4D可視化管理模式在海洋工程項(xiàng)目的應(yīng)用

李勇 薛東升 鞠文杰 孫超 率鵬(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

1 研究背景

隨著近年信息化、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、云存儲(chǔ)等計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，給各個(gè)行業(yè)帶來了極大的便利，尤其是在工程建設(shè)行業(yè)受計(jì)算機(jī)影響較大。隨著海洋工程項(xiàng)目的施工工作量日趨擴(kuò)大化以及技術(shù)復(fù)雜化，對(duì)于項(xiàng)目管理也帶來巨大的挑戰(zhàn)，為了能夠更好地應(yīng)對(duì)項(xiàng)目管理的工作，行業(yè)內(nèi)將工程建設(shè)行業(yè)和計(jì)算機(jī)專業(yè)相結(jié)合，從而引出了4D可視化管理技術(shù)。通過先進(jìn)的項(xiàng)目管理技術(shù)，提高整個(gè)項(xiàng)目管理的水平，利用先進(jìn)的信息科技化技術(shù)進(jìn)步提升項(xiàng)目管理效率，降低項(xiàng)目成本。

2 什么是4D可視化管理

最初的可視化項(xiàng)目管理是基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)和項(xiàng)目實(shí)施過程相互融合，將整個(gè)項(xiàng)目開展的時(shí)間維度融入到建造信息模型中，形成了項(xiàng)目的施工計(jì)劃和項(xiàng)目的三維模型緊密銜接，將項(xiàng)目或者某一單體3D模型以動(dòng)態(tài)形式展現(xiàn)出現(xiàn)，形成動(dòng)態(tài)的可視化模型。同時(shí)在3D單體模型的框架基礎(chǔ)上，附加設(shè)計(jì)、采辦、建造、后調(diào)試等階段過程中的相關(guān)參數(shù)信息，如物資、人力、資源、大型機(jī)械設(shè)備、施工機(jī)具、成本等相關(guān)信息，將形式復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)極高的項(xiàng)目直觀展現(xiàn)，為項(xiàng)目管理人員提供決策依據(jù)，形成4D可視化管理(見圖1)[1、2]。

圖1 4D可視化模型建立

3 4D可視化管理的目標(biāo)

作為一項(xiàng)投資規(guī)模大，項(xiàng)目復(fù)雜度高的海洋工程項(xiàng)目，工程建設(shè)階段將是大范圍、多層次的系統(tǒng)工程，需要及時(shí)、準(zhǔn)確的信息交互、協(xié)調(diào)和溝通。本文旨在建立一套符合海洋工程項(xiàng)目管理需要的可視化管理系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)、采辦及材料、建造、調(diào)試等模塊施工階段與4D技術(shù)、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理過程，并與分包商、業(yè)主方、監(jiān)督方協(xié)同工作，將進(jìn)一步促使海洋工程項(xiàng)目工作有序推進(jìn)，使項(xiàng)目的工程建設(shè)水平和項(xiàng)目管理水平提高到一個(gè)新的高度。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)、透明、可追溯管理。[1、3、5]

4 4D可視化管理在海洋工程項(xiàng)目的開展應(yīng)用

海洋工程項(xiàng)目是依靠信息最多的工程行業(yè)之一，項(xiàng)目施工的過程也比較長，一般的項(xiàng)目從設(shè)計(jì)開始到機(jī)械完工，通常需要兩三年的時(shí)間，需要項(xiàng)目信息各種各樣，且信息量比較大。對(duì)于公司決策方以及項(xiàng)目管理方都需要及時(shí)、直觀、準(zhǔn)確了解相關(guān)信息。以下從幾個(gè)方面闡述4D可視化管理在海洋工程項(xiàng)目的應(yīng)用。

