境外炼化项目建设物料信息追踪系统的开发与应用

张自力，范庆伟，李景永，甄文选，崔 超，张 莉，魏 峰

1.中国石油管道局工程有限公司东南亚项目经理部，河北廊坊 065001

2.中国石油管道局工程有限公司防腐公司，河北廊坊 065001

3.中油朗威监理公司，河北廊坊 065000

在包括炼化项目建设在内的大型安装项目中，物料管理水平体现着施工企业的管理水平，直接影响企业的管理效率、进度管理和成本控制。而且，在大型综合炼化项目建设中，因输送介质的状态、性能、压力和用途的不同，管道、管件、仪器、设备等必须严格区分类别和等级，一旦预制、安装错误，将给项目投产后留下爆炸、火灾、泄漏等重大安全隐患。因此，准确、及时的物料信息对确保预制、安装符合图纸要求，减小错误发生概率也十分重要[1]。

在多年的企业信息化、数字化建设中，各类信息系统都已广泛应用在各行各业中。如OA、ERP、BIM、P6及财务等专业软件，已用于文件、资源、建模、成本、进度等方面的管控，并逐步向一个综合信息有机整体发展。

实体项目建设中的施工信息统计工作存在三种主要制约因素：工作环境比较特殊，无法固定作业；操作人员分散，素质参差不齐，复杂系统应用较难；信息要求变化大，难以形成固定模板。由此导致了施工一线存在着信息准确性、及时性差，与整体信息统计系统脱节，呈现出类似于快递行业“最后1千米”的困局，而解决以上三种制约因素的核心要素是：便捷、易用、可定制。

现以Petronas（马来西亚国家石油公司） 的RAPID综合炼化项目第14包（以下简称RAPID14）工艺安装施工为例，介绍一款二维码物料信息追踪系统的构思、开发、测试和应用。

1 施工信息统计存在的主要问题

目前，建设施工单位对于物料信息追踪采用的主要方式有：第一，制作钢印标签，用铁丝系在法兰孔或点焊在物料表面；第二，在物料表面喷标或手写信息；第三，在物料表面使用粘贴标签。以上三种信息追踪方式的人为错误发生率高，错误不易发现，信息核查消耗较多时间和人力，且无法满足业主对物料信息追踪及时性的要求。

针对以上难题，结合目前软件行业内已有的物料信息管理的研究和经验，通过合理的组织和设计，找到一套简单、便捷、可定制的施工现场物料追踪系统是课题组的最终目标。

2 技术方案

现场施工流程中每个岗位对物料的处理都集中在识别和记录上，专职统计人员的处理则集中在收集、录入、统计和整理上。目前，软件行业内最广泛使用的信息识别和记录方式为二维码和RFID，运行平台是Android或Win CE，常用平台是手机和PDA，常用软件为OFFICE和SQL，常用传送平台是网盘和专用服务器。通过这些常见的工作方式，选取最实用的软件平台，通过有效的数据规则编制，采用简单结构的数据库，将各种信息规范成一种模式，运用编程实现功能定制，继而实现不同的信息处理需求。

3 变更管理模式

3.1 原有管理模式

对原管理对象、工作环境、管理流程进行深入分析发现：

（1）管理对象包含各类标准件，但主要管理目标是各种购置或自制的非标预制件。如项目中的各种预制管段、预制钢构组件和特殊材质管材等，因物资种类多，数量大，结构各异，对该类物件的精准管理困难较大。

（2）工作环境主要为预制车间、物料存储区和安装现场，因多数物料体积较大，无法在厂库室内储存，因此多储存于特定堆料场地或现场堆料区。如该项目在预制厂划定特定的区域，并分区进行特殊管道、管段、钢材的堆放。

（3）物料管理流程如图1所示，从图中可知，在实际施工中，集中堆场、预制堆场和现场堆场占据了物料流程控制的重要环节。

图1 原有物料的管理流程

此外，目前使用的传统管理方式存在着大量的人工参与，如肉眼识别、手工抄录、人工录入等，也是造成物料信息追踪效果不佳的因素之一。

3.2 新模式下的管理思路

通过采用移动信息采集、网络信息传递、后台数据库处理的方式实现新式的管理，即借用最广泛使用的硬、软件降低操作难度，通过设计通用化模板制订通用化规则，将所有操作规范成一种固定程序的处理方式，并可以实现不同项目的可定制[2]，新管理模式见图2。

