基于二維碼技術的橋梁預制拼裝追蹤管理系統

康 莊，姜海西

(上海公路投資建設發展有限公司第一事業部，上海市 200335)

基于二維碼技術的橋梁預制拼裝追蹤管理系統

康 莊，姜海西

(上海公路投資建設發展有限公司第一事業部，上海市 200335)

在對我國橋梁工程技術進行改進的過程中，通過引入橋梁預制拼裝技術，代替了傳統的橋梁現澆工藝，使得施工作業效率大幅度提高，現場作業人數精簡，并且減少了施工過程中對環境和交通的影響。而隨著對橋梁構件的工廠化預制要求的提升，這一施工過程需要引入一種更為先進、可行的管理模式，即專業預制工廠的二維碼管理模式以滿足施工模式的要求。而其中，實現二維碼技術在拼裝過程中追蹤管理功能的應用是這一模式高效、高產的核心技術，通過開發以二維碼為媒介的追蹤管理專用軟件，針對各類構件的加工、預制及安裝的整個過程中每一個流通環節進行定位和管理，實現對橋梁預制拼裝追蹤管理的標準化及信息化，對其研究及推廣有助于未來二維碼技術在通用工廠化的追蹤管理中的廣泛應用。

追蹤管理系統；橋梁預制拼裝技術；二維碼；CAD技術

0 引言

橋梁預制拼裝施工工藝的引進極大程度地解決了我國現階段城市高架路施工中所面臨的重合段交通流量大，道路兩側動拆遷工作量大，各類管線分布復雜等問題。通過采用橋梁構件預制工廠加工、現場快速拼裝的施工模式，改進施工管理體系的同時改善了總體施工質量，縮短施工工期，減少施工占地及對現有交通影響的先進性和快速性已在上海嘉閔高架路(G2-S6)及地面道路新建工程(下簡稱“嘉閔高架北二段工程”)中得到體現。

由于采用了專業化工廠預制的產業模式，橋梁構件作為工程商品，其大規模生產也具備了批量化和市場化的特征。為了便于施工管理，在管理理念上引入追蹤管理功能關注預制拼裝施工工藝中的辦公管理、生產管理和物流管理等主要流程，在技術上引入二維碼技術，實現了管理的標準化。利用二維碼技術對追蹤管理功能的應用，實現了對構件的加工、預制、安裝的整個過程中每一個環節的定位和管理，提高管理效率，實現管理規范，進而實現對整個橋梁預制拼裝生產過程的信息化。

1 追蹤管理的對象及系統架構

對于橋梁預制拼裝生產而言，其生產過程中對追蹤管理的實現實際上是對每一個流程及其關注對象的信息采集匯總［1］。因此，在管理系統中，首先需要建立一個統一數據平臺，以存放采集來的信息數據并通過管理界面實現輸出及分析。在橋梁預制拼裝過程中，為實現辦公、生產及物流的管理，需要追蹤的對象包括：預制構件的名稱、位置、部位、尺寸、出廠去向等，預制工廠中澆筑的時間和出廠時間等，中轉存放過程的進出時間等，現場安裝過程中的到達時間及安裝完成時間等信息，具體對象如圖1所示。這些對象及其信息隨著構件及用途的不同而不同，其范圍隨著預制拼裝技術的發展及其管理的完善也將有所外延。而實現其數據采集匯總及其管理信息化、標準化的媒介則是二維碼技術，最終管理平臺是建立在二維碼的采集、編碼及二次開發基礎之上，實現針對追蹤管理功能的軟件開發。

圖1 橋梁預制拼裝中追蹤管理的對象

為了完成對生產流程的軟件開發，將以上追蹤過程通過系統化的方式分為：數據采集、GPRS網絡、現場控制室、總控制室等不同組成部分，這樣便形成了如圖2中所示的軟件系統架構方案。

圖2 系統架構方案圖

在該系統架構方案中，各層功能包括：

(1)構件定位數據的采集：現場操作人員通過掃描二維碼對構件進行定位，采集當前構件位置以及所在的工序信息，同時布設在主要工位的攝像頭會實時監控現場情況；

(2)GPRS網絡：利用網絡將采集到的信息上傳至數據庫；

(3)現場控制室：在現場控制室可以實現對所有構件信息的查閱，根據不同授予權限可分別實現對數據庫信息的儲存，修改，刪除等操作；

(4)總控制室：通過直接訪問現場數據及監控現場控制室，根據情況發布最新控制指令給現場控制室和現場操作人員。

2 二維碼技術的應用及與CAD代碼的融合設計

為實現二維碼在跟蹤管理中的介質功能，利用二維碼專用開發軟件，針對不同管理對象選擇合適的二維碼格式，對二維碼的錄入、展示、打印等技術進行二次開發。同時，為了簡化和方便用戶管理，提高生產效率，針對橋梁工程設計主要基于CAD技術的特點，產品管理軟件被設計成為二維碼技術和CAD技術共用同一代碼的方式［2］。

