文/中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司 田海燕 劉凱豐 王金龍

公路領(lǐng)域精益管理涉及面廣，現(xiàn)階段如何突破傳統(tǒng)理念、技術(shù)和政策瓶頸，對(duì)行業(yè)各方提出了新課題。筆者以EPC項(xiàng)目精益管理為突破口，以提升投入產(chǎn)出效率和全要素生產(chǎn)率為導(dǎo)向，為公路行業(yè)從“重視數(shù)量”轉(zhuǎn)向“提升質(zhì)量”，從“規(guī)模擴(kuò)張”轉(zhuǎn)向“結(jié)構(gòu)升級(jí)”，從“要素驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”提供了一種新的思路。

EPC（Engineering-Procurement-Construction）總承包模式即：“設(shè)計(jì)-采購(gòu)-施工”項(xiàng)目總承包。較傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目而言，EPC總承包模式能夠充分發(fā)揮設(shè)計(jì)主導(dǎo)作用，在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中不斷優(yōu)化工程建設(shè)整體方案；能夠有效克服設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工相互制約和相互脫節(jié)的情況，使各階段工作合理銜接；能夠科學(xué)控制建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)度、成本和質(zhì)量，從而確保投資效益。在“設(shè)計(jì)-采購(gòu)-施工”過(guò)程中，BIM（Building Information Modeling）技術(shù)作為數(shù)字化工程載體，又極大增強(qiáng)了EPC總承包模式的全過(guò)程優(yōu)勢(shì)。

精益理念源于日本豐田公司，目的在于標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，避免不必要的浪費(fèi)，最大化利用資源，目前在世界各國(guó)制造業(yè)應(yīng)用并逐步屬地化。我國(guó)公路建設(shè)管理模式較為粗放，在EPC項(xiàng)目中率先適用精益管理模式，有助于提高工作效率，提升辦事水平，降低制度性成本，推動(dòng)我國(guó)公路行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

精益管理系統(tǒng)架構(gòu)

BIM數(shù)據(jù)庫(kù)

BIM構(gòu)件作為工程數(shù)據(jù)傳遞的載體，構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)是精益管理系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)庫(kù)；作為基礎(chǔ)庫(kù)與工作流程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，“BIM構(gòu)件-WBS（Work Breakdown Structure）”編碼規(guī)則是系統(tǒng)的邏輯中心。在目前尚無(wú)正向三維設(shè)計(jì)軟件的情況下，國(guó)內(nèi)通用的做法是利用BIM建模軟件，將設(shè)計(jì)資料轉(zhuǎn)變成工程模型，再按照WBS分解模型構(gòu)件，進(jìn)而為每個(gè)構(gòu)件編碼，作為項(xiàng)目管理的唯一標(biāo)識(shí)。2017年，中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司在貴州省都勻至云南省香格里拉、廣東省廣州至連州高速公路、海南省鋪前大橋等工程項(xiàng)目上，相繼開展了方案比選、安全性評(píng)價(jià)、施工管理等方面的BIM技術(shù)應(yīng)用研究工作。

BIM構(gòu)件示意圖

GIS技術(shù)融合

目前行業(yè)GIS（地理信息系統(tǒng)）數(shù)據(jù)獲取主要有三種方法：利用項(xiàng)目外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)建立DTM、DEM地形模型，比較通用的軟件有Power Civil、Auto CAD；利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影、Li DAR激光點(diǎn)云掃描獲取地物數(shù)據(jù)建立實(shí)景模型，比如Adobe Dimension CC；輕量化BIM模型，導(dǎo)入基于B/S架構(gòu)的開源3D GIS平臺(tái)，在項(xiàng)目所在范圍疊加高分辨率遙感衛(wèi)星圖像提升精細(xì)度，在網(wǎng)頁(yè)端實(shí)現(xiàn)GIS地圖和BIM模型基本操作及展示，從而滿足項(xiàng)目管理對(duì)場(chǎng)地布置規(guī)劃、施工方案模擬等需求。

