CN108665245A - 一种基于dt-bim的装配式预制构件信息融合管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DT‑BIM的装配式预制构件信息融合管理系统及方法，所述系统包括BIM建模服务子系统，用于使用BIM技术对预制构件进行三维建模、优化、动态施工模拟及预制构件模型信息输出；DT生产管理子系统，用于通过车间服务模块与物理车间模块、虚拟车间模块之间的双向数据连接，利用数字孪生技术将实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互；大数据联合子系统，用于接入和存储数据及融合数据；跟踪定位子系统，用于对预制构件模型信息编码，生成身份标签，并进行信息追踪。总之，本发明通过将多源数据进行有效集成、消除信息孤岛，实现上下游联合管理，从而在整体上提高了管理效率及生产效率。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统及方法。
背景技术
现阶段国家大力推行住宅产业化，住宅产业化就是指用工业化生产的方式来建造住宅，即主要进行装配式混凝土构件体系施工。装配式建筑施工与以往的湿作业相比，在施工效率上有一定程度上提高。
装配式建筑是指用预制构件在工地装配而成的建筑。其主要特征是设计标准化、生产工厂化、施工机械化、机电装修一体化、管理信息化，随着现代工业技术的发展，建造房屋可以像机器生产那样，成批成套地制造。只要把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就成了，这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量。
随着产业化的推行，平面二维图已经满足不了建筑施工单位的需要，尤其是复杂构件，同时在施工过程中，建筑施工单位还面临着预制构件精细化管理难度大、设计与施工无缝对接难度大、专业化施工能力培养难度大等问题，从而造成生产构件时的返工或临时调整，影响生产进度。虽然现有技术中利用利用建筑信息模型(BIM)技术进行预制构件的三维建模及施工模拟，用于解决上述技术问题，但是对于预制构件的实际生产则容易出现纰漏，因此导致预制构件不能按照正常工序进行生产以及在预制构件生产时存在很多质量问题。
数字孪生(DT)技术是实现物理与信息融合的一种有效手段，可对物理对象的各类数据进行集成，并能够基于模型优化物理对象，可弥补BIM技术中对预制构件的实际生产管理薄弱的缺陷。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明提供一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统及方法。
本发明的技术方案为：一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，包括BIM建模服务子系统、DT生产管理子系统、大数据联合子系统；
所述BIM建模服务子系统包括构件建模模块、优化调整模块、动态模拟模块、模型输出模块，所述构件建模模块用于使用BIM技术对预制构件进行三维建模；所述优化调整模块用于对所述预制构件的三维模型进行碰撞检测；所述动态模拟模块用于使用BIM技术对预制构件进行施工动态模拟；所述模型输出模块用于将预制构件的几何尺寸和物料信息进行匹配，并输出预制构件模型信息；
所述DT生产管理子系统包括物理车间模块、虚拟车间模块、车间服务模块，所述物理车间模块包括物理车间单元和数据通信与转换单元，所述物理车间单元用于对预制构件进行实际加工；所述数据通信与转换单元安装在物理车间单元内，用于在实际加工中感知、接入、融合异构多源实时数据；所述虚拟车间模块包括多维模型构建单元、多维模型验证单元、多维模型映射单元，所述多维模型构建单元通过虚拟现实、增强现实、三维建模及仿真技术构建车间多维模型；所述多维模型验证单元用于对车间多维模型的有效性和正确性进行多项验证；所述多维模型映射单元用于对车间各维模型间的关联与映射关系进行研究与分析，使各模型具备评估、演化、推理能力；所述车间服务模块与模型输出模块之间通过单向数据连接，用于接收模型输出模块输出的预制构件模型信息，生成初始生产计划；车间服务模块还分别与物理车间模块、虚拟车间模块之间通过双向数据连接，生成的孪生数据用于实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行仿真、修正和优化，最终生产出预制构件实体；
