軌道交通BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

段熙賓，王冰峰，杜小智，高少軍

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043； 2.西安交通大學(xué)，西安 710049)

引言

軌道交通工程是一項(xiàng)復(fù)雜、龐大、階段性很強(qiáng)的系統(tǒng)性工程，涉及設(shè)計(jì)單位、施工單位、業(yè)主方和相關(guān)部門的參與，這就需要多個專業(yè)之間和多個參與者之間的密切配合[1]。對于軌道交通的設(shè)計(jì)單位來講，在進(jìn)行一個具體的軌道交通項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，需要建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、信號等多達(dá)20余個專業(yè)的設(shè)計(jì)人員協(xié)作才能完成。如何有效組織管理各類設(shè)計(jì)人員進(jìn)行項(xiàng)目的協(xié)作設(shè)計(jì)是大部分設(shè)計(jì)單位面臨的重要問題[2]。因此，提高軌道交通設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)同管理水平，降低協(xié)同及資料文檔流轉(zhuǎn)成本是軌道交通設(shè)計(jì)信息化的重點(diǎn)發(fā)展方向[3]。近年來我國軌道交通得到跨越式發(fā)展[4]，在2017國際軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會上，中國城市軌道交通協(xié)會專家學(xué)術(shù)委員會副主任李國勇表示“今后，軌道交通的發(fā)展方向應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化?！盵5]在軌道交通項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全生命周期中，整體項(xiàng)目的任務(wù)安排、項(xiàng)目進(jìn)度以及項(xiàng)目把控需要有效的信息化管理[6]。信息化的協(xié)同管理平臺有助于解決因溝通不暢或溝通不及時(shí)導(dǎo)致的諸多錯、漏、碰、缺等問題[7]，也可以有效解決軌道交通項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的任務(wù)調(diào)整與人員變更等[8]。隨著BIM技術(shù)的大力發(fā)展，國內(nèi)也產(chǎn)生了大量的應(yīng)用案例[9-11]。信息化的文檔管理是一種新的組織方式，對于軌道交通項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的大量設(shè)計(jì)圖紙、BIM模型[12-14]、數(shù)據(jù)文件、文檔資料采用合適的方法進(jìn)行收集管理，進(jìn)行高效流轉(zhuǎn)和統(tǒng)一歸檔，既可以保證文檔資料的保密性和安全性，又可以實(shí)時(shí)快捷地進(jìn)行資料文件的共享，并方便后續(xù)對項(xiàng)目的資料文檔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析[15]。

因此，結(jié)合工作流思想，設(shè)計(jì)了一套基于BIM技術(shù)面向軌道交通工程項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺。該平臺通過對用戶角色間的權(quán)限定義，實(shí)現(xiàn)對不同專業(yè)、不同職務(wù)的角色進(jìn)行有效的組織管理。通過工作流[16]引擎，項(xiàng)目管理人員可基于項(xiàng)目特點(diǎn)制定項(xiàng)目流程，并自動化對項(xiàng)目流程中時(shí)間節(jié)點(diǎn)、文件資料進(jìn)行管理。通過文件管理及追溯機(jī)制[17]，可以有效地提高設(shè)計(jì)資料的安全性及流轉(zhuǎn)的高效性[18]。該平臺將會有效提高軌道交通項(xiàng)目的管理組織水平和效率，提升文檔資料的安全保密性，并節(jié)約人力資源及項(xiàng)目成本。

1 軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理業(yè)務(wù)概述

1.1 軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理業(yè)務(wù)分析

在軌道交通工程的設(shè)計(jì)過程中，需要對參與項(xiàng)目的所有人員進(jìn)行合適任務(wù)劃分和管理。主要管理流程思路如下。

(1)生產(chǎn)管理員負(fù)責(zé)制定具體項(xiàng)目，設(shè)置項(xiàng)目的具體參數(shù)信息，指定項(xiàng)目的總體人員。

