譚 河

（中交一公局第五工程有限公司，北京 100020）

隨著近年來基建項目的發(fā)展，項目信息除了類型多樣化、信息來源主體廣泛及會不斷地發(fā)生動態(tài)變化等特征之外，不同的項目參與者對項目數(shù)據(jù)及信息的應(yīng)用有不同的要求，并且對同一信息的處理和應(yīng)用有不同的要求。因此，項目數(shù)據(jù)的組織和管理必須充分考慮到數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用要求，這些要求均可以反映在數(shù)據(jù)的分類和編碼中[1-2]。在處理信息時，很難僅依靠人工處理，因此使用計算機處理技術(shù)是當前工程的主要手段。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，工程信息管理系統(tǒng)被逐步應(yīng)用于現(xiàn)代工程項目，這種系統(tǒng)既可以提高效率，同時也可以節(jié)約資源，完成多方面業(yè)務(wù)協(xié)同管理[3-4]。其中技術(shù)手段起到至關(guān)重要的作用，很多學(xué)者就此展開了研究。陸偉東[5]采取面向?qū)ο?、?shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘三位一體的技術(shù)優(yōu)化設(shè)計了建筑工程管理系統(tǒng)；王繼果等[6]分析了利用BIM技術(shù)進行項目信息管理的便捷與發(fā)展前景；祁孜威[7]研究了基坑工程中基于BIM技術(shù)的信息模型分類和編碼方式；饒平平等[8]利用多種計算機應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)了一種精細化管理平臺的設(shè)計。雖然有很多學(xué)者對工程項目信息化管理技術(shù)進行研究并取得了一些成果[9-10]，但是取得的實際管理效果仍然存在不足，比如管理理念和管理模式還需進一步優(yōu)化[11]?；诖耍疚膰@4個維度構(gòu)建了數(shù)字化建造項目管理框架體系，并以貴州中交沿印松高速公路項目為例，對基于“四維”數(shù)字化建造項目管理框架的系統(tǒng)架構(gòu)及部分子系統(tǒng)進行了詳細分析，最后再次強調(diào)了BIM及GIS等技術(shù)在數(shù)字化建造項目中管理信息的重要性。

1 數(shù)字化建造項目管理框架體系

要實現(xiàn)數(shù)字化建造項目管理，其框架體系要從項目生命周期、建設(shè)管理過程、建設(shè)項目管理要素和全產(chǎn)品價值鏈4個維度進行全面考慮，才能全面、有效地集成建設(shè)項目管理，建立起清晰、全面、結(jié)構(gòu)化和層次化的建設(shè)項目管理體系框架，如圖1所示。

圖1 數(shù)字化建造項目管理框架體系

1.1 建設(shè)項目全生命周期

不同類型工程、不同的項目管理模式，有其特定的生命周期。例如，交通工程項目一般按項目決策階段、項目設(shè)計階段、項目施工階段、項目驗收和總結(jié)劃分為4個階段。

1.2 項目全管理過程

管理過程是會產(chǎn)生特定結(jié)果的一系列管理行動。一個建設(shè)項目全生命周期內(nèi)的管理行動需要按照一定的管理過程進行，而一般的管理包含5個過程。①啟動過程。在這個過程中，項目需要通過正式批準才能進入下一階段。②計劃過程。當項目啟動后，開始進入項目計劃的編制階段。③執(zhí)行過程。按照計劃制定，整合各種資源按照計劃進行。④控制過程。對執(zhí)行過程進行監(jiān)控，利用各項控制措施確保項目按照既定計劃進行。⑤結(jié)束過程。這是項目結(jié)束的階段，該過程主要完成項目驗收竣工過程。這5個過程形成的項目管理全過程可以適用于絕大多數(shù)項目全生命周期的每個階段中。項目的每個階段都必須遵循上述的項目管理過程來完成管理活動，整個過程緊密聯(lián)系，環(huán)環(huán)相扣，以確保整個項目可以順利完成。

1.3 建設(shè)項目管理全要素

管理要素指的是項目全生命周期中涉及管理的各個領(lǐng)域。《項目管理知識體系指南》（PMBOK）的規(guī)定指出，考慮建設(shè)項目的管理目的與特征，管理要素可以劃分為項目管理主客體（范圍管理、人力資源管理2要素）、項目管理成果（工期管理、投資管理、質(zhì)量管理和知識管理4個要素）和項目管理方法（溝通、風險、采購、合同和整合5個要素）3個方面、11個要素。這11個管理要素幾乎涵蓋了建筑工程管理的所有領(lǐng)域，整個建筑工程管理的成功實施取決于這些要素的管理情況。

