基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的全過程工程咨詢項(xiàng)目管理平臺(tái)

潘多忠1 程 嘉2 余 淵

(1.深圳首嘉工程顧問有限公司，深圳 518054； 2.上海笛佼信息科技有限公司，上海 200433; 3.深圳市南山區(qū)政府投資項(xiàng)目前期工作管理中心，深圳 518054)

引言

全過程工程咨詢是指承接建設(shè)方的項(xiàng)目整體委托，對(duì)項(xiàng)目從可研、規(guī)劃設(shè)計(jì)、采購、施工到最終交付的各個(gè)階段進(jìn)行把關(guān)，確保項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量和成本得到有效管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目投資回報(bào)的最大化的模式。相比傳統(tǒng)的建設(shè)模式，全過程工程咨詢具有專業(yè)性強(qiáng)、責(zé)任明確、項(xiàng)目跟蹤有效控制、協(xié)調(diào)方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在越來越多的大型項(xiàng)目上廣泛采用，也是現(xiàn)階段國家力推的工程項(xiàng)目建設(shè)模式之一[1]。

作為全過程咨詢單位，不僅需要跟蹤施工進(jìn)度并對(duì)工程的各類問題進(jìn)行處理，同時(shí)其服務(wù)還包括了可行性研究階段，在設(shè)計(jì)施工階段進(jìn)行整體協(xié)調(diào)，并一直支持項(xiàng)目交付甚至運(yùn)維。全過程咨詢單位與施工單位如總包的工作差異，還體現(xiàn)在管理的信息類型不同和管理方式不同。相比總包和其它施工單位，全過程咨詢單位更多的是需要對(duì)工程進(jìn)度、費(fèi)用等主要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行把控，并組織協(xié)調(diào)多方合作解決問題，收集包括監(jiān)理工程文檔、各類資料以確保項(xiàng)目整體有序高效開展。

近年來，隨著施工技術(shù)的發(fā)展，施工管理信息化系統(tǒng)已經(jīng)逐步得到了應(yīng)用[2-5]。特別是一些管理單位在信息化系統(tǒng)中融入BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可視化和現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)能力的提升。另一方面，市場(chǎng)上的產(chǎn)品對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用局限在土建算量，進(jìn)度跟蹤等幾個(gè)方面。由于系統(tǒng)框架的限制，當(dāng)前信息化系統(tǒng)沒有從整體上去進(jìn)行全過程工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集和管理，這導(dǎo)致了信息和數(shù)據(jù)的分散和隔離，也限制了管理的深度和靈活性。對(duì)于全過程咨詢單位，相比工程人員、物料庫存等，更重要的是提升對(duì)工程項(xiàng)目的把控能力，實(shí)現(xiàn)如進(jìn)度實(shí)時(shí)調(diào)整，基于BIM模型的統(tǒng)計(jì)和分析，提高效率等，這些均需要對(duì)信息化系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)的架構(gòu)重建和開發(fā)。

本文提出新一代的全過程工程咨詢平臺(tái)，以數(shù)據(jù)信息采集為手段，利用最新的信息化技術(shù)，將BIM模型、GIS、電子文檔、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)以上管理目標(biāo)。平臺(tái)利用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和分布式存儲(chǔ)的大數(shù)據(jù)技術(shù)，將多個(gè)項(xiàng)目的BIM模型整合在一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)上，形成一個(gè)圖紙和模型的整體系統(tǒng)，并結(jié)合3D GIS技術(shù)形成大規(guī)模多項(xiàng)目展示能力。通過組織過的BIM數(shù)據(jù)庫索引，去連接現(xiàn)場(chǎng)圖片、三維掃描數(shù)據(jù)、文檔信息等，實(shí)現(xiàn)綜合管理和自動(dòng)化分析的功能。針對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)和國際工業(yè)基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)BIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的深入利用，為工程項(xiàng)目實(shí)時(shí)的調(diào)優(yōu)和問題解決提供依據(jù)，以支持工程建設(shè)項(xiàng)目管理向智能化轉(zhuǎn)型。

本文第二部分說明了全過程工程咨詢平臺(tái)的主要模塊和其功能； 第三部分說明了核心的圖紙和BIM模型管理協(xié)同功能模塊； 第四部分說明了平臺(tái)對(duì)多種來源數(shù)據(jù)的集成，以及基于云管理框架下，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量、安全、費(fèi)用等的管理； 第五部分對(duì)平臺(tái)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行了說明，并通過評(píng)測(cè)證明了平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理能力優(yōu)勢(shì)； 第六部分對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。

1 全過程工程咨詢平臺(tái)的架構(gòu)

