基于二维码技术的桥梁预制拼装追踪管理系统

康 庄，姜海西

(上海公路投资建设发展有限公司第一事业部，上海市 200335)

基于二维码技术的桥梁预制拼装追踪管理系统

康 庄，姜海西

(上海公路投资建设发展有限公司第一事业部，上海市 200335)

在对我国桥梁工程技术进行改进的过程中，通过引入桥梁预制拼装技术，代替了传统的桥梁现浇工艺，使得施工作业效率大幅度提高，现场作业人数精简，并且减少了施工过程中对环境和交通的影响。而随着对桥梁构件的工厂化预制要求的提升，这一施工过程需要引入一种更为先进、可行的管理模式，即专业预制工厂的二维码管理模式以满足施工模式的要求。而其中，实现二维码技术在拼装过程中追踪管理功能的应用是这一模式高效、高产的核心技术，通过开发以二维码为媒介的追踪管理专用软件，针对各类构件的加工、预制及安装的整个过程中每一个流通环节进行定位和管理，实现对桥梁预制拼装追踪管理的标准化及信息化，对其研究及推广有助于未来二维码技术在通用工厂化的追踪管理中的广泛应用。

追踪管理系统；桥梁预制拼装技术；二维码；CAD技术

0 引言

桥梁预制拼装施工工艺的引进极大程度地解决了我国现阶段城市高架路施工中所面临的重合段交通流量大，道路两侧动拆迁工作量大，各类管线分布复杂等问题。通过采用桥梁构件预制工厂加工、现场快速拼装的施工模式，改进施工管理体系的同时改善了总体施工质量，缩短施工工期，减少施工占地及对现有交通影响的先进性和快速性已在上海嘉闵高架路(G2-S6)及地面道路新建工程(下简称“嘉闵高架北二段工程”)中得到体现。

由于采用了专业化工厂预制的产业模式，桥梁构件作为工程商品，其大规模生产也具备了批量化和市场化的特征。为了便于施工管理，在管理理念上引入追踪管理功能关注预制拼装施工工艺中的办公管理、生产管理和物流管理等主要流程，在技术上引入二维码技术，实现了管理的标准化。利用二维码技术对追踪管理功能的应用，实现了对构件的加工、预制、安装的整个过程中每一个环节的定位和管理，提高管理效率，实现管理规范，进而实现对整个桥梁预制拼装生产过程的信息化。

1 追踪管理的对象及系统架构

对于桥梁预制拼装生产而言，其生产过程中对追踪管理的实现实际上是对每一个流程及其关注对象的信息采集汇总［1］。因此，在管理系统中，首先需要建立一个统一数据平台，以存放采集来的信息数据并通过管理界面实现输出及分析。在桥梁预制拼装过程中，为实现办公、生产及物流的管理，需要追踪的对象包括：预制构件的名称、位置、部位、尺寸、出厂去向等，预制工厂中浇筑的时间和出厂时间等，中转存放过程的进出时间等，现场安装过程中的到达时间及安装完成时间等信息，具体对象如图1所示。这些对象及其信息随着构件及用途的不同而不同，其范围随着预制拼装技术的发展及其管理的完善也将有所外延。而实现其数据采集汇总及其管理信息化、标准化的媒介则是二维码技术，最终管理平台是建立在二维码的采集、编码及二次开发基础之上，实现针对追踪管理功能的软件开发。

图1 桥梁预制拼装中追踪管理的对象

为了完成对生产流程的软件开发，将以上追踪过程通过系统化的方式分为：数据采集、GPRS网络、现场控制室、总控制室等不同组成部分，这样便形成了如图2中所示的软件系统架构方案。

图2 系统架构方案图

在该系统架构方案中，各层功能包括：

(1)构件定位数据的采集：现场操作人员通过扫描二维码对构件进行定位，采集当前构件位置以及所在的工序信息，同时布设在主要工位的摄像头会实时监控现场情况；

(2)GPRS网络：利用网络将采集到的信息上传至数据库；

(3)现场控制室：在现场控制室可以实现对所有构件信息的查阅，根据不同授予权限可分别实现对数据库信息的储存，修改，删除等操作；

(4)总控制室：通过直接访问现场数据及监控现场控制室，根据情况发布最新控制指令给现场控制室和现场操作人员。

2 二维码技术的应用及与CAD代码的融合设计

为实现二维码在跟踪管理中的介质功能，利用二维码专用开发软件，针对不同管理对象选择合适的二维码格式，对二维码的录入、展示、打印等技术进行二次开发。同时，为了简化和方便用户管理，提高生产效率，针对桥梁工程设计主要基于CAD技术的特点，产品管理软件被设计成为二维码技术和CAD技术共用同一代码的方式［2］。

