周明升，張 雯

(1.上海外高橋保稅區(qū)聯(lián)合發(fā)展有限公司，上海 200131；2.玫琳凱（中國(guó)）化妝品有限公司)

0 引言

工程建設(shè)項(xiàng)目涉及計(jì)劃、進(jìn)度、成本、質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)、安全等多要素，工程立項(xiàng)、實(shí)施、驗(yàn)收、保修等多環(huán)節(jié)，投資單位、承建單位、專業(yè)分包、監(jiān)理單位、行業(yè)監(jiān)管部門等多主體。麥強(qiáng)等學(xué)者研究了重大工程管理決策中決策關(guān)聯(lián)性、認(rèn)知模糊性和偏差性、知識(shí)有限性等復(fù)雜性因素對(duì)決策過程的影響，提出用系統(tǒng)化方法降解重大工程項(xiàng)目管理復(fù)雜性[1]。李恒等學(xué)者比較了BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）在建筑項(xiàng)目的應(yīng)用模式，認(rèn)為建設(shè)單位驅(qū)動(dòng)的BIM 應(yīng)用更加適用我國(guó)工程項(xiàng)目管理[2]。

將BIM 虛擬化技術(shù)應(yīng)用到工程管理系統(tǒng)是近幾年的研究熱點(diǎn)，STOTER等以荷蘭為例，構(gòu)建了國(guó)土三維空間系統(tǒng)模型[3]，陳永高等構(gòu)建了基于BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和管理系統(tǒng)架構(gòu)[4]，程雨婷等按進(jìn)度管理模式、進(jìn)度信息管控、進(jìn)度信息系統(tǒng)過程，構(gòu)建了基于BIM 的工程項(xiàng)目進(jìn)度管理系統(tǒng)[5]。張毅等、任萬(wàn)鵬等分別將BIM 應(yīng)用于鐵路和公路工程項(xiàng)目管理[6,7]，趙文滟研究了BIM 在亞運(yùn)場(chǎng)館設(shè)計(jì)和建造過程中的應(yīng)用[8]，劉欣悅研究了BIM 技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目管理中應(yīng)用[9]。

工程建設(shè)項(xiàng)目涉及環(huán)節(jié)多要素多，數(shù)據(jù)來(lái)源復(fù)雜格式多元，工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)面對(duì)分散的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如何準(zhǔn)確及時(shí)完整采集、處理、存儲(chǔ)、加工和呈現(xiàn)是工程建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)發(fā)揮效果的關(guān)鍵。為解決多源數(shù)據(jù)匯集管理和BIM 建模加載（傳統(tǒng)BIM 模型比較復(fù)雜，加載慢）問題，本文設(shè)計(jì)一種面向多源數(shù)據(jù)、基于輕量化BIM 的工程建設(shè)項(xiàng)目全過程管理系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目的全過程全流程管控，全要素直觀展示和動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)總體采用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)，通過瀏覽器訪問。如圖1 所示，系統(tǒng)架構(gòu)上分為用戶層、展示層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層四層。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

用戶層：系統(tǒng)使用對(duì)象包括工程投資建設(shè)單位、工程承建單位、專業(yè)分包單位、投資監(jiān)理單位、政府相關(guān)監(jiān)管部門等。展示層：系統(tǒng)可以通過瀏覽器訪問、移動(dòng)設(shè)備訪問、在監(jiān)管大屏展現(xiàn)。業(yè)務(wù)層：系統(tǒng)對(duì)工程項(xiàng)目管理全過程BIM 應(yīng)用、GIS項(xiàng)目管理、全程計(jì)劃管控、進(jìn)度管控、過程管控、質(zhì)量管控、風(fēng)險(xiǎn)管控、安全管控、系統(tǒng)管理等。數(shù)據(jù)層：系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集總線和數(shù)據(jù)處理總線，分別用于多源數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