在加工構件前，確定構件的形狀和尺寸并在CAD軟件中設計產品圖，該軟件系統平臺會基于CAD圖紙自動確定和生成構件的二維碼。同時，考慮到構件加工中所采用的CNC機床對于數據格式的識別能力，將二維碼技術與其適配，在CNC機床批量加工構件時可直接掃描二維碼自動調出CAD圖紙，進行流水自動化加工。

通過在系統追蹤管理平臺軟件中添加已確認的二維碼，使特定的二維碼擁有對應構件的信息，在現場任何時間利用掃描儀掃面，就可以實現對二維碼的識別和驗證，并自動上傳數據至電腦終端。

3 構件預制追蹤流程

追蹤管理系統在構件預制件系統工藝中的作用流程包括：

(1)構件加工前，設計構件CAD圖，并根據其所需材料，將構件名稱、位置、部位、尺寸、混凝土標號、出廠去向等基本信息錄入系統并打印對應二維碼。

(2)材料進入加工車間，給每一個構件貼上對應二維碼，各機臺操作人員掃描二維碼(以下簡稱：掃碼)之后進行加工，加工完成之后再次掃碼，構件出加工車間，準備進入預制工地。此時，現場控制室和總控制室會接收到該批構件在加工車間的信息，如入場時間、出場時間、加工機床號、加工人員等信息，并可對其顯示、儲存、修改、刪除等操作。(可更新二維碼)

(3)預制工廠操作人員掃碼(構件貼上更新的二維碼后)，進行預制工作，預制結束之后再次掃碼，出場，準備進入中轉場。此時，現場控制室和總控制室會接收到該批預制件在預制工廠的信息。(可更新二維碼)

(4)中轉場操作人員掃碼(構件貼上更新的二維碼后)，進行工作，結束之后再次掃碼，出場，準備進入安裝現場。此時，現場控制室和總控制室會接收到該批預制件在中轉場的信息。(可更新二維碼)

(5)安裝現場工作人員掃碼(構件貼上更新的二維碼后)，進行安裝，安裝完畢之后再次掃碼。此時，現場控制室和總控制室會接收到該批預制件在中轉場的信息。

(6)現場工作人員對預制件安裝完畢并掃碼之后，管理平臺軟件系統將通過約定的網絡通信方式，告知業主BIM系統，業主BIM系統將自動更新安裝的構件。

完整的流程工藝如圖3所示。

4 預制構件過程追蹤管理系統

預制構件過程的追蹤管理系統主要圍繞鋼構件的加工、預制以及安裝的整個過程，對構件的每一個加工流通環節進行定位和管理。其系統由圖4所示的軟件及硬件兩部分組成，該系統方案的硬件部分主要包括：二維碼掃描儀(GPRS)、二維碼打印機(或委托第三方公司加工制作二維碼)、主控電腦、服務器及IP高清攝像頭等。而其軟件部分則是利用二維碼技術實現其追蹤管理功能的技術核心，提供了豐富的信息查詢功能和圖形化的軟件界面操作功能，對構件的加工流通過程進行高效實時地監測和管理。

圖3 構件預制件系統工藝流程圖

圖4 追蹤管理系統軟硬件架構圖

4.1 預制構件過程追蹤管理平臺

追蹤管理軟件平臺是實現預制構件追蹤監管功能的核心系統，負責管理聯網的一系列硬件(包括掃描儀、監控攝像頭、服務器、與業主電腦的聯網等)，維護構件本身的產品信息數據以及二維碼數據，處理各種數據之間的邏輯關系，并提供現場人員管理的功能模塊。當鋼構件貼上二維碼以后，系統便開始跟蹤構件在全過程中的時間節點和加工狀態，直至預制件安裝在橋梁上截止，整個管理流程都可以在圖5所示的管理系統主界面上顯示出來。

