鐵路站房建設工程數字化動態管理研究

寧文峰, 肖慕穎

(中南設計集團(武漢)工程技術研究院,武漢 430071)

1 國內建設工程信息化管理平臺和管理模式研究

項目管理的概念、理論與組織方法自20 多年前傳入我國,在應用層面取得不少成績。 但目前在很多業主方與施工方的集團與項目部中,信息管理仍是項目管理中應用最為薄弱的一環。 這主要表現在信息管理的組織、方法和手段仍停留于傳統的組織與模式上,很多應用僅止于單項程序,未形成系統,未能體現信息化的優勢,即信息的集成和共享。

以我國大型建設企業為例,項目管理信息化應用主要包括兩種類型。

(1)引進國外成熟的項目管理軟件,并基于企業具體情況進行二次開發。 如P3(Primavera Project Planner)、Microsoft Project、Arte MisProjectview 等,側重工程建設中的進度控制和資源總體調配等方面。近年來,我國眾多IT 企業基于國情推出適合我國工程項目管理的軟件,如大連同洲公司的項目管理2000、深圳清華斯維爾的工程管理軟件系列、北京夢龍科技的Mr2000 等。 但國內很多企業在應用上述產品過程中,出現了應用程度不均衡、應用程度較淺、項目全生命周期的信息和項目軟件應用未能融為一體等情況。

(2)在整體項目信息化規劃的基礎上,根據業務領域和特點,進行項目管理軟件的自主開發, 如合同管理、工程投標報價、建筑工程概預算、進度控制、成本控制、財務管理、合同管理等軟件。 但這類軟件僅利用了計算機的單機功能,未能形成網絡,項目上建設方、設計方、施工方、監理方等各單機應用彼此相互隔離,數據與數據之間彼此孤立。

當前建筑行業競爭非常激烈,多項目、高風險、快變化、嚴質量、短工期、低價格已成為建設單位無法躲避的難題。 雖然傳統信息化建設在一定程度上提升了建筑企業的運營和管理水平,但 “信息孤島”“應用孤島”和“資源孤島”三大難題仍難以得到解決。 因此,加快建設企業的信息化進程,盡快實現建設單位信息化管理的系統集成和協同管理,可以幫助我國建設項目實現規模化生產和精細化管理,提高建設單位的抗風險的快速反應能力,從而在行業競爭中脫穎而出。

2 基于BIM 技術打造建設管理平臺

2.1 項目背景

隨州南站鐵路站房為武漢十堰鐵路(也稱為“武襄十城際鐵路”)沿線的中間車段,是武漢至西安快速鐵路的重要組成部分和先驅實施區段,由湖北漢十城際鐵路公司投資建設,中鐵建工進行實施。 漢十鐵路全長432km,總投資約527 億元。 站房建筑面積為19 852m2,工程造價26 979 萬元,為線側平式站房布置,效果如圖1。

圖1 隨州南站效果圖

2.2 項目需求分析

(1)項目難度需要。 隨州南站站房建筑造型新穎,構件加工、安裝、裝飾裝修要求高;傘單元ETFE膜結構,制作難度大,施工要求高;節點復雜;質量要求高,涉及專業多。

(2)建設方管理模式探索。 通過調研了解可以開發BIM 管理平臺,也可以利用市場上成熟的管理平臺。 最終選擇利用比較成熟的BIM 管理平臺進行站房的建設管理。

(3)提升工程建設效率。 結合BIM 建設管理平臺,可以精準地對項目建設期間的進度、資料、施工技術以及質量安全進行管控,提高管理效率。

2.3 BIM 平臺選型

項目初期采購了市面上較為成熟的BIM 管理平臺作為試點,考察是否能滿足建設方需求,進行隨州南站的BIM 建設管理。

經過一段時期的試用考察后,發現該平臺存在數據對接不通暢、管理流程與建設方流程不符、無法滿足建設方的定制需求等問題,綜合考慮后,決定進行基于WebGL 的建設BIM 動態管理平臺開發。

自主開發平臺的優勢分析:(1)基于WebGL 開發的建設BIM 動態管理平臺,對于BIM 數據的交互更友好,不易產生數據丟失,并且輕量化的顯示效果更好;(2)市面上的建設管理平臺通常采用傳統的項目管理理念,無法與BIM 模型進行有效互聯;(3)已有的BIM 管理平臺管理流程無法滿足建設方的需求,自主開發的建設管理平臺符合中鐵集團的內部管理流程,并可對管理過程進行動態調整;(4)已有的BIM 管理平臺的服務方大部分為施工方,僅著重于施工階段的建設管理,而自主開發的建設管理平臺以業主方為立足核心,結合了設計、施工等各方的數據服務,真正做到BIM 數據的傳遞。

2.4 平臺設計及功能結構

平臺的總體架構劃分為三個部分:云服務端、網頁平臺端和APP 端,并共享一個數據接口、一套功能服務,保障平臺管理的數據來源于統一數據源。

云服務端作為建設管理平臺的底層數據層,是以BIM 模型及相關的建設工程數據為核心的數據來源,并不斷匯總建設期間平臺端及App 端產生的工程數據,形成底層的大數據庫,不斷驅動數據庫進行數據同步和更新,并建設管理期間所需的各種結構化和非結構化的數據存儲在云端,項目的各參與方可通過平臺端或App 端來獲取管理平臺的各項資源。 平臺架構如圖2 所示,網頁端的功能結構如圖3 所示,App 端的功能結構如圖4 所示。

