基于BIM的埋管埋件管理系统研究与应用.pdf

Dam and Safety 20233http:/0 引 言建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型基础进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息1。设计单位可以快速准确地基于BIM设计模型进行混凝土分仓管理，其中包括分仓后的埋管埋件管理，但在施工现场安装过程中，仍会出现埋管埋件的错埋和漏埋。随着高科技信息行业的迅猛发展，电子标签作为物理世界与现有IT 系统的桥梁，可将资产日常管理活动与资产管理系统有效地整合在一起，从而实现实物信息与系统信息的同步一致2。使用电子标签技术将埋管埋件管理由传统手工方式向现代信息化方式转变，可有效提高工作效率，实现埋管埋件管理工作规范化。通过实时对比埋管埋件的设计工程量与现场安装工程量，保证施工现场不发生埋管埋件的漏埋、超埋、错埋；同时基于建筑物混凝土分仓BIM模型，并结合工程进度方案，计算分析得到建筑物各仓位混凝土埋管埋件的供求信息，为埋管埋件的采购与库存提供决策支持3。1 系统设计1.1 系统架构系统采用四层结构模式，分别为数据层、服务层、业务层和表现层，系统架构如图1所示。数据层存储了仓面信息、埋管埋件信息、标签信息。埋管埋件信息包括对应仓面的埋管埋件设计信息和施工埋设信息，其中埋管埋件设计信息通过分仓BIM模型统计获取。服务层包括系统所需的信息处理服务。通过基于BIM的埋管埋件管理系统研究与应用唐海涛1,2,3，王国光1,3,4，柳丽香1,2（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州，311122；2.浙江华东工程数字技术有限公司，浙江 杭州，311122；3.数字城市 CIM 技术浙江省工程研究中心，浙江 杭州，311122；4.浙江省工程数字化技术研究中心，浙江 杭州，311122）摘要：工程施工过程中，经常会出现埋管埋件错埋、漏埋、超埋等情况。笔者介绍了一种埋管埋件管理系统，使用基于射频识别技术的手持机和电子标签，通过埋管埋件设计工程量与现场安装工程量的实时对比，保证施工现场不发生错漏。同时基于BIM模型，结合工程进度方案，计算分析得到建筑物各仓位混凝土施工的埋管埋件供求信息，为埋管埋件的采购与库存提供决策支持。关键词：BIM；埋管埋件；电子标签Title:Research of buried pipe management system based on BIM and its application/by TANG Haitao,WANG Guoguang and LIU Lixiang/PowerChina Huadong Engineering Corporation LimitedAbstract:In construction,installation of buried pipes often goes wrong and get missed or over-demand.This paper introduces a buried pipe management system.By use of electronic tags and handheld machine based on radio frequency identification(RFID),real-time comparison between the design and theactual quantity of buried pipes is realized which acts like a guarantee of zero mistake during construction.In addition,based on the BIM model,combined with the project schedule,the supply and demandof the buried pipe in concrete construction of each part of the structure can be calculated,which provides support for the decision of procurement and inventory of buried pipe.Key words:BIM;buried pipe;RFID中图分类号：TU17文献标志码：B文章编号：1671-1092（2023）03-0022-05By TANG Haitao:Research of buried pipe management system based on BIM and its application22http:/20233 大坝与安全统一的Restful数据接口实现对数据库结构的管理和开发。