桌面端、Web網(wǎng)頁(yè)端和移動(dòng)端多種方式融合

考慮到行業(yè)生產(chǎn)方式，基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)施工精益管理系統(tǒng)必須兼容多平臺(tái)架構(gòu)。在中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司自主開發(fā)的精益管理系統(tǒng)中，協(xié)同設(shè)計(jì)模塊選擇基于Project Wise軟件完成定制化的二次開發(fā)工作，Project Wise軟件需安裝客戶端使用。為滿足異地辦公的實(shí)際需求，系統(tǒng)將搭建分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，各分公司只需保證基本網(wǎng)絡(luò)帶寬，即可通過(guò)服務(wù)器共享主數(shù)據(jù)庫(kù)工作空間和其他設(shè)計(jì)文件，實(shí)時(shí)備份更新設(shè)計(jì)成果。

精益管理系統(tǒng)中的施工管理模塊考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的辦公環(huán)境，分為Web網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)移動(dòng)端，共享數(shù)據(jù)庫(kù)信息。Web端集成進(jìn)度、質(zhì)量、安全和成本管理等全部功能，并且可以實(shí)現(xiàn)BIM模型與GIS平臺(tái)結(jié)合，綜合展示項(xiàng)目情況。移動(dòng)端主要是便于項(xiàng)目管理人員和監(jiān)理利用GPS定位和手機(jī)拍照等功能，上報(bào)質(zhì)量、安全問(wèn)題的巡檢及進(jìn)度等情況。移動(dòng)端同時(shí)支持iOS和Android兩種主流操作系統(tǒng)，也支持ipad等平板電腦。

精益管理系統(tǒng)的Web網(wǎng)頁(yè)端

精益管理系統(tǒng)的移動(dòng)端

協(xié)同平臺(tái)的功能模塊

在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中，各設(shè)計(jì)單位或多或少都會(huì)存在協(xié)同不到位、溝通不暢、多個(gè)版本混淆的問(wèn)題，影響設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。比如，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)成果需要多方反復(fù)修改才能最終統(tǒng)一格式；設(shè)計(jì)流程不合理，上游流程未及時(shí)完成，影響后續(xù)工作設(shè)計(jì)周期；校審流程繁瑣，過(guò)程文件版本混亂，資料共享不及時(shí)，造成設(shè)計(jì)錯(cuò)漏碰缺；異地辦公溝通困難，問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，施工過(guò)程中反復(fù)變更。

針對(duì)以上問(wèn)題，目前行業(yè)解決方案主要是建立一個(gè)協(xié)同平臺(tái)，將二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)過(guò)程資料管理、設(shè)計(jì)流程管理、人員權(quán)限管理、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理等主要功能統(tǒng)一到一個(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)協(xié)同精益管理的目的。協(xié)同平臺(tái)包括很多功能模塊，比如設(shè)計(jì)、GIS勘察、安全應(yīng)急、技術(shù)服務(wù)、綜合信息等。

基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)模塊

協(xié)同設(shè)計(jì)模塊主要是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的管理功能：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)圖框、標(biāo)準(zhǔn)圖簽，統(tǒng)一字體、線型、圖層等設(shè)計(jì)元素，杜絕亂碼現(xiàn)象，統(tǒng)一文件模板，在圖簽內(nèi)自動(dòng)填入標(biāo)準(zhǔn)的圖簽內(nèi)容，減少手工錄入的誤差；在新建項(xiàng)目時(shí)，一次性利用以往完成的項(xiàng)目模板作為參考，加速知識(shí)沉淀；實(shí)現(xiàn)定制各軟件的圖層，并提供發(fā)布定制文件更新功能，確保各軟件在實(shí)際使用中無(wú)需轉(zhuǎn)換即可協(xié)同工作；用戶登錄平臺(tái)系統(tǒng)，會(huì)自動(dòng)匹配或檢查當(dāng)前是否有最新的標(biāo)準(zhǔn)文件，檢測(cè)到新文件后系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)文件自動(dòng)同步。

