基于BIM的武汉杨泗港长江大桥总控管理平台研究.pdf

基于 BIM 的武汉杨泗港长江大桥总控管理平台研究 鲁有月;何志明;覃文波;覃亚伟【摘 要】本文首先阐述了特大型桥梁工程管理上的难点,以及项目总控管理在交通工程领域的应用现状.通过分析项目总控模式在信息收集、处理、分析上存在的缺陷,以及 BIM 技术应用于项目总控模式的优势,提出了基于 BIM 的项目总控管理模式,并构建了基于 BIM 的项目总控管理平台,设计了平台的总体架构和八大功能模块,实现对基于 BIM 的项目总控管理模式的应用.最后,将基于 BIM 的项目总控管理平台应用于武汉杨泗港长江大桥项目中取得了良好的效果,为 BIM 技术结合项目总控模式应用于特大型桥梁工程管理提供了有益借鉴.【期刊名称】土木建筑工程信息技术【年(卷),期】2017(009)006【总页数】6 页(P16-21)【关键词】项目总控;BIM;特大型桥梁;管理模式;管理平台【作 者】鲁有月;何志明;覃文波;覃亚伟【作者单位】武汉天兴洲道桥投资开发有限公司,武汉 430074;武汉天兴洲道桥投资开发有限公司,武汉 430074;华中科技大学 土木工程与力学学院,武汉 430074;华中科技大学 土木工程与力学学院,武汉 430074【正文语种】中 文【中图分类】TU17 1 引言 近年来，社会经济建设的高速发展极大促进了桥梁工程等基础设施的建设，我国先后建成了众多的特大型桥梁工程。据统计，长江宜宾以下已建在建的长江大桥已达135 座。特大型桥梁工程具有投资规模大、建设周期长、参与方众多、施工运行管理难度大、建设目标要求高等特点1，项目的进度、投资、质量三大控制目标难以实现，而问题的根源不仅仅在技术层面上，更主要的还是在组织管理水平上，国内外大量的工程建设实践证明业主的集成和控制能力是项目建设成败的关键2。因此，特大型桥梁工程等大型建设项目的实施对项目管理的理论和实践发展提出了更高的要求。项目总控模式是德国GIB 工程事务所 Peter Greiner 博士于上世纪 90 年代中期提出的，以现代信息技术为手段，对大型建设工程信息进行收集、加工和传输，用经过处理的信息流指导和控制项目建设的物质流，支持项目最高决策者进行规划、协调和控制的管理模式3。经过国内外学者近些年的理论研究与实践探索，项目总控模式已被证明具有增强业主决策的科学性和及时性，提高管理整体水平的价值4，但该模式应用在特大型桥梁工程的管理应用中仍存在一些瓶颈。项目总控的任务是对信息的收集、处理、分析，并形成项目目标信息的报告，但信息来自于工程参与各方，为不同的参与主体所拥有，井分散存储在不同的位置，导致常常会出现“信息孤岛”现象5。特大型桥梁工程的分工的高度专业化，工程各阶段之间信息的流动损失，不兼容，导致了信息传递速度慢，信息失效、失真等现象，继而影响了业主依据所收集到的信息做出正确决策，使项目目标无法实现。图 1 基于 BIM 的项目总控输出信息的系统过程 BIM 技术的出现为项目总控模式提供了一种高效的信息管理工具。根据美国 BIM国家标准的定义：BIM 是一个共享的知识资源，是一个分享有关项目信息，为该项目从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程6。BIM 技术的应用程序框架可以从 3D 扩展到 nD，对项目目标进行全方面的管控7。将 BIM技术应用于项目总控模式，能够利用其协调性、模拟性、可视化等特点，为项目参与各方、各阶段的信息提供一个汇集平台，降低信息获取的壁垒和信息传递速度，为业主方决策者应对工程情况节约时间，加深对信息的理解，充分提高项目生产效率，节约成本和缩短工期。2 基于 BIM 的项目总控模式 2.1 基于 BIM 的项目总控系统过程 在基于 BIM 的项目总控模式下，根据信息的流动、状态及映射关系，可以将项目总控的信息输出分成四个平面(如图 1 所示)。与传统的项目总控系统过程中的目标平面、信息平面、报告平面、用户平面这四个平面8 不同的是，基于 BIM 的项目总控模式系统过程以 BIM 平面取代报告平面，并且以 BIM 平面为输出信息系统过程的核心。目标平面首先根据进度、投资、质量、安全等不同的方面分解项目目标，在项目实施的阶段等方式进一步分解细化项目目标，再继续按照不同的工程的不同部位、不同的参与者综合分解，直到分解到一个可控的具体任务。