村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺設(shè)計研究
——以陜西省某特色小鎮(zhèn)項目為例*

劉曉君 李天成 王碧劍

(1.西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710055；2.新時代陜西省人居環(huán)境與美好生活共建共享重點(diǎn)研究基地，陜西 西安 710055)

0 引言

村鎮(zhèn)建設(shè)項目涉及資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會、設(shè)施、安全等多個方面，其建設(shè)管理目標(biāo)更加多元化，多主體統(tǒng)籌協(xié)調(diào)難度更大。當(dāng)前，村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理仍采用傳統(tǒng)的管理手段，設(shè)計與施工等主要參與方難以充分交流和協(xié)調(diào)，建設(shè)實(shí)施與運(yùn)營管理目標(biāo)未能有效重合，多類別項目管理困難，無法滿足當(dāng)前綠色宜居村鎮(zhèn)建設(shè)背景下多元建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?；诖彐?zhèn)信息模型(Village and Town Information Model，VIM)構(gòu)建村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺，對村鎮(zhèn)建設(shè)項目進(jìn)行全生命周期管理，能夠有效協(xié)同各參與主體、減少信息不對稱、大幅提升管理效率，從而提升村鎮(zhèn)整體綠色宜居水平[1]。

為了提升建設(shè)項目信息化平臺建設(shè)水平，學(xué)者們從不同方面開展了大量研究，在隧道工程施工管理[2]、跨海集群項目協(xié)同管理[3]、裝配式建筑集成管理[4-5]等不同類別的項目管理中結(jié)合工程實(shí)際提出信息化平臺建設(shè)方案，并實(shí)證了其應(yīng)用價值。同時，從平臺的交互性與協(xié)同性等特點(diǎn)出發(fā)，對項目方案設(shè)計[6]、施工管理[7]、全過程造價控制[8]、設(shè)施設(shè)備運(yùn)維與管理[9-10]等項目全生命周期內(nèi)各階段工作進(jìn)行優(yōu)化，以提升項目管理效率。

隨著建設(shè)項目數(shù)量與規(guī)模的不斷擴(kuò)大，基于BIM、GIS等技術(shù)的綜合管理平臺在以城市為代表的多類別項目的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維中得到廣泛應(yīng)用[11-12]，為在村鎮(zhèn)中進(jìn)行多類別建設(shè)項目全生命周期管理提供了參考[13]。而村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理在平臺的建設(shè)需求和預(yù)期功能等方面受技術(shù)力量、可承受成本的限制，且其核心目標(biāo)與城市相關(guān)研究相比存在較大差異，因此，直接將以城市為代表的建設(shè)項目管理平臺構(gòu)建方案應(yīng)用于村鎮(zhèn)多類別項目建設(shè)管理存在較大難度。當(dāng)前，在村鎮(zhèn)項目建設(shè)與管理中，已有學(xué)者開展了諸如村鎮(zhèn)住宅定向設(shè)計的模塊化系統(tǒng)開發(fā)[14]等研究，初步驗(yàn)證了構(gòu)建村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺的可能性[15]。

由于村鎮(zhèn)建設(shè)項目中包含多種類別的建設(shè)項目，需要綜合運(yùn)用多種信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目多目標(biāo)協(xié)調(diào)、多主體協(xié)同、多階段銜接、多手段并用的目標(biāo)。為此，本文基于BIM與GIS等技術(shù)，通過構(gòu)建以VIM為基礎(chǔ)的管理平臺，提升村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目全生命周期建設(shè)與管理水平，最終實(shí)現(xiàn)綠色宜居村鎮(zhèn)建設(shè)目標(biāo)。

1 村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理內(nèi)容與管理平臺功能需求分析

通過走訪調(diào)研全國范圍內(nèi)數(shù)十個具有一定區(qū)域代表性的村鎮(zhèn)，歸納出村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理的內(nèi)容，主要包括多類別建設(shè)項目管理、項目綠色宜居建設(shè)、項目全生命周期管理、多參與主體有效協(xié)作4個方面。