1.2 數(shù)據(jù)總線

⑴數(shù)據(jù)采集總線

如圖2所示，數(shù)據(jù)采集總線分為數(shù)據(jù)接口、系統(tǒng)服務(wù)、系統(tǒng)接入三類接口，其中數(shù)據(jù)接口對(duì)接BIM 數(shù)據(jù)、GIS 數(shù)據(jù)、CAD 圖檔、現(xiàn)場(chǎng)視頻、政策法規(guī)和其他數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，系統(tǒng)服務(wù)對(duì)接報(bào)批系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、資金系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)、知識(shí)管理系統(tǒng)、其他系統(tǒng)等自建自有系統(tǒng)，系統(tǒng)接入對(duì)接承建單位系統(tǒng)、專業(yè)分包單位系統(tǒng)、監(jiān)理單位系統(tǒng)、政府報(bào)批報(bào)建系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集總線架構(gòu)圖

⑵數(shù)據(jù)處理總線

數(shù)據(jù)處理總線進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)加工和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。本文構(gòu)建的系統(tǒng)定義主數(shù)據(jù)，并對(duì)主數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)例進(jìn)行標(biāo)簽化，以提高系統(tǒng)加載和綜合查詢響應(yīng)速度。以工程項(xiàng)目標(biāo)簽化為例，增加檢索頻次、進(jìn)度標(biāo)簽、投資標(biāo)簽、過程標(biāo)簽、質(zhì)量標(biāo)簽、風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)簽、安全標(biāo)簽等標(biāo)簽，提高檢索和加載效，見圖3。

圖3 對(duì)象實(shí)例標(biāo)簽化處理（工程項(xiàng)目）

2 系統(tǒng)功能模塊

功能模塊見圖4，系統(tǒng)將BIM 模型應(yīng)用于工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度展示、投資管理、安全監(jiān)測(cè)、質(zhì)量驗(yàn)收等，通過GIS 進(jìn)行工程建設(shè)項(xiàng)目地理信息、項(xiàng)目進(jìn)度等管理。系統(tǒng)研發(fā)了適用于瀏覽器的項(xiàng)目畫布圖，用于工程項(xiàng)目計(jì)劃管控，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃、投資計(jì)劃、銷項(xiàng)計(jì)劃等項(xiàng)目進(jìn)度管控，項(xiàng)目立項(xiàng)及進(jìn)度變化審批通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目進(jìn)度管控模塊對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度執(zhí)行情況進(jìn)行管理，項(xiàng)目督辦和進(jìn)度管理。項(xiàng)目過程管控模塊對(duì)項(xiàng)目立項(xiàng)、工程合同、工程付款、工程項(xiàng)目簽證等進(jìn)行管控。項(xiàng)目質(zhì)量管控模塊包括項(xiàng)目質(zhì)量巡檢、質(zhì)量整改、質(zhì)量驗(yàn)收等功能。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管控模塊包括現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)、交叉施工風(fēng)險(xiǎn)等功能。項(xiàng)目安全管控模塊包括工地安全管理、應(yīng)急預(yù)案演練、現(xiàn)場(chǎng)巡查及整改等功能。系統(tǒng)管理模塊包括用戶信息、角色管理、用戶管理、日志管理等功能。

圖4 系統(tǒng)功能模塊

3 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

工程建設(shè)項(xiàng)目全過程管理包括進(jìn)度管理、過程管理、質(zhì)量管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、安全管理等多方面，涉及工程項(xiàng)目進(jìn)度管控、工程質(zhì)量巡檢、工程合同及付款申請(qǐng)等流程。

⑴項(xiàng)目進(jìn)度管控流程

如圖5 所示，編制工程項(xiàng)目立項(xiàng)，進(jìn)行立項(xiàng)審批，若審批通過則進(jìn)入項(xiàng)目執(zhí)行階段，若未通過則返回立項(xiàng)編制環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后再次報(bào)批。項(xiàng)目執(zhí)行過程中各環(huán)節(jié)維護(hù)項(xiàng)目進(jìn)度，系統(tǒng)計(jì)算各項(xiàng)目進(jìn)度是否超時(shí)，若超時(shí)則發(fā)出項(xiàng)目督辦單，直至工程項(xiàng)目驗(yàn)收通過。

