基于BIM技术的智能化施工管理系统研发

王春凯

(北京中铁建电气化设计研究院有限公司 北京 100043)

1 研究背景

目前机电类项目零施工准备期常态化，造成人工短时间内精确下料难度巨大，管路全部预制成本又过高，物资计划落实情况得不到保障，材料到货批次不明确，材料签收管理存在漏洞。材料设备的订购时间、到货情况、安装时间、调试情况很难进行信息数据共享。时常存在漏提计划、计划提交后未订货，工程师、施工人员不清楚物资已经到货，贻误了施工工期，项目领导不能准确、直观地了解施工完成情况，特别是材料设备的安装、调试情况。

为了解决上述问题，需要开发一套基于BIM和大数据的智能化施工管理平台，以建筑模型数据智能优化分组为核心，根据现场实际施工区域通过将BIM模型中已有数据进行智能分组，将附带订购、到货、安装、调试等信息的物资计划数据依次传递给施工管理的各个环节进行交互、反馈和使用。所有相关施工人员可根据权限设置在模型数据库中查阅相关数据，以方便安排施工。最后利用大数据进行分析，深度发掘施工生产中可优化的资源。该系统的研发与应用可为大型机电工程建设智能化提供有益参考[1]。

2 系统设计

2.1 系统总体框架

BIM智能化施工管理系统整体采用B/S架构，兼顾桌面端。参照MVC框架结构，对整个系统的功能架构按照三个层级划分，分别为View层、Model层和 Controller层[2－4]。

Model层主要包括数据库物理存储部分、数据库访问功能部分以及系统业务逻辑功能部分。数据库采用SQL Server 2000管理系统，数据库访问接口基于两种方式实现，分别为OLEDB身份验证方式和ODBC数据源方式。

View层主要是面向用户的前端界面，其大致分为两种，分别为普通用户界面和管理员用户界面。前端主要通过vue技术实现。

Controller的作用是对Model容器和View容器进行调度，用以实现前端展现与后台业务的分离，目的是保障后台的安全性和稳定性，并保证前端呈现的简洁与高效。Controller中间件通过Servlet技术实现，系统总体架构见图1。

图1 系统总体架构

综合考虑技术架构和功能架构，业务逻辑设计和后端数据库开发是本系统的研究重点。

2.2 物理结构设计

数据库物理结构设计是为拟开发数据库模型确定合理的存储结构和存取方法，在考虑具体计算机系统(DBMS和硬件等)特点前提下，不但要让物理数据库尽可能少地占用存储空间，还要让数据库的操作尽可能丝滑和高效[5]。

(1)确定关系模型的存储方法

明确快速存取数据库中数据的存储路径即确定了据库的存取方法，主流的DBMS大多会提供HASH法、索引法等存取方法，而索引法视频频率最高。数据表中累计里程、累计悬臂、累计支架、累计接触网出现在查询条件中的频率较高，将上述字段建立索引可以提高使用效率。

(2)确定数据库的存储结构

确定数据库的存储结构，除了常见关系、日志、备份、索引等的存储安排及存储结构要确定，系统存储参数的配置也需明确。在本系统研发中，数据库对象、日志文件、数据备份等都存储于服务器中。

(3)确定系统存储参数的配置

针对系统的配置参数进行物理优化。在默认状态下，系统均为这些变量赋予了符合产品特性的初值，但是这些初值不一定适应每一种场景，在物理结构设计时，需要重新对这些变量赋值来增强系统的性能。本研发系统中配置变量包括:同时使用数据库的用户数、使用的缓冲区长度及个数、数据库的大小、索引文件的大小等。

2.3 安全保密设计

传输泄密是主要的泄密途径，为防止传输通道中的数据被抓包分析，系统需采用加密传输。攻击方需要同时获取密钥和加密算法才能破解，极大增加了破解难度。

在用户登录入口采取第二重加密，攻击方没有数据加密算法情况下，想用暴力破解几乎不可能。

此外，数据库中文件还采用了不同种类的加密方式，规避了攻击方通过文件比对方式破解加密算法。

3 系统功能设计

3.1 适用范围

该系统适用于各种工程项目的BIM智能化施工管理。

3.2 工作原理

以建筑模型数据智能优化分组为核心，根据现场实际施工区域通过将BIM模型中已有数据进行智能分组，模型生成明细表后根据使用者的需求，选择部分字段进行分组，并生成构件识别码(用于表格再次导入时进行识别处理)。导入表格后，可根据表中共享参数对构件进行过滤，高亮后可从模型上直观展现构件所处阶段(如已提计划、已到货、已安装、已调试等)[6－8]。