通过B/S、App等方式实现了跨操作系统、跨终端类型的信息表达，不同业务系统可以通过Web端、手持机端进行各业务模块的功能操作，实现了数据的统一管理、多样表现。业务层包括标签的发卡操作和扫描操作。通过发卡手持机下载仓面及其对应的设计埋管埋件信息，根据此信息将埋管埋件与标签进行关联，通过扫描手持机获取实际埋设的埋管埋件信息。手持机通过系统登录用户的角色分配发卡或扫描权限，通过一个App实现两种业务，节约了系统开发成本。表现层通过RFID电子标签与埋管埋件的关联信息及其扫描信息，可以得出埋管埋件的设计工程量与现场实际安装工程量，控制埋管埋件的错埋、超埋、漏埋，并统计分析数据，形成各种统计报表。图1 系统架构Fig.1 System structure基于上述架构，系统能够满足：（1）以BIM模型为支撑，无缝衔接设计阶段和施工阶段埋管埋件信息，实现基于BIM模型的数据提取、比对；（2）通过多项目、多用户、多角色的管理，集成现场手持机、4G网络数据传输，提高了系统的可移植性和易用性；（3）通过数据的变更控制管理，保障工程信息管理的准确性、一致性、及时性、安全性以及可访问性4；（4）通过Restful架构风格的SOA，实现跨平台应用的无缝集成（PC、手持机、平板电脑、手机等）。1.2 技术方法为实现埋管埋件设计工程量与现场安装工程量的实时对比，保证施工现场不发生埋管埋件的漏埋、超埋、错埋，系统必须在扫描待掩埋的埋管埋件之前，从后台数据库下载埋管埋件的设计信息并据此进行电子标签发卡，将埋管埋件与电子标签进行关联，最后将关联信息与扫描信息进行比对并传输到后台数据库。系统实现方法主要包括信息获取、标签发卡、标签吊附、标签扫描等过程，技术方法如图2所示。图2 技术方法Fig.2 Technical method（1）信息获取：图2中三条虚线是指获取仓面的埋管埋件信息、标签信息及两者关联关系的过程。获取的信息包括仓面信息、埋管埋件信息、标签信息、标签与埋管埋件关联信息。其中仓面信息是指基于BIM设计模型对混凝土进行分仓处理，得到每一仓面的编号、名称、几何空间信息；埋管埋件信息是指对前述的每一仓面统计埋管埋件类型及每种类型的数量信息；标签信息是指电子标签的唯一码信息；标签与埋管埋件关联信息是指前述的电子标签的唯一码与特定仓面的特定埋管埋件类型关联的信息。这些信息的获取方法不同，仓面信息和埋管埋件信息由BIM设计模型自动获取，标签与埋管埋件关联信息由标签发卡操作获取，标签信息可由标签发卡操作或标签扫描操作两种方式获取。获取这些信息后都存入数据库。（2）标签发卡：将标签与埋管埋件进行关联的操作过程。通过手持机读取电子标签唯一码信息，仓面信息、埋管埋件信息、RFID信息发卡手持机扫描手持机RFID与埋管埋件关联信息RFID扫描信息业务层服务层表现层Restful数据接口数据层 数据仓库手持机（发卡）标签与埋管埋件 关联信息手持机（扫描）标签扫描标签信息发卡埋管埋件吊附设计模型埋管埋件信息仓面信息 唐海涛，等：基于BIM的埋管埋件管理系统研究与应用23Dam and Safety 20233http:/对其分配仓面及其埋管埋件类型信息，并将这些信息存入手持机。此操作获取标签信息并建立其与埋管埋件的关联。（3）标签吊附：将电子标签吊附到指定类型的埋管埋件上的操作过程。这里的埋管埋件类型是标签发卡过程中对其分配的仓面及其埋管埋件类型。此过程保证了安装现场标签与埋管埋件的实际对应。（4）标签扫描：扫描已经吊附到埋管埋件上的标签的操作过程。通过手持机扫描电子标签，读取唯一码信息并存入手持机。此操作获取标签信息，根据标签发卡过程中建立的标签与埋管埋件关联信息，可进一步得到现场实际安装的埋管埋件信息。1.3 工作流程系统的运行涉及设计单位、施工单位和监理单位，各单位的工作内容互不相同又互相依赖。各单位的工作内容及流程如图3所示。图3 工作流程Fig.3 Work process（1）基于三维设计模型对建筑物进行分仓，得到每个仓面的信息，包括仓面编号、名称、几何空间信息。（2）针对每个仓面统计其中的埋管埋件类型及每种类型的设计数量。（3）将仓面信息及埋管埋件信息存入数据库。（4）通过发卡手持机从数据库中下载仓面信息及其埋管埋件信息。