图2 新管理模式

4 方案选择

整体方案（信息追踪系统方案）的设计从硬件、软件组成两个方面考虑，见图3。

图3 信息追踪系统方案的分解

4.1 信息追踪系统硬件和工作方式的选择

（1）二维码类型选择。本方案直接选用二维码进行讨论，因工程施工物资一般为一次性使用，相较于RFID二维码，其成本更低。

二维条码/二维码（two dimensionalbar code）是用某种特定的几何图形，按一定规律在平面（二维方向上）上分布黑白相间的图形，来实现数据符号信息的记录；而后通过图象输入设备或光电扫描设备的自动识读，实现信息的自动处理。目前最常见的二维码有QR Code、PFD417、Data Matrix三种类型，其图形见图4，性能对比见表1。通过比对，最终选择了综合信息存储能力、纠错能力、解码速度、识别方向性等都较强的QR Code形式的二维码。

图4 三种常见的二维码类型

表1 三种类型二维码的性能对比

（2）对QR型二维码的现场测试。为了验证QR型二维码的适用性，测试人员模拟编写了QR二维码标签中需要包含的信息，编辑了103个字符的打印试验内容，进行不同方向的扫描测试，以及标签在油污、破损状态下的扫描测试。测试发现，QR二维码从各个角度均可进行扫描，破损或污染部位仍可扫描，扫描成功率100%，扫描耗时低于1 s目标值。

（3）二维码标签种类的选择。施工物料往往存储于露天环境，需要经历多次吊装和运输，因此二维码标签需要有较好的粘接性、抗环境破坏性等。对常见四种材质的二维码标签进行了性能试验对比，见表2，最终选择了PVC材质的二维码标签。

表2 四种材质的二维码标签性能试验对比

（4）对PVC材质标签的现场测试。现场分别对PVC标签的贴合性、粘接性、耐水性、耐油污等方面做了验证测试。测试证明，PVC材质的二维码标签在物料不同弧度下、表面不同程度腐蚀情况下均可粘贴，且耐水、耐油污性良好。

（5）打印方式的选择及测试。根据调查，二维码标签打印机分为热转印和热敏打印两种类型，但热敏打印方式（如超市小票）无法长期保存，且不适用于PVC材质的标签打印，因此采用热转印方式。现场对热转印出的二维码标签进行了破坏性试验，经硬币剐蹭10次和水、油擦拭后，二维码标签字迹清晰，可100%有效扫描。

（6）采集工具的选择。针对物料信息读取要求快速、准确的要求，对目前广泛使用的扫描枪、PDA智能终端、手机等信息采集工具（扫码工具）进行了对比，对比情况如表3所示。

表3 常用信息读取工具（扫码工具）的对比

经过对比，课题组选择采用手机作为数据采集设备，主要原因为：一是手机的普及率高，软件更新换代速度快，功能强大；二是PDA与手机相比没有明显软件优势，从通用性和发展趋势看手机安卓系统、IOS系统比PDA的自有系统更为优秀；三是通常手机屏幕尺寸更大，便于信息的录入；四是多数岗位无需专门配置手机，只需在日常用手机上安装相应APP即可。

（7）现场对采集工具（手机）的测试。现场使用红米3S、OPPO A52、iPhone7等多款不同价位手机进行测试，均可以达到扫描效果。另外，目前市面手机，其摄像头均可实现扫描速度低于1 s的要求。

4.2 二维码信息追踪系统软件的设计

（1）扫描软件的选择。围绕提高工作效率目标，对国内外相关APP进行了大量的排查和筛选，主要参数及对比情况见表4。

考虑可录入、可定制界面和使用灵活性三个方面，最终选择XScanpet软件作为QR二维码扫描软件平台。该软件具备信息录入、导出和无线传输功能，可以实现提高信息传递效率的目标。同时，其自定义界面无固定的流程限制，方便施工岗位快速部署。

表4 相关APP的主要参数及对比情况

（2）APP的使用测试。在XScanpet APP中编制了信息录入界面，并测试了二维码扫描、信息填写、信息传递三项功能。三项功能均能完美实现，XScanpet APP测试界面截图见图5。

图5 XScanpet APP测试界面截图

（3）后台处理方式开发。以降低错误率、提高效率为目标，对单独Excel、单独Access、Excel+Access+VBA这3种方式进行对比，见表5。

表5 三种后台处理方式的对比

综合考虑表5的对比结果，最终采用Access+Excel+VBA的形式设计后台，因其具有更少的人为因素，更高的信息处理速度，因而可以有效地缩短上报时间。最后，确定该后台处理模式由以下部分组成：独立扫描APP+独立云平台+独立后台处理软件。