在加工构件前，确定构件的形状和尺寸并在CAD软件中设计产品图，该软件系统平台会基于CAD图纸自动确定和生成构件的二维码。同时，考虑到构件加工中所采用的CNC机床对于数据格式的识别能力，将二维码技术与其适配，在CNC机床批量加工构件时可直接扫描二维码自动调出CAD图纸，进行流水自动化加工。

通过在系统追踪管理平台软件中添加已确认的二维码，使特定的二维码拥有对应构件的信息，在现场任何时间利用扫描仪扫面，就可以实现对二维码的识别和验证，并自动上传数据至电脑终端。

3 构件预制追踪流程

追踪管理系统在构件预制件系统工艺中的作用流程包括：

(1)构件加工前，设计构件CAD图，并根据其所需材料，将构件名称、位置、部位、尺寸、混凝土标号、出厂去向等基本信息录入系统并打印对应二维码。

(2)材料进入加工车间，给每一个构件贴上对应二维码，各机台操作人员扫描二维码(以下简称：扫码)之后进行加工，加工完成之后再次扫码，构件出加工车间，准备进入预制工地。此时，现场控制室和总控制室会接收到该批构件在加工车间的信息，如入场时间、出场时间、加工机床号、加工人员等信息，并可对其显示、储存、修改、删除等操作。(可更新二维码)

(3)预制工厂操作人员扫码(构件贴上更新的二维码后)，进行预制工作，预制结束之后再次扫码，出场，准备进入中转场。此时，现场控制室和总控制室会接收到该批预制件在预制工厂的信息。(可更新二维码)

(4)中转场操作人员扫码(构件贴上更新的二维码后)，进行工作，结束之后再次扫码，出场，准备进入安装现场。此时，现场控制室和总控制室会接收到该批预制件在中转场的信息。(可更新二维码)

(5)安装现场工作人员扫码(构件贴上更新的二维码后)，进行安装，安装完毕之后再次扫码。此时，现场控制室和总控制室会接收到该批预制件在中转场的信息。

(6)现场工作人员对预制件安装完毕并扫码之后，管理平台软件系统将通过约定的网络通信方式，告知业主BIM系统，业主BIM系统将自动更新安装的构件。

完整的流程工艺如图3所示。

4 预制构件过程追踪管理系统

预制构件过程的追踪管理系统主要围绕钢构件的加工、预制以及安装的整个过程，对构件的每一个加工流通环节进行定位和管理。其系统由图4所示的软件及硬件两部分组成，该系统方案的硬件部分主要包括：二维码扫描仪(GPRS)、二维码打印机(或委托第三方公司加工制作二维码)、主控电脑、服务器及IP高清摄像头等。而其软件部分则是利用二维码技术实现其追踪管理功能的技术核心，提供了丰富的信息查询功能和图形化的软件界面操作功能，对构件的加工流通过程进行高效实时地监测和管理。

图3 构件预制件系统工艺流程图

图4 追踪管理系统软硬件架构图

4.1 预制构件过程追踪管理平台

追踪管理软件平台是实现预制构件追踪监管功能的核心系统，负责管理联网的一系列硬件(包括扫描仪、监控摄像头、服务器、与业主电脑的联网等)，维护构件本身的产品信息数据以及二维码数据，处理各种数据之间的逻辑关系，并提供现场人员管理的功能模块。当钢构件贴上二维码以后，系统便开始跟踪构件在全过程中的时间节点和加工状态，直至预制件安装在桥梁上截止，整个管理流程都可以在图5所示的管理系统主界面上显示出来。

