村鎮建設項目管理平臺設計研究
——以陜西省某特色小鎮項目為例*

劉曉君 李天成 王碧劍

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

0 引言

村鎮建設項目涉及資源、環境、經濟、社會、設施、安全等多個方面，其建設管理目標更加多元化，多主體統籌協調難度更大。當前，村鎮建設項目管理仍采用傳統的管理手段，設計與施工等主要參與方難以充分交流和協調，建設實施與運營管理目標未能有效重合，多類別項目管理困難，無法滿足當前綠色宜居村鎮建設背景下多元建設目標的實現。基于村鎮信息模型(Village and Town Information Model，VIM)構建村鎮建設項目管理平臺，對村鎮建設項目進行全生命周期管理，能夠有效協同各參與主體、減少信息不對稱、大幅提升管理效率，從而提升村鎮整體綠色宜居水平[1]。

為了提升建設項目信息化平臺建設水平，學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合工程實際提出信息化平臺建設方案，并實證了其應用價值。同時，從平臺的交互性與協同性等特點出發，對項目方案設計[6]、施工管理[7]、全過程造價控制[8]、設施設備運維與管理[9-10]等項目全生命周期內各階段工作進行優化，以提升項目管理效率。

隨著建設項目數量與規模的不斷擴大，基于BIM、GIS等技術的綜合管理平臺在以城市為代表的多類別項目的規劃、建設、運維中得到廣泛應用[11-12]，為在村鎮中進行多類別建設項目全生命周期管理提供了參考[13]。而村鎮建設項目管理在平臺的建設需求和預期功能等方面受技術力量、可承受成本的限制，且其核心目標與城市相關研究相比存在較大差異，因此，直接將以城市為代表的建設項目管理平臺構建方案應用于村鎮多類別項目建設管理存在較大難度。當前，在村鎮項目建設與管理中，已有學者開展了諸如村鎮住宅定向設計的模塊化系統開發[14]等研究，初步驗證了構建村鎮建設項目管理平臺的可能性[15]。

由于村鎮建設項目中包含多種類別的建設項目，需要綜合運用多種信息化技術實現村鎮多類別建設項目多目標協調、多主體協同、多階段銜接、多手段并用的目標。為此，本文基于BIM與GIS等技術，通過構建以VIM為基礎的管理平臺，提升村鎮多類別建設項目全生命周期建設與管理水平，最終實現綠色宜居村鎮建設目標。

1 村鎮建設項目管理內容與管理平臺功能需求分析

通過走訪調研全國范圍內數十個具有一定區域代表性的村鎮，歸納出村鎮建設項目管理的內容，主要包括多類別建設項目管理、項目綠色宜居建設、項目全生命周期管理、多參與主體有效協作4個方面。

1.1 村鎮建設項目管理內容

1.1.1 多類別建設項目管理

村鎮建設項目承擔著產業發展、居民安置、提供公共服務等多項功能，需要進行多種類別的項目建設。村鎮建設項目包括特色小鎮項目、基礎設施項目、公共配套項目、移民搬遷安置項目、田園綜合體項目、現代農業產業項目和住宅建設項目等。各項目建設目標具有一致性，需要管理方統一協調各項目進度，保證各項目目標順利實現。

1.1.2 項目綠色宜居建設

項目綠色宜居建設是實現村鎮綠色宜居建設的關鍵環節。通過各階段基于村鎮模型開展的分析與模擬，支持各項目開展宜居規劃、綠色施工、節能運營等，有助于提升村鎮綠色宜居水平。從過程管理的視角出發，將模擬分析等優化結果應用于項目實際建造過程，能夠保證項目各階段綠色宜居建設成效，最終保障村鎮整體綠色宜居建設效果。

1.1.3 項目全生命周期管理

村鎮建設項目涉及全生命周期的管控，通過規劃、設計、施工、運維等各階段的統一管理，保證信息在不同階段之間的有效流通。同時，對不同階段產生的關鍵信息設置對應的綠色宜居評價標準，將搜集到的數據與標準進行分析對比，并輸出評價結果。基于各項評價結果對薄弱點進行專項整改，保障村鎮多類別項目綠色宜居建設效果。

1.1.4 多參與主體有效協作

村鎮建設項目全生命周期管理涉及不同階段、多參與方的共同協調，各階段產生的不同類別信息在經過篩選后需要進行分類并傳遞至各參與主體。同時，由于建設項目多專業協同的特點，對于項目建設中出現的問題，各參與方需要依靠數據傳遞進行溝通和修正。設計、施工等階段產生的過程數據隨著工程進度在各方之間不斷更新，并通過與負責人同步對接，實現全生命周期管理下各主體在項目不同階段的實時交互協作。

