基于BIM與GIS技術(shù)的工程機(jī)械管控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1概述

隨著科技的發(fā)展,在各種工程建設(shè)過(guò)程中,工程機(jī)械的使用起到了重要作用。隨著建設(shè)項(xiàng)目的增加,工程機(jī)械的使用量也越來(lái)越大,設(shè)備類(lèi)型也越來(lái)越多,傳統(tǒng)的機(jī)械管理方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足施工項(xiàng)目現(xiàn)代化信息管理及服務(wù)的需求。采用現(xiàn)代化的BIM+GIS技術(shù)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行有效管理,是人們重點(diǎn)研究和逐步采用的新方式。

BIM(BuildingInformationModeling)技術(shù)于2002年最早提出,是由傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)向三維數(shù)字化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的重要技術(shù)。美國(guó)NBIMS(NationalBuildingInformationModelingStandard)對(duì)其定義為:BIM是物體特性的數(shù)字表達(dá),作為全生命周期的完整表達(dá),在項(xiàng)目設(shè)施的不同階段中,不同相關(guān)方在其中讀取、更新及修改相關(guān)的信息,以支持和反映各方的協(xié)同工作[l]。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行直至全生命周期的終結(jié),將所有的全部信息整合于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中,為項(xiàng)目的實(shí)施提供整體性的參考及指導(dǎo)。

GIS(GeographicInformationSyStem)是一種特定的空間信息系統(tǒng),通過(guò)計(jì)算機(jī)的操作,對(duì)物體在空間的定位分布及相關(guān)的屬性進(jìn)行分類(lèi),是迅速發(fā)展起來(lái)的綜合性學(xué)科。采用GIS能夠快速地將多層地理數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)大范圍的空間解析,可以持續(xù)不斷地將需要的空間地理信息進(jìn)行附加[2]。

采用BIM+GIS集成的方式對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行管控,是利用兩種技術(shù)所生成大量高精度的數(shù)據(jù)實(shí)景模型,從而實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械工作位置的三維信息化顯示,并借助一系列的數(shù)據(jù)傳輸裝置對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。兩者之間的集成,使得信息的表達(dá)更加準(zhǔn)確直觀,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2工程機(jī)械管控平臺(tái)功能

2.1工程機(jī)械管控存在的問(wèn)題

在大中型項(xiàng)目施工中,所使用的工程機(jī)械采用傳統(tǒng)管理模式存在著較多問(wèn)題,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)機(jī)群管理難。設(shè)備種類(lèi)繁多且數(shù)量可觀,且來(lái)源及生產(chǎn)廠家不一致,每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行工作的時(shí)間及工作范圍各不相同,較難實(shí)現(xiàn)對(duì)全部的工程機(jī)械統(tǒng)一化管理。

(2)數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確。在工程項(xiàng)目實(shí)施現(xiàn)場(chǎng),傳統(tǒng)的做法是人為記錄設(shè)備的作業(yè)時(shí)間及內(nèi)容,現(xiàn)場(chǎng)管理人員不可能時(shí)刻緊盯設(shè)備,只能對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行估算,造成數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確。

(3)信息較難進(jìn)行核對(duì)。對(duì)于記錄的數(shù)據(jù),由于工程現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性,不能對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效追溯,對(duì)于所填報(bào)的信息無(wú)法進(jìn)行有效復(fù)核。

(4)現(xiàn)場(chǎng)積壓數(shù)據(jù)多。由于設(shè)備數(shù)據(jù)大多采用按月的形式進(jìn)行提報(bào),數(shù)據(jù)積壓較多,容易導(dǎo)致不能及時(shí)掌握工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài),不能采取有效的措施,使得管理效率降低。

2.2工程機(jī)械管控平臺(tái)的功能

采用BIM+GIS技術(shù)的工程機(jī)械管控平臺(tái),如圖l所示,通過(guò)智能化的終端設(shè)備,將工程現(xiàn)場(chǎng)所有的工程機(jī)械及工程車(chē)輛全部聯(lián)網(wǎng),采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)并及時(shí)上傳,通過(guò)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化管理,從而對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面管控,并進(jìn)行及時(shí)有效的遠(yuǎn)程指導(dǎo)作業(yè)?；贐IM與GIS技術(shù)的工程機(jī)械管理平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的三維位置管理、安全管控、設(shè)備狀態(tài)管理、工時(shí)管理、油耗管理及機(jī)群的調(diào)度等功能。

圖1工程機(jī)械管控平臺(tái)示意圖

在管理上,采用BIM+GIS技術(shù)的工程機(jī)械管理平臺(tái)可以提高管理工作的效率,主要表現(xiàn)在:(1)提高管理效率。通過(guò)系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的精確采集、實(shí)時(shí)上傳,可以有效地掌握工程項(xiàng)目的進(jìn)展情況,提供及時(shí)有效的指導(dǎo)。(2)降低施工成本。采用數(shù)字化的信息采集,可以有效杜絕偷懶怠工、偷油漏油現(xiàn)象,減少人員投入,提高管理與施工的效率,多維度地降低施工成本。(3)提高安全性管理水平。采用信息化平臺(tái),可以加強(qiáng)設(shè)備形位管控及設(shè)備信息的認(rèn)證,確保處于安全的施工環(huán)境中,有效提升操作人員的安全意識(shí)與規(guī)范操作意識(shí)。(4)實(shí)現(xiàn)扁平化信息管理。通過(guò)數(shù)字信息的及時(shí)上傳,可以減少中間人員的參與及各層級(jí)之間的溝通次數(shù),用直觀化的數(shù)據(jù)直接連接各部門(mén),提升企業(yè)的信息化水平,實(shí)現(xiàn)扁平化管理。