4.1 施工場地的3D布置

與其他工程項(xiàng)目不同，海洋工程項(xiàng)目對(duì)場地的布置要求極為嚴(yán)格，海洋工程石油平臺(tái)的規(guī)模基本上都在一萬噸左右，并且在同一塊施工場地和滑道上存在幾個(gè)同時(shí)施工的模塊。鑒于大型單體模塊后期需要進(jìn)行拖拉裝船以及海上安裝，存在模塊施工順序問題，對(duì)于場地的布置需要統(tǒng)籌提前進(jìn)行布置規(guī)劃。在進(jìn)行施工場地3D布置，需要利用詳設(shè)設(shè)計(jì)階段的3D實(shí)體模型，同時(shí)考慮后續(xù)施工方案和施工計(jì)劃、工序，在施工現(xiàn)場平面和空間進(jìn)行周密規(guī)劃和合理布局。除了考慮到單體模型3D的布置，還需要考慮到單體建造過程中配套設(shè)施布置，比如油漆間、預(yù)制間、組裝間的布置，大型履帶吊機(jī)具的運(yùn)輸路線，后續(xù)拖拉裝船和調(diào)試的施工機(jī)具擺放位置，模塊上大型設(shè)備吊裝路徑等。施工場地3D模型的布置合理，可以確保后續(xù)4D可視化管理系統(tǒng)的建立，同時(shí)根據(jù)后續(xù)施工進(jìn)展的變化調(diào)整，隨時(shí)對(duì)場地3D布置進(jìn)行更新，保證對(duì)模塊單體和設(shè)施規(guī)劃的合理性，為項(xiàng)目前期決策提供有力支持。

4.2 3D單體模型與項(xiàng)目計(jì)劃的雙向鏈接

4D可視化管理體系建立的基礎(chǔ)就是3D模型和項(xiàng)目計(jì)劃。4D可視化系統(tǒng)管理中的3D模型，不同于傳統(tǒng)的模型，需要將將模型中的桿件進(jìn)行細(xì)化并制定一定的編碼規(guī)則，賦予桿件相對(duì)于的屬性，比如海洋石油工程中石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)片，需要將其中一個(gè)組合梁細(xì)化成上翼板、腹板、下翼板，同時(shí)賦予對(duì)應(yīng)的編碼，這樣從項(xiàng)目最初設(shè)計(jì)圖紙、物資料單生成、料單采辦、后續(xù)建造施工、質(zhì)檢跟蹤均可以跟蹤到該編碼，并且該組合梁相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)劃、采辦計(jì)劃、建造計(jì)劃、質(zhì)檢計(jì)劃均可以進(jìn)行編制。當(dāng)項(xiàng)目管理人員在3D模型中輸入編碼，對(duì)應(yīng)的圖紙、料單來源、項(xiàng)目計(jì)劃均可以體現(xiàn)出來。通過研究3D模型與施工進(jìn)度、施工機(jī)具資源、材料的供給和需要，并制定時(shí)間-空間-數(shù)量的關(guān)系和規(guī)則以及動(dòng)態(tài)規(guī)律，從而將3D模型和項(xiàng)目計(jì)劃融合起來，建立起4D模型。在這個(gè)4D模型平臺(tái)上，不同專業(yè)模型設(shè)計(jì)工程與項(xiàng)目參與方、各階段計(jì)劃工程可以利用該平臺(tái)進(jìn)行推演項(xiàng)目實(shí)施過程，更加直觀、有效地發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施過程中可能存在的交叉沖突問題，避免了傳統(tǒng)項(xiàng)目管理過程中的各專業(yè)施工干涉、項(xiàng)目組織和管理不健全帶來的認(rèn)識(shí)偏差、計(jì)劃編制不直觀、抽象的缺點(diǎn)。

4.3 4D模型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬

4D動(dòng)態(tài)模擬是將3D模型附加在時(shí)間維度上，4D動(dòng)態(tài)模擬形象地反映了施工過程和場地狀況 ，而且模擬過程是可逆的，既可以按照項(xiàng)目計(jì)劃正順序模擬，又可以按照項(xiàng)目計(jì)劃倒序模擬。而4D實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬的模型與4D模擬不同在于，前者需要建立在項(xiàng)目實(shí)際施工過程中數(shù)據(jù)收集。根據(jù)項(xiàng)目前期相關(guān)建模信息要求，通過協(xié)同項(xiàng)目不同階段作業(yè)方，將設(shè)計(jì)、采辦、建造等施工現(xiàn)場已完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，錄入4D可視化實(shí)時(shí)模型中去，數(shù)據(jù)采集主要是依靠現(xiàn)場的施工日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、采辦進(jìn)展跟蹤等。通過對(duì)4D模型實(shí)時(shí)查看，可以很容易的發(fā)現(xiàn)單體模塊已經(jīng)完成的作業(yè)內(nèi)容。同時(shí)并將相關(guān)施工作業(yè)劃分WBS和權(quán)重，直接技術(shù)算出項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度。在單體模型中將計(jì)劃完成作業(yè)、實(shí)際完成作業(yè)、未按計(jì)劃完成作業(yè)標(biāo)記不同顏色，較為直觀的展現(xiàn)項(xiàng)目的施工進(jìn)展?fàn)顟B(tài)。同時(shí)，根據(jù)模型中未按照計(jì)劃完成作業(yè)的桿件附件的相關(guān)參數(shù)信息，查看導(dǎo)致施工作業(yè)落后的原因，是因?yàn)閳D紙未按計(jì)劃出圖，還是因?yàn)槲镔Y未按時(shí)到貨或者建造施工現(xiàn)場缺少人力、機(jī)具等原因。結(jié)合查找出來的原因，及時(shí)進(jìn)行反饋到各階段作業(yè)方(如圖2)。