1.1 村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理內(nèi)容

1.1.1 多類別建設(shè)項目管理

村鎮(zhèn)建設(shè)項目承擔(dān)著產(chǎn)業(yè)發(fā)展、居民安置、提供公共服務(wù)等多項功能，需要進(jìn)行多種類別的項目建設(shè)。村鎮(zhèn)建設(shè)項目包括特色小鎮(zhèn)項目、基礎(chǔ)設(shè)施項目、公共配套項目、移民搬遷安置項目、田園綜合體項目、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)項目和住宅建設(shè)項目等。各項目建設(shè)目標(biāo)具有一致性，需要管理方統(tǒng)一協(xié)調(diào)各項目進(jìn)度，保證各項目目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

1.1.2 項目綠色宜居建設(shè)

項目綠色宜居建設(shè)是實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)綠色宜居建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過各階段基于村鎮(zhèn)模型開展的分析與模擬，支持各項目開展宜居規(guī)劃、綠色施工、節(jié)能運(yùn)營等，有助于提升村鎮(zhèn)綠色宜居水平。從過程管理的視角出發(fā)，將模擬分析等優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用于項目實(shí)際建造過程，能夠保證項目各階段綠色宜居建設(shè)成效，最終保障村鎮(zhèn)整體綠色宜居建設(shè)效果。

1.1.3 項目全生命周期管理

村鎮(zhèn)建設(shè)項目涉及全生命周期的管控，通過規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)維等各階段的統(tǒng)一管理，保證信息在不同階段之間的有效流通。同時，對不同階段產(chǎn)生的關(guān)鍵信息設(shè)置對應(yīng)的綠色宜居評價標(biāo)準(zhǔn)，將搜集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析對比，并輸出評價結(jié)果。基于各項評價結(jié)果對薄弱點(diǎn)進(jìn)行專項整改，保障村鎮(zhèn)多類別項目綠色宜居建設(shè)效果。

1.1.4 多參與主體有效協(xié)作

村鎮(zhèn)建設(shè)項目全生命周期管理涉及不同階段、多參與方的共同協(xié)調(diào)，各階段產(chǎn)生的不同類別信息在經(jīng)過篩選后需要進(jìn)行分類并傳遞至各參與主體。同時，由于建設(shè)項目多專業(yè)協(xié)同的特點(diǎn)，對于項目建設(shè)中出現(xiàn)的問題，各參與方需要依靠數(shù)據(jù)傳遞進(jìn)行溝通和修正。設(shè)計、施工等階段產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)隨著工程進(jìn)度在各方之間不斷更新，并通過與負(fù)責(zé)人同步對接，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理下各主體在項目不同階段的實(shí)時交互協(xié)作。

1.2 平臺功能需求分析

基于村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理內(nèi)容的分析，梳理和歸納村鎮(zhèn)建設(shè)項目信息化管理平臺需求。具體如下。

1.2.1 實(shí)現(xiàn)BIM與GIS技術(shù)的多類信息有效融合

村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目信息化管理平臺所采用的數(shù)據(jù)具有多源性的特點(diǎn)，涉及建筑信息模型數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)、物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)等。平臺中各應(yīng)用模塊依賴于項目建筑信息與宏觀幾何空間信息的有效融合。

1.2.2 輔助項目開展綠色宜居建設(shè)

首先，構(gòu)建涵蓋各階段的項目綠色宜居評價指標(biāo)體系，通過平臺中不同功能模塊對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確衡量各階段綠色宜居水平；其次，通過界面指令對后臺數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存、調(diào)用與修改，保障各項目綠色宜居建設(shè)效果。

1.2.3 進(jìn)行全生命周期管理

建立基于項目規(guī)劃設(shè)計模型、施工階段模型、竣工驗(yàn)收模型等涵蓋項目全生命周期的信息模型。通過模型中保存的關(guān)鍵信息，完善工作內(nèi)容與進(jìn)度安排，同時開展一系列模擬分析，并修正分析結(jié)果，為項目生命周期管理提供支撐。

1.2.4 實(shí)現(xiàn)各參與主體交互

針對不同參與主體的工作內(nèi)容及信息需求，確定所需的數(shù)據(jù)來源，劃定各方數(shù)據(jù)權(quán)限范圍。以多項目建筑信息模型為核心，為各參與方提供資料上傳、在線預(yù)覽、數(shù)據(jù)分析等功能。同時，完善平臺內(nèi)部的交流機(jī)制，保證各方實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作與交互管理。

