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BIM技術(shù) 在核電工程鋼筋自動加工中的應(yīng)用

  • 來源:中國信息化周報
  • 關(guān)鍵字:核電項目,國際合作,鋼筋
  • 發(fā)布時間:2020-07-28 11:11

  近年來,我國核電項目進展順利,捷報連連。隨著我國核電技術(shù)方面重大突破和核電標準化體系的完善,將不斷推動我國核電品牌建設(shè)和國際合作。

  在核電施工中要使用大量的鋼筋,某些堆型單機組鋼筋使用量高達6萬噸,由此可見,鋼筋深化設(shè)計和加工是核電建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一,直接影響核電工程的質(zhì)量和安全。

  因此,中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司在核電工程中配備了美國KRB機械公司制造的先進鋼筋加工設(shè)備,包括鋼筋聯(lián)動剪切線、數(shù)控彎箍機和數(shù)控彎曲機,加工精度和生產(chǎn)效率較高。

  目前各大施工企業(yè)利用BIM技術(shù)進行鋼筋深化設(shè)計的成果有很多,但將BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼筋自動化加工的成果較少,主要是由于BIM軟件與鋼筋加工設(shè)備間存在數(shù)據(jù)孤島問題。尤其在核電工程中,雖然鋼筋加工設(shè)備較為先進,但仍需要人工手動錄入鋼筋信息到設(shè)備中才能完成鋼筋加工。該方式人工成本較高、效率低,存在一定的人為失誤因素,因此,利用BIM技術(shù)開展鋼筋自動化加工研究是很有必要的。

  本文研究技術(shù)路線主要是在核電工程中利用BIM技術(shù)進行鋼筋深化設(shè)計后,通過二次開發(fā),將模型通過專用格式與核電多項目管理系統(tǒng)ENPower集成,在系統(tǒng)中將鋼筋數(shù)據(jù)自動處理轉(zhuǎn)換成PDF417二維條碼,并自動生成鋼筋加工計劃和配料單;然后利用與鋼筋加工設(shè)備配套的掃碼器掃描配料單上的二維條碼,由此將鋼筋加工數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O(shè)備中,從而完成鋼筋自動加工。

  BIM與鋼筋加工設(shè)備的數(shù)據(jù)交互

  利用BIM技術(shù)進行鋼筋深化設(shè)計得到的是含有詳細數(shù)據(jù)信息的幾何形狀,如何讓鋼筋加工設(shè)備讀取鋼筋的BIM幾何形狀信息并正確加工是主要研究點。通過查閱國外鋼筋加工設(shè)備技術(shù)手冊,最終選定BVBS碼作為鋼筋幾何形狀信息的數(shù)據(jù)載體,鋼筋加工設(shè)備只需讀取鋼筋對應(yīng)的BVBS碼便可以解析二維鋼筋形狀和三維鋼筋形狀數(shù)據(jù)。

  一個完整的BVBS碼用來表示一根或多根同類型的待加工鋼筋,可分為形狀類型、頭部數(shù)據(jù)塊(標識符H)、幾何數(shù)據(jù)塊(標識符G)、校驗數(shù)據(jù)塊(標識符C)、換行符(標識符CRLF)四部分。其中頭部數(shù)據(jù)塊和幾何數(shù)據(jù)塊的鋼筋信息可以從BIM模型中讀取。

  形狀類型是用來描述待加工鋼筋的形狀是二維還是三維形狀的,其中二維形狀用“BF2D”表示,三維形狀用“BF3D”表示。在“BF2D@”或“BF3D@”后面緊跟其他數(shù)據(jù)塊。

  頭部數(shù)據(jù)塊包含鋼筋的工程編號、圖號、索引、條目、長度(mm)、數(shù)量(根)、重量(kg)、直徑(mm)、等級、彎曲直徑(mm)、設(shè)計人(可為空)等信息,每條信息以“字母標識+數(shù)據(jù)+@”的方式表達。

  幾何數(shù)據(jù)塊包含鋼筋的段長(mm)、彎曲半徑(mm)、彎折角度(度)、XYZ軸坐標信息(僅三維鋼筋形狀即異平面鋼筋使用)等信息,每條信息也以“字母標識+數(shù)據(jù)+@”的方式表達。

  校驗數(shù)據(jù)塊用來對前兩個數(shù)據(jù)塊的字符的ASCII值進行校驗;

  校驗數(shù)據(jù)塊的數(shù)值計算方式為:對校驗數(shù)據(jù)值前端所有字符的ASCII值求和Sum,然后對“Sum/32”求余,用96減去余數(shù)即得到校驗數(shù)據(jù)值。