全過程工程咨詢平臺(tái)的功能模塊主要包括微服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)、BIM+GIS大數(shù)據(jù)倉庫、一體化項(xiàng)目管理、內(nèi)容管理等。以下分別說明其內(nèi)容，重點(diǎn)與現(xiàn)有的施工管理系統(tǒng)進(jìn)行比較，突出其技術(shù)方案特點(diǎn)和主要優(yōu)勢(shì)。

1.1 微服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)

圖2 基于BIM數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用

全過程工程咨詢的工作覆蓋了從可研、設(shè)計(jì)、施工、竣工交付的各個(gè)階段。傳統(tǒng)的方法是采用一臺(tái)或幾臺(tái)服務(wù)器，運(yùn)行相應(yīng)的軟件。對(duì)于大量項(xiàng)目涉及到的多家參與單位，數(shù)據(jù)量不斷增加，給服務(wù)器管理和資源管理帶來了不便?；谀壳暗脑朴?jì)算模式，我們實(shí)現(xiàn)了可承載海量數(shù)據(jù)的軟件平臺(tái)，結(jié)合底層的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，可以靈活、有效地配置不同階段的工具和系統(tǒng)服務(wù)。如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)功能被分解為BIM+GIS數(shù)據(jù)平臺(tái)、項(xiàng)目管理、內(nèi)容服務(wù)三大模塊，其中每一模塊內(nèi)部又由多個(gè)功能子模塊組成。通過微服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化端口訪問將這些功能連接在一起，不同項(xiàng)目、不同階段的用戶可以靈活采用。相比一般的云計(jì)算虛擬機(jī)，以微服務(wù)模式啟動(dòng)的功能以秒級(jí)計(jì)算，同時(shí)為高可用、可擴(kuò)展性提供了良好的支持[6-7]。

圖1 全過程工程咨詢功能模塊

1.2 BIM+3D GIS模型數(shù)據(jù)倉庫

BIM模型在工程項(xiàng)目管理中起到關(guān)鍵的作用，是工程數(shù)據(jù)的核心。傳統(tǒng)的BIM模型應(yīng)用主要土建算量、可視化、質(zhì)量安全定位等，數(shù)據(jù)層面的管理能力較弱。全過程工程咨詢平臺(tái)采用國家BIM標(biāo)準(zhǔn)、參考國際上通行的IFC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件數(shù)據(jù)的解析[8]，從而將工程BIM構(gòu)件的各類信息，尺寸、材料、性能、安裝位置等信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)和整合，實(shí)現(xiàn)模型的查詢、抽取、分析和利用。由于BIM模型信息已經(jīng)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，平臺(tái)更可以針對(duì)多個(gè)模型，以及多個(gè)項(xiàng)目中的大量模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成真正的工程項(xiàng)目綜合管理能力。

當(dāng)前，對(duì)于大型工程項(xiàng)目，BIM建模是一項(xiàng)復(fù)雜的過程。如何實(shí)現(xiàn)從圖紙到BIM模型的管理是一大難點(diǎn)，為了對(duì)項(xiàng)目全過程的建模進(jìn)行協(xié)同管理，平臺(tái)對(duì)模型采取了分專業(yè)和索引化的辦法，確保圖紙和復(fù)雜的BIM模型的提交、審核、交付。

傳統(tǒng)的BIM施工管理平臺(tái)往往基于單個(gè)項(xiàng)目，主要是關(guān)聯(lián)該項(xiàng)目中使用的模型。不同項(xiàng)目中的BIM模型往往分開存儲(chǔ)。全過程咨詢平臺(tái)通過元數(shù)據(jù)管理，形成了整合大量模型的數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，平臺(tái)結(jié)合了虛擬地球3D GIS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)景預(yù)覽，空間分析、日照分析以支持項(xiàng)目設(shè)計(jì)修改和提升。此外，依賴GIS模型的定位功能，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備、人員的管理提供支持。

1.3 工程項(xiàng)目管理

如前所述，施工項(xiàng)目管理主要關(guān)注的是現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全，人員管理，采購庫存管理等。對(duì)于全過程工程咨詢項(xiàng)目，除了以上這些問題的跟蹤解決，同時(shí)還需要進(jìn)行組織會(huì)議、協(xié)調(diào)進(jìn)度、費(fèi)用調(diào)整、文檔匯總等工作。