2 基于VIM的村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺設(shè)計

VIM作為平臺的核心部分，將建模對象由單體項目擴(kuò)大到村鎮(zhèn)區(qū)域范圍內(nèi)的多類別建設(shè)項目及地理信息等附屬要素。根據(jù)平臺的功能需求，結(jié)合多種信息化技術(shù)特點(diǎn)，圍繞實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目全生命周期建設(shè)與管理這一主線開展信息化管理平臺設(shè)計。首先，探討VIM的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)路徑；其次，開展平臺架構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計；最后，進(jìn)行平臺各應(yīng)用模塊設(shè)計。

2.1 VIM設(shè)計與實(shí)現(xiàn)路徑

首先，利用BIM技術(shù)建立基于全生命周期關(guān)鍵數(shù)據(jù)及設(shè)施/設(shè)備信息的多類別項目建筑信息模型；其次，將BIM模型與GIS系統(tǒng)中包含的村鎮(zhèn)地理空間信息相結(jié)合，形成對村鎮(zhèn)各實(shí)體及其時空狀態(tài)的數(shù)字化描述及表達(dá)；最后，利用村鎮(zhèn)內(nèi)部設(shè)置的物聯(lián)感知與監(jiān)控設(shè)備，將各項目主體及其實(shí)時狀態(tài)反饋至平臺。通過基于BIM、GIS、IOT等信息手段獲取的數(shù)據(jù)，為村鎮(zhèn)整體及各建設(shè)項目的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)維提供一體化決策，并為后續(xù)開發(fā)各應(yīng)用模塊功能提供支撐。

2.2 平臺架構(gòu)設(shè)計

村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺基本架構(gòu)如圖1所示。主體層包括政府部門、各項目團(tuán)隊、業(yè)主，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)項目綠色宜居規(guī)劃、綠色宜居設(shè)計、綠色宜居施工、綠色宜居運(yùn)維等全生命周期管理提供支持。基礎(chǔ)層包括基礎(chǔ)設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)，通過各類傳感器、識別設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等收集相關(guān)信息，并利用通信網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層通過對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分類，將數(shù)據(jù)儲存于相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫?？辈煸O(shè)計階段與施工階段產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)及運(yùn)維階段收集的感知數(shù)據(jù)等經(jīng)分類篩選匯總至模型層。在云計算與大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的支持下，針對不同功能需求設(shè)計并開發(fā)平臺各應(yīng)用模塊，滿足應(yīng)用層各項業(yè)務(wù)需求，提升村鎮(zhèn)綠色宜居水平。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

村鎮(zhèn)項目管理平臺建設(shè)涉及多種數(shù)據(jù)信息，易造成數(shù)據(jù)冗余，影響平臺的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。從平臺數(shù)據(jù)庫中涵蓋的數(shù)據(jù)來看，主要包括BIM模型、GIS、IOT等多種類別數(shù)據(jù)。其中，BIM模型數(shù)據(jù)不僅包含各項目三維空間幾何信息，還包含其內(nèi)部設(shè)施/設(shè)備及相關(guān)構(gòu)件參數(shù)信息；GIS數(shù)據(jù)包含村鎮(zhèn)地理信息等空間數(shù)據(jù)；IOT數(shù)據(jù)包含各項目內(nèi)部依托物聯(lián)設(shè)備采集的動態(tài)數(shù)據(jù)。

本文將BIM模型數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)化為IFC文檔和CityGML文檔，通過設(shè)置多個獨(dú)立數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)相應(yīng)格式數(shù)據(jù)的調(diào)取與檢索等功能。將IOT數(shù)據(jù)存入特定的數(shù)據(jù)庫作為動態(tài)數(shù)據(jù)，建立BIM模型中構(gòu)件與其相應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系。村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)成如圖2所示。