5 信息追踪系统的运作与原有工作方式的对比

二维码信息追踪系统软件的运作与原有工作方式相比主要有两个环节变化较大：一是条码标签打印、粘贴替代记号笔在管道内壁抄写信息；二是扫描QR，自动生成信息报表且可快速查询，替代手抄原始信息、人工输入检测信息。二维码信息追踪系统主要新工作方式与原有方式的详细对比情况见表6。

6 软件的需求分析、调研与研制

该软件主要包含两个部分：数据采集软件、信息处理软件。为确保软件的通用性和可定制性，在进行软件的流程和需求分析时，以模块化和可定制为准则，开展了软件需求分析[3]。

6.1 数据采集软件

6.1.1 流程分析

数据采集软件流程为：物资供应方→物资仓储方→物资预制、加工（如焊接、防腐）→产品仓储方→产品安装方。以上流程为主体流程，包含的关键步骤有三个：仓储、加工、安装，并以此进行需求分析。

表6 二维码信息追踪系统新方式与原方式对比

6.1.2 需求分析

需求分析内容见表7。

表7 数据采集软件需求分析

6.1.3 模式简化与信息规范化

依据以上分析，课题组对数据采集模型进行了进一步的简化，并对信息格式进行了以下的规范化约束：

（1）作为信息载体的标签包含两部分：明码和QR二维码。

（2）QR二维码软件界面包括两部分：扫码和输入。

（3）QR二维码尽可能包含全部可用信息，包括个体信息、批次信息、项目信息，确保随后所有环节均可扫描QR二维码，以获取需用的信息。

（4）在QR二维码中，不同信息的分隔符暂定为使用率较低的，采用反斜杠“”标记。

（5）在所有QR二维码使用环节中，扫描二维码后均为统一信息输入界面。可输入类型至少包括：文本、数字、QR码、选择列表、是/否、照片、用户名、设备编码、时间、日期、GPS坐标。

（6）信息输入界面内容可定制。

（7）采集软件可导出和上传常见格式的资料清单 （Excel）。

6.2 信息处理软件

6.2.1 流程分析

信息处理软件主要工作流程为：获取信息（录入或者导入）-自动完成计算-自动生成报告和报表-提供查询功能。

6.2.2 需求分析

在数据处理软件这个模块，主要需要信息输入和信息输出两部分，为提高软件的开发速度和适用性，课题组筹划首先使用OFFICE VBA自制软件，同时为今后的开发积累经验。经过6个月的制作和调试，2017年4月初自编制的信息处理软件投入试运行，已实现以下主要功能：

（1）物料（管段、管件） 所在图纸的图纸编号，以及在图纸中的具体位置编号。

（2）待生产信息导入。

（3）产品数量、面积、长度的自动计算。

（4）日生产信息的记录。

（5）日消耗信息的记录。

（6）质检信息的记录（通过QR扫描、录入获取）。

（7）各个生产环节的状态信息和参数记录（通过QR扫描、录入获取）。

（8）报表信息的自动生成。

（9）质检报告的自动生成。

（10）生产信息的分类汇总和查询。

（11）材耗信息的生成。

各岗位对于信息的查看需求不同，但内容可以通过二维码全部实现。另外，在该项目实施中，确定了一个岗位采用一张数据库表单的方式，通过唯一编码建立联系的数据库结构；同时，使用Excel实现导入功能，导入的项目可以由表中第一行所填写的内容进行定制，从而实现全岗位信息输入的可定制化。信息导入功能的实现代码如图6所示。

图6 信息导入功能的实现代码

通过采用Access+Excel+VBA的形式，项目物料信息统计人员可轻易完成按种类、按区域、按时间、按接收批次、按防腐类型等划分的多种报表生成。

7 实际应用效果检查

经过各种方案逐一比选，现场逐一测试，该项目的二维码物料信息追踪系统的最佳方案如图7所示（红色部分为最终选择方案）。

图7 二维码物料信息追踪系统的最佳方案（阴影部分）

对实际应用效果从物料入库、焊接预制倒运、预制件防腐、成品出库、现场领料安装五个环节进行了检查，统计数据如表8所示。

表8 二维码信息追踪系统实际应用效果

从表8可以看出，物料信息追踪错误率由2.00%下降至0.20%，同时减少了数据抄录人力及时间，通过云传递、导入，削减了信息录入时间，可以实现24 h内更新物料系统数据。QR二维码在实体项目施工中应用效果良好。

8 结束语

RAPID14项目开发的QR二维码物料信息追踪系统成功应用于复杂的施工现场，大大提高了物料信息追踪的准确性和及时性，满足了项目管理要求，得到了业主的好评，可为其他工程物料信息追踪提供借鉴。