基于BIM+GIS的工程總承包項目管理系統建設探索

彭壽昌

“十三五”期間，勘察設計行業工程總承包業務總量持續增長，工程總承包業務占比不斷增加。據現有增長數據分析，工程總承包業務在“十四五”期間將實現進一步增長。隨著業務規模不斷擴大、項目管理經驗逐漸積累，承包商通過傳統的項目管理工具進行大體量的工程總承包項目管理時，出現了諸如信息管控水平較低、項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目的特點，利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）和地理信息系統（Geographic Information System，GIS）技術，探索建立工程總承包項目管理系統。

工程總承包的特點和難點

長期以來，我國采用設計和施工相分離的傳統承發包模式開展工程項目建設。2003年2月，《建設部關于培育發展工程總承包和工程項目管理企業的指導意見》（建市〔2003〕30號）提出培育發展專業化工程總承包模式。工程總承包模式與傳統承發包模式相比，不同之處主要體現在以下三個方面。

（1）適用范圍不同。傳統承發包模式主要適用于房屋建筑工程、土木工程，較少涉及復雜設備采購和安裝；工程總承包模式較好地適用于大型工業投資項目，領域多集中于石油、化工、冶金、電力工程等。

（2）招標方式不同。傳統承發包模式多采用公開招標來進行施工招標，并可提供較詳細的設計資料；而工程總承包模式多采用邀請招標或議標的方式，業主一般只能給出項目的預期目標、功能要求等約束性要素。

（3）風險承擔形式不同。傳統承發包模式下，業主和承包商共同承擔風險；而工程總承包模式下，承包商獨立承擔工程項目的絕大部分風險。

工程總承包項目通常具有投資額巨大、建設周期長、技術難度高、涉及專業廣和參與單位多等客觀特征，因此在實踐中，風險分攤、權責劃分、成本利益分配等方面協調管理難度較大。總的看來，工程總承包項目管理難點主要體現在以下三個方面。

（1）法律法規支撐不足。現階段，國內關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）和《中華人民共和國建筑法》（中華人民共和國主席令第46號）中對于工程總承包僅做了原則上的規定，缺乏實踐指導意義。

（2）管理機制不夠完善。適合承包商自身業務特點的工程總承包組織機構和管理體系還不健全，內部控制體系有待完善，標準化管理也有待加強。

（3）承包商能力有待提高。現階段，承包商能力較單一，設計和施工能力融合深度欠缺，既懂設計又懂施工的復合型人才匱乏。

BIM和GIS技術

BIM以三維模型為載體，可匯集工程設計、施工、運營的全生命周期中的工程數據。GIS是一種對地理空間有關的地形、地貌、位置分布等信息進行存儲、管理、描述和分析的信息系統，對地理位置等空間要素提供了存儲、操作及處理等功能。

BIM和GIS技術是工程數字化實踐過程中的重要技術，兩者在功能作用方面各有特點：BIM技術用于構建工程模型，為工程對象全生命周期的數據處理提供了途徑，且具有一定的可視化交互能力；GIS技術在地理基礎信息存儲、處理及展示方面具備優勢。兩者結合使用可產生新的應用場景，同時在項目管理系統可視性方面體現出較好的價值。

工程總承包項目管理系統建設方案

工程總承包項目管理系統（下稱“系統”）的設計目標為：利用較成熟的軟件系統搭建技術，融合BIM和GIS技術，可視化展示工程數據，最終實現設計施工一體化、項目管理精細化、全生命周期可視化等目標。

系統架構

工程總承包模式下，參建單位較多，項目管理人員往往需要在多個地點訪問系統。從信息系統的角度看，為了解決多用戶異地訪問帶來的軟件運維問題，故采用當前主流的瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/ S）架構進行整體設計。系統架構自下而上包括網絡通信層、數據存儲層、平臺支撐層、服務治理層、應用模塊層、信息展示層，如圖1所示。數據存儲層、應用模塊層和信息展示層通過接口進行數據交互，能夠有效降低系統耦合度，為后期維護擴展降低工作量。

（1）網絡通信層。網絡通信層是數據通信的基礎設施，需要部署系統所需的硬件設施、網絡，包括光纖電纜、4G/5G、交換機、網閘、虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）等通信設備。

（2）數據存儲層。數據存儲層主要描述系統全部數據的存儲實現方式。系統采用關系型數據庫對業務數據進行存儲、管理，涉及人員、財務、組織結構等信息的核心數據由承包商主數據平臺存管，與本系統實現融合接入。

（3）平臺支撐層。平臺支撐層主要采用面向服務的架構（Service-Oriented Architecture，SOA），基于中間件平臺提供構件開發和管理的基礎架構，實現統一架構、統一規范、統一頁面的IT基礎設施功能。