由于BIM與GIS在表達(dá)對象和承載信息方面有所不同，為了在平臺中實(shí)現(xiàn)兩者的集成，需要建立BIM與GIS之間的數(shù)據(jù)共享與交換規(guī)則，其核心要義在于構(gòu)建包含豐富語義信息的VIM，以支持各項分析應(yīng)用能力的實(shí)現(xiàn)。在此，將IFC和CityGML分別作為BIM與GIS領(lǐng)域內(nèi)通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，前者主要針對各類建筑構(gòu)造及設(shè)施的幾何語義信息，后者強(qiáng)調(diào)空間對象的多尺度表達(dá)[16]。在該平臺中，多項目BIM模型到多細(xì)節(jié)層次的GIS表面模型的轉(zhuǎn)換過程如圖3所示。提取BIM模型中包含的IFC語義與幾何信息，通過語義信息過濾保留IFC語義信息，將其中的幾何信息按照GIS的表達(dá)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而后進(jìn)行幾何語義增強(qiáng)，構(gòu)建從IFC至CityGML的多層次語義映射關(guān)系，并根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建不同LOD層級的CityGML模型。

由于現(xiàn)階段物聯(lián)感知數(shù)據(jù)與BIM/GIS數(shù)據(jù)集成領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用尚不成熟，需要結(jié)合項目實(shí)際特點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)需求進(jìn)行探討[17]。本文以常用的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)為例，在采集監(jiān)控視頻圖像的同時將視頻圖像上傳至平臺，通過GIS中的地理空間數(shù)據(jù)與視頻圖像進(jìn)行坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)與BIM/GIS數(shù)據(jù)的集成。

2.4 平臺應(yīng)用模塊設(shè)計

2.4.1 多類別建設(shè)項目管理

利用VIM中涵蓋的多項目建筑信息模型，實(shí)時掌握不同階段的各項目情況，通過平臺搭建實(shí)時管理渠道。利用可視化軟件進(jìn)行碰撞檢查、管線排布方案規(guī)劃等，優(yōu)化設(shè)計與施工過程，提升工作效率。通過VIM將物聯(lián)設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)對應(yīng)至三維模型，實(shí)現(xiàn)模型信息與感知信息的有效聯(lián)動，掌握各建成項目的運(yùn)維狀況，輔助開展運(yùn)維管理。通過平臺匯總設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)維等不同階段的村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于平臺的村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目管理。

2.4.2 項目綠色宜居建設(shè)管理

以各項目BIM模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合GIS與IOT等數(shù)據(jù)，在技術(shù)支持端整合數(shù)據(jù)源，完成采集工作。同時，在數(shù)據(jù)庫中利用優(yōu)化算法將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的目標(biāo)數(shù)據(jù)，再將目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指標(biāo)評價結(jié)果，并將評價結(jié)果上傳至界面目錄，實(shí)現(xiàn)各項目綠色宜居評價結(jié)果的實(shí)時展示。在此過程中，管理流按照數(shù)據(jù)流的反向?qū)崿F(xiàn)依次傳導(dǎo)，依托技術(shù)支持端、內(nèi)置算法庫等實(shí)現(xiàn)基于各項目綠色宜居評價指標(biāo)的有效管控，提升村鎮(zhèn)建設(shè)項目整體綠色宜居水平。

2.4.3 項目全生命周期信息管理

基于BIM模型建立涵蓋各項目全生命周期的建筑信息模型。將各項目模型中包含的信息資料和實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并實(shí)時更新，增強(qiáng)平臺的實(shí)用性與可拓展性，以更好地滿足各參與方工作需求。

2.4.4 協(xié)同工作與管理

將項目相關(guān)主體納入平臺服務(wù)范圍，使信息流在不同參與方之間有效傳遞。針對村鎮(zhèn)多項類別建設(shè)項目中設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)維等階段的工作內(nèi)容設(shè)立不同的功能模塊。同時，各參與方能夠?qū)ο嚓P(guān)信息模型進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，提升工作效率。此外，通過平臺反饋調(diào)整后的方案，使相關(guān)參與方能夠獲取現(xiàn)場變更信息，再將變更結(jié)果反饋至平臺，實(shí)現(xiàn)以平臺為核心的協(xié)同與管理。

3 基于案例的平臺功能實(shí)現(xiàn)