(2)總體確定項(xiàng)目總體組人員，并通過自定義工作流程設(shè)計(jì)，制定相應(yīng)的項(xiàng)目規(guī)劃安排，分配具體任務(wù)計(jì)劃給項(xiàng)目的各專業(yè)負(fù)責(zé)人，同時(shí)把控項(xiàng)目的整體進(jìn)展?fàn)顩r。

(3)專業(yè)負(fù)責(zé)人制定該項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)任務(wù)，并將設(shè)計(jì)任務(wù)下發(fā)給設(shè)計(jì)人員，確定各設(shè)計(jì)任務(wù)對應(yīng)的校審人員，通知把控設(shè)計(jì)人員的進(jìn)展情況。

(4)設(shè)計(jì)人員應(yīng)按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，提交設(shè)計(jì)文件給校審人員并依據(jù)校審意見完成設(shè)計(jì)修改工作。

(5)校審人員需要對設(shè)計(jì)文件進(jìn)行仔細(xì)的審查，對不符合設(shè)計(jì)規(guī)范的文件資料予以拒絕并填寫相應(yīng)校審意見。

(6)歸檔人員將不同角色上傳的項(xiàng)目資料，進(jìn)行歸檔工作。

在項(xiàng)目的開展中，平臺會依據(jù)管理人員制定的工作流將項(xiàng)目資料提供給擁有查看權(quán)限的人員進(jìn)行查閱和下載，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文件的高效流轉(zhuǎn)及保密。

1.2 軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)方

軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理是針對軌道交通項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的人員協(xié)同、文檔流轉(zhuǎn)等主要功能，涉及的主要關(guān)聯(lián)方如下。

(1)項(xiàng)目管理人員：包括生產(chǎn)管理員、總體、專業(yè)負(fù)責(zé)人。這類人員可以根據(jù)具體的軌道交通項(xiàng)目制定特有的工作流程，自動化實(shí)現(xiàn)任務(wù)制定、任務(wù)指派、任務(wù)提示、上傳資料文檔，并對整個項(xiàng)目進(jìn)展情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤。

(2)設(shè)計(jì)人員：包括結(jié)構(gòu)、建筑、暖通、電氣等眾多專業(yè)設(shè)計(jì)人員。這類人員可以在系統(tǒng)中獲取自己的任務(wù)，把設(shè)計(jì)好的BIM資料文檔等上傳至系統(tǒng)的服務(wù)器，同樣也可以從系統(tǒng)中獲取自己需要的文檔資料。

(3)審核人員：包括復(fù)審員、審核員、審定員。這類人員可以在系統(tǒng)中接收指派給自己的審核任務(wù)；可以查看下載待審核的BIM設(shè)計(jì)資料，并將審核意見文檔上傳至系統(tǒng)的服務(wù)器；可以對待審核文件進(jìn)行駁回或通過處理。

(4)歸檔人員：這類人員可以在系統(tǒng)中對完成項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)資料及文檔進(jìn)行歸檔操作。

2 軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺

結(jié)合工作流思想，設(shè)計(jì)一個B/S風(fēng)格的軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺，可支持多個專業(yè)間以及各專業(yè)內(nèi)部的協(xié)同設(shè)計(jì)、自定義工作流程、自定義審批流程、項(xiàng)目進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)控、人員角色動態(tài)分配、設(shè)計(jì)資料自動流轉(zhuǎn)、BIM模型多級審批等功能。

2.1 平臺體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺采用分層思想，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該平臺共分為5個層次，自頂向下依次為表示層、控制層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)管理層。該平臺采用B/S風(fēng)格，業(yè)務(wù)處理和數(shù)據(jù)管理均部署在服務(wù)器上，用戶只需要通過瀏覽器就能訪問平臺并完成業(yè)務(wù)。多級分層可提高平臺不同功能模塊的內(nèi)聚性，降低功能的耦合，此外也可以提高平臺的擴(kuò)展性以及維護(hù)的便捷性。