  換行符“CRLF”表示一條完整的鋼筋幾何形狀信息表達結(jié)束。這里的換行符在被機器識別時并不會顯示字符“CRLF”,僅是一個換行命令。

  PDF417二維條碼是一種堆疊式二維條碼,1991年由美國SYMBOL公司發(fā)明,PDF(Portable Data File)意思是“便攜數(shù)據(jù)文件”。組成條碼的每一個條碼字符由4個條和4個空共17個模塊構(gòu)成,故稱為PDF417條碼。PDF417條碼最大的優(yōu)勢在于其龐大的數(shù)據(jù)容量和極強的糾錯能力,即使條形碼污損50%也能被正確讀出。PDF417二維條碼是實現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。

  因此,PDF417碼完全滿足作為鋼筋幾何信息載體的條件,將BVBS碼轉(zhuǎn)化為PDF417碼便可將數(shù)據(jù)掃描讀取到鋼筋加工設(shè)備。

  BIM與核電多項目管理系統(tǒng)的集成

  核電工程鋼筋深化設(shè)計采用Bentley公司的ProStructures軟件。核電多項目管理信息系統(tǒng)ENPower是在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持下建立的系統(tǒng)的、高集成度的信息系統(tǒng),它管理核電建造過程各階段業(yè)務(wù)的全部信息,包括鋼筋加工料單信息。要將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼筋自動加工中就必須實現(xiàn)BIM與ENPower的集成。

  Bentley提供的i-model技術(shù)是為支持項目團隊聯(lián)合工作的信息交互的通用方法,適用于項目的幾何圖形信息和數(shù)據(jù)信息,同時適用于Bentley的和非Bentley的產(chǎn)品。

  i-model包含豐富的元數(shù)據(jù)和組件的業(yè)務(wù)屬性、幾何圖形及關(guān)系,不需要專門的應(yīng)用程序邏輯來解析,不需要引用外部的架構(gòu)定義,所有需要的架構(gòu)定義都內(nèi)置在i-model中。

  i-model包含信息的來源、日期、狀態(tài)等,且是只讀的。i-model可直接由Bentley軟件輸出或轉(zhuǎn)換程序生成。鑒于此,i-model技術(shù)是實現(xiàn)BIM與ENPower系統(tǒng)集成的最優(yōu)方式。利用i-model技術(shù),經(jīng)過二次開發(fā),ENPower系統(tǒng)中可以直接查看鋼筋三維模型并讀取鋼筋的幾何形狀信息,實現(xiàn)二者的數(shù)據(jù)集成。接下來在ENPower系統(tǒng)中添加兩個功能模塊,一是將鋼筋的幾何形狀信息轉(zhuǎn)換為BVBS碼的功能模塊,二是將BVBS碼轉(zhuǎn)為PDF417碼的功能模塊。

  ENPower系統(tǒng)導出鋼筋配料單,鋼筋加工廠工人利用掃碼槍掃描料單上的PDF417碼,加工數(shù)據(jù)便傳輸?shù)戒摻罴庸ぴO(shè)備,設(shè)備讀取完一個批次的數(shù)據(jù)后開始自動加工。

  應(yīng)用中的不足

  目前各類堆型的核電工程中約有近200種二維和三維鋼筋形狀,采用BVBS碼格式能夠準確表達其中約100種常用鋼筋形狀。但對于非標準、異形鋼筋,數(shù)控加工難以解決技術(shù)問題,仍需要借助常規(guī)加工設(shè)備。數(shù)控設(shè)備與常規(guī)設(shè)備搭配使用,解決不同的加工需求,數(shù)控設(shè)備的高效性可以解決批量化半成品加工,常規(guī)設(shè)備的靈活性可以解決非標構(gòu)件、零星變更補料等需求。

  將BIM技術(shù)應(yīng)用在核電工程鋼筋自動加工中,操作簡單,不僅可以大大減少人為干預過程,避免因人為失誤造成損失,還可以提高鋼筋的加工質(zhì)量和效率,在實際應(yīng)用中鋼筋加工效率提升約29.23%,此外也降低了鋼筋加工廢料余料率,每噸鋼筋成本可以節(jié)省約175元,具有較好的經(jīng)濟和社會效益,是今后核電工程和其他大型工程鋼筋加工的趨勢,而且能夠提高企業(yè)在市場上的科技實力和綜合競爭力。

  下一步,研究方向是通過ENPower系統(tǒng)連接鋼筋加工設(shè)備、采集鋼筋加工信息,可支持鋼筋加工廠的加工過程監(jiān)控、材料管理;通過掃碼監(jiān)控鋼筋成品的倉儲、物流和交付等過程,可提高項目管理水平、減少倉儲積壓,進一步助力我國數(shù)字化核電建設(shè)。

  陳斐

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