表1 傳統(tǒng)平臺(tái)和全過程工程咨詢平臺(tái)的主要差異

傳統(tǒng)平臺(tái)全過程工程咨詢平臺(tái)工作內(nèi)容施工中的人員管理,費(fèi)用管理,進(jìn)度管理,安全質(zhì)量管理等除去監(jiān)督施工管理單位完成相關(guān)工作外,需代表業(yè)主進(jìn)行總體協(xié)調(diào),費(fèi)用控制,整體交付和其它服務(wù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫關(guān)系型數(shù)據(jù)庫+非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)容量每個(gè)項(xiàng)目分別管理,單個(gè)項(xiàng)目TB級(jí)別大量項(xiàng)目同時(shí)管理,PB級(jí)別展示能力單個(gè)項(xiàng)目的BIM展示多個(gè)項(xiàng)目結(jié)合3D GIS文檔管理施工階段的各類文檔資料各類設(shè)計(jì)文檔,施工文檔,監(jiān)理文檔,報(bào)審報(bào)批資料,其它相關(guān)信息等BIM模型一致性比較差,管理不便 兼容多種BIM工具,并按目錄管理分析應(yīng)用主要是針對(duì)施工質(zhì)量、進(jìn)度、采購收集各類信息,對(duì)施工管理提供支撐。分析能力較弱全過程工程咨詢也涉及施工單位的數(shù)據(jù)分析,但更多從管理層面分析,挖掘所需要的信息。提供基于大數(shù)據(jù)的分析能力

基于前述BIM模型的組織，平臺(tái)將相應(yīng)的工程信息與之關(guān)聯(lián)，費(fèi)用與模型掛接。在進(jìn)度管理中，通過和BIM模型結(jié)合，實(shí)現(xiàn)細(xì)化的進(jìn)度控制，并結(jié)合費(fèi)用信息，為全過程咨詢的進(jìn)度費(fèi)用給出預(yù)測(cè)。在費(fèi)用管理中，通過導(dǎo)入預(yù)算清單，并且進(jìn)行簽證審批，這樣在系統(tǒng)上形成明確清晰的費(fèi)用更新列表。除此之外，系統(tǒng)可進(jìn)行各種申請(qǐng)的提交和記錄，如會(huì)議資料、質(zhì)量安全等信息進(jìn)行流程化管理，并集成手機(jī)端，提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)積累和利用。

工程項(xiàng)目管理模塊與BIM模型采用標(biāo)準(zhǔn)化接口的辦法傳遞數(shù)據(jù)，確保兩者之間高效的數(shù)據(jù)交換，這樣做的好處是，在更新工程項(xiàng)目管理功能時(shí)候，BIM模塊部分可以繼續(xù)工作，確保了平臺(tái)的整體穩(wěn)定性。

1.4 內(nèi)容管理服務(wù)

內(nèi)容管理大致可以分為兩部分，首先是文檔管理。傳統(tǒng)系統(tǒng)中通行的辦法是通過文件夾的模式管理，這一方法有幾個(gè)弊端。首先是文件相互之間缺乏關(guān)聯(lián)，即無法很快地根據(jù)專業(yè)、文件版本、日期、所屬項(xiàng)目類型進(jìn)行檢索； 其次，系統(tǒng)不保留文件分發(fā)歷史記錄，無法留痕也就不能追蹤； 最后，文件夾系統(tǒng)的命名比較隨意，最后很難從中提取一套完整的項(xiàng)目手冊(cè)進(jìn)行交付。

全過程工程咨詢平臺(tái)針對(duì)以上問題，采用版本控制技術(shù)，并對(duì)工作文件進(jìn)行文件名規(guī)范。系統(tǒng)并基于標(biāo)簽、文件日期、專業(yè)、負(fù)責(zé)人等維護(hù)一個(gè)文件索引，對(duì)整個(gè)文檔的提交和審核進(jìn)行有效管理和控制，幫助全過程咨詢方查詢歷史文件，進(jìn)行高效的交付。

內(nèi)容管理的另一部分是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)工程數(shù)據(jù)集成功能：通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，將多種工程數(shù)據(jù)，如3D激光掃描數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)照片，文檔信息，圖紙等的進(jìn)行整合。內(nèi)容管理服務(wù)導(dǎo)入這些數(shù)據(jù)，平臺(tái)能夠利用這些信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析，為工程項(xiàng)目的實(shí)施起到支撐和優(yōu)化作用。典型的應(yīng)用如：通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)獲取施工設(shè)備使用時(shí)長和狀況，預(yù)測(cè)工程進(jìn)度； 通過施工現(xiàn)場(chǎng)的三維掃描成型和BIM模型比對(duì)，評(píng)估施工質(zhì)量等。