（5）在发卡手持机上设置待发卡的仓面编号及其埋管埋件类型，然后扫描电子标签进行发卡操作，得到其唯一码，将电子标签唯一码与仓面及其埋管埋件类型进行关联，继续此步骤，直至操作完此类型埋管埋件的所有数量。（6）通过发卡手持机将电子标签与仓面及其埋管埋件的关联信息存入数据库。（7）将经过发卡操作的电子标签吊附到对应仓面、对应类型的埋管埋件上。（8）通过扫描手持机从数据库中下载仓面及其埋管埋件信息、电子标签与仓面及其埋管埋件的关联信息。（9）在扫描手持机上设置待扫描的仓面编号，然后扫描已经吊附到埋管埋件上的电子标签，得到其唯一码。根据唯一码及在上一步骤中下载的信息可以计算得到该电子标签属于哪个仓面。如果不属于待扫描的仓面，则过滤掉不作处理；如果属于待扫描的仓面，则存储此电子标签唯一码，计算得到其属于哪种埋管埋件类型，将此类型的埋管埋件安装数量加1。继续扫描操作，直至每个电子标签都扫描一遍。如果某种类型的埋管埋件设计数量大于安装数量，则说明有漏埋；如果设计数量小于安装数量，则说明有超埋；如果刚好一种类型的埋管埋件漏埋数量与另一种类型的埋管埋件超埋数量相等，则通常说明有错埋。（10）通过扫描手持机将扫描并存储下来的电子标签信息存入数据库。（11）通过数据库中的信息，业务系统可以对每个仓面的埋管埋件信息进行历史回溯、统计、分析，为埋管埋件的库存与采购提供决策支持。2 系统建设2.1 设备选型系统硬件设备包括手持机及RFID电子标签，手持机及标签的选型对系统的开发、运行、维护都有重要影响，因此合理选择手持机及标签设备对于系统的高效运行尤其重要。手持机及标签的选择主要考虑以下几点：（1）埋管埋件一般都是金属材质，埋设环境中的金属构件对射频信号的传输影响较大，因此标签应采用抗金属类型，保证标签在被埋管埋件部分遮挡的情况下仍然能够被扫描到。（2）标签尺寸不能过大或过小，一般可以采用80 mm15 mm3 mm左右的尺寸，标签应在一端留有孔洞，便于绳索绑扎。标签表面烤漆可以提升其埋管埋件信息设计信息入库下载信息标签发卡统计分析施工信息入库下载信息监理单位分仓信息施工单位设计单位BIM模型标签吊附标签扫描监理信息入库现场分析、自检审核现场分析、监理审核 By TANG Haitao:Research of buried pipe management system based on BIM and its application24http:/20233 大坝与安全抗腐蚀性，延长使用寿命。（3）手持机一般应选择较通用的操作系统，具有较完备的软件开发工具包便于App的开发和调试。（4）手持机应满足35 m的读取距离，便于在工作现场无法近距离贴近扫描的情况下，仍可以隔空、快速、批量扫描标签。（5）手持机应具有3G或4G、Wi-Fi、蓝牙等无线数据传输功能，便于在工作现场通过网络从服务器下载仓面、埋管埋件的设计信息，以及上传埋管埋件的扫描信息。（6）除应具有便携性、续航能力强、防摔、防尘等特点，手持机还应采用平台化和模块化相结合的设计理念，既有智能化的操作平台，又有可灵活配置的功能化模块，其硬件技术参数如表1所示。表1 手持机技术参数Table 1 Technical parameters of the handheld machine2.2 功能模块考虑到系统的通用性，不能局限于某个特定项目和某些特定类型的埋管埋件。不同的用户具有的权限也应不同，一般施工单位用户登录后具有发卡权限，监理单位用户登录后具有扫描权限，因此功能模块也需要根据登录用户的权限动态调整。系统的功能模块如图4所示。图4 功能模块Fig.4 Function modules系统主要模块功能包括：（1）埋管埋件设计清单获取。利用分仓混凝土三维模型，自动统计各仓位混凝土内部埋管埋件的编码、类型、数量等关键信息，并生成报表清单。（2）标签发卡。在将标签吊附到埋管埋件之前，将仓面及其埋管埋件信息下载至手持机，并根据此信息对标签进行发卡，将标签与埋管埋件类型进行关联。（3）标签扫描。混凝土浇筑前，利用射频识别技术扫描识别所有已安装的埋管埋件，获知当前安装的埋管埋件的类型及数量。（4）统计与分析。将埋管埋件的设计清单与施工安装清单进行比对，快速发现错埋、漏埋现象，给予工程管理人员警示。基于各仓位混凝土全信息三维模型，并结合工程进度方案，计算分析得到建筑物各仓位混凝土施工的埋管埋件的供求信息，为埋管埋件的采购与库存提供数据支持。（5）系统设置。包括切换不同的用户登录，切换项目，增加或删除埋管埋件类型等。