圖5 構件追蹤管理系統主界面

該軟件系統同時提供了豐富的人機交互功能，其主要功能包括：

(1)設置功能：包括創建新工程項目，對構件基本信息進行維護，管理二維碼信息，管理二維碼掃描儀及為每一批構件設置加工(運送)時間節點限制等特殊功能的設置；在實現設置功能中，系統設置需要進行權限的管理。

(2)查詢功能：系統可根據多種不同的關鍵字進行查詢，每一種查詢結果，都可導出成EXCEL表格進行文檔保存或打印。

(3)顯示功能：包括界面顯示、查詢結果顯示、攝像顯示。

(4)電子地圖功能：可以實時在地圖中定位和顯示每個掃描儀所處具體位置，以便于管理人員掌握掃描儀的工作狀態。

(5)攝像頭：在關鍵工位上安裝攝像頭，監測當前工位的工況。視頻圖像的管理作為軟件系統的子功能模塊嵌入系統，以便于用戶在必要的時候實現輪巡監視、自動錄像、遠程報警等功能。

(6)提醒與報警功能：根據數據庫的歷史數據，計算一個節點工位至下一個節點工位所需的平均時間，用短信或LED屏通知下一個節點工位，某一批構件將大約在何時進場，以便該工位的設備及人員做好提前準備；而當某一構件在規定的時間內，仍未到達某一節點工位，軟件界面上將出現文字提醒和聲音報警。

4.2 基于WEB端的網頁追蹤查詢程序

該程序應用于用戶WEB上網終端網頁的查詢使用，其主要面向的是普通用戶和管理者用戶(通過權限設置)。普通用戶可直接進入WEB端通過頁面瀏覽查詢構件產品的基本信息；管理者用戶，通過權限，進入WEB端通過頁面可瀏覽查詢構件產品的更多信息，并可對信息進行管理［3］。

通過訪問特定的WEB端的網頁，用戶即可隨時隨地查看建筑現場構件的加工流通的所有信息，極大方便工作。WEB端的網頁功能將實現用戶主控電腦的絕大部分有關構件二維碼的查詢和顯示功能。

4.3 基于智能手機終端的追蹤查詢

該程序應用于現場用戶智能手機的終端查詢使用，其主要也是面向普通用戶和管理者用戶(通過權限設置)。普通用戶可以通過智能手機的掃碼功能掃描二維碼查詢構件產品的基本信息，但不能進行修改、刪除等操作；管理者用戶可以通過智能手機掃碼，通過權限，獲得App，查詢和管理更多信息。

在手機終端，對Web App的更新是由應用開發者在后臺進行，推送到用戶面前的都是全新的版本。

4.4 其他延展功能

除以上功能外，還對該系統開發了一系列拓展功能，如包括統計某一時間段內某一種構件或多種構件從進場開始直至預制件安裝在橋梁上的平均完成時間，統計某一時間段內某一種構件或多種構件在某一工序中所花費的時間；向業主所在的電腦網絡提交構件預制件產品的加工狀態及向業主BIM系統提交預制件安裝完畢數據等等。這些延展功能都是針對鋼構件以及預制件成型和安裝這樣特殊的生產管理過程，根據管理者的需求特別定制或修改軟件以實現的，利用他們可以對構件實際生產中過程的追蹤管理針對不同情況進行特殊調整。

5 結語

本文所提出并開發的以二維碼為媒介的追蹤管理專用軟件，是一套較為完整的應用于建筑行業的預制構件現場追蹤管理系統。系統具有便捷化、智能化和可視化的特點，能夠顯著提高管理人員的工作效率，降低產品在生產和流通過程中的各類風險。實現了對橋梁預制拼裝中各類構件的加工、預制及安裝的每個流通環節的定位和管理，提高了標準化及信息化水平。對其進一步的研究及推廣，有助于對全預制拼裝工藝的管理提升，在未來，可望將其用于通用工廠化的追蹤管理中，使之得到廣泛應用，實現技術實踐的成果最大化。

［1］ 余峰. 生產控制與制造跟蹤管理解決方案 ［J］. 中國科技博覽. 2011(35)：464-468.

［2］ 盛秋康. 二維碼編解碼技術的研究與應用［D］. 南京∶南京理工大學, 2011.

［3］ 王子愚. Web服務及其在項目跟蹤管理中的研究與應用［D］. 貴州：貴州大學，2008.

U445.1

B

1009-7716(2015)08-0077-04

2015-04-02

康莊(1985-)，男，山東濟南人，博士，工程師，從事道路工程技術管理工作。