總之，全過程咨詢平臺(tái)基于云架構(gòu)和微服務(wù)，為用戶提供靈活的、功能強(qiáng)大的項(xiàng)目管理手段。表1是傳統(tǒng)平臺(tái)和全過程工程咨詢平臺(tái)的主要差異點(diǎn)，后續(xù)將對(duì)其中的關(guān)鍵問題加以說明。

2 BIM模型協(xié)同服務(wù)

BIM技術(shù)目前在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，目前，在國內(nèi)智慧工地項(xiàng)目中，一般信息化系統(tǒng)包括一個(gè)或一組施工BIM模型，通過該BIM模型，施工單位可以開展如碰撞檢查、土建算量、質(zhì)量安全問題定位、進(jìn)度展示等工作。這是傳統(tǒng)的BIM應(yīng)用領(lǐng)域，以三維可視化定位和簡(jiǎn)單空間數(shù)據(jù)應(yīng)用為基礎(chǔ)。

我們認(rèn)為，在新一代全過程咨詢平臺(tái)中，BIM是工程信息的最重要部分。對(duì)于全過程咨詢工作，需要從數(shù)據(jù)的視角去對(duì)BIM模型進(jìn)行組織和應(yīng)用，這方面的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的可交換性，即能夠?qū)IM模型提供到分空間、時(shí)間、類型等的信息，并對(duì)構(gòu)件級(jí)信息進(jìn)行綜合查詢和提取。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，平臺(tái)采用了兼容國際標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)基礎(chǔ)類(Industrial Foundation Class)，將BIM模型轉(zhuǎn)換成IFC并形成可管理的數(shù)據(jù)庫[9]。通過IFC格式，BIM信息可以進(jìn)一步應(yīng)用于更為復(fù)雜的場(chǎng)景，因?yàn)榇藭r(shí)的BIM數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為其它形式的信息，不再局限于Revit等建模工具內(nèi)的有限的應(yīng)用。

圖3列出了BIM技術(shù)在全過程項(xiàng)目管理中的拓展應(yīng)用。

圖3 基于BIM模型的項(xiàng)目管理拓展應(yīng)用

在平臺(tái)的流程中，總體的BIM模型由各子模型組成，該模型集群由項(xiàng)目專門人員維護(hù)和更新，確保數(shù)據(jù)的有效性和一致性。隨著工程進(jìn)度的不斷推進(jìn)，模型的精細(xì)度也逐步提高，并形成可支持具體施工應(yīng)用的中間格式，最后通過數(shù)據(jù)提取，獲得可以交付的竣工模型。平臺(tái)從最初的設(shè)計(jì)圖紙開始，到BIM粗模的建立，再到各專業(yè)的BIM精細(xì)化模型，并逐步合并成為整個(gè)的項(xiàng)目模型。在這一過程中，用戶可以自定義BIM專業(yè)、文件夾以區(qū)分不同區(qū)域如樓層的模型，平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)模型的合并，某專業(yè)的某一區(qū)域的模型變更可以自動(dòng)反映到平臺(tái)上，供其它相關(guān)人員使用和檢查。

平臺(tái)上的模型按照用戶的需求進(jìn)行組織，如圖4是一個(gè)預(yù)先設(shè)定的模型分解的例子。相應(yīng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、建模、審批人員可以按專業(yè)進(jìn)行協(xié)同。針對(duì)單個(gè)模型文件，平臺(tái)提供了三維模型校審的功能，模型審核人員無需使用Revit而直接在線瀏覽對(duì)應(yīng)模型，并添加批注意見。對(duì)于復(fù)雜的合規(guī)性計(jì)算，可以進(jìn)一步將模型導(dǎo)入到專用的模型審核工具如Solibri Model Checker中進(jìn)行分析[10]。另一方面，如果需要用戶也可以直接使用Revit進(jìn)行模型檢查。所有模型按照其關(guān)鍵字形成索引關(guān)系，便于管理和版本控制。

圖4 BIM模型的分解示例

通過BIM數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)一系列查詢、統(tǒng)計(jì)、合并等典型的數(shù)據(jù)庫操作。有一些功能通過Revit的參數(shù)化插件如Dynamo也能完成，但是一個(gè)經(jīng)過封裝的數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化接口、并行處理等信息化功能，顯著提高了易用性和數(shù)據(jù)管理能力。例如，通過IFC模型的交換能力，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行廣泛的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用，如算量估計(jì)，結(jié)構(gòu)計(jì)算，漫游展示等。