(1)智能分组:模型生成明细表后根据使用者的需求，选择部分字段进行分组。例如构件长度这一项需要智能分组，分组条件为通过设定长度的上限、下限，把满足要求的一组构件数据归类至一组中(一组构件的长度总和介于所述“设定长度的上限及下限”)，同时对相应组别构件编入预制组别序号，在明细表中显示。在明细表中单击“在模型中高亮显示”按钮，自动打开楼层三维视图，并查看可链接相应构件位置。例如:单击“智能分组”按钮→设定分组的长度上限、下限和标准(上限6 m、下限0.5 m、标准6 m)→自动按照材料名称排列，同时按照相同材料名称中的规格型号进行排列，同时按照已设定的长度将满足设定要求的构件(同种材料、同种规格下)分组。比如有以下几根管道，长度分别为3 m、2 m、0.5 m、5 m、1 m、6 m、0.3 m、0.2 m、0.4 m，可以按照标准6 m智能分组为:组1(3 m、2 m、0.5 m)、组2(5 m、1 m)、组3(6 m)、组4(0.3 m、0.2 m、0.4 m)。组内分段数量取[(长度上限－长度下限)/长度下限]/2的整数部分。

(2)添加构件ID:结合预制组别、到货批次等信息生成带前缀或后缀的构件ID，示例见图2。

图2 模型构件反查界面示例

(3)阶段所处相位可过滤:导入已经编辑好数据的表格含有“阶段”字段(如已提计划、已到货、已安装、已调试等相位)，该功能可选择一种或者几种阶段进行过滤操作，过滤出相应阶段的构件呈现高亮状态，示例见图3。

图3 模型反查构件高亮显示

(4)将附带订购、到货、安装、调试等信息的物资计划数据依次传递给施工管理的各个环节进行交互、反馈和使用。所有相关施工人员可根据权限设置在模型数据库中查阅相关数据，以方便安排施工。最后利用大数据进行分析，深度发掘施工生产中可优化的资源。

4 系统价值

(1)本智能化施工管理平台能做到智能精细化管理，不仅能使材料利用率最大化，还可兑现倒逼机制，使得有关人员对工艺和规范更加熟悉、对现场更加了解[9－10]。

(2)智能分组能减轻工程师分区域提材料计划的劳动强度，同时可增加材料计划跟现场施工的契合度。平台能准确对每批材料进行跟踪，哪些材料已提材料计划及时间、是否到货等信息一目了然，减少了大量清点材料的工作强度，解放了生产力。

(3)在不增加预制构件成本前提下，最大程度提高现场构件加工效率，不需工班长反复斟酌如何下料。

(4)本平台可解决目前信息化程度低、通信不方便、管理相对粗放、管理人员匮乏等问题。

(5)附带订购、到货、安装、调试等信息的物资计划数据能够依次传递给施工管理的各个环节进行交互、反馈和使用。使得相关施工人员可根据各自权限在模型数据库中查阅相关数据，方便了施工安排。大数据分析能够深度发掘施工生产中可优化的资源。

(6)简单易用，图形化操作界面对用户更加友好和直观，使用简单、易于认识和掌握。

(7)平台提供规范的数据接口，可以实现各种数据的导入导出，体现了系统的开放性和灵活性。

(8)平台利用B/S架构，模型通过revit server进行中心模型维护，多个地区的局域网可同时进行访问。

5 结束语

BIM智能化施工管理系统是数字化、智能化时代下应运而生的产物，该系统的应用能显著提高机电工程建设的数据整合能力、管理运行效率和生产资料利用率[11－12]。

该系统在城市轨道交通工程、高速铁路工程等施工领域都具有很强的推广前景。同时，该系统可作为未来智慧工程的一环，随着新技术的出现，可促进工程智能化的进一步发展。