所述大数据联合子系统包括数据接入模块、数据融合模块、数据统计模块，所述数据接入模块用于接入和存储预制构件的物料信息，为模型输出模块提供数据支撑；所述数据融合模块用于将预制构件生产资料数据及预制构件的模型信息进行融合，生成终极生产计划，并通过数据通信与转换单元传输至物理车间单元；所述数据统计模块用于对所有数据进行存储、分类和更新。
进一步地，所述管理系统还包括跟踪定位子系统，所述跟踪定位子系统包括信息编码模块、标签生成模块、信息追踪模块，所述信息编码模块用于将预制构件模型信息进行编码；所述标签生成模块用于将编码后的预制构件模型信息生成唯一的身份标签，所述身份标签被结合在相应预制构件实体上；所述信息追踪模块通过对预制构件实体上的身份标签进行跟踪定位，并将动态数据反馈至所述数据统计模块进行实时更新。
进一步地，所述多项验证为对模型演绎过程中的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度与仿真精度的验证。
进一步地，所述车间各维模型包括几何维度模型、行为维度模型和规则维度模型。
进一步地，所述物料信息包括物料清单、物料单价、物料成本、物料成分、物料性能。
进一步地，所述身份标签为RFID标签或二维码标签，便于通过扫描查询。
进一步地，所述孪生数据包括物理车间模块的相关数据、虚拟车间模块的相关数据、车间服务模块的相关数据，以及三者的融合数据。
一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理方法，包括以下步骤：
步骤1：
S10：利用BIM技术对预制构件进行三维建模；
S11：在对预制构件进行实际加工的所述物理车间单元内，装入能够自实际加工中感知、接入、融合异构多源实时数据的数据通信与转换单元；
S12：利用所述多维模型构建单元以物理车间单元为模板，通过虚拟现实、增强现实、三维建模及仿真技术构建车间多维模型；
步骤2：
S20：利用软件内部的检测碰撞功能对S10得到预制构件三维模型进行检测，如检测有碰撞情况，则对其进行优化调整与改进，再重复检测碰撞的过程，直到检测碰撞的结果为零时，检测合格；
S21：利用所述多维模型验证单元对车间多维模型的有效性和正确性进行多项验证；
步骤3：
S30：利用BIM技术对S20得到的合格预制构件三维模型进行施工动态模拟；
S31：利用所述多维模型映射单元对车间各维模型间的关联与映射关系进行研究与分析，使车间各模型具备评估、演化、推理能力；
步骤4：
S40：模型输出模块从所述数据接入模块内导出预制构件的物料信息，结合预制构件的几何尺寸，整合匹配后输出预制构件模型信息至所述车间服务模块，并生成初始生产计划；
S41：利用所述数据融合模块将预制构件生产资料数据及预制构件的模型信息进行融合，生成终极生产计划，并通过数据通信与转换单元传输至物理车间单元；
步骤5：利用车间服务模块分别与物理车间模块、虚拟车间模块之间建立双向数据连接通道，生成的孪生数据用于实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行仿真、修正和优化，最终生产出预制构件实体；
步骤6：
S60：对所述预制构件实体验收合格后，利用上述信息编码模块将预制构件模型信息进行编码；
S61：利用所述标签生成模块将编码后的预制构件模型信息生成唯一的身份标签，并被结合在相应预制构件实体上；
步骤7：当预制构件实体需要被运输至施工现场，通过所述信息追踪模块对预制构件实体上的身份标签进行跟踪定位，并将动态数据反馈至所述数据统计模块进行实时更新。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统设计了BIM建模服务子系统，利用BIM技术对预制构件进行三维模型，再利用碰撞实验进行反馈，实现对预制构件三维模型的优化和调整及动态施工模拟。通过大数据联合子系统的数据接入模块导出预制构件的物料信息，结合预制构件的几何尺寸，通过模型输出模块整合匹配后，输出预制构件模型信息至车间服务模块，并生成初始生产计划；
(2)本发明的DT生产管理子系统利用数字孪生技术，通过多维建模，形成与传统的物理车间镜像映射的虚拟车间，并利用车间服务模块实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行反复迭代，直至选出最优计划，最终通过最优计划生产出预制构件实体；