在傳統(tǒng)的模型管理中，模型按照文件夾進(jìn)行組織，BIM相關(guān)的進(jìn)度、安全、質(zhì)量等信息一般和構(gòu)件編號(hào)發(fā)生關(guān)聯(lián)。大型項(xiàng)目可能擁有數(shù)十萬個(gè)構(gòu)件，通過構(gòu)件編號(hào)的方式不利于BIM構(gòu)件的管理，也不便于修改構(gòu)件與其它信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系。全過程咨詢平臺(tái)通過數(shù)據(jù)庫索引的方式對(duì)BIM模型進(jìn)行優(yōu)化管理。所謂索引是對(duì)數(shù)據(jù)庫表中一列或多列的值進(jìn)行排序的一種結(jié)構(gòu)，使用索引可快速訪問數(shù)據(jù)庫表中的特定信息。這一點(diǎn)是和傳統(tǒng)的依賴于Revit模型進(jìn)行應(yīng)用的重要區(qū)別。例如，利用數(shù)據(jù)庫索引，可以在幾秒內(nèi)提取出項(xiàng)目符合某一條件(構(gòu)件名稱、空間位置、特點(diǎn)屬性如鍍鋅管)的所有構(gòu)件。這些構(gòu)件可隨即被導(dǎo)出成單獨(dú)的IFC模型或數(shù)據(jù)表，并應(yīng)用于其它場(chǎng)景。這就大大拓展了BIM模型的應(yīng)用范圍，為全過程應(yīng)用提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資源。

圖5 模型管理流程示例

由于IFC的數(shù)據(jù)要求，也為了對(duì)信息進(jìn)行有效管理，在建模前即需要設(shè)立建模規(guī)范，如明確建模原點(diǎn)，設(shè)立Revit-IFC類別映射，統(tǒng)一構(gòu)件/空間命名等，通過這些手段，確保BIM模型信息得到完整處理。另一方面，由于目前Revit模型中，一些屬性信息不能很好地被轉(zhuǎn)換到IFC中，例如涉及到算量抵扣的部分，這部分可以通過Revit插件，提取成為可用的數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)的深入應(yīng)用建立基礎(chǔ)。

圖6 項(xiàng)目模型和其分樓層查詢結(jié)果

最后，在BIM模型展示方面，平臺(tái)使用自行開發(fā)的動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單項(xiàng)目模型總量>10GB，多項(xiàng)目>200GB的快速瀏覽器展示，為終端用戶提供了優(yōu)秀的體驗(yàn)。根據(jù)以上說明，我們將BIM數(shù)據(jù)庫管理的優(yōu)勢(shì)總結(jié)如表2。

表2 全過程工程咨詢項(xiàng)目管理平臺(tái)的BIM應(yīng)用

傳統(tǒng)解決方案全過程工程咨詢平臺(tái)BIM模型格式以RVT為主開放BIM格式,國際標(biāo)準(zhǔn)IFC對(duì)系統(tǒng)要求對(duì)系統(tǒng)終端要求高,大模型不流暢輕量化技術(shù),對(duì)系統(tǒng)配置要求較低客戶端安裝使用專用客戶端或插件瀏覽器無需插件應(yīng)用范圍Revit為主,受建模軟件限制較多受建模軟件限制少,支持市政、公路、橋梁等數(shù)據(jù)管理能力只能管理當(dāng)前項(xiàng)目的BIM模型基于云架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)項(xiàng)目的BIM模型的大數(shù)據(jù)管理

3 基于智能管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)集成

全過程工程咨詢平臺(tái)的核心是數(shù)據(jù)管理，除了BIM數(shù)據(jù)外，系統(tǒng)還將集成其它關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息?？傮w而言，平臺(tái)上集成的數(shù)據(jù)包括以下三大類：

3.1 3D GIS數(shù)據(jù)

平臺(tái)支持虛擬地球的3D GIS數(shù)據(jù)集成。采用獨(dú)特的3D GIS與BIM模型平臺(tái)化管理，可形成智慧城市級(jí)的BIM+3D GIS能力。通過集成3D GIS信息，打破了傳統(tǒng)的施工BIM只能夠針對(duì)單一項(xiàng)目的BIM模型進(jìn)行處理的限制，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)定位，日照、通風(fēng)等分析，全景展示的功能，是對(duì)于傳統(tǒng)BIM模型管理的一次重要拓展。不僅如此，平臺(tái)的底層提供了跨項(xiàng)目的多個(gè)BIM數(shù)據(jù)綜合管理，這就使得真正的多項(xiàng)目的工程事務(wù)分析成為可能。3D GIS的管理基于開源的Cesium虛擬地球開發(fā)，兼容國際上主流的空間數(shù)據(jù)格式3D Tile，具有強(qiáng)大的功能和數(shù)據(jù)承載能力[11]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)

