基于BIM的公路建設(shè)信息一體化管理云平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙永通 周冉 徐蛟

摘? 要：隨著高速公路工程項(xiàng)目施工環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜以及項(xiàng)目體量的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的施工計(jì)劃管理方法將不再滿(mǎn)足高級(jí)項(xiàng)目管理的要求。如何有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，有效交換信息和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的管理，是當(dāng)前高速公路工程項(xiàng)目管理亟須解決的主要問(wèn)題之一。文章通過(guò)對(duì)高速公路工程管理方面的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，將BIM技術(shù)與傳統(tǒng)高速公路項(xiàng)目管理理念相結(jié)合，設(shè)計(jì)并搭建了基于BIM的公路建設(shè)信息一體化管理云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高速公路工程項(xiàng)目的數(shù)字化管理，可廣泛應(yīng)用于公路工程項(xiàng)目三維模型展示、溝通、協(xié)調(diào)和匯報(bào)，從而達(dá)到節(jié)約時(shí)間和成本，提升項(xiàng)目管理效率的目的。

關(guān)鍵詞：BIM；GIS；云計(jì)算；公路建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）08-0040-05

Abstract： As the construction environment of expressway project becomes more and more complex and the volume of project grows， the traditional construction plan management method will no longer meet the requirements of advanced project management. How to effectively achieve design objectives， reduce project risks， effectively exchange information and achieve accurate management is one of the main problems that need to be solved in current expressway project management. Through? the analysis of the current situation of the expressway project management， this paper combines BIM technology with traditional expressway project management concept， designs and sets up expressway construction information integration management cloud platform based on BIM. It realizes digital management of expressway project， and it can be widely used in expressway engineering project 3d model display， communication， coordination and reporting， so as to save time and cost and improve the efficiency of project management.

Keywords： BIM; GIS; cloud computing; expressway construction

0? 引? 言

當(dāng)前我國(guó)的高速路網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展階段，取得了卓越的成績(jī)。高速公路建設(shè)的快速發(fā)展對(duì)建設(shè)和施工單位的管理水平提出了更高的要求，傳統(tǒng)的技術(shù)手段和管理模式已難以應(yīng)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)，如設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)收集和整理工作量大、建設(shè)階段管理難度高、運(yùn)維階段信息溝通不暢等。在信息化發(fā)展的大趨勢(shì)下，對(duì)高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)與管理進(jìn)行信息化改革，引入全新的項(xiàng)目管理模式和技術(shù)手段，創(chuàng)建適合我國(guó)國(guó)情的高速公路建設(shè)管理系統(tǒng)，解決高速公路項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的問(wèn)題，已成為我國(guó)高速公路建設(shè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文提出通過(guò)將BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與公路建設(shè)管理融合，搭建基于BIM的公路建設(shè)信息一體化管理云平臺(tái)，以更好地進(jìn)行公路建設(shè)一體化管理，深化實(shí)現(xiàn)建設(shè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、清洗、脫敏、分析、保存，在提高工程管理效率和保證工程建設(shè)的質(zhì)量的同時(shí)，最終能為后續(xù)公路運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)管理奠定基礎(chǔ)，下面將對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開(kāi)探討。

1? 應(yīng)用背景概述

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮下，傳統(tǒng)技術(shù)和模式已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化高速公路項(xiàng)目在管理上的需要，亟須利用新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)公路項(xiàng)目管理相結(jié)合，進(jìn)一步提高公路項(xiàng)目管理水平。目前各行各業(yè)都在實(shí)行信息化產(chǎn)業(yè)改革，高速公路施工領(lǐng)域也迫切需要登上這班信息化改革的快車(chē)來(lái)加強(qiáng)和提升對(duì)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段的管理水平，從而有效減少資源浪費(fèi)、壓縮項(xiàng)目施工成本、加快項(xiàng)目施工進(jìn)度、強(qiáng)化工程質(zhì)量管控、提升客戶(hù)滿(mǎn)意度，同時(shí)也有力加強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。在交通工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)關(guān)于BIM技術(shù)的探索、研究和實(shí)踐應(yīng)用處于起步階段，隨著近年來(lái)市場(chǎng)的迫切需要、相關(guān)政策不斷完善，企業(yè)有力推動(dòng)，BIM日漸成為建筑行業(yè)信息化改革的關(guān)鍵技術(shù)。

2? BIM應(yīng)用模型構(gòu)建

本文參考LOD分級(jí)原則，結(jié)合《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》《制造工業(yè)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》等BIM標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)公路建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)，提出公路BIM模型等級(jí)劃分構(gòu)想，如圖1所示。以設(shè)計(jì)階段的BIM模型為基礎(chǔ)，基于BIM技術(shù)實(shí)施工程項(xiàng)目管理，最終提交數(shù)字化竣工模型，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段提供數(shù)據(jù)支持。

