■ 華昕設計集團有限公司 吳曉波 黃飛翔 譚云鵬

為了推動工程總承包模式的廣泛應用，近年來，住房和城鄉(xiāng)建設部先后頒布了《工程總承包管理辦法》《房屋建筑和市政基礎設施項目工程總承包管理辦法》等多份指導性文件。這些文件的出臺，不僅體現(xiàn)了政府對工程總承包模式的重視，也為各類型工程項目采用工程總承包模式提供了有力的政策支持。隨著工程總承包業(yè)務的迅速崛起，其業(yè)務量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，項目的規(guī)模和復雜度也在持續(xù)攀升。為滿足日益增長的業(yè)務需求，參與項目管理的團隊人員數(shù)量也在逐年增加。同時，政府對工程總承包業(yè)務的監(jiān)管變得更加嚴格，這也促使設計牽頭的工程總承包單位必須加強對總承包業(yè)務的規(guī)范管理，確保成本預算得到有效控制，進度、安全、質(zhì)量等各方面的標準得到滿足。在面臨諸多挑戰(zhàn)與機遇的背景下，工程總承包企業(yè)正努力提升整體水平，以滿足日益嚴格的市場要求。

近年來，華昕設計集團有限公司（以下簡稱“華昕設計”）積極響應政策號召，大力開展以設計牽頭的工程總承包業(yè)務，尤其在“十四五”期間，公司精心謀劃、提檔升級，通過數(shù)字賦能、建強創(chuàng)新平臺、推進產(chǎn)研融合、搭建人才高地等舉措，走出了一條具有獨創(chuàng)特色的設計牽頭總承包業(yè)務發(fā)展路線?，F(xiàn)如今，華昕設計依托數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能將打造全生命周期、打造核心科技、打造數(shù)智建設三大支撐的新型總承包建設與運維模式，為“讓城市更美好”的愿景落地貢獻了國企的綜合解決方案。本文以華昕設計承建的宜興市工業(yè)污水處理廠建設項目為例，介紹基于信息化的建設與運維在工程總承包項目中的具體應用，希望能為行業(yè)企業(yè)依托先進的信息化技術做好工程總承包業(yè)務提供參考和借鑒。

項目概況

宜興市工業(yè)污水處理廠建設項目設計總規(guī)模5.0×104立方米/天，近期設備安裝規(guī)模2.5×104立方米/天，土建一次實施到位，設備分期安裝，整體建設用地約7.7萬平方米。該項目擬采用BIM技術應用貫穿設計、施工、運維的全階段。設計階段，采用數(shù)字化設計進行工藝比選、碰撞檢查、工程量計算，提高設計成果質(zhì)量；施工階段，應用數(shù)字化、可視化技術進行三維施工總平面設計、月度施工進度模擬、機電安裝施工模擬、數(shù)字化圖紙會審及技術交底等，提高施工效率及施工質(zhì)量；運維階段，建立智慧運維平臺，利用BIM技術對水廠運行情況進行實時管理。

工程總承包建模技術的應用

隨著無人機、GIS與BIM技術的進步及相互之間的融合研究，為市政工程的建設與養(yǎng)護提供了更多的解決方案。基于Super Map 8c系列平臺可實現(xiàn)三維GIS表面模型加載BIM實體模型，并通用二次開發(fā)向云端共享模型信息。BIM與GIS相結合在設計、工作協(xié)同以及運維等方面已有一定研究與進展。而以上技術的深度融合與應用平臺的開發(fā)，對于高新企業(yè)依然是在探索階段。作為江蘇省內(nèi)領先的城市基礎設施建設綜合服務商，華昕設計一直致力于為項目建設單位提供完善的整套解決方案，未來設計院的方向應從更好地服務建設單位、從建設單位的角度出發(fā)去優(yōu)化現(xiàn)有的技術。因此，華昕設計結合公司已有的應用及無人機傾斜攝影模型、BIM模型、激光掃描模型、地理信息模型開發(fā)的輕量化平臺應用場景等，進行了一系列的探索。

三維地質(zhì)信息建模

三維地質(zhì)信息建模技術原理

傳統(tǒng)的地質(zhì)建模是在擬建項目的紅線范圍內(nèi)采用鉆孔的方式采集地質(zhì)信息，從而擬合推算出紅線范圍內(nèi)各底層的三維空間。該方法鉆點間距大，面對復雜的地質(zhì)特征與地下管線情況，難以與地表三維模型相匹配。鑒于此，華昕設計憑借在無錫當?shù)氐摹皡^(qū)位優(yōu)勢”，綜合往期承建項目的地質(zhì)特征，參考臨近當前承建項目的已勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)，結合多參數(shù)置信權重分層三角網(wǎng)法進行建模與修正。

