基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的施工設(shè)備自動化數(shù)字標準研究

盛根林，雙 凱，朱艷春，徐子雅，曾文姬

(1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430000；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448000；3.華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000；4.國網(wǎng)湖北省電力有限公司營銷服務(wù)中心(計量中心)，湖北 武漢 430000)

0 引言

近年來，數(shù)字模型的出現(xiàn)和信息技術(shù)的進步，使得電力施工設(shè)備在建筑行業(yè)產(chǎn)生了深刻的變革。由于自動化技術(shù)和數(shù)字化的發(fā)展，目前建筑施工的流程變成了收集大量信息，然后將其納入圖形和計算機化的模型中[1]，再利用自動化技術(shù)提高施工效率。但建筑行業(yè)的自動化施工仍然存在一些問題，如施工階段的設(shè)備選擇不確定性高，以數(shù)字格式收集、存儲和表達建筑元素信息困難等[2-3]。國內(nèi)也有著類似的研究[4-7]，但這些研究，沒有建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)理論，無法為電力設(shè)備的選擇和自動化施工提供參考，不能有效完成建筑項目的施工。

因此，本文在文獻[8]關(guān)于電力自動化施工研究的基礎(chǔ)上，進一步研究信息表達的需求、施工階段的過程、現(xiàn)場物流和布局的設(shè)計，使用有效的電力設(shè)備信息背景將參數(shù)信息存儲在數(shù)字平臺上[9-10]，建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫，提高設(shè)備數(shù)字化選擇的效率和自動化施工的程度。

1 建筑自動化信息研究

關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是一種數(shù)學(xué)化的模型，它指數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表中的元素，這種表就成為關(guān)系表。1個實體由若干個關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成關(guān)系模型。

建筑自動化信息研究的出發(fā)點是對建筑施工電力設(shè)備和臨時設(shè)施的技術(shù)資料進行深入分析。但建筑自動化信息之間往往具有本質(zhì)的區(qū)別，這種區(qū)別不僅體現(xiàn)在2種不同類型的元素信息之間，也體現(xiàn)在2個不同的制造商提供的同一類型的元素信息之間。針對這種區(qū)別，建筑自動化信息研究的主要內(nèi)容應(yīng)該包括：建筑信息的標準化，即每個國家的行業(yè)標準；對建筑信息進行組織和數(shù)字表達，以獲得更簡單的管理。所以建筑信息的結(jié)構(gòu)應(yīng)該被創(chuàng)建為符合關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)則，本文通過研究使用收集到的信息建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息的自動化搜索和檢查，將建筑信息以相同的標準來表達和分類。

在國家標準和國際研究的基礎(chǔ)上，本研究旨在建立一個電力施工設(shè)備的理論和機器信息的實踐框架，為建筑設(shè)計師提供一個選擇大量機器類型的有用工具，借此來提高建筑施工的自動化水平。具體步驟是：首先對技術(shù)元素數(shù)據(jù)表展開深入研究，按照設(shè)計需要對大量數(shù)量不等、性質(zhì)不同的建筑技術(shù)信息進行分類，然后根據(jù)不同的信息級別將信息分類成50多個由數(shù)量不等的信息組成的信息集和3個系列的元素(設(shè)備、臨時結(jié)構(gòu)和空間)，由于每個元素都能在對應(yīng)特征的信息集中找到，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫中的信息共享，提高了設(shè)備選擇的效率。

2 建筑自動化信息結(jié)構(gòu)

與建筑產(chǎn)品的技術(shù)信息相比，電力設(shè)備和機器的技術(shù)信息存儲完全不同?，F(xiàn)場施工的電力設(shè)備由不同類型的元素組成，相似之處非常少。主要原因如下：與其他地方的設(shè)備信息相比，文獻中關(guān)于設(shè)備的信息描述趨于一致，這使得電力設(shè)備不同元素的分類更加困難；許多主要針對不同類型機器的標準和指南難以統(tǒng)一。然而，大量的信息需要以標準化的方式進行管理，以便對其有更簡單的理解和使用，建筑施工前的整個信息搜索過程，不僅包括不同類型機器的數(shù)百份技術(shù)資料的審查，還包括現(xiàn)場的直接經(jīng)驗和對已發(fā)表論文的研究。這項工作根據(jù)設(shè)備的主要功能進行標準信息劃分，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表以了解哪些信息適合這臺機器。

元素的分類遵循從上一級到下一級的繼承信息模式，如挖掘機或裝載機等以土方工程為目標的機器，都有著同種類的信息集。但這個模式還有待進一步完善，因為許多電力設(shè)備除了主要功能外還可能具有不同類型的信息。移動電動起重機和空中工作平臺，雖然有不同的分類、功能和使用目的，但是這2個裝置都由卡車、動臂和駕駛室組成，都具有相同的發(fā)動機特性，執(zhí)行著相同的任務(wù)。需要考慮的是電力施工設(shè)備的特性和作用，而不是設(shè)備本身的功能。這些特性需要標準化，并簡單地選擇標準信息，將其運用在電力設(shè)備中，以便在不同的機器中以相同的方式出現(xiàn)。事實上，理解不同機器的相似特征、研究每臺電力設(shè)備的信息是一項非常艱苦的工作，因為每臺設(shè)備都大約有100個參數(shù)。

表1對電力施工設(shè)備的相關(guān)信息進行了深入分析，對500多張技術(shù)表進行了研究，將建筑設(shè)備分為5大類的不同信息集。

表1 建筑設(shè)備的信息集類別

第1類信息集代表每臺電力施工設(shè)備的運動方式，被確定為4個屬性集；第2類信息集則考慮用戶對機器的控制類型；第3類信息集考慮到機器和地面之間的界面，對設(shè)備的運動有著關(guān)鍵的影響。