設(shè)計(jì)階段以滿(mǎn)足大范圍公路建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)用為前提，創(chuàng)建全線BIM模型，明確各細(xì)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的模型細(xì)度和信息粒度；建設(shè)階段在BIM模型作為項(xiàng)目管理信息載體的基礎(chǔ)上，充分挖掘BIM模型的數(shù)字化、信息化特征，將設(shè)計(jì)信息、工程管理過(guò)程信息與BIM模型深度對(duì)接，將BIM模型作為工程信息載體，服從項(xiàng)目信息化建設(shè)“一數(shù)一源”的要求，實(shí)現(xiàn)基于BIM的進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管理目標(biāo)；運(yùn)營(yíng)階段加強(qiáng)對(duì)建設(shè)過(guò)程中工程信息模型的維護(hù)，以工程BIM模型為管理依托，將所有竣工資料與具體工程對(duì)象模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)竣工資料數(shù)字化交付，并通過(guò)接口開(kāi)發(fā)在數(shù)據(jù)層面無(wú)縫對(duì)接其他公路管理信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)數(shù)據(jù)到營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)的平滑過(guò)渡，為高速公路數(shù)字化管理提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)全生命周期BIM模型應(yīng)用。

3? 平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1? 總體架構(gòu)

基于BIM的公路建設(shè)信息一體化管理云平臺(tái)在總體架構(gòu)上，充分考慮高速公路建設(shè)項(xiàng)目管理需求，通過(guò)建立符合公路建設(shè)項(xiàng)目管理特點(diǎn)的BIM應(yīng)用框架，將工程管理中的進(jìn)度、質(zhì)量、安全等多種要素相結(jié)合，進(jìn)行各種應(yīng)用開(kāi)發(fā)，統(tǒng)一底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換方式，平臺(tái)總體架構(gòu)主要包括呈現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層以及硬件層，如圖2所示。通過(guò)對(duì)公路建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量、征地拆遷等方面進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)可視化的控制現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的各個(gè)環(huán)節(jié)，節(jié)省管理成本，提高各方工作效率，與此同時(shí)通過(guò)平臺(tái)在公路建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用，還可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)管理模式的不足，加強(qiáng)建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量安全管理，減少項(xiàng)目參與方在工程項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中因管理疏漏而導(dǎo)致的各類(lèi)施工風(fēng)險(xiǎn)，降低經(jīng)濟(jì)損失，提升公路建設(shè)管理水平。

1）呈現(xiàn)層。作為與用戶(hù)交互層，通過(guò)不同的數(shù)據(jù)模型為客戶(hù)展示業(yè)務(wù)的顯示狀態(tài)，呈現(xiàn)層有“移動(dòng)端+Web端”兩種表現(xiàn)形態(tài)；

2）業(yè)務(wù)層。各個(gè)業(yè)務(wù)功能從數(shù)據(jù)管理中心提取對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并以業(yè)務(wù)功能的規(guī)則、要求及約束形成管理數(shù)據(jù)；

3）數(shù)據(jù)層。對(duì)接多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)引流、集成；對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、分析、歸納；基于BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)管理將建立單一數(shù)據(jù)源，保障數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性和一致性；

4）硬件層。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，提供可靠的服務(wù)，在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展性、可管理性等，使整個(gè)系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證服務(wù)器數(shù)據(jù)安全。

3.2? 數(shù)據(jù)資源管理

平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特性為“一數(shù)一源”，項(xiàng)目建設(shè)中所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)模塊的輸入輸出數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同一個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)只有一個(gè)來(lái)源，即平臺(tái)存放的數(shù)據(jù)是業(yè)務(wù)模塊相關(guān)數(shù)據(jù)的最初來(lái)源，業(yè)務(wù)模塊始終從最初來(lái)源（金蝶EAS、品質(zhì)工程、拌合站系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)）中獲取源數(shù)據(jù)，而不是通過(guò)手工輸入或者其他的導(dǎo)入方式維護(hù)同樣的數(shù)據(jù)；平臺(tái)以BIM模型作為工程項(xiàng)目信息的集中管理“容器”，集工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本、計(jì)量等管理模塊為一體，各模塊有機(jī)結(jié)合，動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)提醒，最終形成一個(gè)平臺(tái)、一個(gè)門(mén)戶(hù)的統(tǒng)一信息化管理系統(tǒng)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)“一數(shù)一源”的管理理念，例如從金蝶系統(tǒng)獲取工程結(jié)構(gòu)劃分（WBS）、工程量清單、產(chǎn)值數(shù)據(jù)、責(zé)任成本、實(shí)際成本（勞務(wù)、設(shè)備、材料數(shù)據(jù)），通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化管理流程、減少人員干擾、節(jié)省管理成本的目的。

3.3? 模型與信息更新

依據(jù)施工圖設(shè)計(jì)文件建立的公路工程BIM模型，只是工程建設(shè)管理的開(kāi)始形態(tài)。隨著工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程的不斷開(kāi)展，不可避免地會(huì)出現(xiàn)環(huán)境條件改變、工程設(shè)計(jì)變更、管理數(shù)據(jù)添加等。配合工程項(xiàng)目的建設(shè)，需要不斷更新與維護(hù)全線工程模型與配套信息，確保平臺(tái)中的BIM模型能得到及時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)以BIM模型為核心的工程信息查詢(xún)?nèi)肟?，方便各參與方對(duì)有效工程信息查詢(xún)使用，消除由信息不一致造成的不必要返工，工程模型與信息更新流程如圖3所示。

