張自力，范慶偉，李景永，甄文選，崔 超，張 莉，魏 峰

1.中國石油管道局工程有限公司東南亞項(xiàng)目經(jīng)理部，河北廊坊 065001

2.中國石油管道局工程有限公司防腐公司，河北廊坊 065001

3.中油朗威監(jiān)理公司，河北廊坊 065000

在包括煉化項(xiàng)目建設(shè)在內(nèi)的大型安裝項(xiàng)目中，物料管理水平體現(xiàn)著施工企業(yè)的管理水平，直接影響企業(yè)的管理效率、進(jìn)度管理和成本控制。而且，在大型綜合煉化項(xiàng)目建設(shè)中，因輸送介質(zhì)的狀態(tài)、性能、壓力和用途的不同，管道、管件、儀器、設(shè)備等必須嚴(yán)格區(qū)分類別和等級，一旦預(yù)制、安裝錯(cuò)誤，將給項(xiàng)目投產(chǎn)后留下爆炸、火災(zāi)、泄漏等重大安全隱患。因此，準(zhǔn)確、及時(shí)的物料信息對確保預(yù)制、安裝符合圖紙要求，減小錯(cuò)誤發(fā)生概率也十分重要[1]。

在多年的企業(yè)信息化、數(shù)字化建設(shè)中，各類信息系統(tǒng)都已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中。如OA、ERP、BIM、P6及財(cái)務(wù)等專業(yè)軟件，已用于文件、資源、建模、成本、進(jìn)度等方面的管控，并逐步向一個(gè)綜合信息有機(jī)整體發(fā)展。

實(shí)體項(xiàng)目建設(shè)中的施工信息統(tǒng)計(jì)工作存在三種主要制約因素：工作環(huán)境比較特殊，無法固定作業(yè)；操作人員分散，素質(zhì)參差不齊，復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用較難；信息要求變化大，難以形成固定模板。由此導(dǎo)致了施工一線存在著信息準(zhǔn)確性、及時(shí)性差，與整體信息統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)脫節(jié)，呈現(xiàn)出類似于快遞行業(yè)“最后1千米”的困局，而解決以上三種制約因素的核心要素是：便捷、易用、可定制。

現(xiàn)以Petronas（馬來西亞國家石油公司） 的RAPID綜合煉化項(xiàng)目第14包（以下簡稱RAPID14）工藝安裝施工為例，介紹一款二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)的構(gòu)思、開發(fā)、測試和應(yīng)用。

1 施工信息統(tǒng)計(jì)存在的主要問題

目前，建設(shè)施工單位對于物料信息追蹤采用的主要方式有：第一，制作鋼印標(biāo)簽，用鐵絲系在法蘭孔或點(diǎn)焊在物料表面；第二，在物料表面噴標(biāo)或手寫信息；第三，在物料表面使用粘貼標(biāo)簽。以上三種信息追蹤方式的人為錯(cuò)誤發(fā)生率高，錯(cuò)誤不易發(fā)現(xiàn)，信息核查消耗較多時(shí)間和人力，且無法滿足業(yè)主對物料信息追蹤及時(shí)性的要求。

針對以上難題，結(jié)合目前軟件行業(yè)內(nèi)已有的物料信息管理的研究和經(jīng)驗(yàn)，通過合理的組織和設(shè)計(jì)，找到一套簡單、便捷、可定制的施工現(xiàn)場物料追蹤系統(tǒng)是課題組的最終目標(biāo)。