(3)本发明的跟踪定位子系统通过信息编码和标签实现对预制构件实体的跟踪定位，并实时反馈动态数据；
(4)本发明的大数据联合子系统通过将BIM建模服务子系统、DT生产管理子系统、跟踪定位子系统及外源数据进行有效集成，消除信息孤岛，实现上下游联合管理，从而在整体上提高了管理效率及生产效率。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
其中，1-BIM建模服务子系统、10-构件建模模块、11-优化调整模块、12-动态模拟模块、13-模型输出模块、2-DT生产管理子系统、20-物理车间模块、200-物理车间单元、201-数据通信与转换单元、21-虚拟车间模块、210-多维模型构建单元、211-多维模型验证单元、212-多维模型映射单元、22-车间服务模块、3-大数据联合子系统、30-数据接入模块、31-数据融合模块、32-数据统计模块、4-跟踪定位子系统、40-信息编码模块、41-标签生成模块、42-信息追踪模块。
具体实施方式
下面通过本发明的一个较优的实施例，来对本发明的具体实施方式作具体说明，但本发明的实施和保护不限于此。
如图1所示，一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，包括BIM建模服务子系统1、DT生产管理子系统2、大数据联合子系统3、跟踪定位子系统4；
BIM建模服务子系统1包括构件建模模块10、优化调整模块11、动态模拟模块12、模型输出模块13，构件建模模块10用于使用BIM技术对预制构件进行三维建模；优化调整模块11用于对预制构件的三维模型进行碰撞检测；动态模拟模块12用于使用BIM技术对预制构件进行施工动态模拟；模型输出模块13用于将预制构件的几何尺寸和物料信息进行匹配，并输出预制构件模型信息；
DT生产管理子系统2包括物理车间模块20、虚拟车间模块21、车间服务模块22，物理车间模块20包括物理车间单元200和数据通信与转换单元201，物理车间单元200用于对预制构件进行实际加工；数据通信与转换单元201安装在物理车间单元200内，用于在实际加工中感知、接入、融合异构多源实时数据；虚拟车间模块21包括多维模型构建单元210、多维模型验证单元211、多维模型映射单元212，多维模型构建单元210通过虚拟现实、增强现实、三维建模及仿真技术构建车间多维模型；多维模型验证单元211用于对车间多维模型的有效性和正确性进行多项验证，其中，多项验证为对模型演绎过程中的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度与仿真精度的验证。多维模型映射单元212用于对车间各维模型间几何维度模型、行为维度模型和规则维度模型的关联与映射关系进行研究与分析，使各模型具备评估、演化、推理能力；车间服务模块22与模型输出模块13之间通过单向数据连接，用于接收模型输出模块13输出的预制构件模型信息，生成初始生产计划；车间服务模块22还分别与物理车间模块20、虚拟车间模块21之间通过双向数据连接，生成的孪生数据物理车间模块的相关数据、虚拟车间模块的相关数据、车间服务模块的相关数据，以及三者的融合数据用于实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行仿真、修正和优化，最终生产出预制构件实体；
大数据联合子系统3包括数据接入模块30、数据融合模块31、数据统计模块32，数据接入模块30用于接入和存储预制构件的物料信息物料清单、物料单价、物料成本、物料成分、物料性能，为模型输出模块13提供数据支撑；数据融合模块31用于将预制构件生产资料数据及预制构件的模型信息进行融合，生成终极生产计划，并通过数据通信与转换单元201传输至物理车间单元200；数据统计模块32用于对所有数据进行存储、分类和更新。
跟踪定位子系统4包括信息编码模块40、标签生成模块41、信息追踪模块42，信息编码模块40用于将预制构件模型信息进行编码；标签生成模块41用于将编码后的预制构件模型信息生成唯一的身份标签，身份标签被结合在相应预制构件实体上；信息追踪模块42通过对预制构件实体上的身份标签RFID标签或二维码标签进行跟踪定位，并将动态数据反馈至数据统计模块32进行实时更新。