1.2 平臺功能需求分析

基于村鎮建設項目管理內容的分析，梳理和歸納村鎮建設項目信息化管理平臺需求。具體如下。

1.2.1 實現BIM與GIS技術的多類信息有效融合

村鎮多類別建設項目信息化管理平臺所采用的數據具有多源性的特點，涉及建筑信息模型數據與地理信息數據、物聯傳感數據等。平臺中各應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

首先，構建涵蓋各階段的項目綠色宜居評價指標體系，通過平臺中不同功能模塊對相關數據進行分析，準確衡量各階段綠色宜居水平；其次，通過界面指令對后臺數據進行儲存、調用與修改，保障各項目綠色宜居建設效果。

1.2.3 進行全生命周期管理

建立基于項目規劃設計模型、施工階段模型、竣工驗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鍵信息，完善工作內容與進度安排，同時開展一系列模擬分析，并修正分析結果，為項目生命周期管理提供支撐。

1.2.4 實現各參與主體交互

針對不同參與主體的工作內容及信息需求，確定所需的數據來源，劃定各方數據權限范圍。以多項目建筑信息模型為核心，為各參與方提供資料上傳、在線預覽、數據分析等功能。同時，完善平臺內部的交流機制，保證各方實現協同工作與交互管理。

2 基于VIM的村鎮建設項目管理平臺設計

VIM作為平臺的核心部分，將建模對象由單體項目擴大到村鎮區域范圍內的多類別建設項目及地理信息等附屬要素。根據平臺的功能需求，結合多種信息化技術特點，圍繞實現村鎮多類別建設項目全生命周期建設與管理這一主線開展信息化管理平臺設計。首先，探討VIM的設計與實現路徑；其次，開展平臺架構設計和數據庫設計；最后，進行平臺各應用模塊設計。

2.1 VIM設計與實現路徑

首先，利用BIM技術建立基于全生命周期關鍵數據及設施/設備信息的多類別項目建筑信息模型；其次，將BIM模型與GIS系統中包含的村鎮地理空間信息相結合，形成對村鎮各實體及其時空狀態的數字化描述及表達；最后，利用村鎮內部設置的物聯感知與監控設備，將各項目主體及其實時狀態反饋至平臺。通過基于BIM、GIS、IOT等信息手段獲取的數據，為村鎮整體及各建設項目的規劃、設計、施工、運維提供一體化決策，并為后續開發各應用模塊功能提供支撐。

2.2 平臺架構設計

村鎮建設項目管理平臺基本架構如圖1所示。主體層包括政府部門、各項目團隊、業主，為鄉鎮建設項目綠色宜居規劃、綠色宜居設計、綠色宜居施工、綠色宜居運維等全生命周期管理提供支持。基礎層包括基礎設備與通信網絡，通過各類傳感器、識別設備、監控設備等收集相關信息，并利用通信網絡上傳至數據層。數據層通過對各類數據進行整理和分類，將數據儲存于相應的數據庫。勘察設計階段與施工階段產生的過程數據及運維階段收集的感知數據等經分類篩選匯總至模型層。在云計算與大數據等信息技術的支持下，針對不同功能需求設計并開發平臺各應用模塊，滿足應用層各項業務需求，提升村鎮綠色宜居水平。

2.3 數據庫設計

村鎮項目管理平臺建設涉及多種數據信息，易造成數據冗余，影響平臺的穩定和高效運行。從平臺數據庫中涵蓋的數據來看，主要包括BIM模型、GIS、IOT等多種類別數據。其中，BIM模型數據不僅包含各項目三維空間幾何信息，還包含其內部設施/設備及相關構件參數信息；GIS數據包含村鎮地理信息等空間數據；IOT數據包含各項目內部依托物聯設備采集的動態數據。

本文將BIM模型數據與GIS數據分別轉化為IFC文檔和CityGML文檔，通過設置多個獨立數據庫實現相應格式數據的調取與檢索等功能。將IOT數據存入特定的數據庫作為動態數據，建立BIM模型中構件與其相應動態數據之間的映射關系。村鎮建設項目管理平臺數據庫構成如圖2所示。

由于BIM與GIS在表達對象和承載信息方面有所不同，為了在平臺中實現兩者的集成，需要建立BIM與GIS之間的數據共享與交換規則，其核心要義在于構建包含豐富語義信息的VIM，以支持各項分析應用能力的實現。在此，將IFC和CityGML分別作為BIM與GIS領域內通用的數據標準，前者主要針對各類建筑構造及設施的幾何語義信息，后者強調空間對象的多尺度表達[16]。在該平臺中，多項目BIM模型到多細節層次的GIS表面模型的轉換過程如圖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的表達形式進行轉換，而后進行幾何語義增強，構建從IFC至CityGML的多層次語義映射關系，并根據實際需求構建不同LOD層級的CityGML模型。

由于現階段物聯感知數據與BIM/GIS數據集成領域的相關應用尚不成熟，需要結合項目實際特點與現實需求進行探討[17]。本文以常用的監控視頻數據為例，在采集監控視頻圖像的同時將視頻圖像上傳至平臺，通過GIS中的地理空間數據與視頻圖像進行坐標關聯，實現視頻監控數據與BIM/GIS數據的集成。