2 技術(shù)方案

現(xiàn)場施工流程中每個(gè)崗位對物料的處理都集中在識別和記錄上，專職統(tǒng)計(jì)人員的處理則集中在收集、錄入、統(tǒng)計(jì)和整理上。目前，軟件行業(yè)內(nèi)最廣泛使用的信息識別和記錄方式為二維碼和RFID，運(yùn)行平臺是Android或Win CE，常用平臺是手機(jī)和PDA，常用軟件為OFFICE和SQL，常用傳送平臺是網(wǎng)盤和專用服務(wù)器。通過這些常見的工作方式，選取最實(shí)用的軟件平臺，通過有效的數(shù)據(jù)規(guī)則編制，采用簡單結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，將各種信息規(guī)范成一種模式，運(yùn)用編程實(shí)現(xiàn)功能定制，繼而實(shí)現(xiàn)不同的信息處理需求。

3 變更管理模式

3.1 原有管理模式

對原管理對象、工作環(huán)境、管理流程進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)：

（1）管理對象包含各類標(biāo)準(zhǔn)件，但主要管理目標(biāo)是各種購置或自制的非標(biāo)預(yù)制件。如項(xiàng)目中的各種預(yù)制管段、預(yù)制鋼構(gòu)組件和特殊材質(zhì)管材等，因物資種類多，數(shù)量大，結(jié)構(gòu)各異，對該類物件的精準(zhǔn)管理困難較大。

（2）工作環(huán)境主要為預(yù)制車間、物料存儲區(qū)和安裝現(xiàn)場，因多數(shù)物料體積較大，無法在廠庫室內(nèi)儲存，因此多儲存于特定堆料場地或現(xiàn)場堆料區(qū)。如該項(xiàng)目在預(yù)制廠劃定特定的區(qū)域，并分區(qū)進(jìn)行特殊管道、管段、鋼材的堆放。

（3）物料管理流程如圖1所示，從圖中可知，在實(shí)際施工中，集中堆場、預(yù)制堆場和現(xiàn)場堆場占據(jù)了物料流程控制的重要環(huán)節(jié)。

圖1 原有物料的管理流程

此外，目前使用的傳統(tǒng)管理方式存在著大量的人工參與，如肉眼識別、手工抄錄、人工錄入等，也是造成物料信息追蹤效果不佳的因素之一。

3.2 新模式下的管理思路

通過采用移動(dòng)信息采集、網(wǎng)絡(luò)信息傳遞、后臺數(shù)據(jù)庫處理的方式實(shí)現(xiàn)新式的管理，即借用最廣泛使用的硬、軟件降低操作難度，通過設(shè)計(jì)通用化模板制訂通用化規(guī)則，將所有操作規(guī)范成一種固定程序的處理方式，并可以實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目的可定制[2]，新管理模式見圖2。

圖2 新管理模式

4 方案選擇

整體方案（信息追蹤系統(tǒng)方案）的設(shè)計(jì)從硬件、軟件組成兩個(gè)方面考慮，見圖3。

圖3 信息追蹤系統(tǒng)方案的分解

4.1 信息追蹤系統(tǒng)硬件和工作方式的選擇

（1）二維碼類型選擇。本方案直接選用二維碼進(jìn)行討論，因工程施工物資一般為一次性使用，相較于RFID二維碼，其成本更低。

二維條碼/二維碼（two dimensionalbar code）是用某種特定的幾何圖形，按一定規(guī)律在平面（二維方向上）上分布黑白相間的圖形，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)符號信息的記錄；而后通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備的自動(dòng)識讀，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)處理。目前最常見的二維碼有QR Code、PFD417、Data Matrix三種類型，其圖形見圖4，性能對比見表1。通過比對，最終選擇了綜合信息存儲能力、糾錯(cuò)能力、解碼速度、識別方向性等都較強(qiáng)的QR Code形式的二維碼。

圖4 三種常見的二維碼類型

表1 三種類型二維碼的性能對比

（2）對QR型二維碼的現(xiàn)場測試。為了驗(yàn)證QR型二維碼的適用性，測試人員模擬編寫了QR二維碼標(biāo)簽中需要包含的信息，編輯了103個(gè)字符的打印試驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行不同方向的掃描測試，以及標(biāo)簽在油污、破損狀態(tài)下的掃描測試。測試發(fā)現(xiàn)，QR二維碼從各個(gè)角度均可進(jìn)行掃描，破損或污染部位仍可掃描，掃描成功率100%，掃描耗時(shí)低于1 s目標(biāo)值。