圖2 基于實(shí)時(shí)施工動(dòng)態(tài)4D模型

通過將4D模型中完成作業(yè)作為后續(xù)項(xiàng)目施工作業(yè)以及計(jì)劃的基礎(chǔ)，及時(shí)更新施工計(jì)劃，并將制定的項(xiàng)目施工計(jì)劃與3D模型相結(jié)合，形成新的4D模型，作為指導(dǎo)后續(xù)施工作業(yè)的依據(jù)。同時(shí)4D實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬模型可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、采辦、建造、調(diào)試等各個(gè)施工階段信息共享平臺(tái)，只需點(diǎn)擊4D可視化管理平臺(tái)上相關(guān)桿件信息，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙編號(hào)、設(shè)計(jì)料單、出圖時(shí)間、采辦進(jìn)展?fàn)顟B(tài)、到貨狀態(tài)、現(xiàn)場施工狀態(tài)均可呈現(xiàn)出來，以便業(yè)主房、總包方、分包商以及第三方及時(shí)查看了解項(xiàng)目信息。

4.4 4D衍生管理信息系統(tǒng)

在4D可視化管理系統(tǒng)中，除了可以實(shí)現(xiàn)場地的3D布置、3D模型和計(jì)劃的雙向融合、4D的實(shí)時(shí) 動(dòng)態(tài)模擬，還可以根據(jù)桿件附屬的參數(shù)信息，建立起其他管理信息系統(tǒng)，比如材料管理系統(tǒng)、建造跟蹤系統(tǒng)、焊接跟蹤系統(tǒng)、完工調(diào)試系統(tǒng)，通過建立這些4D衍生管理信息系統(tǒng)，使用4D可視化平臺(tái)共享的信息更加全面的涵蓋項(xiàng)目的施工信息。下文將對(duì)衍生的管理系統(tǒng)依次進(jìn)行介紹。

5 4D可視化管理的優(yōu)勢

(1)提高項(xiàng)目管理水平，該系統(tǒng)需項(xiàng)目所有部門參與合作，數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合匯總，對(duì)管理人員提出了更高的要求，有利于提高整體水平。

(2)提高數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，數(shù)據(jù)每天由基層填報(bào)，管理部門核實(shí)或抽查，避免了以前憑空編造的情況。

(3)數(shù)據(jù)匯總分析快捷，系統(tǒng)運(yùn)算可靠安全，避免了手工計(jì)算經(jīng)常出錯(cuò)的情況。

(4)方便數(shù)據(jù)積累，通過一定時(shí)間的積累，通過整理分析，可以編制出切合實(shí)際的工時(shí)定額。

(5)集成三維模型和P6、采辦、材料跟蹤、建造跟蹤、完工調(diào)試等系統(tǒng) ，建立可視化智能生產(chǎn)管理平臺(tái)，在項(xiàng)目執(zhí)行過程中基于現(xiàn)有項(xiàng)目狀況推演不同項(xiàng)目執(zhí)行方案選擇最優(yōu)執(zhí)行。

6 結(jié)語

通過本文中4D可視化管理模式的介紹，可以發(fā)現(xiàn)可視化技術(shù)在海洋工程項(xiàng)目具有較大的優(yōu)勢，其不僅可以進(jìn)行施工場地3D布置，還可以進(jìn)行4D模型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬，將項(xiàng)目整個(gè)施工進(jìn)行精準(zhǔn)的呈現(xiàn)出來，項(xiàng)目管理人員可是直觀的了解項(xiàng)目在某一時(shí)間的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)。同時(shí)借助4D可視化衍生的管理系統(tǒng)，能極大地收集項(xiàng)目信息，建立信息共享平臺(tái)，提高各方溝通效率和決策水平，縮短項(xiàng)目施工工期，降低項(xiàng)目運(yùn)行成本。這是企業(yè)走向國際化的一種重要途徑，也是海洋工程EPCI總包模式下必備的管理模式。