（4）服務治理層。服務治理層主要提供服務的查找、綁定和路由等功能，同時進行業務服務的管理和監控。

（5）應用模塊層。應用模塊層主要包括具體業務應用的功能模塊，對外展現為具體功能，功能模塊主要涵蓋基礎信息配置、設計管理、施工進度管理等。

（6）信息展示層。信息展示層主要包含系統的數字化門戶，對外提供可視化的信息展示功能。通過積累工程關鍵性指標數據，信息展示層提供項目管理過程態勢感知功能，為決策層決策分析提供支持。

系統功能建設要點

工程總承包模式下，由于承包商需要對設計、施工兩大環節實行全面的管控，因此在系統功能設計時，需主要考慮涵蓋這兩個方面的業務，同時考慮系統自身需求等綜合因素。需要指出的是，系統未將采購管理作為單獨功能模塊開發，而是包含在成本和合同管理模塊。總體看來，系統包括11項功能模塊，共計50余項子功能，如圖2所示。

（1）數字化門戶探索。在承包商的數字化轉型過程中，決策者對洞察經營情況提出新的需求，這對數據的匯集和展示發起新的挑戰。在分析了決策者、設計方等多方需求之后，系統在數字化信息展示方面做了一定的探索。數字化門戶是基于BIM+GIS技術，提供多層級工程數據集成、展示功能的模塊。系統通過積累工程業務數據，對外提供企業級、業態級、項目級三種層級的可視化數據展示。

數字化門戶通過匯集、統計承包商工程總承包項目數據，歸納、抽取工程相關的關鍵性指標，體現項目分布特點和動態，為洞察經營情況提供企業級視角。

項目對比是以在建項目為核心，以項目部為單位展示施工進度、質量、安全狀況和財務資金等信息，實現多項目的并行管理及對比分析，為項目整體管理提供業態級視角。

工程態勢分析是以單項目為載體，對資源利用現狀進行統計分析，以便優化資源投入，提供決策輔助支持，為洞察工程運行情況提供項目級視角。

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

在實踐中，承包商首先通過系統自定義計劃項的編碼、名稱、起止時間、人員、計劃類型（如主體計劃）等信息，建立計劃及檢測體系，然后將BIM模型構件與計劃項進行關聯。關聯后，系統將計劃項編碼作為該構件的一個模型屬性進行存儲。

（3）危險源與BIM模型。在項目施工階段，危險源是導致施工安全事故的根本原因。我國關于危險源的分類方法有按生產過程危險劃分、按有害因素劃分及按企業職工傷亡事故劃分等。但在實際生產中，危險源不僅種類繁多、原因復雜，而且在導致事故發生、造成人員傷害和財產損失方面的作用大不相同，建立全面、清晰的危險源清單存在相當的難度。系統綜合考慮到自身對不同類型工程項目的適應性等因素，從危險源危害等級、危險源暴露頻率、事故類型、事故可能性的主觀判斷、事故影響程度5個維度建立了危險源評判體系，為定義危險源清單提供判斷標準，并將危險源與控制措施進行關聯。

管理人員根據項目實際可進行危險源名稱定義，當系統加載模型構件后，通過勾選的方式將部分危險源與可視化構件進行關聯。關聯后，危險源與模型構件共用一套編碼，即BIM建模師確立的專業模型編碼。

系統集成與開發

為了與系統外部應用（承包商主數據平臺、協同設計系統、財務管理系統等）實現較好集成，系統可提供四種集成方式，即數據庫方式、頁面方式、接口方式和網頁服務（Web Service）方式。基于這些集成方式，系統適合處理較復雜的業務操作，以降低集成難度，快速實現業務需求。系統采用超文本標記語言（Hyper Text Markup Language，HTML）、JavaScript對象簡譜（JavaScript Object Notation，JSON）或表述性狀態轉移（Representational State Transfer，Rest）等底層接口實現純展示類的功能模塊，并采用企業級JavaBean（Enterprise JavaBean，EJB）的方式對部分標準化產品進行模塊化集成。

結語

本文立足于承包商工程總承包項目管理實踐，在BIM+GIS集成應用方面進行探索，開發了涵蓋11項功能模塊的工程總承包項目管理系統，將BIM三維模型用于過程管理，結合GIS地圖進行綜合信息展示，較好地提高了工程總承包項目過程管理水平和數字化管控能力，具有一定的參考價值。

受一些因素限制，本文仍存在許多不足之處。例如，在BIM與GIS的數據融合方面未做深入研究，僅采取了服務發布調用和編碼關聯等簡單的方式加以耦合；未從項目管理的角度對系統開發過程控制進行深入研究等。這些將在后續工作中繼續完善。P