（3）二維碼標(biāo)簽種類的選擇。施工物料往往存儲于露天環(huán)境，需要經(jīng)歷多次吊裝和運(yùn)輸，因此二維碼標(biāo)簽需要有較好的粘接性、抗環(huán)境破壞性等。對常見四種材質(zhì)的二維碼標(biāo)簽進(jìn)行了性能試驗(yàn)對比，見表2，最終選擇了PVC材質(zhì)的二維碼標(biāo)簽。

表2 四種材質(zhì)的二維碼標(biāo)簽性能試驗(yàn)對比

（4）對PVC材質(zhì)標(biāo)簽的現(xiàn)場測試?，F(xiàn)場分別對PVC標(biāo)簽的貼合性、粘接性、耐水性、耐油污等方面做了驗(yàn)證測試。測試證明，PVC材質(zhì)的二維碼標(biāo)簽在物料不同弧度下、表面不同程度腐蝕情況下均可粘貼，且耐水、耐油污性良好。

（5）打印方式的選擇及測試。根據(jù)調(diào)查，二維碼標(biāo)簽打印機(jī)分為熱轉(zhuǎn)印和熱敏打印兩種類型，但熱敏打印方式（如超市小票）無法長期保存，且不適用于PVC材質(zhì)的標(biāo)簽打印，因此采用熱轉(zhuǎn)印方式?，F(xiàn)場對熱轉(zhuǎn)印出的二維碼標(biāo)簽進(jìn)行了破壞性試驗(yàn)，經(jīng)硬幣剮蹭10次和水、油擦拭后，二維碼標(biāo)簽字跡清晰，可100%有效掃描。

（6）采集工具的選擇。針對物料信息讀取要求快速、準(zhǔn)確的要求，對目前廣泛使用的掃描槍、PDA智能終端、手機(jī)等信息采集工具（掃碼工具）進(jìn)行了對比，對比情況如表3所示。

表3 常用信息讀取工具（掃碼工具）的對比

經(jīng)過對比，課題組選擇采用手機(jī)作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要原因?yàn)椋阂皇鞘謾C(jī)的普及率高，軟件更新?lián)Q代速度快，功能強(qiáng)大；二是PDA與手機(jī)相比沒有明顯軟件優(yōu)勢，從通用性和發(fā)展趨勢看手機(jī)安卓系統(tǒng)、IOS系統(tǒng)比PDA的自有系統(tǒng)更為優(yōu)秀；三是通常手機(jī)屏幕尺寸更大，便于信息的錄入；四是多數(shù)崗位無需專門配置手機(jī)，只需在日常用手機(jī)上安裝相應(yīng)APP即可。

（7）現(xiàn)場對采集工具（手機(jī)）的測試?，F(xiàn)場使用紅米3S、OPPO A52、iPhone7等多款不同價(jià)位手機(jī)進(jìn)行測試，均可以達(dá)到掃描效果。另外，目前市面手機(jī)，其攝像頭均可實(shí)現(xiàn)掃描速度低于1 s的要求。

4.2 二維碼信息追蹤系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

（1）掃描軟件的選擇。圍繞提高工作效率目標(biāo)，對國內(nèi)外相關(guān)APP進(jìn)行了大量的排查和篩選，主要參數(shù)及對比情況見表4。

考慮可錄入、可定制界面和使用靈活性三個(gè)方面，最終選擇XScanpet軟件作為QR二維碼掃描軟件平臺。該軟件具備信息錄入、導(dǎo)出和無線傳輸功能，可以實(shí)現(xiàn)提高信息傳遞效率的目標(biāo)。同時(shí)，其自定義界面無固定的流程限制，方便施工崗位快速部署。