1.4 產(chǎn)品價值鏈

一個項目的整個價值鏈是產(chǎn)品開發(fā)和實現(xiàn)項目價值的過程，而在建筑項目中這就是建筑生產(chǎn)的過程。產(chǎn)品價值鏈從活動開始，產(chǎn)生相應(yīng)的交付物則是結(jié)果，一個交付物的產(chǎn)生需要一個或多個活動，因此交付物和活動是相互關(guān)聯(lián)的，每個交付物的創(chuàng)造產(chǎn)生最終形成了交通規(guī)劃項目的產(chǎn)品。

考慮將項目全生命周期、全管理過程、全管理要素及全產(chǎn)品價值鏈4個方面進行全面集成，最后形成建設(shè)工程項目的整個項目管理體系。

2 數(shù)字化建造系統(tǒng)的構(gòu)建

根據(jù)數(shù)字化建造管理框架體系，以貴州中交沿印松高速公路項目為依托，根據(jù)信息化基礎(chǔ)設(shè)施的國家標準和規(guī)范，以現(xiàn)代化、安全性、可用性和可持續(xù)性為原則，系統(tǒng)整體架構(gòu)以平臺為基礎(chǔ)，以多層分區(qū)為原則，基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）的理念，共有6層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架

2.1 6層結(jié)構(gòu)

2.1.1 統(tǒng)一信息門戶層

客戶端可以與服務(wù)器實現(xiàn)在線通信，有些版塊可以擴展到PDA、手機和其他移動設(shè)備。統(tǒng)一信息門戶為交建公司、項目指揮部和社會公眾等提供統(tǒng)一的信息訪問入口和界面，并為項目參與方預(yù)留了綜合管理平臺統(tǒng)一訪問入口。本架構(gòu)將把網(wǎng)站信息集成到門戶中，增強和優(yōu)化信息發(fā)布和展現(xiàn)功能，整合綜合管理系統(tǒng)應(yīng)用平臺和支撐性應(yīng)用系統(tǒng)，保證綜合管理信息的對外發(fā)布，有利于對外宣傳工程建設(shè)項目的綜合管理信息，實現(xiàn)各投資項目基本建設(shè)信息、建設(shè)進展、文件審批、投資進度和公告等信息的發(fā)布。

2.1.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含工程項目管理系統(tǒng)和輔助管理工具軟件系統(tǒng)。

2.1.3 系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境支撐層

對GIS平臺、BIM平臺等外部環(huán)境的支持。

2.1.4 數(shù)據(jù)層

構(gòu)建統(tǒng)一的項目數(shù)據(jù)中心是該系統(tǒng)建設(shè)的重要工作，其是一項復(fù)雜的社會-技術(shù)系統(tǒng)工程，其核心標志性工程就是數(shù)據(jù)環(huán)境重建與數(shù)據(jù)庫工程。主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、面向業(yè)務(wù)主題數(shù)據(jù)庫和專業(yè)數(shù)據(jù)庫（如BIM）、數(shù)據(jù)倉庫（DW）的建設(shè)等。

2.1.5 物力資源層

通信-計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施平臺建設(shè)，這包括建立現(xiàn)代化的計算機和通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代化計算機房、完整的電纜和互聯(lián)網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測設(shè)施，建立統(tǒng)一的運營控制中心和運營管理中心所需的設(shè)備，以及數(shù)據(jù)存儲、歸檔和備份。

2.1.6 感知層

利用移動互聯(lián)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)固定資產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。

2.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用層——工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)

工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)是業(yè)務(wù)應(yīng)用層中重要的一部分，其主要包含工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)和工程建設(shè)質(zhì)量安全管理系統(tǒng)。

2.2.1 工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)

工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)包含了項目執(zhí)行管理系統(tǒng)及物資管理系統(tǒng)。前者的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，可見該部分內(nèi)容涉及了全壽命周期及建設(shè)管理全要素內(nèi)容；而后者則充分考慮到物資管理在項目單位和公司層面的不同作用，且所涉及的工作性質(zhì)的極大不同，基本的材料信息、需求計劃、材料庫存管理、供應(yīng)商管理、倉庫管理、固定資產(chǎn)管理、工廠和機器管理需要以不同的方式應(yīng)用。

圖3 項目執(zhí)行管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.2 工程建設(shè)質(zhì)量安全管理系統(tǒng)

系統(tǒng)對于工程質(zhì)量的把控主要包含重點區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)、試驗設(shè)備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、瀝青混凝土拌合站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、水泥混凝土拌合站數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)和智能張拉與壓漿數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等11個分系統(tǒng)，這些小型系統(tǒng)全面綜合地考量了工程建設(shè)質(zhì)量。將這幾個小型系統(tǒng)聯(lián)合呈現(xiàn)在可視化平臺上，工程參與各方即可最大程度地了解工程進展及質(zhì)量監(jiān)控。

