陳玲芳，朱靜萍，蘇文哲，周春根

(中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙410014)

水電工程可視化施工進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)研究

陳玲芳，朱靜萍，蘇文哲，周春根

(中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙410014)

隨著工程數(shù)字化和可視化設(shè)計技術(shù)的逐步成熟，中南院開展了水電工程可視化施工進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)將進(jìn)度設(shè)計軟件和工程三維設(shè)計軟件相結(jié)合，以工程信息模型BIM為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫、GIS和網(wǎng)絡(luò)，精確直觀模擬工程施工，實現(xiàn)水電工程設(shè)計和施工階段全過程施工進(jìn)度三維動態(tài)演示功能和管理功能，為工程進(jìn)度設(shè)計和方案決策提供形象直觀的可視化分析工具，并輸出相關(guān)成果。

水電工程；可視化施工進(jìn)度設(shè)計；BIM項目管理

0 引 言

水電工程通常規(guī)模和投資較大，自然條件和技術(shù)條件復(fù)雜，建設(shè)周期長，不確定性因素多，其施工進(jìn)度計劃的合適與否直接關(guān)系到工程的建設(shè)成本、質(zhì)量和工期。目前施工進(jìn)度設(shè)計常用軟件為二維設(shè)計軟件，均以輸出二維橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖為主。隨著水電工程三維設(shè)計技術(shù)的逐步成熟和普及，部分工程在初始設(shè)計階段即進(jìn)行三維設(shè)計代替以前的二維設(shè)計，為開發(fā)適用于設(shè)計和施工管理全過程的可視化施工進(jìn)度和管理軟件提供了可行性。

中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司(以下簡稱“中南院”)于2010年選定Bentley公司系列產(chǎn)品作為三維設(shè)計系統(tǒng)平臺，主要由三維設(shè)計基礎(chǔ)圖形平臺MicroStation、協(xié)同工作平臺ProjectWise、三維校審平臺Navigator及其系列的專業(yè)設(shè)計軟件組成。通過5年多的大力培訓(xùn)與推廣，目前設(shè)計人員均已掌握并能熟練運用三維設(shè)計軟件進(jìn)行工程三維設(shè)計。因此，中南院開展了水電工程可視化施工進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)將進(jìn)度設(shè)計軟件和工程三維設(shè)計軟件相結(jié)合，以工程信息模型BIM為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫、GIS和網(wǎng)絡(luò)，精確直觀模擬工程施工，實現(xiàn)水電工程設(shè)計和施工階段全過程施工進(jìn)度三維動態(tài)演示功能和管理功能，為工程決策提供形象直觀的可視化分析工具，同時能輸出施工進(jìn)度設(shè)計相關(guān)成果，對提高水電工程設(shè)計與管理現(xiàn)代化水平有重要意義。

1 建設(shè)思路

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)為：開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的施工進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)軟件，使其既具有水電水利工程施工進(jìn)度設(shè)計的基本功能，又兼容目前常用的P6、Project等項目管理軟件，依托Bentley軟件并結(jié)合WEB和GIS技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)計或?qū)嶋H施工過程、運營維護過程的三維動態(tài)演示功能和管理功能。根據(jù)項目資源和管理目標(biāo)進(jìn)行施工進(jìn)度設(shè)計、分析和管理，為全面、準(zhǔn)確、快速地指導(dǎo)、分析和控制施工或運維全過程提供有力的分析工具。

橫向?qū)⑹紫纫运姽こ虨橥黄瓶?，再逐漸延伸到市政交通建筑、新能源、環(huán)保水務(wù)領(lǐng)域；縱向先實現(xiàn)設(shè)計方的進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)，再擴展到為業(yè)主和其他參與方項目管理服務(wù)。研究深度將由淺入深，從實現(xiàn)單項工程施工進(jìn)度的設(shè)計與修改、成圖、動態(tài)演示和移動化，到基于GIS的整個工程項目施工進(jìn)度；再從實現(xiàn)與設(shè)計方業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成以輔助施工方案設(shè)計優(yōu)化、項目決策與管理，到工程總承包管理，再到基于WEB的總承包或其他參與方的管理；硬件支撐從服務(wù)器到云平臺；由點及面逐步深入開展工作。