“BIM+GIS”勘察模塊

勘察應(yīng)用模塊主要功能是改變傳統(tǒng)的勘察方式，利用GIS，實(shí)現(xiàn)外業(yè)調(diào)查電子化、自動(dòng)化。傳統(tǒng)的勘察調(diào)查方式是采用全站儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器，紙質(zhì)記錄二維化的工程數(shù)據(jù)，錄入數(shù)據(jù)量大且容易出錯(cuò)。應(yīng)用“BIM+GIS”勘察模塊方法，將勘察信息記錄通過(guò)ipad等移動(dòng)電子設(shè)備，按照預(yù)先定義好標(biāo)準(zhǔn)化記錄格式，利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和共享，最大程度減少手工數(shù)據(jù)錄入，避免記錄數(shù)據(jù)傳遞中的錯(cuò)誤。同時(shí)，協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)通過(guò)必要的數(shù)據(jù)接口，將采集數(shù)據(jù)直接作為設(shè)計(jì)輸入，減少傳統(tǒng)勘察中，需要紙質(zhì)成果轉(zhuǎn)為電子化數(shù)據(jù)的中間過(guò)程。

“BIM+GIS”安全應(yīng)急模塊

公路勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)的安全管理主要是通過(guò)事前教育、風(fēng)險(xiǎn)清單等方式提前預(yù)防，對(duì)于突發(fā)安全事故，各層級(jí)獲得現(xiàn)場(chǎng)第一手資料較為困難。應(yīng)用“BIM+GIS”安全應(yīng)急模塊，通過(guò)GIS定位，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)人員可將事故的圖片、影像等資料第一時(shí)間上報(bào)，應(yīng)急指揮部可以通過(guò)BIM模型及圖片資料，全面掌握事故信息，制定符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的應(yīng)急預(yù)案。

基于BIM的技術(shù)服務(wù)模塊

技術(shù)服務(wù)模塊，主要是根據(jù)歷史項(xiàng)目數(shù)據(jù)和協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)自動(dòng)積累數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)，形成知識(shí)庫(kù)。新項(xiàng)目開始前，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以查詢相似項(xiàng)目知識(shí)庫(kù)，有針對(duì)性地對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)指導(dǎo)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員利用知識(shí)庫(kù)獲取經(jīng)驗(yàn)和類似工程的圖紙，提高設(shè)計(jì)效率和水平。在后期施工中，設(shè)計(jì)代表或項(xiàng)目施工管理者則可比對(duì)相似工程的施工工藝，提升施工工藝水平，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全過(guò)程技術(shù)服務(wù)。

基于GIS+BIM的精益管理方案示意圖

基于BIM的綜合信息模塊

綜合信息模塊將協(xié)同設(shè)計(jì)模塊、勘察模塊、應(yīng)急模塊和技術(shù)服務(wù)模塊與BIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接及共享，實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理。BIM模型可通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)為設(shè)計(jì)者，提供直觀的三維設(shè)計(jì)成果，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否符合合同及設(shè)計(jì)規(guī)范要求；通過(guò)應(yīng)急管理系統(tǒng)，為事故現(xiàn)場(chǎng)提供項(xiàng)目的全面信息，為應(yīng)急處理提供決策依據(jù)；通過(guò)技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)，為項(xiàng)目匯報(bào)、交流提供展示平臺(tái)。

精益施工管理理念

精益施工包括總承包管理和施工現(xiàn)場(chǎng)管理。在項(xiàng)目進(jìn)入施工階段實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，首要的是在項(xiàng)目實(shí)施前期，制定項(xiàng)目里程碑計(jì)劃導(dǎo)入系統(tǒng)（如項(xiàng)目管理軟件Primavera 6.0），并細(xì)化分解為實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃，按不同周期統(tǒng)計(jì)分析每個(gè)單體工程需要的人員、機(jī)械和物料的數(shù)據(jù)情況。智能物料調(diào)配，合理安排作業(yè)，避免因作業(yè)不平衡、停工待料、庫(kù)存積壓、使用超耗等浪費(fèi)。關(guān)聯(lián)BIM模型構(gòu)件，利用BIM模型攜帶工程材料和幾何屬性信息的特點(diǎn)，套用概預(yù)算規(guī)范，結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)度統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)成本，管理項(xiàng)目動(dòng)態(tài)進(jìn)度。