2.3 部署方案网络环境下，应用的分布和网络化是软件发展的必然趋势，单机软件在实现数据传递和资源共享上存在很大困难，同时无法保证协同环境下数据的一致性，这些都不利于数据的共享和安全5。所以采用App方式，在手持机端通过网络访问统一的数据源，实现数据的统一管理和多用户同步访问显得尤为重要。施工中的埋管埋件管理系统因其所服务行业的特殊性，必然存在无网络环境的情况，必须能够满足离线应用，同时还要求能把离线数据合并回服务器数据库，因此系统的部署包含以下两种方案：项目外形尺寸工作温度存储温度待机可充电锂电池显示屏操作系统CPU内存蓝牙GPSWi-Fi移动通信工业防护等级技术参数约173 mm83 mm38 mm-20 +50-40 +60待机电流小于10 mA，可连续待机480 h以上3.7 V，电池容量6 000 mAh真彩4TFT IP 可触液晶显示屏，分辨率800480Android 4.1MSM 4核高速处理器，1.2 GHz主频RAM 1G；FLASH 8GV2.0，Class II模块同时支持 A-GPS、GPSOne，可单独控制GPS电源的开关支持 IEEE 802.11b/g/n支持3G或4G网络符合IP65防护等级基于BIM的埋管埋件管理系统系统设置统计分析埋管埋件扫描埋管埋件发卡切换项目增、删埋管埋件用户登录错埋、漏埋控制采购与库存支持扫描标签下载仓面、埋管埋件信息下载仓面、埋管埋件信息发卡信息入库发卡标签埋管埋件获取仓面信息埋管埋件类型埋管埋件数量设计信息入库扫描信息入库 唐海涛，等：基于BIM的埋管埋件管理系统研究与应用25Dam and Safety 20233http:/（1）网络环境下，不同的用户通过客户端App登录并连接服务器上的数据库，下载数据并进行标签发卡和扫描，获得的数据可以通过4G或现场架设的Wi-Fi即时传输至后台服务器。（2）无网络的情况下，数据无法实时保存到服务器数据库中。对现场工作人员来说，在无网络的环境下工作无法实时与服务器交互，所以需要在手持机端建立离线数据库，以便用户可以在无网络的情况下进行标签的发卡和扫描等工作，最后通过导入导出的方式将数据上传到服务器数据库。如图5所示，在网络环境和非网络环境下，数据的存取方式不同。在局域网络Wi-Fi环境下，手持机端可以直接读写服务器数据库，在广域网环境下通过4G连接服务器进行数据读写。在无网络的环境下，需要进行离线和合并操作，其中数据的合并操作一般通过数据导入方式来完成。图5 部署方案Fig.5 Deployment scheme3 应用实例系统在沙坪二级水电站实施以来，已累计分仓700余个仓面，检查埋管埋件3 000多个，有效记录了埋管埋件数量，避免了错埋、漏埋现象。系统的应用还规范了工地现场混凝土施工和埋管埋件的计划填报和实施过程，为进度管理和工程回溯提供了可靠依据。系统采用Bentley公司的三维设计软件MicroStation作为BIM软件平台，手持机使用Android系统的CE 308，电子标签采用抗金属标签。图6是沙坪二级水电站厂房中仓面编号为“1/2#机-IV-14”、类型为“三通”的埋管埋件进行电子标签发卡的界面图。图6 应用实例Fig.6 Application case4 结 语本系统可帮助施工单位对埋管埋件进行分仓施工管理，帮助监理单位对埋管埋件的工程量和安装进行检核。通过对建筑物分仓设计的埋管埋件类型及数量与施工现场实际埋设的埋管埋件类型及数量进行比对，实现对埋管埋件类型及数量的检查及分析，减少漏埋、超埋、错埋等情况。系统适用于水电、市政、工民建等涉及土建与机电埋设相关的科学研究和工程设计领域。参考文献：1 解复冬.BIM 施工行业发展现状及展望J.建设科技,2020(1):76-78.2 何育苗.地源热泵空调系统地埋管施工J.施工技术,2010,39(3):99-102.3 李金成.BIM管理理念在建筑工程施工管理中的应用J.城市建筑,2019(23):193-194.4 张爱军,蒋绍峰,丁无忌.BIM施工管理云平台研究与应用J.土木建筑工程信息技术,2019,11(2):70-74.5 宫禹.计算机软件开发技术及其发展趋势J.黑龙江科学,2014,5(9):242-243.收稿日期：2022-05-13作者简介：唐海涛（1983），男，江苏连云港人，硕士，高级工程师，研究方向为工程数字化。作者邮箱：非网络环境网络环境服务器导入导出4GWi-Fi手持机手持机手持机 Wi-FiBy TANG Haitao:Research of buried pipe management system based on BIM and its application26