信息平面根据控制目标分解的各方面信息需求，将项目参与各方、各阶段的控制信息按照统一规则编码，使不同单位之间的项目分解体系、不同阶段的分解体系达到信息意义的统一。信息可视化平面根据项目目标分解，构建相应的 BIM 模型和总控平台应用于各个方面的目标控制，建立统一标准的 BIM 数据命名规则和分类存储方式，并与信息平面以统一规则编码的信息挂钩。相较于传统的报告平面，BIM 平面能够基于所建立的规则，自动对信息进行分析，并将数据可视化。KanBIM 是由 Rafael Sacks 等人提出的基于 BIM 的数字化看板，旨在支持工作流程控制，可视化显示计划任务的进展情况和正在进行的工作状态9。KanBIM 利用直观的图表、数据、模型使原本繁琐的各种总控报告信息更加直观、简明地展现。KanBIM 平面能够改变传统的报告传递信息存在的信息不实时，信息搜寻慢等问题，根据用户的需求生成实时、动态、三维可视化的“报告”展现给用户，提升用户对信息的理解力。2.2 基于 BIM 的项目总控组织设计 项目总控的组织设计中，常见的模式有由一名总控项目经理领导下，设有项目总控工作组、项目总控技术顾问管理组、和项目总控信息处理中心三个部门的模式10。在基于 BIM 的项目总控组织设计中(如图 2 所示)，主要的特点在于项目总控信息处理中心需要设置 BIM 工程师岗位，应用 BIM 技术对信息进行处理。图 2 基于 BIM 的项目总控组织架构 3 基于 BIM 的项目总控管理平台 3.1 平台架构设计 为了实施基于 BIM 的项目总控管理模式，需求搭建一个基于 BIM 技术的项目总控管理平台，对项目建设过程中参与方产生的信息和知识应用 BIM 技术进行集中管理，为业主方决策者提供一个信息高效获取、分析和决策的总控管理环境。平台采用 B/S 架构，以 BIM 模型为基础，具有安全性高，客户端载荷小，成本低，维护便捷等优势。在搭建平台前，为了使模型能在 B/S 架构的总控管理平台中使用，需要定制一套模型轻量化处理方案，对各专业模型进行轻量化处理，对冗余数据进行删除，留下总控管理平台需要使用的信息，既不影响信息的获取与查询，又能在更多的日常设备上进行使用。平台架构设计(如图 3 所示)可分为应用层、服务层、数据层和采集层。图 3 基于 BIM 的项目总控平台架构 图 4 基于 BIM 的项目总控平台功能架构(1)采集层采用摄像头、传感器等自动化采集工具，手机等半自动化采集工具，以及人工采集的方式全面收集项目信息;(2)数据层包括 BIM 数据库、关系数据库和文件库，BIM 数据库和文件库通过关系数据库和各自的编码体系关联;(3)服务层处理应用层和数据层的关联，包含了平台所需要的处理业务逻辑的方法，执行与数据的操作;(4)应用层完成数据的融合分析，本平台中应用层基于项目管理目标分为 8 个模块。3.2 功能架构设计 基于 BIM 的总控管理划分为项目管理、进度管理、投资管理、质量管理、安全管理、文明施工管理、工程变更管理、档案管理等 8 大功能模块(如图 4 所示)。(1)项目管理：建立工程项目库基本信息，实现对工程项目类别的分类管理，以项目信息为主线，实时、动态反映项目各阶段的执行情况，采用项目列表形式，以及通过 GIS 结合 BIM 对所列项目信息进行相关链接。(2)进度管理：通过将每日的工程进度信息录入并自动关联到 BIM 模型构件中，并以不同颜色显示模型中每个具体构件的进度情况，实现业主对工程进度的精益、可视化管理。(3)质量管理：BIM 模型的质量管理主要是将施工的质量管理的计划与验收信息同步到 BIM 模型中，并以不同颜色与质量文字信息或百分比显示模型中几个不同专业的进度情况。(4)投资管理：通过将每周的工程投资信息录入并自动关联到 BIM 模型构件中，并以不同颜色与文字信息或百分比显示模型中每个具体构件的投资节超情况。(5)安全管理：在施工方案确定的之后，把与之相关的安全信息嵌入到模型之中，同时，将布置在施工现场的摄像头接口与 BIM 模型关联，使得在施工到重点、难点的部位的时候，安全信息就在模型之中显示出来，提醒管理人员根据现场监控视频和安全信息提示重点注意关键部位的施工工序和安全控制要点。(6)文明施工管理：制定文明施工管理实施细则并将文明施工标准相关信息嵌入BIM 模型中，在基于 BIM 的项目管理平台中实现对文明施工的动态管理与监督，从而切实改善施工环境、施工秩序。(7)工程变更管理：运用 BIM 模型，当出现工程变更后，实时更新工程动态模型。