基于BIM+GIS的工程總承包項(xiàng)目管理系統(tǒng)建設(shè)探索

彭壽昌

“十三五”期間，勘察設(shè)計(jì)行業(yè)工程總承包業(yè)務(wù)總量持續(xù)增長，工程總承包業(yè)務(wù)占比不斷增加。據(jù)現(xiàn)有增長數(shù)據(jù)分析，工程總承包業(yè)務(wù)在“十四五”期間將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增長。隨著業(yè)務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大、項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)逐漸積累，承包商通過傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理工具進(jìn)行大體量的工程總承包項(xiàng)目管理時(shí)，出現(xiàn)了諸如信息管控水平較低、項(xiàng)目可視化程度不高等需要解決的問題。因此，本文著眼于工程總承包項(xiàng)目的特點(diǎn)，利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)，探索建立工程總承包項(xiàng)目管理系統(tǒng)。

工程總承包的特點(diǎn)和難點(diǎn)

長期以來，我國采用設(shè)計(jì)和施工相分離的傳統(tǒng)承發(fā)包模式開展工程項(xiàng)目建設(shè)。2003年2月，《建設(shè)部關(guān)于培育發(fā)展工程總承包和工程項(xiàng)目管理企業(yè)的指導(dǎo)意見》（建市〔2003〕30號(hào)）提出培育發(fā)展專業(yè)化工程總承包模式。工程總承包模式與傳統(tǒng)承發(fā)包模式相比，不同之處主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）適用范圍不同。傳統(tǒng)承發(fā)包模式主要適用于房屋建筑工程、土木工程，較少涉及復(fù)雜設(shè)備采購和安裝；工程總承包模式較好地適用于大型工業(yè)投資項(xiàng)目，領(lǐng)域多集中于石油、化工、冶金、電力工程等。

（2）招標(biāo)方式不同。傳統(tǒng)承發(fā)包模式多采用公開招標(biāo)來進(jìn)行施工招標(biāo)，并可提供較詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料；而工程總承包模式多采用邀請招標(biāo)或議標(biāo)的方式，業(yè)主一般只能給出項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)、功能要求等約束性要素。

（3）風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)形式不同。傳統(tǒng)承發(fā)包模式下，業(yè)主和承包商共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)；而工程總承包模式下，承包商獨(dú)立承擔(dān)工程項(xiàng)目的絕大部分風(fēng)險(xiǎn)。

工程總承包項(xiàng)目通常具有投資額巨大、建設(shè)周期長、技術(shù)難度高、涉及專業(yè)廣和參與單位多等客觀特征，因此在實(shí)踐中，風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?、?quán)責(zé)劃分、成本利益分配等方面協(xié)調(diào)管理難度較大?？偟目磥恚こ炭偝邪?xiàng)目管理難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）法律法規(guī)支撐不足?，F(xiàn)階段，國內(nèi)關(guān)于工程總承包的立法較薄弱。例如，《中華人民共和國合同法》（中華人民共和國主席令第15號(hào)）和《中華人民共和國建筑法》（中華人民共和國主席令第46號(hào)）中對(duì)于工程總承包僅做了原則上的規(guī)定，缺乏實(shí)踐指導(dǎo)意義。

（2）管理機(jī)制不夠完善。適合承包商自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)的工程總承包組織機(jī)構(gòu)和管理體系還不健全，內(nèi)部控制體系有待完善，標(biāo)準(zhǔn)化管理也有待加強(qiáng)。

（3）承包商能力有待提高?，F(xiàn)階段，承包商能力較單一，設(shè)計(jì)和施工能力融合深度欠缺，既懂設(shè)計(jì)又懂施工的復(fù)合型人才匱乏。

BIM和GIS技術(shù)

BIM以三維模型為載體，可匯集工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全生命周期中的工程數(shù)據(jù)。GIS是一種對(duì)地理空間有關(guān)的地形、地貌、位置分布等信息進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、描述和分析的信息系統(tǒng)，對(duì)地理位置等空間要素提供了存儲(chǔ)、操作及處理等功能。

BIM和GIS技術(shù)是工程數(shù)字化實(shí)踐過程中的重要技術(shù)，兩者在功能作用方面各有特點(diǎn)：BIM技術(shù)用于構(gòu)建工程模型，為工程對(duì)象全生命周期的數(shù)據(jù)處理提供了途徑，且具有一定的可視化交互能力；GIS技術(shù)在地理基礎(chǔ)信息存儲(chǔ)、處理及展示方面具備優(yōu)勢。兩者結(jié)合使用可產(chǎn)生新的應(yīng)用場景，同時(shí)在項(xiàng)目管理系統(tǒng)可視性方面體現(xiàn)出較好的價(jià)值。