以陜西省某特色小鎮(zhèn)項目為研究案例，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上開展信息化管理平臺建設(shè)，探討實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)建設(shè)項目信息化管理的方式。

3.1 VIM的初步構(gòu)建

該特色小鎮(zhèn)項目主要包括文化旅游項目、精準(zhǔn)扶貧項目、公共項目等多類別項目。由于該項目地處秦嶺南麓、洛河北岸，地勢東高西低，VIM模型構(gòu)建存在一定難度。利用無人機(jī)傾斜攝像等技術(shù)，與現(xiàn)有GIS數(shù)據(jù)相結(jié)合，獲取多平面的小鎮(zhèn)地理空間信息，在平臺中實(shí)現(xiàn)建筑物、道路、相關(guān)設(shè)施等實(shí)體呈現(xiàn)。將建筑信息模型數(shù)據(jù)、村鎮(zhèn)地理空間數(shù)據(jù)、物聯(lián)感知系統(tǒng)獲取的村鎮(zhèn)底層數(shù)據(jù)整合至VIM，實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目各要素在時空的數(shù)字化表達(dá)。初步構(gòu)建的VIM界面如圖4所示。

3.2 村鎮(zhèn)多項目集成管理

依托VIM構(gòu)建三維空間模型，開發(fā)多項目信息模型瀏覽、多項目信息查詢等多項基礎(chǔ)功能。同時，進(jìn)行專項模塊的開發(fā)，主要包括項目管理、環(huán)境監(jiān)測、項目綠色宜居建設(shè)、村鎮(zhèn)智慧民生服務(wù)、視頻監(jiān)控管理等，將村鎮(zhèn)建設(shè)項目各階段管理的實(shí)際需求轉(zhuǎn)化為平臺的現(xiàn)實(shí)功能，實(shí)現(xiàn)基于平臺的多類別項目集成管理。視頻監(jiān)控管理界面如圖5所示。

3.3 不同主體間的協(xié)同管理

通過獲取技術(shù)管理人員權(quán)限范圍內(nèi)的各項信息，在平臺中就需要跨專業(yè)協(xié)調(diào)的問題直接與對應(yīng)人員進(jìn)行溝通。設(shè)計、施工等方案一旦發(fā)生變更，各相關(guān)方能夠直接在平臺中對其專業(yè)模型及附屬特性等信息進(jìn)行線上溝通協(xié)商，并及時做出修改，實(shí)現(xiàn)基于平臺的村鎮(zhèn)項目多參與方協(xié)同管理。

3.4 建設(shè)項目全生命周期管理

在項目規(guī)劃階段，開展基于規(guī)劃模型的分析。例如，通過模擬不同時間段太陽位置變化所引起的光線變化，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ椭笜?biāo)是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在項目施工階段，通過現(xiàn)場設(shè)置的監(jiān)控與傳感器等設(shè)備掌握實(shí)時情況，保障項目綠色施工。同時，依托施工模型，在子模塊中進(jìn)行施工模擬，確保項目工期。在項目運(yùn)維階段，利用運(yùn)維模型開展可視化設(shè)備管理，實(shí)現(xiàn)對各項目內(nèi)部空間及設(shè)備的實(shí)時感知，便于快速解決故障問題。

4 結(jié)語

村鎮(zhèn)建設(shè)項目管理平臺集成了村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目全生命周期的各類數(shù)據(jù)，基于VIM構(gòu)建村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目及各類要素綜合信息數(shù)字模型，開展面向需求的功能模塊設(shè)計。該平臺具有集成性、精準(zhǔn)性、模擬性等特點(diǎn)，能夠解決村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目全生命周期管理等問題，實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目信息化管理，為村鎮(zhèn)建設(shè)項目規(guī)劃、建設(shè)、管理等階段提供有力支撐。

隨著綠色宜居村鎮(zhèn)建設(shè)的不斷深入，以實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)多類別建設(shè)項目全生命周期管理為代表的多樣化應(yīng)用場景對平臺開發(fā)提出了更高要求。未來，可逐步完善并拓展平臺功能，實(shí)現(xiàn)平臺的不斷優(yōu)化與迭代。