地質(zhì)信息建模

根據(jù)上述原理，華昕設計自主研發(fā)了基于Revit的地質(zhì)建模軟件，根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)自動創(chuàng)建地質(zhì)模型，根據(jù)項目工程條件，實現(xiàn)開挖、地層剖切、地層屬性參數(shù)查看、三維模型展示的各類功能，并能自動計算任意位置剖切、挖（填）方量。

三維地表建模

無人機傾斜攝影

伴隨著無人機技術的發(fā)展，傾斜攝影技術突破了正向垂直攝影的局限性，利用具備RTK功能的無人機可實現(xiàn)多角度影像采集，并且無人機自帶的軟件可實現(xiàn)三維模型的建立并與地理信息相銜接。但由于傾斜影像的局部幾何變形大、網(wǎng)平差控制點稀疏、地表附著物形狀突變區(qū)域存在視野盲區(qū)等問題，單純利用無人機自帶軟件建模還不足以滿足設計與運維的要求。為了解決數(shù)據(jù)融合過程中點云濾波參數(shù)簡化、高精度多元特征提取、激光點云與無人機傾斜影像的穩(wěn)健配準與融合等主要技術問題，宜采用更高端的無人機進行，并在此基礎上進行算法修正，使無人機建模與BIM模型誤差減小。

典型地表附著物提取與留存

污水處理廠的各種工藝設備通常具有點、線、面等結構特征，對同一附著物的點云采集往往具有不規(guī)則、不可重復的特征，即便采用高端無人機也會影響到采集精度。為此，基于經(jīng)驗總結，華昕設計開發(fā)了一套地表附著物修正與參數(shù)化提取方法，首先將無人機設置回波模式為三回波，采樣頻率為240千赫茲，提取無人機與激光點云特征點，在Revit中根據(jù)附著物的類型建立共享參數(shù)模型；然后，結合插件Dynamo將附著物特征參數(shù)提取為csv格式，對常用特征參數(shù)可直接在Excel中進行修改，極大提高了建模效率與精度。先采用激光掃描，再進行點云拼接、格式轉(zhuǎn)換識別，最后實現(xiàn)Revit參數(shù)化族開發(fā)。

多元模型融合與輕量化平臺

隨著BIM模型的精細化提升，對電腦硬件配置的需求也隨之增長，這在一定程度上限制了該技術的企業(yè)推廣。目前，雖然有第三方平臺和Revit自帶的組件可以幫助配置較低的電腦加載，但仍然難以滿足某些特殊項目的特定需求。為了解決這個問題，華昕設計在深入分析大量工程實踐的基礎上，成功開發(fā)出一款多元輕量化平臺。此平臺能夠?qū)崿F(xiàn)無人機傾斜攝影模型、BIM模型、激光掃描模型、地理信息模型的融合，從而更好地滿足各參建單位的需求。

智慧建設與運維

安全管理

2022年4月，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《房屋市政工程生產(chǎn)安全重大事故隱患判定標準（2022版）》，旨在指導各地開展全面排查問題隱患，扎實推進房屋市政工程安全生產(chǎn)治理行動，進一步凸顯了安全雙重預防機制的重要性。然而，目前風險分級管控、隱患排查治理機制尚不完善。在這樣的背景下，工程總承包企業(yè)應當積極探索和應用新的解決方案。針對這一問題，通過大量工程實踐的積累和復盤，可將無人機傾斜攝影模型、BIM模型、激光掃描模型、地理信息模型融入多元輕量化平臺。多元模型融合輕量化的平臺應用將有助于在污水處理廠項目中更好地進行風險評估與管控，防止?jié)撛诘陌踩[患演變?yōu)橹卮笫鹿?，不僅可以提高項目各參建單位對安全隱患的識別和預防能力，同時也能有效推動風險分級管控、隱患排查治理機制的完善。

基于Revit開發(fā)的地質(zhì)信息模型

720°云圖監(jiān)測

多元模型融合輕量化平臺

自研污水處理廠智慧運維系統(tǒng)