工程總承包項(xiàng)目管理系統(tǒng)建設(shè)方案

工程總承包項(xiàng)目管理系統(tǒng)（下稱“系統(tǒng)”）的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：利用較成熟的軟件系統(tǒng)搭建技術(shù)，融合BIM和GIS技術(shù)，可視化展示工程數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化、項(xiàng)目管理精細(xì)化、全生命周期可視化等目標(biāo)。

系統(tǒng)架構(gòu)

工程總承包模式下，參建單位較多，項(xiàng)目管理人員往往需要在多個(gè)地點(diǎn)訪問系統(tǒng)。從信息系統(tǒng)的角度看，為了解決多用戶異地訪問帶來的軟件運(yùn)維問題，故采用當(dāng)前主流的瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/ S）架構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)架構(gòu)自下而上包括網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、平臺(tái)支撐層、服務(wù)治理層、應(yīng)用模塊層、信息展示層，如圖1所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、應(yīng)用模塊層和信息展示層通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，能夠有效降低系統(tǒng)耦合度，為后期維護(hù)擴(kuò)展降低工作量。

（1）網(wǎng)絡(luò)通信層。網(wǎng)絡(luò)通信層是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)設(shè)施，需要部署系統(tǒng)所需的硬件設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)，包括光纖電纜、4G/5G、交換機(jī)、網(wǎng)閘、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）等通信設(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要描述系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)方式。系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理，涉及人員、財(cái)務(wù)、組織結(jié)構(gòu)等信息的核心數(shù)據(jù)由承包商主數(shù)據(jù)平臺(tái)存管，與本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)融合接入。

（3）平臺(tái)支撐層。平臺(tái)支撐層主要采用面向服務(wù)的架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA），基于中間件平臺(tái)提供構(gòu)件開發(fā)和管理的基礎(chǔ)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一頁面的IT基礎(chǔ)設(shè)施功能。

（4）服務(wù)治理層。服務(wù)治理層主要提供服務(wù)的查找、綁定和路由等功能，同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)服務(wù)的管理和監(jiān)控。

（5）應(yīng)用模塊層。應(yīng)用模塊層主要包括具體業(yè)務(wù)應(yīng)用的功能模塊，對(duì)外展現(xiàn)為具體功能，功能模塊主要涵蓋基礎(chǔ)信息配置、設(shè)計(jì)管理、施工進(jìn)度管理等。

（6）信息展示層。信息展示層主要包含系統(tǒng)的數(shù)字化門戶，對(duì)外提供可視化的信息展示功能。通過積累工程關(guān)鍵性指標(biāo)數(shù)據(jù)，信息展示層提供項(xiàng)目管理過程態(tài)勢感知功能，為決策層決策分析提供支持。

系統(tǒng)功能建設(shè)要點(diǎn)

工程總承包模式下，由于承包商需要對(duì)設(shè)計(jì)、施工兩大環(huán)節(jié)實(shí)行全面的管控，因此在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)，需主要考慮涵蓋這兩個(gè)方面的業(yè)務(wù)，同時(shí)考慮系統(tǒng)自身需求等綜合因素。需要指出的是，系統(tǒng)未將采購管理作為單獨(dú)功能模塊開發(fā)，而是包含在成本和合同管理模塊。總體看來，系統(tǒng)包括11項(xiàng)功能模塊，共計(jì)50余項(xiàng)子功能，如圖2所示。

（1）數(shù)字化門戶探索。在承包商的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，決策者對(duì)洞察經(jīng)營情況提出新的需求，這對(duì)數(shù)據(jù)的匯集和展示發(fā)起新的挑戰(zhàn)。在分析了決策者、設(shè)計(jì)方等多方需求之后，系統(tǒng)在數(shù)字化信息展示方面做了一定的探索。數(shù)字化門戶是基于BIM+GIS技術(shù)，提供多層級(jí)工程數(shù)據(jù)集成、展示功能的模塊。系統(tǒng)通過積累工程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對(duì)外提供企業(yè)級(jí)、業(yè)態(tài)級(jí)、項(xiàng)目級(jí)三種層級(jí)的可視化數(shù)據(jù)展示。

數(shù)字化門戶通過匯集、統(tǒng)計(jì)承包商工程總承包項(xiàng)目數(shù)據(jù)，歸納、抽取工程相關(guān)的關(guān)鍵性指標(biāo)，體現(xiàn)項(xiàng)目分布特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)，為洞察經(jīng)營情況提供企業(yè)級(jí)視角。

項(xiàng)目對(duì)比是以在建項(xiàng)目為核心，以項(xiàng)目部為單位展示施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全狀況和財(cái)務(wù)資金等信息，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目的并行管理及對(duì)比分析，為項(xiàng)目整體管理提供業(yè)態(tài)級(jí)視角。