2.4 平臺應用模塊設計

2.4.1 多類別建設項目管理

利用VIM中涵蓋的多項目建筑信息模型，實時掌握不同階段的各項目情況，通過平臺搭建實時管理渠道。利用可視化軟件進行碰撞檢查、管線排布方案規劃等，優化設計與施工過程，提升工作效率。通過VIM將物聯設備收集到的數據對應至三維模型，實現模型信息與感知信息的有效聯動，掌握各建成項目的運維狀況，輔助開展運維管理。通過平臺匯總設計、建設、運維等不同階段的村鎮多類別建設項目數據，實現基于平臺的村鎮多類別建設項目管理。

2.4.2 項目綠色宜居建設管理

以各項目BIM模型數據為基礎，綜合GIS與IOT等數據，在技術支持端整合數據源，完成采集工作。同時，在數據庫中利用優化算法將原始數據轉化為系統所需的目標數據，再將目標數據轉化為相應的指標評價結果，并將評價結果上傳至界面目錄，實現各項目綠色宜居評價結果的實時展示。在此過程中，管理流按照數據流的反向實現依次傳導，依托技術支持端、內置算法庫等實現基于各項目綠色宜居評價指標的有效管控，提升村鎮建設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時數據進行匯總并實時更新，增強平臺的實用性與可拓展性，以更好地滿足各參與方工作需求。

2.4.4 協同工作與管理

將項目相關主體納入平臺服務范圍，使信息流在不同參與方之間有效傳遞。針對村鎮多項類別建設項目中設計、建設、運維等階段的工作內容設立不同的功能模塊。同時，各參與方能夠對相關信息模型進行修改，從而實現聯動，提升工作效率。此外，通過平臺反饋調整后的方案，使相關參與方能夠獲取現場變更信息，再將變更結果反饋至平臺，實現以平臺為核心的協同與管理。

3 基于案例的平臺功能實現

以陜西省某特色小鎮項目為研究案例，在深入調研的基礎上開展信息化管理平臺建設，探討實現村鎮建設項目信息化管理的方式。

3.1 VIM的初步構建

該特色小鎮項目主要包括文化旅游項目、精準扶貧項目、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模型構建存在一定難度。利用無人機傾斜攝像等技術，與現有GIS數據相結合，獲取多平面的小鎮地理空間信息，在平臺中實現建筑物、道路、相關設施等實體呈現。將建筑信息模型數據、村鎮地理空間數據、物聯感知系統獲取的村鎮底層數據整合至VIM，實現村鎮多類別建設項目各要素在時空的數字化表達。初步構建的VIM界面如圖4所示。

3.2 村鎮多項目集成管理

依托VIM構建三維空間模型，開發多項目信息模型瀏覽、多項目信息查詢等多項基礎功能。同時，進行專項模塊的開發，主要包括項目管理、環境監測、項目綠色宜居建設、村鎮智慧民生服務、視頻監控管理等，將村鎮建設項目各階段管理的實際需求轉化為平臺的現實功能，實現基于平臺的多類別項目集成管理。視頻監控管理界面如圖5所示。

3.3 不同主體間的協同管理

通過獲取技術管理人員權限范圍內的各項信息，在平臺中就需要跨專業協調的問題直接與對應人員進行溝通。設計、施工等方案一旦發生變更，各相關方能夠直接在平臺中對其專業模型及附屬特性等信息進行線上溝通協商，并及時做出修改，實現基于平臺的村鎮項目多參與方協同管理。

3.4 建設項目全生命周期管理

在項目規劃階段，開展基于規劃模型的分析。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，檢驗模型指標是否滿足相關標準。在項目施工階段，通過現場設置的監控與傳感器等設備掌握實時情況，保障項目綠色施工。同時，依托施工模型，在子模塊中進行施工模擬，確保項目工期。在項目運維階段，利用運維模型開展可視化設備管理，實現對各項目內部空間及設備的實時感知，便于快速解決故障問題。

4 結語

村鎮建設項目管理平臺集成了村鎮多類別建設項目全生命周期的各類數據，基于VIM構建村鎮多類別建設項目及各類要素綜合信息數字模型，開展面向需求的功能模塊設計。該平臺具有集成性、精準性、模擬性等特點，能夠解決村鎮多類別建設項目全生命周期管理等問題，實現村鎮多類別建設項目信息化管理，為村鎮建設項目規劃、建設、管理等階段提供有力支撐。

隨著綠色宜居村鎮建設的不斷深入，以實現村鎮多類別建設項目全生命周期管理為代表的多樣化應用場景對平臺開發提出了更高要求。未來，可逐步完善并拓展平臺功能，實現平臺的不斷優化與迭代。