平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)接口，使得現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)地進(jìn)入平臺(tái)，確?？焖俚捻憫?yīng)和高效的管理。這些數(shù)據(jù)可以是質(zhì)量安全檢查人員現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片信息，也可以是現(xiàn)場(chǎng)攝像頭自動(dòng)采集的照片/視頻。隨著智慧工地技術(shù)的推行，施工企業(yè)采集的車輛進(jìn)出信息、工地運(yùn)行狀況等均可通過平臺(tái)展示。從全過程咨詢單位方面，可能針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)某一方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行專項(xiàng)采集，例如，通過現(xiàn)場(chǎng)攝像頭獲取某施工設(shè)備如塔吊工作的總時(shí)間。并利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行工作效率分析。再比如，通過對(duì)某施工斜面的平整度掃描，導(dǎo)入系統(tǒng)后與模型疊加分析比對(duì)，得到精確的施工質(zhì)量評(píng)估結(jié)果。這些對(duì)于全過程咨詢單位提供工程項(xiàng)目的細(xì)化管理能力具有重要意義。

圖7 多種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與平臺(tái)整合

3.3 項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)

項(xiàng)目數(shù)據(jù)是指包括項(xiàng)目進(jìn)度、工程量、預(yù)算、會(huì)議資料以及各類工程文檔、表單在內(nèi)的信息。傳統(tǒng)上，工程項(xiàng)目管理的各類文件的簽署、流轉(zhuǎn)、收集是通過紙質(zhì)手段由人工處理完成。一些重要信息如項(xiàng)目進(jìn)度采用的是電子表格或單一軟件格式MPP文件。工程算量和預(yù)算較多采用的是廣聯(lián)達(dá)工具導(dǎo)出Excel。對(duì)于全過程咨詢單位，這些信息最終散落在各個(gè)電子或紙質(zhì)文件中，無法做到快速簽署和更新，也不易追溯。全過程工程咨詢平臺(tái)通過各種數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板和在線表單，將關(guān)鍵信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化，并通過在線審批和簽字進(jìn)行快速流轉(zhuǎn)，提高整個(gè)項(xiàng)目管理效率。同時(shí)，對(duì)于會(huì)議紀(jì)要，工程文檔進(jìn)行標(biāo)簽化處理，便于后續(xù)的收集、查詢和竣工交付工作。

全過程工程咨詢平臺(tái)使用大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)以上信息進(jìn)行管理。我們認(rèn)為，對(duì)于全過程咨詢，數(shù)據(jù)的整合極為重要。所謂大數(shù)據(jù)，不是指單純地堆砌項(xiàng)目數(shù)據(jù)，將不同版本的文件、質(zhì)量安全表單、模型進(jìn)行存儲(chǔ)，這不能稱為大數(shù)據(jù)(Big Data)。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所說的大數(shù)據(jù)，是通過分布式存儲(chǔ)和元數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，形成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效組織、查詢、分析利用能力，這才是大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)際意義所在。

所謂元數(shù)據(jù)是指從信息資源中提出特征后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，即用來組織、描述、管理信息和知識(shí)的數(shù)據(jù)。通過元數(shù)據(jù)等技術(shù)，可以對(duì)大量不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成一個(gè)整體的數(shù)據(jù)資源庫。對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，平臺(tái)提供了流數(shù)據(jù)處理能力，以及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)ETL，確保將重要監(jiān)測(cè)情況及時(shí)推送給用戶和做出響應(yīng)。圖8是全過程工程咨詢平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理框架示意圖。

基于大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，全過程工程咨詢平臺(tái)可以開展大規(guī)模綜合分析，以繞開復(fù)雜的人員、設(shè)備、采購等細(xì)節(jié)信息，對(duì)項(xiàng)目的總體形成把控。同時(shí)，根據(jù)歷史的其它項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比對(duì)，根據(jù)預(yù)設(shè)的指標(biāo)去計(jì)算評(píng)估工程項(xiàng)目運(yùn)行的實(shí)際狀況，為優(yōu)化管理，節(jié)約成本提供支撐。表3比較了傳統(tǒng)管理模式和全過程咨詢平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理分析能力。

