基于BIM与GIS技术的工程机械管控平台的设计与实现

1概述

随着科技的发展,在各种工程建设过程中,工程机械的使用起到了重要作用。随着建设项目的增加,工程机械的使用量也越来越大,设备类型也越来越多,传统的机械管理方式已经不能满足施工项目现代化信息管理及服务的需求。采用现代化的BIM+GIS技术对工程机械进行有效管理,是人们重点研究和逐步采用的新方式。

BIM(BuildingInformationModeling)技术于2002年最早提出,是由传统的2D设计向三维数字化设计转变的重要技术。美国NBIMS(NationalBuildingInformationModelingStandard)对其定义为:BIM是物体特性的数字表达,作为全生命周期的完整表达,在项目设施的不同阶段中,不同相关方在其中读取、更新及修改相关的信息,以支持和反映各方的协同工作[l]。在项目的设计、施工、运行直至全生命周期的终结,将所有的全部信息整合于统一的数据库中,为项目的实施提供整体性的参考及指导。

GIS(GeographicInformationSyStem)是一种特定的空间信息系统,通过计算机的操作,对物体在空间的定位分布及相关的属性进行分类,是迅速发展起来的综合性学科。采用GIS能够快速地将多层地理数字信息转化为数字信息产品,实现大范围的空间解析,可以持续不断地将需要的空间地理信息进行附加[2]。

采用BIM+GIS集成的方式对工程机械进行管控,是利用两种技术所生成大量高精度的数据实景模型,从而实现工程机械工作位置的三维信息化显示,并借助一系列的数据传输装置对设备工作状态进行监控。两者之间的集成,使得信息的表达更加准确直观,具有重要的应用价值。

2工程机械管控平台功能

2.1工程机械管控存在的问题

在大中型项目施工中,所使用的工程机械采用传统管理模式存在着较多问题,主要表现在以下几个方面:

(1)机群管理难。设备种类繁多且数量可观,且来源及生产厂家不一致,每台设备进行工作的时间及工作范围各不相同,较难实现对全部的工程机械统一化管理。

(2)数据记录不准确。在工程项目实施现场,传统的做法是人为记录设备的作业时间及内容,现场管理人员不可能时刻紧盯设备,只能对设备运行时间进行估算,造成数据记录不准确。

(3)信息较难进行核对。对于记录的数据,由于工程现场的复杂性,不能对工作现场进行有效追溯,对于所填报的信息无法进行有效复核。

(4)现场积压数据多。由于设备数据大多采用按月的形式进行提报,数据积压较多,容易导致不能及时掌握工程现场的实时动态,不能采取有效的措施,使得管理效率降低。

2.2工程机械管控平台的功能

采用BIM+GIS技术的工程机械管控平台,如图l所示,通过智能化的终端设备,将工程现场所有的工程机械及工程车辆全部联网,采集相应的数据并及时上传,通过软件系统的设计实现数据的可视化管理,从而对工程现场进行全面管控,并进行及时有效的远程指导作业。基于BIM与GIS技术的工程机械管理平台,可以实现对设备的三维位置管理、安全管控、设备状态管理、工时管理、油耗管理及机群的调度等功能。

图1工程机械管控平台示意图

在管理上,采用BIM+GIS技术的工程机械管理平台可以提高管理工作的效率,主要表现在:(1)提高管理效率。通过系统对于数据的精确采集、实时上传,可以有效地掌握工程项目的进展情况,提供及时有效的指导。(2)降低施工成本。采用数字化的信息采集,可以有效杜绝偷懒怠工、偷油漏油现象,减少人员投入,提高管理与施工的效率,多维度地降低施工成本。(3)提高安全性管理水平。采用信息化平台,可以加强设备形位管控及设备信息的认证,确保处于安全的施工环境中,有效提升操作人员的安全意识与规范操作意识。(4)实现扁平化信息管理。通过数字信息的及时上传,可以减少中间人员的参与及各层级之间的沟通次数,用直观化的数据直接连接各部门,提升企业的信息化水平,实现扁平化管理。

3工程机械管理平台的设计使用

3.1平台架构设计

工程机械管控平台可借助BIM技术、GIS技术、智能传感器技术、车载诊断技术等共同搭建可计算处理的系统平台,最终实现对工程机械的远程管理等相应服务。系统的主要逻辑架构如图2所示,主要可以分为表现层、逻辑应用层、数据服务层及通信层,各层之间各自发挥不同的作用,相互协作完成平台系统的功能。

对于通信层,主要是通过通信系统,将不同的信息进行各个层次的传递,共享系统数据:数据服务层,即系统的数据库部分,将系统内部的信息进行存储,并对系统的操作及运行信息进行整理分类:逻辑应用层,是对于系统所要实现的功能进行内部的逻辑信息管理,保证系统正常运行:表现层,是系统与用户之间进行交流的一层,将系统运行的结果展示给用户,实现对工程机械的有效管理,是系统中的重要一层。

3.2工程机械管控平台的使用

对于加入平台管控的所有工程机械,可以通过车载终端实现对机械设备的实时定位跟踪,在系统中设定每台设备的可运行范围,一旦有机械设备超出其被设定的运行范围或状态异常时将实时报警,提醒操作人员和管理人员,并将异常信息传输至平台管理中心。这样可以保证控制机械设备只能在指定的工作区域内进行相应的作业操作。

此外,管控平台数据中心还可实时采集工程机械的位置、状态、运行时间、油耗等相关信息,依据采集的数据,对设备的运行状态、油耗、作业指标及路径规划等进行分析,为科学合理地利用工程机械提供依据。图3为平台中设备位置的管理界面。

对于机械设备的安全管理,平台可对设备的运行速度、作业时间、作业载重等数据进行实时监控,一旦在运行过程中出现异常情况,就会报警提示现场操作人员和管理人员。当设备异常持续出现且一直未做出相应调整时,系统可对设备进行远程控制,保证设备的运行安全。比如,当运行中的设备遇到紧急情况时,系统可对设备进行断油等操作,运行设备接收到此指令后,若仍不能及时采取相应措施,则系统可继续强制切断继电器,使设备彻底停止运行。

系统还能对设备运行中可能会出现的故障信息进行实时监控,包括对设备运行时的油温、水温、气压、发动机转速等运行参数进行读取,如果此类参数出现异常,则系统后台将对此类信息数据进行分析诊断,显示系统的故障内容及解决方案。监控系统通过所接收到的信息,首先对数据库中相似的内容进行搜索,为故障的排除提供参考,同时系统通过服务中心将故障信息传输给操作人员进行处理,远程提供故障内容诊断。平台服务中心可将相关的解决方案快速提供给相应的操作人员,以便及时排除故障。当设备发生危险状况时,操作人员可及时呼叫服务中心,服务中心会在第一时间内进行相应操作,及时通知救援人员。

4结语

采用B1M+G1S技术的工程机械管控平台对工程机械设备进行管理,不但可以避免传统管理方式所存在的弊端,并且可以依据管理方的需求,对工程机械设备实现全面的可视化管理,对设备的运行状态进行实时监控,及时有效地对现场机械进行指导。采用数字化管理平台,有助于提高工程项目的整体管理水平,更好地为工程建设提供有效服务。