3工程機(jī)械管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)使用

3.1平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

工程機(jī)械管控平臺(tái)可借助BIM技術(shù)、GIS技術(shù)、智能傳感器技術(shù)、車(chē)載診斷技術(shù)等共同搭建可計(jì)算處理的系統(tǒng)平臺(tái),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械的遠(yuǎn)程管理等相應(yīng)服務(wù)。系統(tǒng)的主要邏輯架構(gòu)如圖2所示,主要可以分為表現(xiàn)層、邏輯應(yīng)用層、數(shù)據(jù)服務(wù)層及通信層,各層之間各自發(fā)揮不同的作用,相互協(xié)作完成平臺(tái)系統(tǒng)的功能。

對(duì)于通信層,主要是通過(guò)通信系統(tǒng),將不同的信息進(jìn)行各個(gè)層次的傳遞,共享系統(tǒng)數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)服務(wù)層,即系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)部分,將系統(tǒng)內(nèi)部的信息進(jìn)行存儲(chǔ),并對(duì)系統(tǒng)的操作及運(yùn)行信息進(jìn)行整理分類(lèi):邏輯應(yīng)用層,是對(duì)于系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行內(nèi)部的邏輯信息管理,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行:表現(xiàn)層,是系統(tǒng)與用戶(hù)之間進(jìn)行交流的一層,將系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果展示給用戶(hù),實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械的有效管理,是系統(tǒng)中的重要一層。

3.2工程機(jī)械管控平臺(tái)的使用

對(duì)于加入平臺(tái)管控的所有工程機(jī)械,可以通過(guò)車(chē)載終端實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)定位跟蹤,在系統(tǒng)中設(shè)定每臺(tái)設(shè)備的可運(yùn)行范圍,一旦有機(jī)械設(shè)備超出其被設(shè)定的運(yùn)行范圍或狀態(tài)異常時(shí)將實(shí)時(shí)報(bào)警,提醒操作人員和管理人員,并將異常信息傳輸至平臺(tái)管理中心。這樣可以保證控制機(jī)械設(shè)備只能在指定的工作區(qū)域內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)操作。

此外,管控平臺(tái)數(shù)據(jù)中心還可實(shí)時(shí)采集工程機(jī)械的位置、狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、油耗等相關(guān)信息,依據(jù)采集的數(shù)據(jù),對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、油耗、作業(yè)指標(biāo)及路徑規(guī)劃等進(jìn)行分析,為科學(xué)合理地利用工程機(jī)械提供依據(jù)。圖3為平臺(tái)中設(shè)備位置的管理界面。

對(duì)于機(jī)械設(shè)備的安全管理,平臺(tái)可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行速度、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)載重等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,一旦在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況,就會(huì)報(bào)警提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員和管理人員。當(dāng)設(shè)備異常持續(xù)出現(xiàn)且一直未做出相應(yīng)調(diào)整時(shí),系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,保證設(shè)備的運(yùn)行安全。比如,當(dāng)運(yùn)行中的設(shè)備遇到緊急情況時(shí),系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備進(jìn)行斷油等操作,運(yùn)行設(shè)備接收到此指令后,若仍不能及時(shí)采取相應(yīng)措施,則系統(tǒng)可繼續(xù)強(qiáng)制切斷繼電器,使設(shè)備徹底停止運(yùn)行。

系統(tǒng)還能對(duì)設(shè)備運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)的故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,包括對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的油溫、水溫、氣壓、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行讀取,如果此類(lèi)參數(shù)出現(xiàn)異常,則系統(tǒng)后臺(tái)將對(duì)此類(lèi)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷,顯示系統(tǒng)的故障內(nèi)容及解決方案。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)所接收到的信息,首先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中相似的內(nèi)容進(jìn)行搜索,為故障的排除提供參考,同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)服務(wù)中心將故障信息傳輸給操作人員進(jìn)行處理,遠(yuǎn)程提供故障內(nèi)容診斷。平臺(tái)服務(wù)中心可將相關(guān)的解決方案快速提供給相應(yīng)的操作人員,以便及時(shí)排除故障。當(dāng)設(shè)備發(fā)生危險(xiǎn)狀況時(shí),操作人員可及時(shí)呼叫服務(wù)中心,服務(wù)中心會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)操作,及時(shí)通知救援人員。

4結(jié)語(yǔ)

采用B1M+G1S技術(shù)的工程機(jī)械管控平臺(tái)對(duì)工程機(jī)械設(shè)備進(jìn)行管理,不但可以避免傳統(tǒng)管理方式所存在的弊端,并且可以依據(jù)管理方的需求,對(duì)工程機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面的可視化管理,對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)有效地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械進(jìn)行指導(dǎo)。采用數(shù)字化管理平臺(tái),有助于提高工程項(xiàng)目的整體管理水平,更好地為工程建設(shè)提供有效服務(wù)。