4 平臺(tái)工程項(xiàng)目應(yīng)用

本平臺(tái)已經(jīng)進(jìn)入初步實(shí)用階段，目前在深圳市南山醫(yī)院改擴(kuò)建項(xiàng)目二期開展前期評(píng)估，將第一版BIM模型和相應(yīng)的3D GIS數(shù)據(jù)形成了整合，并根據(jù)全過程咨詢方要求形成了設(shè)計(jì)圖紙和BIM模型的綜合管理如版本控制功能。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方根據(jù)要求上傳圖紙，建模團(tuán)隊(duì)根據(jù)專業(yè)圖紙進(jìn)行線上討論并進(jìn)行模型的更新和修改。平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的模型抽取和查詢的功能。由于醫(yī)院項(xiàng)目建設(shè)的特殊性，施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面窄，工期緊張，工序及工藝復(fù)雜，需集成眾多傳感設(shè)備，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)影響安全的因素的進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、智能處理，及時(shí)預(yù)警，防患于未然，確保項(xiàng)目施工過程順利。具體的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括深基坑監(jiān)測(cè)、塔機(jī)、吊鉤、升降機(jī)、臨邊防護(hù)監(jiān)測(cè)、道閘監(jiān)控等。部分?jǐn)?shù)據(jù)通過施工總包單位采集，通過導(dǎo)入平臺(tái)進(jìn)行跟蹤管理。

圖8 全過程咨詢平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)

表3 全過程工程咨詢平臺(tái)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理分析能力

傳統(tǒng)解決方案全過程工程咨詢平臺(tái)算量和造價(jià)主要是土建,也有少量其他專業(yè)采用專業(yè)軟件進(jìn)行算量,管理導(dǎo)出量/價(jià)的數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一般不包括實(shí)測(cè)實(shí)量數(shù)據(jù)可與系統(tǒng)模型疊加進(jìn)行施工質(zhì)量評(píng)估預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)度規(guī)劃人工或半自動(dòng)的規(guī)劃專業(yè)的建模和規(guī)劃工具確保進(jìn)度可以在系統(tǒng)上顯示仿真數(shù)據(jù)集成仿真數(shù)據(jù)整合困難多種仿真軟件的結(jié)果可以在BIM+3DGIS上顯示模型抽取效率不高且結(jié)果與實(shí)際存在差異從建模標(biāo)準(zhǔn)開始規(guī)范模型信息,以數(shù)據(jù)庫手段進(jìn)行處理,確保高效和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)挖掘分析缺乏可靠的數(shù)據(jù)分析能力高效的數(shù)據(jù)抽取,合并,挖掘分析能力

圖9 南山醫(yī)院模型初步導(dǎo)入模型

平臺(tái)預(yù)計(jì)在南山醫(yī)院項(xiàng)目的應(yīng)用包括如下內(nèi)容：

1)統(tǒng)一的項(xiàng)目數(shù)據(jù)云平臺(tái)：新一代的項(xiàng)目管理平臺(tái)基于云化基礎(chǔ)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)下的可擴(kuò)展性，支持多種工程信息和百TB級(jí)別和更大規(guī)模數(shù)據(jù)的綜合高效管理。通過強(qiáng)大的計(jì)算和數(shù)據(jù)管理能力實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目各參與方的多樣化云服務(wù)。

2)BIM+3D GIS在醫(yī)院項(xiàng)目中的應(yīng)用：與當(dāng)前多數(shù)工程項(xiàng)目管理平臺(tái)不同，本項(xiàng)目平臺(tái)采用了領(lǐng)先的BIM+3D GIS技術(shù)，結(jié)合動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了城市級(jí)的項(xiàng)目空間展示。平臺(tái)不僅可以對(duì)全量模型(全專業(yè)所有信息)實(shí)現(xiàn)瀏覽器端無插件的加載，同時(shí)通過結(jié)合3D GIS信息實(shí)現(xiàn)空間的精確定位，從而為施工車輛路線、人員GPS定位提供基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)。

3)醫(yī)院智慧建造管理：項(xiàng)目依托大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程安全、進(jìn)度、質(zhì)量、成本以及模型數(shù)據(jù)的整合，結(jié)合國家對(duì)工程質(zhì)量、安全管理的要求與建設(shè)單位、代建單位項(xiàng)目管理的程序與經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院項(xiàng)目的數(shù)字化、高效化、可視化管理。業(yè)主、代建、監(jiān)理、咨詢、總包、分包等單位可以統(tǒng)一在平臺(tái)上完成信息交換和管理活動(dòng)。

4)醫(yī)院建設(shè)的智慧工地：項(xiàng)目采用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算技術(shù)，建成適合醫(yī)院工地現(xiàn)場(chǎng)的智慧工地云平臺(tái)，為醫(yī)院建設(shè)順利進(jìn)行保駕護(hù)航。智慧工地運(yùn)用一整套IOT硬件設(shè)備、軟件應(yīng)用結(jié)合的云平臺(tái)系統(tǒng)，通過硬件設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集，提供預(yù)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)工地的可視化、遠(yuǎn)程智能化管理。