圖5 工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度管控流程

⑵工程合同及付款管理流程

如圖6所示，根據(jù)工程項(xiàng)目立項(xiàng)，進(jìn)行工程招標(biāo)和評(píng)標(biāo)，若中標(biāo)單位不是已有合格供應(yīng)商則先進(jìn)行合格供應(yīng)商入庫(kù)，確定供應(yīng)商后進(jìn)行合同簽訂，合同簽訂后進(jìn)入合同執(zhí)行環(huán)節(jié)，合同執(zhí)行過程中發(fā)生變化，可通過補(bǔ)充協(xié)議或工程簽證進(jìn)行調(diào)整，協(xié)議或簽證審批通過后調(diào)整合同金額。根據(jù)工程項(xiàng)目進(jìn)度發(fā)起工程付款申請(qǐng)，若需要決算則進(jìn)行決算，直至工程項(xiàng)目驗(yàn)收。若有質(zhì)保金，則質(zhì)保金到期后發(fā)起質(zhì)保金請(qǐng)款申請(qǐng)。

圖6 工程建設(shè)項(xiàng)目合同及付款管理流程

4 BIM全程應(yīng)用

本文構(gòu)建的工程建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)全過程應(yīng)用BIM 模型，通過BIM 建模工具和輕量化引擎實(shí)現(xiàn)模型快速搭建和快速加載，通過BIM 全程應(yīng)用，對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)度、投資計(jì)劃、安全監(jiān)測(cè)、工程質(zhì)量等進(jìn)行全過程管控。

4.1 BIM建模和輕量化

BIM模型建模和加載通常需要Revit等專業(yè)軟件，服務(wù)器資源占用大，加載速度慢，為提高加載和響應(yīng)速度，本文對(duì)BIM 模型進(jìn)行輕量化，可通過Chrome、Edge 等瀏覽器加載。如圖7，本文構(gòu)建的BIM 模型輕量化引擎包括模型信息提取、模型輕量化、模型文件轉(zhuǎn)化三種功能[10]，通過快速建模工具、快速修改工具和批量化檢查工具實(shí)現(xiàn)模型信息快速提取，通過場(chǎng)景空間劃分、對(duì)象增量繪制、對(duì)象內(nèi)存池圖元合并減少等，實(shí)現(xiàn)BIM 模型輕量化，通過構(gòu)建模型流、對(duì)象惟一表達(dá)、模型數(shù)據(jù)壓縮等模型文件轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)BIM 模型快速加載。

圖7 BIM模型輕量化引擎

4.2 BIM模型應(yīng)用

本文構(gòu)建的BIM 在項(xiàng)目進(jìn)度、投資計(jì)劃、安全監(jiān)測(cè)、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、工程質(zhì)量等工程建設(shè)項(xiàng)目全程應(yīng)用BIM 模型。①工程項(xiàng)目進(jìn)度管理：系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)綁定BIM 模型，展示工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)時(shí)情況，基于BIM 技術(shù)展示工程進(jìn)度及施工模擬、工程安全隱患、工程監(jiān)測(cè)信息、質(zhì)量驗(yàn)收等信息數(shù)據(jù)。②投資計(jì)劃管理：將工程建設(shè)項(xiàng)目工作量和財(cái)務(wù)支出情況通過BIM模型方便系統(tǒng)用戶直觀的監(jiān)控項(xiàng)目實(shí)際投資與項(xiàng)目進(jìn)度投資差異，輔助做出建設(shè)成本判斷。③安全檢測(cè)管理：基于BIM 模型，集成監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維可視化數(shù)據(jù)分析和展示，及時(shí)掌握工程安全風(fēng)險(xiǎn)情況。④工程質(zhì)量驗(yàn)收：基于BIM 模型，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際與計(jì)劃比對(duì)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。⑤交叉施工管理：用戶通過系統(tǒng)BIM 模型，能夠更加清晰、直觀地查看工程交叉施工狀況，可在系統(tǒng)中記錄交叉風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位置、周邊環(huán)境、采取措施、地質(zhì)條件等信息，進(jìn)行交叉施工風(fēng)險(xiǎn)管理。