最終系統(tǒng)將實現(xiàn)基于工程信息模型(BIM)，以工程WBS為核心，施工工作包與三維模型、施工進(jìn)度、資源、場地等信息相關(guān)聯(lián)，結(jié)合GIS可視化技術(shù)，實現(xiàn)對施工設(shè)計過程或?qū)嶋H施工過程的三維動態(tài)演示，呈現(xiàn)各施工單元的時間、空間和邏輯關(guān)系。并根據(jù)項目資源和管理目標(biāo)、實時進(jìn)行施工進(jìn)度分析與管理，提高工程設(shè)計和管理水平。通過將施工進(jìn)度與資源計劃、安全、質(zhì)量、成本控制等的緊密銜接，實現(xiàn)對施工計劃進(jìn)度的監(jiān)控與及時調(diào)整。打造以合同、進(jìn)度、概預(yù)算、成本、采購、分包、質(zhì)量、安全和驗收管理高度集成的一體化項目管理應(yīng)用平臺，形成數(shù)據(jù)透明、信息共享、進(jìn)度三維可視、科學(xué)高效的項目管理模型，加強與包括EPC總包商在內(nèi)的內(nèi)外部合作伙伴的協(xié)同能力。

1.2 功能特點

(1)依托Bentley軟件進(jìn)行二次開發(fā)，無需另行建模，減少開發(fā)難度和成本。

(2)具有水電水利工程施工進(jìn)度設(shè)計的基本功能。既能輸出施工進(jìn)度橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖，也能進(jìn)行資源和費用的統(tǒng)計與強度計算，并輸出計算成果。

(3)實時動態(tài)顯示功能。結(jié)合GIS技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)計或?qū)嶋H施工過程的三維動態(tài)演示功能。

綜合以上檢算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：目前該橋上部結(jié)構(gòu)實心板梁的承載能力僅能滿足汽車-8級，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求；若板梁間失效鉸縫修復(fù)完好，則該橋上部結(jié)構(gòu)實心板梁能滿足汽車-15級、掛車-80，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求。

(4)具有施工進(jìn)度管理功能，在基于設(shè)計進(jìn)度指導(dǎo)實際施工過程中，當(dāng)出現(xiàn)偏差時，能及時發(fā)現(xiàn)；基于WEB，便于遠(yuǎn)程實時分析、輔助決策、采取進(jìn)度控制與調(diào)整措施。

1.3 功能架構(gòu)

主要包括建立基于工程信息BIM模型的工程數(shù)據(jù)平臺；建立以GIS為基礎(chǔ)的大場景展示平臺；開發(fā)進(jìn)度設(shè)計及管理信息系統(tǒng)并開發(fā)與P6等軟件集成的接口，輔助工程施工進(jìn)度的設(shè)計、分析、修改與管理；使用三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)建模并按WBS分解成施工單元模型，通過EC Framework集成進(jìn)度等信息；基于Web建立人機交互的進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)界面，實現(xiàn)三維動態(tài)瀏覽、查詢、分析和管理進(jìn)度信息。進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)總體構(gòu)架見圖1。

2 建設(shè)重點

系統(tǒng)建設(shè)重點主要包括進(jìn)度設(shè)計系統(tǒng)、三維進(jìn)度信息等可視化、實時動態(tài)顯示和進(jìn)度管理系統(tǒng)。