(8)档案管理：在施工过程中，对于收录的各种文件进行汇总，录入到总控管理平台中，实现业主方对于各种文件信息的了解和掌握，使工作标准化、规范化。图 5 总控管理平台界面及总控仪表盘 4 平台应用案例 4.1 工程概况 武汉杨泗港长江大桥是目前世界上跨度最大的双层悬索桥、长江上首座双层公路大桥，位于已建成武汉白沙洲长江大桥下游约 3km、武汉长江大桥上游约 5.3km 处，总长度 4 317.8m，连接武汉三镇中的汉阳区和武昌区。工程主桥采用 1 700m 主跨一跨跨越长江的单跨悬索桥方案，汉阳侧引桥长度 1 156.4m，包含 2 座大跨度连续梁，4 条下桥匝道和 2 条上下层转换匝道；武昌侧引桥长度 1461.4m，双层布置，包含 2 座大跨度连续梁 2 座大型上下桥及上下层转换互通匝道。工程总投资约 80.34 亿元，工期约 54 个月，受征地拆迁影响，工程整体进度滞后。为了使工程建设管理目标按计划实现，业主方联合华中科技大学工程管理研究所应用项目总控模式结合 BIM 技术开发了武汉杨泗港长江大桥总控管理平台。4.2 平台总控中心 进入武汉杨泗港长江大桥总控管理平台后，首先显示的是平台总控中心界面(如图5 所示)。平台总控中心以仪表盘的形式，结合红、黄、绿三种颜色代表不同的状态，直观地向业主展现项目各方面目标控制状况。由于在特大型交通工程中，进度控制是业主最为关注的方面，以进度控制为例，在进度总控仪表盘中，红色代表进度滞后，工程进度与计划工期节点偏差已超过 10%，应立即采取措施纠偏；黄色代表进度正常，工程进度与计划工期节点偏差在 5%以内，处于受控状态，需要密切关注项目进度；绿色代表进度超前，可能需要对质量安全状态予以更多关注。4.3 总控管理 以进度总控管理为例，武汉杨泗港长江大桥 BIM 总控平台进度总控界面是一个基于 KanBIM 技术的进度 BIM 看板，看板中心(如图 6 所示)是杨泗港长江大桥进度BIM 模型，可以通过鼠标操作，从各种角度和视距查看模型；BIM 模型左侧是杨泗港长江大桥的 WBS 分解结构，通过点击各个构件，可以查看到该构件的施工进度情况，可在 BIM 模型中对构件的施工进度进行模拟(如图 7 所示)；BIM 模型下方显示的是进度横道图，WBS 分解与进度横道图相关联(如图 8 所示)，根据杨泗港长江大桥项目的实际工作进展，将进度信息录入总控管理平台，平台基于进度BIM 模型，将构件的当前施工进度情况与横道图中的计划进度比较，将对比结果以不同的颜色标记在构件 BIM 模型上：灰色代表未施工、红色代表滞后、黄色代表正常、蓝色代表超前、绿色代表完成。(1)进度总控管理 在进度总控管理中，业主方决策者可以使用的功能包括：通过杨泗港长江大桥进度 BIM 模型查看每日进度信息、工程总体进度情况及历史记录；查看桥梁某一具体构件、设备从施工开始到完成的进度记录情况(图 6)。图 6 进度总控界面(2)投资总控管理 在投资总控管理中，业主方决策者可以使用的功能包括：通过杨泗港长江大桥投资 BIM 模型查看本周投资信息、工程整体投资情况及历史记录；进行三算对比，最后结合进度情况，可形成 S 曲线，并可分别导出月、季度、年度投资分析报表(图 7)。图 7 进度模拟(3)质量总控管理 在质量总控管理中，业主方决策者可以使用的功能包括：通过杨泗港长江大桥质量BIM 模型查看本周质量验收信息、工程质量检查相关人员信息及历史记录(图 8)。图 8 构件进度横道图(4)安全总控管理 在安全总控管理中，业主方决策者可以使用的功能包括：通过杨泗港长江大桥安全 BIM 模型查看施工专项方案、安全检查记录及安全要求标准文件等；总控管理平台对接施工现场视频监控接口，接口与安全 BIM 模型关联，可以在平台中实时检查施工现场的安全情况(图 9)。图 9 安全总控平台监控界面 5 结语 本文通过对基于 BIM 的项目总控模式信息处理流程的分析，结合武汉杨泗港长江大桥项目背景，提出基于 BIM 的项目总控模式，并建立适用于这种模式的总控管理平台，设计了总控管理平台的平台架构、功能架构。将基于 BIM 的总控管理平台应用于武汉杨泗港长江大桥项目的应用，解决了传统的项目总控模式存在信息采集不全面，信息传递不迅速，信息展现不直观等问题，为 BIM 技术与项目总控模式的融合应用于特大型桥梁工程提供了有益的借鉴。参考文献 【相关文献】1 刘梦洁，陆彦.基于 PIP 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