前3個層次處理的是設(shè)備的一般方面和它的主要可見特征。相關(guān)的信息集實際上是將一臺設(shè)備與另一臺設(shè)備區(qū)分開來，這與它們的任務(wù)或附屬部件無關(guān)。因此，與一個類別相關(guān)的信息集通常不包括該類別信息集的其他元素。

第4類和第5類涉及的信息集與設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是與單個部件或任務(wù)有關(guān)。因此，1臺設(shè)備可能不止包含于1個信息集，特別是第4類包括機器的運動部件的特征。

第5類考慮了電力施工設(shè)備的功能，代表了生產(chǎn)的參數(shù)。這一層次是由同一類型/功能的設(shè)備所決定的，這樣的結(jié)構(gòu)有利于關(guān)系數(shù)據(jù)庫更好的管理，而其他的結(jié)構(gòu)則更多地代表設(shè)備的物理特性。

表2顯示了1個地下室所描述的屬性集的例子，它闡述了與特定集相關(guān)的一系列參數(shù)，說明表1中的第3類數(shù)據(jù)集與作為地面接口的地下室有關(guān)。

表2 關(guān)于地下室的信息集

圖1是無軌電動起重機，根據(jù)表1信息集分類，可知其數(shù)據(jù)集1～5級結(jié)構(gòu)分別是自行式、驅(qū)動、輪式、液壓動臂、空運。

圖1 無軌電動起重機

3 數(shù)據(jù)庫自動化結(jié)構(gòu)設(shè)置

數(shù)據(jù)集是統(tǒng)一、組織和發(fā)展信息結(jié)構(gòu)的有效工具，用以完成各類電力施工設(shè)備的標準數(shù)據(jù)表。除此之外，這些信息結(jié)構(gòu)需要以數(shù)字化的方式進行組織和管理，實現(xiàn)1個包含全部存儲信息的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。同時數(shù)據(jù)庫也可以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)設(shè)計需求，對該數(shù)據(jù)進行更簡單的組織和查找。施工設(shè)備的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型如表3所示。

表3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的模型

數(shù)據(jù)庫中，信息面板轉(zhuǎn)換的第1步是將每個已識別信息集相關(guān)的表寫入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)集，然后表達它們之間的關(guān)系，并附加到每種類型構(gòu)造元素的信息面板上，之后填充與單個模型相關(guān)的數(shù)據(jù)。這樣整個信息面板都存儲在數(shù)據(jù)庫中，只需插入集合之間的關(guān)系，就可以將單個元素所需的數(shù)據(jù)放在一起，并對其進行完整的描述。

強調(diào)類別與數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)相匹配具有很重要的意義。事實上，表1中的信息分類1～4級(代表所有類型的機器應(yīng)具有的共同物理特性)是作為外鍵插入數(shù)據(jù)庫中，將特定表鏈接到特定機器，最后1類代表了描述機器類型的主要功能。所以插入到這些數(shù)據(jù)集中的特征不能簡單地與元素相關(guān)，而是從存儲該特定類型的所有元素上層繼承。因此，如果我們認為塔式起重機和移動式起重機具有完全不同的物理特性，它們就繼承了“空中搬運”數(shù)據(jù)集的相同功能。這也是第2節(jié)中所述的5個“級別”在數(shù)據(jù)庫中被命名為類別的原因。事實上，只有第5級結(jié)構(gòu)表示數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中的上層，其他只是相關(guān)參數(shù)。

查看最后1級中插入的電力施工設(shè)備本身的信息，不僅可以讀取單個參數(shù)，還有已定義信息集的相關(guān)參數(shù)。因為有了這些鏈接，才可以用適當(dāng)?shù)男畔⒓苯用枋雒颗_設(shè)備的特征。如果考慮創(chuàng)建1臺機器，它是自動選擇數(shù)據(jù)集的整個信息面板特征，那么除了自身強調(diào)的類別外，還增加了另一個類別——始終存在于所有機器中的數(shù)據(jù)面板。例如，如果制造商的數(shù)據(jù)或技術(shù)表中包含的附件由于使用了Pgadmin軟件，那么設(shè)備的整個結(jié)構(gòu)就會被轉(zhuǎn)換到Postgis數(shù)據(jù)庫中。

每個數(shù)據(jù)集都表示為1個表，其中的列是集合本身的單個信息。例如，實體“移動起重機”是由多個相關(guān)數(shù)據(jù)集組成的60列表格來表示的，這些表格的線條成為不同制造商的移動式起重機模型，如果完全填充，將創(chuàng)建一個完整的商用移動式起重機面板。因此得出結(jié)論：由于使用了簡單的查詢工具，這樣一個完全填充的結(jié)構(gòu)使得搜索構(gòu)造元素信息的過程更加高效。

4 結(jié)束語

本研究收集了建筑工地電力施工設(shè)備的相關(guān)信息，對信息進行分類并轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式，建立標準化的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，以提高建筑施工和設(shè)備選擇的自動化水平。實驗證明,關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型有著極為重要的作用，它的建立能大大提高施工階段電力設(shè)備和臨時結(jié)構(gòu)選擇的效率，提升建筑施工的自動化水平，使用這樣的數(shù)據(jù)庫來選擇電力施工設(shè)備模型，進行的實驗測試也能產(chǎn)生良好的效果。