工程態(tài)勢分析是以單項(xiàng)目為載體，對(duì)資源利用現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便優(yōu)化資源投入，提供決策輔助支持，為洞察工程運(yùn)行情況提供項(xiàng)目級(jí)視角。

（2）BIM模型在施工進(jìn)度模塊中的應(yīng)用。為了提高施工管理的可視化程度，系統(tǒng)將BIM模型應(yīng)用于施工管理過程中，在一定程度上降低了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。例如，將BIM模型應(yīng)用于施工進(jìn)度管理模塊，可產(chǎn)生施工進(jìn)度模擬等新的應(yīng)用場景，為進(jìn)度管理提供新的支撐。

在實(shí)踐中，承包商首先通過系統(tǒng)自定義計(jì)劃項(xiàng)的編碼、名稱、起止時(shí)間、人員、計(jì)劃類型（如主體計(jì)劃）等信息，建立計(jì)劃及檢測體系，然后將BIM模型構(gòu)件與計(jì)劃項(xiàng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后，系統(tǒng)將計(jì)劃項(xiàng)編碼作為該構(gòu)件的一個(gè)模型屬性進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）危險(xiǎn)源與BIM模型。在項(xiàng)目施工階段，危險(xiǎn)源是導(dǎo)致施工安全事故的根本原因。我國關(guān)于危險(xiǎn)源的分類方法有按生產(chǎn)過程危險(xiǎn)劃分、按有害因素劃分及按企業(yè)職工傷亡事故劃分等。但在實(shí)際生產(chǎn)中，危險(xiǎn)源不僅種類繁多、原因復(fù)雜，而且在導(dǎo)致事故發(fā)生、造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失方面的作用大不相同，建立全面、清晰的危險(xiǎn)源清單存在相當(dāng)?shù)碾y度。系統(tǒng)綜合考慮到自身對(duì)不同類型工程項(xiàng)目的適應(yīng)性等因素，從危險(xiǎn)源危害等級(jí)、危險(xiǎn)源暴露頻率、事故類型、事故可能性的主觀判斷、事故影響程度5個(gè)維度建立了危險(xiǎn)源評(píng)判體系，為定義危險(xiǎn)源清單提供判斷標(biāo)準(zhǔn)，并將危險(xiǎn)源與控制措施進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

管理人員根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際可進(jìn)行危險(xiǎn)源名稱定義，當(dāng)系統(tǒng)加載模型構(gòu)件后，通過勾選的方式將部分危險(xiǎn)源與可視化構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后，危險(xiǎn)源與模型構(gòu)件共用一套編碼，即BIM建模師確立的專業(yè)模型編碼。

系統(tǒng)集成與開發(fā)

為了與系統(tǒng)外部應(yīng)用（承包商主數(shù)據(jù)平臺(tái)、協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)較好集成，系統(tǒng)可提供四種集成方式，即數(shù)據(jù)庫方式、頁面方式、接口方式和網(wǎng)頁服務(wù)（Web Service）方式?；谶@些集成方式，系統(tǒng)適合處理較復(fù)雜的業(yè)務(wù)操作，以降低集成難度，快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)采用超文本標(biāo)記語言（Hyper Text Markup Language，HTML）、JavaScript對(duì)象簡譜（JavaScript Object Notation，JSON）或表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（Representational State Transfer，Rest）等底層接口實(shí)現(xiàn)純展示類的功能模塊，并采用企業(yè)級(jí)JavaBean（Enterprise JavaBean，EJB）的方式對(duì)部分標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品進(jìn)行模塊化集成。

結(jié)語

本文立足于承包商工程總承包項(xiàng)目管理實(shí)踐，在BIM+GIS集成應(yīng)用方面進(jìn)行探索，開發(fā)了涵蓋11項(xiàng)功能模塊的工程總承包項(xiàng)目管理系統(tǒng)，將BIM三維模型用于過程管理，結(jié)合GIS地圖進(jìn)行綜合信息展示，較好地提高了工程總承包項(xiàng)目過程管理水平和數(shù)字化管控能力，具有一定的參考價(jià)值。

受一些因素限制，本文仍存在許多不足之處。例如，在BIM與GIS的數(shù)據(jù)融合方面未做深入研究，僅采取了服務(wù)發(fā)布調(diào)用和編碼關(guān)聯(lián)等簡單的方式加以耦合；未從項(xiàng)目管理的角度對(duì)系統(tǒng)開發(fā)過程控制進(jìn)行深入研究等。這些將在后續(xù)工作中繼續(xù)完善。P