(1)表示層：表示層主要以Web方式提供軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺的用戶訪問界面。項(xiàng)目管理人員、各專業(yè)設(shè)計(jì)人員、審核人員等通過瀏覽器登錄認(rèn)證后進(jìn)入不同的功能界面，按需執(zhí)行相應(yīng)操作。

(2)控制層：控制層在表示層與業(yè)務(wù)層之間起橋梁作用，將平臺用戶在表示層做出的不同操作請求轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)業(yè)務(wù)層，并將業(yè)務(wù)層處理結(jié)果再轉(zhuǎn)發(fā)返回給表示層，實(shí)現(xiàn)了界面與業(yè)務(wù)處理的邏輯分離。

(3)業(yè)務(wù)層：業(yè)務(wù)層是平臺所有功能服務(wù)的集合，軌道交通項(xiàng)目管理、自定義流程管理、BIM設(shè)計(jì)資料管理、消息管理、多級審核、歸檔管理、統(tǒng)計(jì)分析、用戶信息管理等功能均在這一層實(shí)現(xiàn)。

(4)數(shù)據(jù)訪問層:數(shù)據(jù)訪問層介于業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)管理層之間，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫和文檔資料的訪問與傳遞，可以訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、二進(jìn)制文件、文本文檔或是XML文檔等等，實(shí)現(xiàn)對需要持久化數(shù)據(jù)的操作。

(5)數(shù)據(jù)管理層：數(shù)據(jù)管理層主要包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，采用MySQL數(shù)據(jù)庫來存儲系統(tǒng)用戶信息、項(xiàng)目信息、自定義流程模型、任務(wù)分配等信息。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括BIM設(shè)計(jì)模型、項(xiàng)目相關(guān)文檔等，采用文件系統(tǒng)存儲。

2.2 平臺功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺從功能角度可以劃分為用戶信息管理、軌道交通項(xiàng)目管理、自定義流程管理、BIM設(shè)計(jì)資料管理、日志管理、消息管理、多級審核、歸檔管理、統(tǒng)計(jì)分析、綜合查詢等模塊，每個模塊包含各自不同的功能。平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺功能結(jié)構(gòu)

2.2.1 用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊對現(xiàn)有的RBAC(Role-Based Access Control)[20]機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)，并應(yīng)用到了平臺的用戶管理中。通過將項(xiàng)目-用戶-角色-權(quán)限關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目與用戶的多對多、用戶與角色的多對多控制和管理。該模塊包括平臺所有用戶、角色、權(quán)限相關(guān)的功能集合。通過平臺管理員或者人力資源管理員將所有參與平臺使用的用戶信息進(jìn)行統(tǒng)一錄入及實(shí)時(shí)維護(hù)。平臺管理所有的業(yè)務(wù)角色，包括：生產(chǎn)管理員、總體、專業(yè)負(fù)責(zé)人、各專業(yè)設(shè)計(jì)人員、審核人員、歸檔人員等。設(shè)定每個角色擁有的功能操作和權(quán)限，對平臺中的所有用戶指定各自的角色，每個用戶可以擁有多個角色，相應(yīng)地也擁有對應(yīng)角色的所有權(quán)限。

2.2.2 項(xiàng)目管理模塊

項(xiàng)目管理模塊是包括平臺項(xiàng)目相關(guān)的功能集合。在平臺中創(chuàng)建新的項(xiàng)目，設(shè)定新軌道交通項(xiàng)目的名稱、編號、地址等相關(guān)信息。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以對項(xiàng)目信息進(jìn)行更新修改，選定項(xiàng)目的參與人員，設(shè)定項(xiàng)目階段，最后對項(xiàng)目進(jìn)行歸檔，歸檔后所屬項(xiàng)目資料進(jìn)行整理存儲。