5)醫(yī)院項(xiàng)目文檔和交付：本平臺(tái)以文件索引管理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工程文檔的有效管理。針對(duì)醫(yī)院項(xiàng)目交付的復(fù)雜要求，對(duì)文檔進(jìn)行分類和自動(dòng)化歸集。解決目前多數(shù)平臺(tái)按照文件夾模式管理，利用不便的問題。按照預(yù)定的模板，平臺(tái)在項(xiàng)目完成后可自動(dòng)導(dǎo)出文檔和模型信息交付。這一方案將有效節(jié)約相應(yīng)的人力和時(shí)間成本，方便醫(yī)院方接收和未來的運(yùn)維管理。

本平臺(tái)同時(shí)在深圳大學(xué)藝術(shù)樓綜合樓項(xiàng)目中進(jìn)行落地。目前處在項(xiàng)目施工前期，主要推廣電子簽章，自定義流程，以及導(dǎo)入算量清單，并根據(jù)施工過程形成明確的更改簽證記錄。在此過程中將進(jìn)度與BIM模型結(jié)合，隨著工程進(jìn)展對(duì)費(fèi)用給出預(yù)估。平臺(tái)集成了會(huì)議管理功能，以確保從項(xiàng)目前期開始的進(jìn)展和相關(guān)會(huì)議問題能夠得到及時(shí)處理和跟蹤。用戶將從進(jìn)度、費(fèi)用、模型圖紙、文檔等方面獲取全面的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)需要對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，提供決策依據(jù)。

新一代全過程工程咨詢平臺(tái)實(shí)施的預(yù)期效果包括：對(duì)項(xiàng)目的全過程而不僅僅是施工階段的信息進(jìn)行采集； 結(jié)合3D GIS功能形成定位和空間分析能力優(yōu)化設(shè)計(jì)； 形成進(jìn)度和費(fèi)用的精確控制和預(yù)估能力； 提高工程事務(wù)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力； 基于數(shù)據(jù)管理提高模型和文檔的管理和交付能力； 實(shí)現(xiàn)基于多個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析能力以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全過程服務(wù)。平臺(tái)提高了整體管理的協(xié)作和透明度，利用數(shù)字化技術(shù)提高工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

圖10 深圳大學(xué)藝術(shù)樓綜合樓圖紙審批和項(xiàng)目事務(wù)清單

5 結(jié)論

全過程咨詢是為業(yè)主提供工程項(xiàng)目管理服務(wù)，覆蓋從前期規(guī)劃到設(shè)計(jì)、施工和交付的全過程。作為全過程咨詢方，對(duì)于項(xiàng)目具有總體把控和專業(yè)化服務(wù)的優(yōu)勢(shì)?；谶@一特點(diǎn)，新一代全過程工程咨詢項(xiàng)目管理平臺(tái)采取了云架構(gòu)，研究了基于數(shù)據(jù)庫管理的平臺(tái)應(yīng)用。推動(dòng)從數(shù)據(jù)角度去管理，將BIM與進(jìn)度、費(fèi)用等工程信息連接起來，并持續(xù)跟蹤和優(yōu)化項(xiàng)目的推進(jìn)。

全過程工程咨詢項(xiàng)目平臺(tái)通過將BIM數(shù)據(jù)索引化，并結(jié)合3D GIS虛擬地球技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大量工程項(xiàng)目的綜合管理能力。通過大數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，形成了BIM模型的管理和工程數(shù)據(jù)的有效集成，支持全過程咨詢單位形成深化管理的能力。當(dāng)前平臺(tái)已落地深圳市兩個(gè)大型工程項(xiàng)目，并正處于繼續(xù)完善中。目前的功能如全量模型在線瀏覽和審批、多方協(xié)同、會(huì)議和電子會(huì)簽、模型流轉(zhuǎn)和分析應(yīng)用等，確保了工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)及時(shí)得到收集和響應(yīng)，提高了全過程咨詢方控制、協(xié)調(diào)的能力，在項(xiàng)目運(yùn)行上起到了重要作用。

項(xiàng)目管理平臺(tái)開發(fā)團(tuán)隊(duì)未來將繼續(xù)開拓基于BIM信息交換的大數(shù)據(jù)分析，繼續(xù)推廣BIM模型的深入應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的信息，進(jìn)行智能化的分析和反饋，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全生命周期管理，并基于信息化向更廣泛的領(lǐng)域如數(shù)字孿生和智慧城市方向發(fā)展和提升。