表4 相關(guān)APP的主要參數(shù)及對比情況

（2）APP的使用測試。在XScanpet APP中編制了信息錄入界面，并測試了二維碼掃描、信息填寫、信息傳遞三項(xiàng)功能。三項(xiàng)功能均能完美實(shí)現(xiàn)，XScanpet APP測試界面截圖見圖5。

圖5 XScanpet APP測試界面截圖

（3）后臺處理方式開發(fā)。以降低錯(cuò)誤率、提高效率為目標(biāo)，對單獨(dú)Excel、單獨(dú)Access、Excel+Access+VBA這3種方式進(jìn)行對比，見表5。

表5 三種后臺處理方式的對比

綜合考慮表5的對比結(jié)果，最終采用Access+Excel+VBA的形式設(shè)計(jì)后臺，因其具有更少的人為因素，更高的信息處理速度，因而可以有效地縮短上報(bào)時(shí)間。最后，確定該后臺處理模式由以下部分組成：獨(dú)立掃描APP+獨(dú)立云平臺+獨(dú)立后臺處理軟件。

5 信息追蹤系統(tǒng)的運(yùn)作與原有工作方式的對比

二維碼信息追蹤系統(tǒng)軟件的運(yùn)作與原有工作方式相比主要有兩個(gè)環(huán)節(jié)變化較大：一是條碼標(biāo)簽打印、粘貼替代記號筆在管道內(nèi)壁抄寫信息；二是掃描QR，自動(dòng)生成信息報(bào)表且可快速查詢，替代手抄原始信息、人工輸入檢測信息。二維碼信息追蹤系統(tǒng)主要新工作方式與原有方式的詳細(xì)對比情況見表6。

6 軟件的需求分析、調(diào)研與研制

該軟件主要包含兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集軟件、信息處理軟件。為確保軟件的通用性和可定制性，在進(jìn)行軟件的流程和需求分析時(shí)，以模塊化和可定制為準(zhǔn)則，開展了軟件需求分析[3]。

6.1 數(shù)據(jù)采集軟件

6.1.1 流程分析

數(shù)據(jù)采集軟件流程為：物資供應(yīng)方→物資倉儲方→物資預(yù)制、加工（如焊接、防腐）→產(chǎn)品倉儲方→產(chǎn)品安裝方。以上流程為主體流程，包含的關(guān)鍵步驟有三個(gè)：倉儲、加工、安裝，并以此進(jìn)行需求分析。

表6 二維碼信息追蹤系統(tǒng)新方式與原方式對比

6.1.2 需求分析

需求分析內(nèi)容見表7。

表7 數(shù)據(jù)采集軟件需求分析

6.1.3 模式簡化與信息規(guī)范化

依據(jù)以上分析，課題組對數(shù)據(jù)采集模型進(jìn)行了進(jìn)一步的簡化，并對信息格式進(jìn)行了以下的規(guī)范化約束：

（1）作為信息載體的標(biāo)簽包含兩部分：明碼和QR二維碼。

（2）QR二維碼軟件界面包括兩部分：掃碼和輸入。

（3）QR二維碼盡可能包含全部可用信息，包括個(gè)體信息、批次信息、項(xiàng)目信息，確保隨后所有環(huán)節(jié)均可掃描QR二維碼，以獲取需用的信息。

（4）在QR二維碼中，不同信息的分隔符暫定為使用率較低的，采用反斜杠“”標(biāo)記。

（5）在所有QR二維碼使用環(huán)節(jié)中，掃描二維碼后均為統(tǒng)一信息輸入界面?？奢斎腩愋椭辽侔ǎ何谋?、數(shù)字、QR碼、選擇列表、是/否、照片、用戶名、設(shè)備編碼、時(shí)間、日期、GPS坐標(biāo)。