可視化安全分級交底

以發(fā)生頻率較高且危害極大的坍塌、高處墜落、機械傷害、火災事故為對象，根據(jù)人員傷亡與直接經(jīng)濟損失情況，邀請本地專家與公司總工程師采用預先危險性分析法（PHA）與層次分析法對事故發(fā)生的可能性與危害程度進行分級與評價；將BIM模型與導入Navisworks中進行施工模擬，在安全交底過程中向管理人員與作業(yè)人員展示，并對易發(fā)生事故的部位與工序進行風險分級，采用不同顏色在模型中標記，使管理人員與從業(yè)人員在開展作業(yè)前有直觀的認識。

GIS+BIM應急管理

在多元模型融合輕量化平臺中可實現(xiàn)消防疏散分析，將BIM模型導入，對檢查井出口、綜合管廊聯(lián)絡通道等關鍵節(jié)點進行人員安全疏散的全過程進行仿真模擬，從而分析作業(yè)人員安全疏散的時間。再次結合GIS+BIM技術編制專項應急預案，實現(xiàn)有限空間的信息可視化管理和安全事故點對點救援，從而在安全事故發(fā)生的第一時間有序疏散、及時救援，把人員傷亡與財產(chǎn)損失降到最低。

動態(tài)施工管理

在施工過程中工種多、不同專業(yè)交叉作業(yè)環(huán)境復雜，總承包單位在施工階段往往難以實現(xiàn)動態(tài)化關系與信息的及時傳遞。結合無人機+GIS+BIM平臺，可實現(xiàn)施工情況向各參建方動態(tài)化展示，包括施工階段、物料投放進展與動態(tài)產(chǎn)值情況。此外，開發(fā)中的物料跟蹤與檢測試驗物聯(lián)網(wǎng)功能在逐步完善，旨在規(guī)避施工過程中偷工減料與檢測數(shù)據(jù)篡改，為總承包單位與建設單位提供更好的成本管理服務。

基于720°云圖的動態(tài)監(jiān)測

720°云圖動態(tài)運維系統(tǒng)包括軟硬件的組成、網(wǎng)絡拓撲結構、系統(tǒng)功能模塊以及與其他系統(tǒng)的接口等，可結合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)采集、工藝過程模擬、優(yōu)化建議等功能。運維過程中，可實現(xiàn)污水處理全過程的實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，包括進出水水質(zhì)、流量、能耗等關鍵指標以及泵站、反應器等主要設備的工作狀態(tài)。

當出現(xiàn)異常時，亦可通過動態(tài)運維系統(tǒng)實現(xiàn)對污水處理過程中異常情況的實時檢測與預警，通過對數(shù)據(jù)異常值的識別、分類與預測，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題，為運維人員提供決策支持，確保污水處理過程的穩(wěn)定運行。同時，可結合移動設備（如手機、平板電腦）隨時隨地訪問系統(tǒng)，獲取實時數(shù)據(jù)與監(jiān)控畫面，實現(xiàn)對污水處理廠的遠程指揮與管理。此外，該系統(tǒng)還支持多人協(xié)同作業(yè)，有利于提高運維效率。未來，可在此基礎上結合人工智能、區(qū)塊鏈等技術，實現(xiàn)更加智能、高效的污水處理運營管理；拓展系統(tǒng)功能，整合多源數(shù)據(jù)，為環(huán)境治理和可持續(xù)發(fā)展提供更多支持。

信息化集成轉(zhuǎn)型

在總承包業(yè)務的轉(zhuǎn)型初期，多數(shù)單位對于工程總承包項目的管理往往還依賴于紙質(zhì)文件、人員面對面的溝通以及會簽流轉(zhuǎn)等傳統(tǒng)方式。然而，傳統(tǒng)管理模式在資料收集和報表填報方面常常出現(xiàn)差錯和矛盾，影響了項目的順利推進。盡管有些單位會針對特定問題開發(fā)一些局部應用的軟件模塊，但由于開發(fā)者眾多，使用邏輯難以統(tǒng)一，導致這些軟件模塊較為離散，難以形成系統(tǒng)化的管理。為了順應工程總承包規(guī)范化管理的發(fā)展趨勢，需建立一個統(tǒng)一且規(guī)范化的管理軟件平臺，使該平臺應具備自動統(tǒng)計、實時管控、精確管理以及復盤分析等功能，以提升工程總承包項目的管理效率。