以智能張拉與壓漿數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例進行詳細說明。該系統(tǒng)通過對智能預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備及智能壓漿設(shè)備力值、伸長量、注漿數(shù)量和保壓時間等數(shù)據(jù)的實時采集，實現(xiàn)張拉過程及壓漿過程的全過程監(jiān)控，一旦發(fā)生偏差，系統(tǒng)以短信報警的方式及時通知技術(shù)管理者，確保張拉及壓漿過程規(guī)范可控。相對于傳統(tǒng)張拉設(shè)備而言，智能張拉設(shè)備要求具備計算機控制系統(tǒng)，能夠運用計算機自動控制技術(shù)進行張拉操作，同時將張拉過程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)自動保存成數(shù)據(jù)庫文件或文檔文件，生成相應(yīng)的記錄報表或報告。

2.3 工程建設(shè)數(shù)據(jù)可視化平臺

貴州省銅仁市沿印松高速公路項目大數(shù)據(jù)云平臺采用GIS、BIM相關(guān)技術(shù)，對整個項目從宏觀到微觀進行展示，包括從整個項目到具體的分部分項工程，以及地理位置、周邊環(huán)境、工程造價等信息。對具體的主體結(jié)構(gòu)物可選取并展示其三維立體的效果圖。

2.3.1 三維GIS+BIM系統(tǒng)

1）建立三維地理信息系統(tǒng)平臺。針對不具備無人機航拍條件的路段提供中心線兩側(cè)2.5 km的不低于0.5 m的衛(wèi)星影像。針對具備無人機航拍的路段提供中心線兩側(cè)2.5 km的不低于0.2 m的航拍影像，DEM精度達1∶2000，局部重點區(qū)域應(yīng)達到1∶1000，為建立BIM管理平臺提供基礎(chǔ)地理信息。

2）建立BIM管理平臺。以最小工程構(gòu)件或零件為劃分單位，建立工程全線的精細模型，提供建模、空間定位、組織與工程劃分結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)、更新、發(fā)布和BIM信息集成的功能。BIM精細模型如圖4所示。

圖4 BIM精細模型

3）建立基于BIM的項目決策支持系統(tǒng)。以三維地理信息系統(tǒng)平臺和BIM平臺為基礎(chǔ)，通過疊加建設(shè)項目管理信息，建立基于BIM的項目決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)三維可視化的設(shè)計管理、綜合審批和綜合查詢。

2.3.2 數(shù)據(jù)可視化平臺

數(shù)據(jù)可視化平臺是將項目所有生產(chǎn)要素利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、可視化技術(shù)及3S技術(shù)整合在1個平臺中，實現(xiàn)對項目的動態(tài)把控。

1）可視化技術(shù)?？梢暬夹g(shù)可以將科學(xué)數(shù)據(jù)如測量值、來自現(xiàn)場的圖像或用于計算的數(shù)字信息，轉(zhuǎn)化為物理現(xiàn)象或在空間和時間上發(fā)生變化的變量的直觀圖形，使決策者能夠進行觀察、模擬和計算。這項技術(shù)是智能場所三維表現(xiàn)的先決條件。

2）3S技術(shù)。3S技術(shù)是1個通用術(shù)語，包括遙感（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geography Information Systems，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Systems，GPS）。該技術(shù)是空間技術(shù)、傳感器、衛(wèi)星定位和導(dǎo)航及先進信息技術(shù)的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高度集成和跨學(xué)科的空間信息收集、處理、管理、分析、表達、傳播和利用。

3）數(shù)據(jù)庫技術(shù)。BIM技術(shù)的應(yīng)用是基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)來進行大數(shù)據(jù)處理，包括綜合利用大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計算平臺及可擴展存儲等，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中展現(xiàn)，融合安全數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、進度數(shù)據(jù)、投資數(shù)據(jù)及日常數(shù)據(jù)進行多角度地動態(tài)展示。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)現(xiàn)代工程建設(shè)項目信息管理發(fā)展現(xiàn)狀與不足之處，提出了圍繞項目生命周期、建設(shè)管理過程、建設(shè)項目管理要素和全產(chǎn)品價值鏈4個維度的數(shù)字化建造項目管理框架體系?；谠摗八季S”體系并結(jié)合貴州中交沿印松高速公路信息管理系統(tǒng)平臺，從系統(tǒng)架構(gòu)及其中的工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)和工程建設(shè)數(shù)據(jù)可視化平臺的建設(shè)等方面分析了公路工程信息化管理的流程和目的，進一步說明了數(shù)字化信息管理需要一定的理念更新和技術(shù)創(chuàng)新，可以為相關(guān)行業(yè)和工程提供一定的參考價值。