一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理方法，包括以下步骤：
步骤1：
S10：利用BIM技术对预制构件进行三维建模；
S11：在对预制构件进行实际加工的物理车间单元200内，装入能够自实际加工中感知、接入、融合异构多源实时数据的数据通信与转换单元201；
S12：利用多维模型构建单元210以物理车间单元200为模板，通过虚拟现实、增强现实、三维建模及仿真技术构建车间多维模型；
步骤2：
S20：利用软件内部的检测碰撞功能对S10得到预制构件三维模型进行检测，如检测有碰撞情况，则对其进行优化调整与改进，再重复检测碰撞的过程，直到检测碰撞的结果为零时，检测合格；
S21：利用多维模型验证单元211对车间多维模型的有效性和正确性进行多项验证；
步骤3：
S30：利用BIM技术对S20得到的合格预制构件三维模型进行施工动态模拟；
S31：利用多维模型映射单元212对车间各维模型间的关联与映射关系进行研究与分析，使车间各模型具备评估、演化、推理能力；
步骤4：
S40：模型输出模块13从数据接入模块30内导出预制构件的物料信息，结合预制构件的几何尺寸，整合匹配后输出预制构件模型信息至车间服务模块22，并生成初始生产计划；
S41：利用数据融合模块31将预制构件生产资料数据及预制构件的模型信息进行融合，生成终极生产计划，并通过数据通信与转换单元201传输至物理车间单元200；
步骤5：利用车间服务模块22分别与物理车间模块20、虚拟车间模块21之间建立双向数据连接通道，生成的孪生数据用于实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行仿真、修正和优化，最终生产出预制构件实体；
步骤6：
S60：对预制构件实体验收合格后，利用上述信息编码模块40将预制构件模型信息进行编码；
S61：利用标签生成模块41将编码后的预制构件模型信息生成唯一的身份标签，并被结合在相应预制构件实体上；
步骤7：当预制构件实体需要被运输至施工现场，通过信息追踪模块42对预制构件实体上的身份标签进行跟踪定位，并将动态数据反馈至数据统计模块32进行实时更新。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，其特征在于，包括BIM建模服务子系统(1)、DT生产管理子系统(2)、大数据联合子系统(3)；
所述BIM建模服务子系统(1)包括构件建模模块(10)、优化调整模块(11)、动态模拟模块(12)、模型输出模块(13)，所述构件建模模块(10)用于使用BIM技术对预制构件进行三维建模；所述优化调整模块(11)用于对所述预制构件的三维模型进行碰撞检测；所述动态模拟模块(12)用于使用BIM技术对预制构件进行施工动态模拟；所述模型输出模块(13)用于将预制构件的几何尺寸和物料信息进行匹配，并输出预制构件模型信息；
所述DT生产管理子系统(2)包括物理车间模块(20)、虚拟车间模块(21)、车间服务模块(22)，所述物理车间模块(20)包括物理车间单元(200)和数据通信与转换单元(201)，所述物理车间单元(200)用于对预制构件进行实际加工；所述数据通信与转换单元(201)安装在物理车间单元(200)内，用于在实际加工中感知、接入、融合异构多源实时数据；所述虚拟车间模块(21)包括多维模型构建单元(210)、多维模型验证单元(211)、多维模型映射单元(212)，所述多维模型构建单元(210)通过虚拟现实、增强现实、三维建模及仿真技术构建车间多维模型；所述多维模型验证单元(211)用于对车间多维模型的有效性和正确性进行多项验证；所述多维模型映射单元(212)用于对车间各维模型间的关联与映射关系进行研究与分析，使各模型具备评估、演化、推理能力；所述车间服务模块(22)与模型输出模块(13)之间通过单向数据连接，用于接收模型输出模块(13)输出的预制构件模型信息，生成初始生产计划；车间服务模块(22)还分别与物理车间模块(20)、虚拟车间模块(21)之间通过双向数据连接，生成的孪生数据用于实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行仿真、修正和优化，最终生产出预制构件实体；