(1)進(jìn)度設(shè)計系統(tǒng)。進(jìn)度設(shè)計系統(tǒng)由進(jìn)度設(shè)計知識系統(tǒng)和進(jìn)度管理軟件(含自主開發(fā)進(jìn)度設(shè)計軟件)組成。將一般資源條件、當(dāng)前施工技術(shù)水平等建立通用進(jìn)度設(shè)計數(shù)據(jù)庫，按工程類別和項目典型分類建立一般項目WBS結(jié)構(gòu)，構(gòu)成進(jìn)度設(shè)計知識系統(tǒng)輔助設(shè)計。在研發(fā)與應(yīng)用中不斷完善進(jìn)度設(shè)計知識系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)知識積累。新員工也能借助進(jìn)度設(shè)計系統(tǒng)，盡快熟悉和獨立工作。研發(fā)進(jìn)度設(shè)計軟件和集成P6等軟件進(jìn)行進(jìn)度設(shè)計、計算分析和處理；數(shù)據(jù)存儲在進(jìn)度軟件的項目數(shù)據(jù)庫文件中。根據(jù)公司進(jìn)度設(shè)計與出圖習(xí)慣，讀取進(jìn)度設(shè)計數(shù)據(jù)庫信息，自動生成進(jìn)度橫道圖、網(wǎng)絡(luò)圖及各種表格。

(2)三維進(jìn)度信息等可視化。基于工程信息模型，將進(jìn)度和其他信息關(guān)聯(lián)到WBS工作包模型，實現(xiàn)進(jìn)度等信息可視化。首先分析工程施工WBS結(jié)構(gòu)，并使用進(jìn)度設(shè)計系統(tǒng)分析和設(shè)計進(jìn)度，定制進(jìn)度信息屬性結(jié)構(gòu)。將整體模型依WBS分解成進(jìn)度模型單元，關(guān)聯(lián)從進(jìn)度設(shè)計系統(tǒng)導(dǎo)入的進(jìn)度信息(對模型單元賦予進(jìn)度信息屬性)。進(jìn)度模型單元ID及其進(jìn)度屬性對應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)庫中編碼，存儲在BIM平臺的項目設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件中，將模型和進(jìn)度數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，通過在圖中修改進(jìn)度信息，可同步更新數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，或通過修改數(shù)據(jù)庫信息可同步改變進(jìn)度屬性，實現(xiàn)雙向動態(tài)調(diào)整。同樣可關(guān)聯(lián)其他信息，如材料等級、設(shè)計參數(shù)、供應(yīng)商、維護要求等，建成完整統(tǒng)一的工程信息模型。

圖1 進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)總體構(gòu)架

(3)實時動態(tài)顯示。BIM平臺中除工作包模型局部場景外，還需結(jié)合GIS快速顯示大范圍的工程場景。模型單元關(guān)聯(lián)進(jìn)度、資源、場地信息后，可根據(jù)進(jìn)度屬性中時間字段信息，智能開關(guān)單元顯示，依時序?qū)υO(shè)計或?qū)嶋H施工過程進(jìn)行動態(tài)演示，直觀呈現(xiàn)出各施工單元(甚至場地、資源)的時間、空間和邏輯關(guān)系。各參與方可基于Web進(jìn)行瀏覽查詢。

3 已有研究成果

工程施工進(jìn)度設(shè)計及管理系統(tǒng)涉及到各參與方各階段的信息、施工進(jìn)度的動態(tài)設(shè)計與全過程的實時控制等；整個系統(tǒng)實現(xiàn)起來需時較長，且相對復(fù)雜。因此在前期和過渡階段，研究了施工進(jìn)度設(shè)計、成圖、動態(tài)演示和移動化等功能的實現(xiàn)，取得了以下初步研究成果：

(1)施工進(jìn)度設(shè)計與修改。基于SQLite，采用C#、DevExpress.net開發(fā)了進(jìn)度設(shè)計軟件，可快速便捷地進(jìn)行施工進(jìn)度的設(shè)計和修改，包括設(shè)置邏輯關(guān)系、修改調(diào)整進(jìn)度、進(jìn)度計算和查找關(guān)鍵路線等，界面見圖2。易學(xué)易用，設(shè)計時能清晰表達(dá)工序的邏輯關(guān)系，一處修改后能根據(jù)邏輯關(guān)系自動調(diào)整更新。