圖2 平臺架構圖

圖3 網頁端的功能結構

圖4 App 端的功能結構

3 平臺的關鍵技術

3.1 BIM 輕量化研究

傳統的BIM 模型只能在專業的軟件中才能打開,操作難度大,對設備配置要求高,并且難以與管理平臺進行對接,為信息交換及信息化管理帶來諸多不便。

本平臺通過輕量化引擎,結合WEBGL 技術,可以在各類web 瀏覽器、移動App 上,僅通過web 頁面,輕便快捷查看及分享BIM 模型成果,同時無需傳輸原始BIM 成果文件,保護知識產權。

設計模型是一種精確的邊界描述(B-rep)模型,含有大量的幾何信息,在現有的計算機軟硬件條件下,使用設計模型直接建立大型復雜系統裝配、維修仿真模型是不可能的,因此需要使用輕量化的模型建立仿真模型,以達到對仿真模型的快速交互、渲染。

通過LOD 技術可以實現在可視化仿真領域中處理圖形顯示的實時性。 LOD 模型就是在不影響畫面視覺效果的條件下,對同一物體建立幾個不同逼近精度的幾何模型。 根據物體與視點的距離來選擇顯示不同細節層次的模型,從而加快系統圖形處理和渲染的速度。 保證在視點靠近物體時對物體進行精細繪制,在遠離物體時對物體進行粗略繪制,在總量上控制多邊形的數量在系統的處理能力之內,這樣就可以保證在不降低用戶觀察效果的情況下,大大減少渲染負載。

3.2 以中鐵系統流程為核心的質量、安全問題管理

建設管理平臺集成了中鐵系統的質量、安全管理流程,進行PC、手機等多終端關聯的實時管控。建設過程中,業主/監理單位發現了質量問題、安全隱患后,可利用云平臺及手機端進行問題定位及反饋,發給設計/施工單位整改,設計/施工單位在期限內整改完之后拍照上傳,經監理單位審核,若審核通過則任務關閉,若不能通過將重新發給施工單位整改,直到整改通過任務關閉為止。

并且平臺利用BIM 模型及內置的技術質量責任管控體系,將問題落實到各單位、部門的執行人,利用平臺實現建設過程中的質量技術的全面管控。

4 利用BIM 平臺進行的數字化建設過程管理

4.1 輕量化模型瀏覽及二三維聯動

隨州南站的全專業模型包括屋面鋼結構、主體結構、幕墻、建筑、精裝、機電等,整合模型近4G 大小,通過輕量化技術上傳到平臺,減少約80%的模型大小,并且模型的材質、幾何精度并未丟失,平臺內的展示效果極佳。

為了提高模型的辨識度、利于查找,平臺開發了二三維聯動功能,可從平面圖中點擊相應區域,快速在三維中對模型進行定位,方便現場的工程師進行定位。

4.2 點云實況

平臺集成了現場的點云模型,定期對現場進行點云掃描,觀察施工進度。

4.3 生產進度管理

平臺集成了漢十項目的施工生產進度表,根據不同階段的完成情況,進行相對應的進度染色,分部分項工程是否完成、延遲一目了然。

模型構件與實際的生產進度表相關聯,并根據實際的建設情況,更新構件的實際生產進度時間。可在平臺中實時查閱施工流水段區間的實際進度與計劃進度的對比,及時鎖定進度滯后的施工段并找出原因。

4.4 質量與安全管理

平臺實現了PC 與手機端關聯的實時管控。 建設過程中,監理/業主單位發現了質量問題、安全隱患后,可利用手機端拍照記錄,發起質量問題,定向發送給相應的責任人(施工/設計方),如圖5 所示。

圖5 PC 與手機端關聯實時管控

同時該條質量問題會同步上傳至平臺,由平臺采集數據進行匯總,形成區間段的問題記錄分析,查看問題的分布趨勢、分類以及相應的整改情況。

4.5 資料管理

建設過程中產生的工程資料、合同文件、設計資料、驗收文件等將統一上傳至平臺進行資料管理。 并且通過權限設置,業主方、設計方、施工方、監理方等不同參與方通過各方的賬號登陸平臺,進行各階段的資料交付,從平臺層面做到數據的整合與隔離,保證工程數據的安全性。

5 鐵路站房建設管理平臺的發展與展望

5.1 實現建設工程中的信息正向傳遞,促進建設工程生命周期信息化管理的全面充實發展

建設工程的信息化管理可使信息的管理更加全面并富有邏輯性,可為建設期間設計、施工、運營等建立互相協調的、內部一致的可運算信息,同時也避免了因多方管理造成的混雜數據。 基于建筑信息模型,通過4D 技術可以將空間三維與時間很好地鏈接在一起,可以通過模擬施工過程預測施工過程中出現的各種沖突,減少了設計碰撞。同時,模型中所包含的信息可以生成工程量清單,自動進行工程量的測算和相應的進度計劃安排,并可以延伸到工程建設竣工后的運營和設施管理,促進了建設工程生命周期管理的全面、充實發展。

5.2 提升鐵路站房的信息化建設管理模式

隨著基建行業整體管理水平的不斷提升,交通樞紐因其體量巨大,功能復雜,并且運營維護直接面對廣大群眾,其建設運營管理的水平直接影響到旅客的出行質量,是行業亟需革新的示范性工程。

而基于BIM 開發的建設管理平臺,既可以滿足信息從設計到施工到運維階段的正向傳遞,減少建設過程中的錯漏碰缺,減少設計變更及施工返工,起到節約成本、提升建設質量、為建設項目增值的作用;又能通過信息化的管理模式與管理手段,對不同時期、不同階段的工程信息進行結構化的數據管控,滿足現代化樞紐建設管理的需要;并能通過對工程建設中的信息分析與處理,建立起交通樞紐項目的“大數據”工程信息庫,為以后交通樞紐建設的決策做重要支撐。