（6）信息輸入界面內(nèi)容可定制。

（7）采集軟件可導(dǎo)出和上傳常見格式的資料清單 （Excel）。

6.2 信息處理軟件

6.2.1 流程分析

信息處理軟件主要工作流程為：獲取信息（錄入或者導(dǎo)入）-自動(dòng)完成計(jì)算-自動(dòng)生成報(bào)告和報(bào)表-提供查詢功能。

6.2.2 需求分析

在數(shù)據(jù)處理軟件這個(gè)模塊，主要需要信息輸入和信息輸出兩部分，為提高軟件的開發(fā)速度和適用性，課題組籌劃首先使用OFFICE VBA自制軟件，同時(shí)為今后的開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過6個(gè)月的制作和調(diào)試，2017年4月初自編制的信息處理軟件投入試運(yùn)行，已實(shí)現(xiàn)以下主要功能：

（1）物料（管段、管件） 所在圖紙的圖紙編號，以及在圖紙中的具體位置編號。

（2）待生產(chǎn)信息導(dǎo)入。

（3）產(chǎn)品數(shù)量、面積、長度的自動(dòng)計(jì)算。

（4）日生產(chǎn)信息的記錄。

（5）日消耗信息的記錄。

（6）質(zhì)檢信息的記錄（通過QR掃描、錄入獲取）。

（7）各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息和參數(shù)記錄（通過QR掃描、錄入獲?。?。

（8）報(bào)表信息的自動(dòng)生成。

（9）質(zhì)檢報(bào)告的自動(dòng)生成。

（10）生產(chǎn)信息的分類匯總和查詢。

（11）材耗信息的生成。

各崗位對于信息的查看需求不同，但內(nèi)容可以通過二維碼全部實(shí)現(xiàn)。另外，在該項(xiàng)目實(shí)施中，確定了一個(gè)崗位采用一張數(shù)據(jù)庫表單的方式，通過唯一編碼建立聯(lián)系的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；同時(shí)，使用Excel實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入功能，導(dǎo)入的項(xiàng)目可以由表中第一行所填寫的內(nèi)容進(jìn)行定制，從而實(shí)現(xiàn)全崗位信息輸入的可定制化。信息導(dǎo)入功能的實(shí)現(xiàn)代碼如圖6所示。

圖6 信息導(dǎo)入功能的實(shí)現(xiàn)代碼

通過采用Access+Excel+VBA的形式，項(xiàng)目物料信息統(tǒng)計(jì)人員可輕易完成按種類、按區(qū)域、按時(shí)間、按接收批次、按防腐類型等劃分的多種報(bào)表生成。

7 實(shí)際應(yīng)用效果檢查

經(jīng)過各種方案逐一比選，現(xiàn)場逐一測試，該項(xiàng)目的二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)的最佳方案如圖7所示（紅色部分為最終選擇方案）。

圖7 二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)的最佳方案（陰影部分）

對實(shí)際應(yīng)用效果從物料入庫、焊接預(yù)制倒運(yùn)、預(yù)制件防腐、成品出庫、現(xiàn)場領(lǐng)料安裝五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了檢查，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表8所示。

表8 二維碼信息追蹤系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果

從表8可以看出，物料信息追蹤錯(cuò)誤率由2.00%下降至0.20%，同時(shí)減少了數(shù)據(jù)抄錄人力及時(shí)間，通過云傳遞、導(dǎo)入，削減了信息錄入時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)24 h內(nèi)更新物料系統(tǒng)數(shù)據(jù)。QR二維碼在實(shí)體項(xiàng)目施工中應(yīng)用效果良好。

8 結(jié)束語

RAPID14項(xiàng)目開發(fā)的QR二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)成功應(yīng)用于復(fù)雜的施工現(xiàn)場，大大提高了物料信息追蹤的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，滿足了項(xiàng)目管理要求，得到了業(yè)主的好評，可為其他工程物料信息追蹤提供借鑒。