所述大数据联合子系统(3)包括数据接入模块(30)、数据融合模块(31)、数据统计模块(32)，所述数据接入模块(30)用于接入和存储预制构件的物料信息，为模型输出模块(13)提供数据支撑；所述数据融合模块(31)用于将预制构件生产资料数据及预制构件的模型信息进行融合，生成终极生产计划，并通过数据通信与转换单元(201)传输至物理车间单元(200)；所述数据统计模块(32)用于对所有数据进行存储、分类和更新。
2.如权利要求1所述的一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，其特征在于，所述管理系统还包括跟踪定位子系统(4)，所述跟踪定位子系统(4)包括信息编码模块(40)、标签生成模块(41)、信息追踪模块(42)，所述信息编码模块(40)用于将预制构件模型信息进行编码；所述标签生成模块(41)用于将编码后的预制构件模型信息生成唯一的身份标签，所述身份标签被结合在相应预制构件实体上；所述信息追踪模块(42)通过对预制构件实体上的身份标签进行跟踪定位，并将动态数据反馈至所述数据统计模块(32)进行实时更新。
3.如权利要求1所述的一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，其特征在于，所述多项验证为对模型演绎过程中的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度与仿真精度的验证。
4.如权利要求1所述的一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，其特征在于，所述车间各维模型包括几何维度模型、行为维度模型和规则维度模型。
5.如权利要求1所述的一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，其特征在于，所述物料信息包括包括物料清单、物料单价、物料成本、物料成分、物料性能。
6.如权利要求1所述的一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理系统，其特征在于，所述身份标签为RFID标签或二维码标签。
7.一种基于DT-BIM的装配式预制构件信息融合管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：
S10：利用BIM技术对预制构件进行三维建模；
S11：在对预制构件进行实际加工的所述物理车间单元(200)内，装入能够自实际加工中感知、接入、融合异构多源实时数据的数据通信与转换单元(201)；
S12：利用所述多维模型构建单元(210)以物理车间单元(200)为模板，通过虚拟现实、增强现实、三维建模及仿真技术构建车间多维模型；
步骤2：
S20：利用软件内部的检测碰撞功能对S10得到预制构件三维模型进行检测，如检测有碰撞情况，则对其进行优化调整与改进，再重复检测碰撞的过程，直到检测碰撞的结果为零时，检测合格；
S21：利用所述多维模型验证单元(211)对车间多维模型的有效性和正确性进行多项验证；
步骤3：
S30：利用BIM技术对S20得到的合格预制构件三维模型进行施工动态模拟；
S31：利用所述多维模型映射单元(212)对车间各维模型间的关联与映射关系进行研究与分析，使车间各模型具备评估、演化、推理能力；
步骤4：
S40：模型输出模块(13)从所述数据接入模块(30)内导出预制构件的物料信息，结合预制构件的几何尺寸，整合匹配后输出预制构件模型信息至所述车间服务模块(22)，并生成初始生产计划；
S41：利用所述数据融合模块(31)将预制构件生产资料数据及预制构件的模型信息进行融合，生成终极生产计划，并通过数据通信与转换单元(201)传输至物理车间单元(200)；
步骤5：利用车间服务模块(22)分别与物理车间模块(20)、虚拟车间模块(21)之间建立双向数据连接通道，生成的孪生数据用于实现物理车间和虚拟车间的虚实映射和实时交互，对生产计划进行仿真、修正和优化，最终生产出预制构件实体；
步骤6：
S60：对所述预制构件实体验收合格后，利用上述信息编码模块(40)将预制构件模型信息进行编码；
S61：利用所述标签生成模块(41)将编码后的预制构件模型信息生成唯一的身份标签，并被结合在相应预制构件实体上；
步骤7：当预制构件实体需要被运输至施工现场，通过所述信息追踪模块(42)对预制构件实体上的身份标签进行跟踪定位，并将动态数据反馈至所述数据统计模块(32)进行实时更新。
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