基于BIM的構(gòu)件和工料機(jī)編碼體系

按照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的單位分部分項(xiàng)工程劃分、公路工程標(biāo)準(zhǔn)施工招標(biāo)文件工程量清單計(jì)量規(guī)則（2018年版）等，結(jié)合公路工程專業(yè)和施工特點(diǎn)，制定基于BIM的構(gòu)件和工料機(jī)編碼體系，規(guī)范公路工程信息模型的分類、編碼，實(shí)現(xiàn)公路工程全生命周期信息的交換、共享。

通過(guò)為每個(gè)構(gòu)件和工料機(jī)設(shè)定唯一編號(hào)與BIM模型中的構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，將構(gòu)件的原材料、現(xiàn)場(chǎng)施工檢測(cè)和后期養(yǎng)護(hù)結(jié)果信息化，形成構(gòu)件級(jí)別的質(zhì)量信息檔案，并于BIM后臺(tái)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量信息全生命周期的可視化、可追溯管理。

基于BIM的安全質(zhì)量信息采集系統(tǒng)

在技術(shù)工人穿戴設(shè)備、試驗(yàn)室、拌和站、重要施工機(jī)械上安裝安全質(zhì)量信息采集傳感器，在重要施工點(diǎn)安裝視頻監(jiān)控設(shè)備等，全面采集技術(shù)工人作業(yè)軌跡和智能穿戴設(shè)備信息、工程質(zhì)量試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)、混合料拌和參數(shù)、施工機(jī)械作業(yè)參數(shù)及材料進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收使用信息、施工過(guò)程檢查信息等施工安全質(zhì)量信息，利用互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)的強(qiáng)大信息傳輸功能，將安全質(zhì)量信息實(shí)時(shí)傳輸匯集至平臺(tái)處理器及時(shí)處理。

基于BIM的安全質(zhì)量信息分析、預(yù)警系統(tǒng)

根據(jù)安全質(zhì)量信息采集系統(tǒng)采集到的信息類別，制定安全質(zhì)量判別規(guī)則，嵌入平臺(tái)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)對(duì)安全質(zhì)量信息的融合、分析、判斷，為管理者提供決策支持和輔助決策，提高工作效率。質(zhì)量安全管理模塊包括Web端的資料、流程管理和App端現(xiàn)場(chǎng)巡檢上報(bào)等主要功能，巡檢上報(bào)及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，上報(bào)問(wèn)題不解決禁止投入下一個(gè)流程。歷史問(wèn)題形成大數(shù)據(jù)庫(kù)，按照工程部位和問(wèn)題類型分類排序，利用項(xiàng)目看板展示給項(xiàng)目管理者。管理人員可以有針對(duì)性分析概率高發(fā)問(wèn)題，主動(dòng)尋找根本解決辦法，逐個(gè)消除生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量通病，實(shí)現(xiàn)真正的精益生產(chǎn)管理。

交竣工數(shù)字化成果交付系統(tǒng)

利用BIM模型的文件管理功能，將相關(guān)文件與BIM模型的對(duì)應(yīng)部位相鏈接，可將工程建設(shè)階段產(chǎn)生的勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)變更、工程簽證、檢驗(yàn)報(bào)批記錄、會(huì)議記錄、施工影像、交竣工文件等資料實(shí)現(xiàn)信息化管理，通過(guò)相關(guān)搜索、查找等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的可追蹤性，從而避免人為操作的錯(cuò)誤和不合理性。制定工程建設(shè)檔案資料表格，并嵌入到管理平臺(tái)中，在日常施工過(guò)程中的項(xiàng)目、質(zhì)量等信息及時(shí)錄入管理平臺(tái)，并數(shù)字簽字簽章，項(xiàng)目完工后可根據(jù)驗(yàn)收要求打印和驗(yàn)收。