(2)智能成圖。采用MicroStation的MDL語言和C++/CLI混合編程開發(fā)，通過訪問項目進(jìn)度設(shè)計數(shù)據(jù)庫中進(jìn)度信息智能成圖。除了網(wǎng)絡(luò)圖外，還可以根據(jù)中南院出圖標(biāo)準(zhǔn)和要求，智能生成橫道圖。包括匹配圖框、計算行列間距、自動填充文字、強度曲線、圖名、表格、圖例、說明等內(nèi)容，以及自動避讓、分色等，人工干預(yù)處理量極少，極大提高了設(shè)計效率。

圖2 進(jìn)度設(shè)計和修改界面示意

(3)動態(tài)演示。使用EC Framework技術(shù)并通過MDL和C++/CLI混合編程開發(fā)，將整體模型按WBS分解成模型單元，通過訪問項目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫讀取進(jìn)度信息賦予模型單元屬性并保存，將模型與進(jìn)度數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)。依據(jù)時間屬性開關(guān)單元顯示實現(xiàn)進(jìn)度模擬動態(tài)演示。設(shè)置好開始后，有前進(jìn)、后退、暫停、拖拽等操作和當(dāng)前工序信息，形象直觀，方便對施工方案和進(jìn)度安排的正確合理性進(jìn)行檢查。進(jìn)度模擬見圖3。

(4)移動化。發(fā)布成i-model后，進(jìn)度信息模型和圖紙可在安裝有Bentley瀏覽軟件的移動終端，如IPAD上輕松瀏覽，可開關(guān)分層顯示，縮放、旋轉(zhuǎn)、漫游、測距、查看信息，視圖調(diào)整等。實現(xiàn)移動便攜，有利于遠(yuǎn)程協(xié)作和信息共享。移動終端瀏覽示意見圖4。

4 結(jié) 語

隨著水電工程三維設(shè)計的逐步普及，建設(shè)一個

圖3 進(jìn)度模擬

圖4 移動終端瀏覽

以工程信息模型BIM為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫、GIS和網(wǎng)絡(luò)，支持工程全生命期信息管理，以各參與方項目管理為主線，集設(shè)計、施工和管理于一體的施工進(jìn)度設(shè)計和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)水電工程設(shè)計和施工階段全過程施工進(jìn)度三維動態(tài)演示功能和管理功能，是水電工程設(shè)計和建設(shè)管理人員決策設(shè)計方案和編制施工進(jìn)度計劃的有力工具，對提高水電工程設(shè)計與管理現(xiàn)代化水平有重要意義。

[1]SL 303—2004 水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S]．

[2]DL/T 5397—2007 水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S]．

[3]JGJ/T 121—2015 工程網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]SL 643—2013 水利水電工程施工總進(jìn)度設(shè)計規(guī)范[S]．

[5]GB 50500—2013 建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Research on Visual Construction Schedule Design and Management System of Hydropower Project

CHEN Lingfang, ZHU Jingping, SU Wenzhe, ZHOU Chugeng

(PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, Hunan, China)

With the gradual maturity of digital and visual project design technology, PowerChina Zhongnan Engineering Corporation carries out the researches on visual construction schedule design and management system of hydropower project. Based on project information model (BIM), database, GIS and network, the system combines with schedule design software and 3D project design software together to accurately and directly simulate project construction. The system can achieve 3D dynamic demonstration and management functions of construction schedule for whole duration of design and construction of hydropower project, provide a visual analysis tool for project construction scheme design and scheme decision-making and output relevant results．

hydropower project; visual design of construction schedule; BIM Project management

2015-12-01

陳玲芳(1972—)，女，湖南長沙人，高級工程師，主要從事三維軟件應(yīng)用與開發(fā)工作．

TP391；TV511

A

0559-9342(2016)11-0072-04