4? 平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

4.1? 模型總覽

模型總覽功能主要是實(shí)現(xiàn)全線BIM模型的展示、漫游、BIM模型/GIS模型顯隱、測(cè)量、里程標(biāo)注等功能，如圖4所示。

4.2? 質(zhì)量管理

質(zhì)量管理功能主要針對(duì)從開(kāi)工到驗(yàn)收全面質(zhì)量管控的問(wèn)題，主要為質(zhì)量驗(yàn)收、質(zhì)量問(wèn)題采集與處理、質(zhì)量問(wèn)題分析等，如圖5所示。

4.3? 進(jìn)度管理

進(jìn)度管理功能主要對(duì)項(xiàng)目的多級(jí)施工計(jì)劃進(jìn)行層次樹(shù)狀結(jié)構(gòu)化的有序管理，將計(jì)劃任務(wù)與模型構(gòu)件自動(dòng)關(guān)聯(lián)，生成具有計(jì)劃施工時(shí)間屬性的計(jì)劃進(jìn)度模型，通過(guò)顏色表示不同的進(jìn)度情況，以可視化形式展示計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比與偏差；動(dòng)態(tài)化、可視化的施工進(jìn)度查看；通過(guò)里程碑時(shí)間點(diǎn)或任一時(shí)間節(jié)點(diǎn)，查看某分項(xiàng)工程的進(jìn)度情況，如圖6所示。

4.4? 安全管理

安全管理功能是通過(guò)日常安全巡查，對(duì)施工過(guò)程某一部位存在的安全問(wèn)題進(jìn)行記錄，系統(tǒng)對(duì)該部位進(jìn)行安全預(yù)警，相關(guān)管理人員在一定時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行整改或消除，當(dāng)安全問(wèn)題被整改或消除系統(tǒng)取消預(yù)警，保留問(wèn)題及相關(guān)處理過(guò)程，如圖7所示。

4.5? 云視頻管理

云視頻管理功能是對(duì)實(shí)驗(yàn)室、拌合站以及施工現(xiàn)場(chǎng)等重點(diǎn)地方進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)遠(yuǎn)程查看，對(duì)實(shí)驗(yàn)室、拌合站和施工現(xiàn)場(chǎng)等地方的安全及違規(guī)行為起到一定的監(jiān)管、威懾作用，如圖8所示。

4.6? 圖紙管理

圖紙管理功能可提供建設(shè)項(xiàng)目、施工設(shè)計(jì)及變更圖紙的收集、管理、查詢(xún)等服務(wù)，圖紙的存儲(chǔ)方式按照設(shè)計(jì)院提供的冊(cè)、分冊(cè)的模式進(jìn)行存儲(chǔ)。展現(xiàn)模式按圖冊(cè)分類(lèi)和按分部分項(xiàng)模式。圖紙跟模型關(guān)聯(lián)，可通過(guò)選擇模型查找相關(guān)圖紙查看，如圖9所示。

4.7? 征拆協(xié)調(diào)

征拆協(xié)調(diào)功能通過(guò)將實(shí)物指標(biāo)調(diào)查結(jié)果錄入系統(tǒng)，并將系統(tǒng)中的拆遷對(duì)象模型或征收土地矢量數(shù)據(jù)與實(shí)物指標(biāo)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，針對(duì)行政區(qū)劃的查詢(xún)，能夠得到該行政區(qū)劃內(nèi)的征拆房屋面積、征拆土地面積、青苗數(shù)量等信息。紅線部位由設(shè)計(jì)單位提供，征地拆遷地塊由測(cè)量單位通過(guò)GPS定位測(cè)出，如圖10所示。

4.8? 二維碼管理

二維碼管理功能通過(guò)為工程構(gòu)件生成二維碼，將二維碼粘貼在施工構(gòu)件上，相關(guān)人員可用手機(jī)掃描二維碼，掃碼后構(gòu)件內(nèi)容、工序、其他相關(guān)信息和資料等一一呈現(xiàn)，供相關(guān)人員對(duì)該分項(xiàng)工程的施工過(guò)程了解，如圖11所示。

5? ?結(jié)? 論

近年來(lái)我國(guó)公路發(fā)展，公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的科學(xué)化管理的需求就愈發(fā)增多，本文提出的基于BIM的公路建設(shè)信息一體化管理云平臺(tái)正是迎合公路管理需求應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)品，通過(guò)將BIM模型、大數(shù)據(jù)技術(shù)與公路建設(shè)管理深度融合，實(shí)現(xiàn)“一數(shù)一源”的管理理念，形成一套完整的基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目管理流程，有利于BIM技術(shù)在公路行業(yè)乃至整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，全面提升我國(guó)公路建設(shè)工程管理信息化水平。

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作者簡(jiǎn)介：趙永通（1993.04—），男，漢族，甘肅白銀人，工程師，本科，研究方向：工程項(xiàng)目管理、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息系統(tǒng)集成。