2.2.3 流程管理模塊

流程管理模塊結(jié)合工作流思想，針對某個具體的軌道交通項(xiàng)目，由負(fù)責(zé)人設(shè)計(jì)出符合該項(xiàng)目整體及各專業(yè)規(guī)劃，并繪制成可視化的流程圖。流程管理模塊對Activiti工作流引擎進(jìn)行了改進(jìn)，通過拓展及開發(fā)基于Web端的圖形繪制界面，對各節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)、節(jié)點(diǎn)信息描述以及節(jié)點(diǎn)屬性進(jìn)行軌道交通項(xiàng)目的專業(yè)化，使其充分符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要。軌道交通項(xiàng)目總體根據(jù)具體需要，制定符合具體軌道交通項(xiàng)目工程特點(diǎn)的總流程，各專業(yè)負(fù)責(zé)人在此基礎(chǔ)上制定各專業(yè)的子流程。軌道交通項(xiàng)目的實(shí)際執(zhí)行均以設(shè)計(jì)好的流程進(jìn)行。采用顏色標(biāo)注技術(shù)將已執(zhí)行和未執(zhí)行的流程任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行醒目標(biāo)注，項(xiàng)目管理人員可以實(shí)時(shí)查看項(xiàng)目的進(jìn)展情況，從而有效提升項(xiàng)目把控能力。

2.2.4 BIM設(shè)計(jì)資料管理模塊

軌道交通項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)資料管理模塊包括兩大部分：BIM設(shè)計(jì)模型和其他項(xiàng)目相關(guān)資料。項(xiàng)目參與人員均具有上傳資料權(quán)限，且設(shè)計(jì)人員上傳的BIM設(shè)計(jì)模型及相關(guān)資料需要經(jīng)過審核人員的審核，以確保資料的正確性。平臺對所有項(xiàng)目資料進(jìn)行統(tǒng)一的存儲、歸檔和管理。

2.2.5 其余功能模塊

軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺除上述功能外還提供其他的一些基礎(chǔ)功能，如：自定義審核管理、歸檔管理、搜索查詢、消息通知管理、日志管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。結(jié)合消息提示功能對項(xiàng)目中參與人員進(jìn)行實(shí)時(shí)任務(wù)通知，加強(qiáng)項(xiàng)目過程管理；自定義審核功能支持軌道交通項(xiàng)目的定制化審核流程，包括BIM設(shè)計(jì)模型的多級審核以及對審核結(jié)果及時(shí)反饋。

3 基于工作流的自定義協(xié)同設(shè)計(jì)管理技術(shù)

工作流主要解決的是“使在多個參與者之間按照某種預(yù)定義的規(guī)則傳遞文檔、信息或任務(wù)的過程自動進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)某個預(yù)期的業(yè)務(wù)目標(biāo)，或者促使此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)”。在軌道交通項(xiàng)目設(shè)計(jì)全生命周期中，工作流可以在項(xiàng)目工作流程自定義、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)任務(wù)分配、項(xiàng)目進(jìn)度以及項(xiàng)目把控方面進(jìn)行有效的提升。因此，將工作流思想應(yīng)用到軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺中，支持軌道交通項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行設(shè)計(jì)流程的定制化，實(shí)現(xiàn)軌道交通項(xiàng)目任務(wù)的靈活分配協(xié)作及進(jìn)度把控。

3.1 自定義工作流程制定

項(xiàng)目管理人員可以針對軌道交通項(xiàng)目的某具體需求，自定義該項(xiàng)目的工作流業(yè)務(wù)模型。對于一個具體的軌道交通項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)，需要執(zhí)行如下步驟來完成自定義工作流的制定，如圖3所示：

圖3 流程模型制定運(yùn)行流程

3.1.1 流程繪制

在流程管理子系統(tǒng)中集成Activiti Modeler并二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)WEB端的流程動態(tài)繪制。流程繪制通過拖拽的方式將開始節(jié)點(diǎn)、任務(wù)節(jié)點(diǎn)、判斷節(jié)點(diǎn)、分支節(jié)點(diǎn)、結(jié)束節(jié)點(diǎn)等放到web界面的繪圖板中。對于任務(wù)節(jié)點(diǎn)，需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)的名稱，指派人，任務(wù)起始時(shí)間，任務(wù)說明等；對于判斷節(jié)點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)判斷條件，不同的判斷結(jié)果流向不同的分支節(jié)點(diǎn)。每個完整的流程圖都需要開始和結(jié)束節(jié)點(diǎn)。