5 項(xiàng)目全程計(jì)劃管控

本系統(tǒng)研發(fā)了適用于瀏覽器的工程項(xiàng)目畫布圖，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全程計(jì)劃管控，如圖8示，通過項(xiàng)目進(jìn)度畫布圖對(duì)工程項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)及完成情況進(jìn)行管理，縱向?yàn)楦鱾€(gè)線路，橫向?yàn)闀r(shí)間軸。各節(jié)點(diǎn)中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)通過小旗子來(lái)強(qiáng)調(diào)，灰色節(jié)點(diǎn)代表還未達(dá)到，綠色節(jié)點(diǎn)表示準(zhǔn)時(shí)完成，紅色節(jié)點(diǎn)表示超時(shí)。

圖8 工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度管控

通過顯示比例、回到左上角、顯示/隱藏節(jié)點(diǎn)名稱、顯示全部、下載進(jìn)度圖、顯示/隱藏欄等功能鍵對(duì)畫布顯示進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)度管理人員可新增、編輯、禁用各項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)，定義和維護(hù)工程項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)計(jì)劃。項(xiàng)目管理人員根據(jù)實(shí)際維護(hù)各節(jié)點(diǎn)完成情況。

6 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，通過瀏覽器訪問，如圖9，界面上部為系統(tǒng)名稱、頁(yè)面名稱、用戶信息、系統(tǒng)登錄退出等信息，左側(cè)的分類欄可以根據(jù)頁(yè)面功能出現(xiàn)或隱藏（如工程立項(xiàng)中可列示工程類型、園區(qū)列表等），右側(cè)分上下兩部分，上半部分為檢索條件，下半部分展示查詢結(jié)果列表或詳情。

圖9 系統(tǒng)功能界面

系統(tǒng)各功能模塊可以按需選配，該系統(tǒng)已在上海自貿(mào)區(qū)（外高橋片區(qū)）得以實(shí)施和應(yīng)用，覆蓋10平方公里區(qū)域[11]，部分功能如圖10～圖12所示。

圖10 系統(tǒng)首頁(yè)

圖11 工程項(xiàng)目立項(xiàng)

圖12 工程合同管理

7 總結(jié)與展望

本文構(gòu)建了面向多源數(shù)據(jù)、基于輕量化BIM 的工程建設(shè)項(xiàng)目全過程管理系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃管控、進(jìn)度管控、過程管控、質(zhì)量管控、風(fēng)險(xiǎn)管控、安全管控等全過程全流程管控。本文解決了傳統(tǒng)BIM 模型建模復(fù)雜、加載慢的問題，通過BIM 建模和呈現(xiàn)的輕量化技術(shù)、對(duì)象標(biāo)簽化等方法，使系統(tǒng)可以在主流瀏覽器快速加載。通過數(shù)據(jù)采集總線和處理總線進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，解決了多源數(shù)據(jù)匯集和處理問題。通過適用于主流瀏覽器的工程項(xiàng)目畫布圖，對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管控，使數(shù)據(jù)更加客觀透明和有效。該平臺(tái)在上海自貿(mào)區(qū)實(shí)施和應(yīng)用，工程進(jìn)度、計(jì)劃、安全等管控水平大幅提升，工程造價(jià)每年節(jié)省幾千萬(wàn)元。

后續(xù)，可在系統(tǒng)功能深度和廣度上擴(kuò)展，推進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)積累和應(yīng)用，不斷提升工程全過程管理信息化、數(shù)字化、智能化水平。①與更多供應(yīng)商的信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)更多業(yè)務(wù)系統(tǒng)級(jí)交互。②與工程項(xiàng)目成果運(yùn)行維護(hù)階段的信息系統(tǒng)（如房產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、園區(qū)管理、項(xiàng)目運(yùn)維等系統(tǒng)）互聯(lián)互通，建立建設(shè)、管理、應(yīng)用一體的管理系統(tǒng)，持續(xù)推進(jìn)BIM 可視化應(yīng)用，通過機(jī)制/體制創(chuàng)新，使各類數(shù)據(jù)得以持續(xù)更新，更大程度上發(fā)揮模型價(jià)值。③建立健全工程建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化體系，實(shí)現(xiàn)建設(shè)單位、承建單位、監(jiān)理單位等管理程序體系的一體化，形成良好的工程建設(shè)項(xiàng)目管理生態(tài)體系。