图5 构件追踪管理系统主界面

该软件系统同时提供了丰富的人机交互功能，其主要功能包括：

(1)设置功能：包括创建新工程项目，对构件基本信息进行维护，管理二维码信息，管理二维码扫描仪及为每一批构件设置加工(运送)时间节点限制等特殊功能的设置；在实现设置功能中，系统设置需要进行权限的管理。

(2)查询功能：系统可根据多种不同的关键字进行查询，每一种查询结果，都可导出成EXCEL表格进行文档保存或打印。

(3)显示功能：包括界面显示、查询结果显示、摄像显示。

(4)电子地图功能：可以实时在地图中定位和显示每个扫描仪所处具体位置，以便于管理人员掌握扫描仪的工作状态。

(5)摄像头：在关键工位上安装摄像头，监测当前工位的工况。视频图像的管理作为软件系统的子功能模块嵌入系统，以便于用户在必要的时候实现轮巡监视、自动录像、远程报警等功能。

(6)提醒与报警功能：根据数据库的历史数据，计算一个节点工位至下一个节点工位所需的平均时间，用短信或LED屏通知下一个节点工位，某一批构件将大约在何时进场，以便该工位的设备及人员做好提前准备；而当某一构件在规定的时间内，仍未到达某一节点工位，软件界面上将出现文字提醒和声音报警。

4.2 基于WEB端的网页追踪查询程序

该程序应用于用户WEB上网终端网页的查询使用，其主要面向的是普通用户和管理者用户(通过权限设置)。普通用户可直接进入WEB端通过页面浏览查询构件产品的基本信息；管理者用户，通过权限，进入WEB端通过页面可浏览查询构件产品的更多信息，并可对信息进行管理［3］。

通过访问特定的WEB端的网页，用户即可随时随地查看建筑现场构件的加工流通的所有信息，极大方便工作。WEB端的网页功能将实现用户主控电脑的绝大部分有关构件二维码的查询和显示功能。

4.3 基于智能手机终端的追踪查询

该程序应用于现场用户智能手机的终端查询使用，其主要也是面向普通用户和管理者用户(通过权限设置)。普通用户可以通过智能手机的扫码功能扫描二维码查询构件产品的基本信息，但不能进行修改、删除等操作；管理者用户可以通过智能手机扫码，通过权限，获得App，查询和管理更多信息。

在手机终端，对Web App的更新是由应用开发者在后台进行，推送到用户面前的都是全新的版本。

4.4 其他延展功能

除以上功能外，还对该系统开发了一系列拓展功能，如包括统计某一时间段内某一种构件或多种构件从进场开始直至预制件安装在桥梁上的平均完成时间，统计某一时间段内某一种构件或多种构件在某一工序中所花费的时间；向业主所在的电脑网络提交构件预制件产品的加工状态及向业主BIM系统提交预制件安装完毕数据等等。这些延展功能都是针对钢构件以及预制件成型和安装这样特殊的生产管理过程，根据管理者的需求特别定制或修改软件以实现的，利用他们可以对构件实际生产中过程的追踪管理针对不同情况进行特殊调整。

5 结语

本文所提出并开发的以二维码为媒介的追踪管理专用软件，是一套较为完整的应用于建筑行业的预制构件现场追踪管理系统。系统具有便捷化、智能化和可视化的特点，能够显著提高管理人员的工作效率，降低产品在生产和流通过程中的各类风险。实现了对桥梁预制拼装中各类构件的加工、预制及安装的每个流通环节的定位和管理，提高了标准化及信息化水平。对其进一步的研究及推广，有助于对全预制拼装工艺的管理提升，在未来，可望将其用于通用工厂化的追踪管理中，使之得到广泛应用，实现技术实践的成果最大化。

［1］ 余峰. 生产控制与制造跟踪管理解决方案 ［J］. 中国科技博览. 2011(35)：464-468.

［2］ 盛秋康. 二维码编解码技术的研究与应用［D］. 南京∶南京理工大学, 2011.

［3］ 王子愚. Web服务及其在项目跟踪管理中的研究与应用［D］. 贵州：贵州大学，2008.

U445.1

B

1009-7716(2015)08-0077-04

2015-04-02

康庄(1985-)，男，山东济南人，博士，工程师，从事道路工程技术管理工作。