3.1.2 流程部署

繪制好的工作流程圖可以通過部署來發(fā)布運(yùn)行，部署后軟件對流程圖進(jìn)行一次實(shí)例化操作，流程圖即開始按照繪制好的規(guī)則自動執(zhí)行。

3.1.3 流程運(yùn)行及監(jiān)控

系統(tǒng)根據(jù)部署的工作流程圖為每個流程圖任務(wù)節(jié)點(diǎn)中指定的人員分配對應(yīng)的任務(wù)；用戶登錄軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)平臺管理后可以在任務(wù)中心查看獲取分配給自己的任務(wù)，認(rèn)領(lǐng)任務(wù)，然后執(zhí)行任務(wù)并提交。運(yùn)行中的工作流程如圖4所示。

圖4 軌道交通工作流程

圖4展示了某項(xiàng)目的總體流程設(shè)計(jì)部署后的運(yùn)行情況，紅色線條左側(cè)代表已執(zhí)行通過的任務(wù)節(jié)點(diǎn)，右側(cè)代表尚未執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)。該圖中總體已經(jīng)制定了總體計(jì)劃，接下來由建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、電力專業(yè)、通信專業(yè)以及線路專業(yè)分別進(jìn)行專業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)。

3.1.4 流程結(jié)束

當(dāng)所運(yùn)行的流程中所有節(jié)點(diǎn)都已經(jīng)執(zhí)行完畢，這個流程正式運(yùn)行結(jié)束。在軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺中，一個項(xiàng)目可以擁有多個流程，軌道交通流程管理模塊可以對所有的項(xiàng)目流程進(jìn)行統(tǒng)一組織管理，提供流程模板并提供導(dǎo)出流程模型的XML文件。

3.2 多專業(yè)多人員協(xié)作管理

自定義工作流程圖在繪制時(shí)可以指派任務(wù)的完成人或者任務(wù)的完成組(一組擁有相同角色的用戶)。使用工作流程圖繪制任務(wù)，可以充分考慮到軌道交通設(shè)計(jì)中各專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)作方式，使用最合理的協(xié)作方式來制定特殊業(yè)務(wù)流程的工作流程圖，可以充分發(fā)揮多專業(yè)多人員的協(xié)作效率。

3.3 項(xiàng)目整體進(jìn)度把控

工作流程圖部署運(yùn)行后，項(xiàng)目管理人員可以實(shí)時(shí)的查看項(xiàng)目具體的流程進(jìn)度，有效把控整個項(xiàng)目的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

4 結(jié)語

軌道交通協(xié)同管理平臺使用信息化的手段有效解決了設(shè)計(jì)過程中存在的設(shè)計(jì)流程混亂、設(shè)計(jì)資料流轉(zhuǎn)低效、組織管理松散等問題，可以滿足當(dāng)前軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理的需求。軌道交通項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺使用工作流的思路，將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程自定義化，提供了方便靈活的協(xié)作管理新思路；自動化的流程運(yùn)行提高了軌道交通協(xié)同設(shè)計(jì)的任務(wù)并發(fā)量；針對BIM及其設(shè)計(jì)資料文檔，降低資料流轉(zhuǎn)成本，提高流轉(zhuǎn)效率和文檔可靠性；工作流程圖運(yùn)行支持長生命周期的項(xiàng)目過程，有效提高了項(xiàng)目管理人員對軌道交通設(shè)計(jì)的進(jìn)度把控。該平臺已在西(安)十(堰)高鐵初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了內(nèi)部試用，并取得了良好的效果。