信息化目標

信息化平臺將構建污水處理廠全生命的建設體系，打造“強監(jiān)測、早預警、快處置”污水處理廠全生命周期的監(jiān)測系統(tǒng)，充分發(fā)揮設計牽頭的工程總承包技術優(yōu)勢，發(fā)展數(shù)字化管理，推動智慧建設，實現(xiàn)多專業(yè)數(shù)據(jù)融合、風險交匯分析、綜合研判決策、預警應急響應、高效聯(lián)動處置等功能，深化跨專業(yè)、跨部門、跨風險防控及應急處置能力，創(chuàng)新污水處理廠的安全管理和服務模式，使污水處理廠的建設與運維從“交鑰匙”向“全生命數(shù)字化管理”轉(zhuǎn)變，從“被動應對”向“主動監(jiān)管”轉(zhuǎn)變，提高智慧化管理水平。

信息化整合功能

工程總承包項目業(yè)務管理系統(tǒng)平臺集成了BIM技術針對項目管理中的項目信息管理、合同管理、協(xié)同溝通、計劃管理、過程記錄、質(zhì)量管理、安全管理、材料管理等業(yè)務進行多方的管理業(yè)務。

信息管理

信息管理依托于BIM技術，通過前期BIM設計信息集成，完成檔案管理、圖紙資料、模型信息集成；通過集成項目進度信息實施反饋，完成多維度的信息利用整合；通過質(zhì)量安全信息集成，將項目管理全方位與BIM融合，打造數(shù)字孿生的項目管理方式，系統(tǒng)所見即項目管理真實場景。

合同管理

合同管理，通過大數(shù)據(jù)技術集成BIM模型信息進行項目工程算量，推算項目造價并指導合同定價。通過BIM模型信息與進度信息關聯(lián)完成合同節(jié)點控制。進度管理基于BIM技術模擬施工進度，實現(xiàn)數(shù)字孿生，現(xiàn)場施工進度通過BIM三維模型實時反映，并利用AI模擬后期施工工期進展反饋施工方。過程記錄將施工過程從報審至資料結算各業(yè)務流程綁定項目進度，形成項目管理數(shù)據(jù)倉庫，為施工過程提供數(shù)據(jù)指導支撐。

質(zhì)量管理

質(zhì)量管理將BIM模型與質(zhì)量分布分項信息匹配，通過構件相關信息生成質(zhì)量檢查方案，將質(zhì)量檢查信息反饋至BIM模型，從數(shù)字模型至數(shù)字檔案全面地對項目質(zhì)量內(nèi)容進行管理。

安全管理

安全管理通過現(xiàn)場將安全信息檔案上傳云端與BIM模型進行信息關聯(lián)，將數(shù)字檔案與數(shù)字模型關聯(lián)互通，實現(xiàn)了數(shù)字檔案與數(shù)字模型之間的關聯(lián)與互通，可做到實時更新數(shù)字檔案中的數(shù)據(jù)，確保信息的準確性和時效性；將現(xiàn)場安全信息與建筑信息模型相關聯(lián)，實現(xiàn)信息的互通與共享，并進一步強化了識別潛在的安全隱患和管理漏洞，為持續(xù)改進安全管理提供有力支持。

材料管理

通過BIM模型信息對材料設備的管理進行優(yōu)化，利用二維碼的形式進行區(qū)分整理并與BIM模型對應，利用二維碼對器具的管理，對物料的出庫入庫、申請人、使用部門、使用數(shù)量等相關數(shù)據(jù)都可以及時有效記錄。

基于以上信息技術在整合、數(shù)據(jù)共享方面的價值和優(yōu)勢，可以提高施工管理水平、基于BIM實現(xiàn)可視化交底、設計優(yōu)化，從而實現(xiàn)總承包項目在施工階段成本、進度、安全、質(zhì)量動態(tài)集成化、精細化、智慧化管理。通過這個平臺，旨在為總承包單位的總院、各分院以及相關職能部門提供一個協(xié)同工作的環(huán)境，使各部門能夠更加高效、準確地參與到工程總承包項目的管理中。

結語

設計牽頭的工程總承包管理模式綜合了設計與施工行業(yè)的優(yōu)勢，通過整合無人機傾斜攝影模型、BIM模型、激光掃描模型、地理信息模型，可實現(xiàn)城市道路三維地質(zhì)信息模型、三維地表模型與BIM模型智慧化融合。采用自研信息化管理平臺，可實現(xiàn)以上技術對進度、成本、質(zhì)量、安全、物資、合同等管理內(nèi)容進行全生命周期監(jiān)控，從而借助信息化手段解決“管理紊亂、成本失控、工期延誤、質(zhì)量缺陷”等諸多問題。設計牽頭的總承包單位能夠更好地結合現(xiàn)有信息化優(yōu)勢，為建設單位提供更完善的一站式技術服務，確保項目的順利實施。