將材料清單數(shù)據(jù)上傳到寶冶智能平臺(tái)。

運(yùn)行寶冶智能平臺(tái)二維碼插件可以成批量生成自定義二維碼，如下圖6所示。每個(gè)二維碼含有相對(duì)應(yīng)構(gòu)件的信息，并且根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況可以通過寶冶智能平臺(tái)對(duì)構(gòu)件二維碼內(nèi)容進(jìn)行自定義設(shè)定，工作人員通過掃描二維碼查看與上傳設(shè)計(jì)、質(zhì)檢等相關(guān)信息。

1.3 構(gòu)件制造加工

寶冶智能平臺(tái)將生成二維碼數(shù)據(jù)下達(dá)到條碼打印機(jī)，條碼打印機(jī)批量生成構(gòu)件二維碼，并將二維碼粘貼在需要制作的主構(gòu)件上，通過跟蹤掃描二維碼跟蹤構(gòu)件的狀態(tài)，密切監(jiān)督構(gòu)件進(jìn)度和質(zhì)量信息，替代傳統(tǒng)人工筆記本錄，達(dá)到高效省時(shí)省力效果。下面以箱型柱的具體制造加工流程為實(shí)例，箱型柱制作加工包括：腹板隔板坡口加工、隔板組裝機(jī)加、（工藝）內(nèi)隔板與下翼緣板裝配、U型結(jié)構(gòu)組合、內(nèi)隔板與腹板焊接U、箱型結(jié)構(gòu)組合、內(nèi)隔板與翼板間電渣焊UT、主焊縫焊接UT、焊接變形矯正、端銑[11]。如圖7所示。

寶冶智能平臺(tái)批量產(chǎn)生二維碼最大優(yōu)勢(shì)在于二維碼的通用性較強(qiáng)且能夠自主編輯內(nèi)容，用智能手機(jī)上面微信APP可以隨時(shí)查看構(gòu)件信息，并上傳錄入已完成部件數(shù)據(jù)。箱型柱A-F2GZ-64-2的具體制造加工時(shí)間如圖8所示。用二維實(shí)時(shí)監(jiān)控構(gòu)件的狀態(tài)及預(yù)計(jì)完成時(shí)間，為制造廠產(chǎn)量管理和進(jìn)度計(jì)劃奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.4 施工安裝

成品構(gòu)件進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，施工檢驗(yàn)人員掃描二維碼信息進(jìn)行核對(duì)，檢驗(yàn)構(gòu)件是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，然后錄入進(jìn)場(chǎng)簽收信息及查看構(gòu)件堆放注意事項(xiàng)，完成驗(yàn)收操作。通過掃描二維碼使現(xiàn)場(chǎng)材料的配送、領(lǐng)料等環(huán)節(jié)更加精準(zhǔn)和便利;施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸操作人員通過手機(jī)掃描二維碼信息，直接將現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收后的構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)樓層指定位 置，減少施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)二次搬運(yùn)及交叉施工，加快施工進(jìn)度，減少勞動(dòng)力的投入[12]。

成品鋼構(gòu)件安裝時(shí)，安裝操作人員掃描構(gòu)件二維碼查看構(gòu)件信息、安裝說明及安裝部位，大大減低安裝錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，二維碼還可以錄入安裝質(zhì)量相關(guān)規(guī)范及監(jiān)理方和業(yè)主方的條件和要求，及相關(guān)責(zé)任人員編寫的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，形成信息化、數(shù)據(jù)化質(zhì)量管理體系，對(duì)監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量起著水準(zhǔn)尺的作用。在質(zhì)量驗(yàn)收階段，檢驗(yàn)人員檢查構(gòu)件安裝是否滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在手機(jī)終端編輯二維碼錄入驗(yàn)收信息及驗(yàn)收人并將數(shù)據(jù)上傳至寶冶智能平臺(tái)，便于以后實(shí)時(shí)追查責(zé)任人和施工工藝等信息，進(jìn)一步提升構(gòu)件的可追溯性，為追蹤質(zhì)量責(zé)任提供可靠數(shù)據(jù)支持。

2結(jié)束語(yǔ)

本文提出基于二維碼和Tekla技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)制造安裝的應(yīng)用研究，并詳細(xì)介紹該管理模式的實(shí)現(xiàn)原理和步驟。并結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)基地和現(xiàn)場(chǎng)施工安裝跟蹤調(diào)研，表明此種管理技術(shù)模式可以提高設(shè)計(jì)、制造加工、施工安裝的信息傳遞效率和保真度，有效解決設(shè)計(jì)方單位，制造加工單位、施工單位的數(shù)據(jù)信息交流問題，并通過各個(gè)環(huán)節(jié)錄入信息并上傳寶冶智能平臺(tái)保存，增加構(gòu)件的可追溯性。

參考文獻(xiàn)

[1] Yu-Cheng L，Yu-Chih S，Yen-Pei C.Developing Mobile BIM/2D Barcode-Based Automated Facility Management System[J].Scientific World Journal，2014，（2014）：1-16.

[2]? SU Y C，HSIEH Y C，LEE M C，et al.Developing BIM-based shop drawing automated system integrated with 2D barcode in construction[C].Proceedings of the Thirteenth East Asia- Pacific Conference on Structural Engineering and Construction （EASEC-13）.The Thirteenth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction （ EASEC-13），2013.

[3] SHEHAB T，MOSELHI O.An automated barcode system for tracking and control of engineering deliverables[C].Construction Research Congress 2005： Broadening Perspectives，2005.

[4] SAEED G，BROWM A，KNIGHT M，et al.Delivery of pedestrian real-time location and routing information to mobile architectural guide[J]. Automation in construction，2010，19（4）：502-517.

[5] 韓笑影，許超.基于BIM技術(shù)的綠色建筑一體化設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)策研究[J].北方建筑，2017，2（1）：24-26.

[6] 姜曉龍.BIM技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)春：吉林建筑大學(xué)，2017.

[7] 尚超宏，苗興光.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].鋼結(jié)構(gòu)，2016，（7）：

104-107.

[8] 天相投資顧問有限公司.物聯(lián)網(wǎng)：二維碼技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[C].四川省通信學(xué)會(huì)2009年年會(huì).四川省通信學(xué)會(huì)2009年年會(huì)論文集.成都：中國(guó)通信學(xué)會(huì)四川省通信學(xué)會(huì)，2009：39-40.

[9] 胡博，韓佩，張偉，等.EBIM與二維碼技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工管理中的應(yīng)用研究[C]裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程技術(shù)應(yīng)用.中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)，2018：40-43.

[10] 馬山玉.鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件TeklaStructure應(yīng)用綜述[J].山西建筑，2010，（6）：62-63.

[11] 楊國(guó)正.鋼結(jié)構(gòu)制作過程質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].施工技術(shù)，2011，（S1）：

253-256.

[12] 吳欣之.現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，

2009：273.