基于BIM的高速公路建設(shè)管理數(shù)字協(xié)同應(yīng)用實踐

摘" 要：為解決高速公路建設(shè)項目多業(yè)務(wù)整合難、跨階段數(shù)據(jù)傳遞難、管理單元統(tǒng)一難、軟硬件接口統(tǒng)一難等問題，依托蘇臺高速公路七都至桃源段工程，通過開展多業(yè)務(wù)平臺集成方式、全生命期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、管理單元劃分模式、軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)以及基于BIM+GIS的數(shù)字化平臺等方面的深度研究，進(jìn)而為打通建設(shè)管理過程中的各個環(huán)節(jié)以及實現(xiàn)業(yè)務(wù)高效協(xié)同提供有效的解決途徑。

關(guān)鍵詞：BIM+GIS;公路工程;數(shù)字化管控平臺;項目管理;業(yè)務(wù)協(xié)同

中圖分類號：TU17" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0167-04

Abstract： In order to solve the problems of multi-service integration， cross-stage data transmission， management unit unification and software and hardware interface unification of expressway construction projects， relying on the project from Qidu to Taoyuan of Su-Tai Expressway， this paper carries out in-depth research on multi-service platform integration mode， whole-life basic data standard， management unit division mode， software and hardware interface standard and digital platform based on BIM+GIS. Furthermore， it provides an effective solution to get through all aspects of the construction management process and to achieve efficient coordination of business.

Keywords： BIM+GIS; highway engineering; digital management and control platform; project management; business coordination

為解決高速公路建設(shè)管理過程中信息共享程度低，現(xiàn)場工程數(shù)據(jù)種類多管理難度大，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不直觀，管理分析決策難等問題，通過建立統(tǒng)一的BIM+GIS建設(shè)管理協(xié)同平臺，編制基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和平臺接口標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，依托BIM+GIS技術(shù)的可視化特性，借助人臉識別、電子簽名等信息化技術(shù)，提升項目管理和決策水平。

1" 工程建設(shè)管理數(shù)字協(xié)同應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1" 建設(shè)管理系統(tǒng)多而散業(yè)務(wù)整合難

在高速公路建設(shè)管理過程中，由于參建單位多，業(yè)務(wù)系統(tǒng)多，產(chǎn)品形式各異，無法將各個系統(tǒng)有效地串聯(lián)起來，多種業(yè)務(wù)模式的信息處理和數(shù)據(jù)整合無法實現(xiàn)，阻礙了多專業(yè)的協(xié)同管理。

1.2" 紙質(zhì)資料難傳遞建養(yǎng)數(shù)據(jù)分離

紙質(zhì)介質(zhì)不能實現(xiàn)信息的高效流轉(zhuǎn)，阻礙建養(yǎng)數(shù)據(jù)一體化應(yīng)用。由于公路工程項目周期長、交接單位和部門多，項目紙質(zhì)檔案資料管理存在歸檔不及時、不規(guī)范、不真實，數(shù)據(jù)難共享，以及重復(fù)利用難等問題，導(dǎo)致建養(yǎng)數(shù)據(jù)分離。

1.3" 業(yè)務(wù)管理深度不一致業(yè)務(wù)聯(lián)動難

在傳統(tǒng)項目管理模式下，項目以任務(wù)為中心進(jìn)行管理，并分解為若干個子任務(wù)，各子任務(wù)又需按不同分解方式對工程進(jìn)行拆分。因此，基于BIM進(jìn)行項目管理時，由于業(yè)務(wù)管理深度不一致，存在信息模型無法適應(yīng)于項目管理需要的狀況。

1.4" 硬件品類多系統(tǒng)接入無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，是一個動態(tài)的數(shù)據(jù)上行和下行交互的過程，因而對于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入也提出了多樣化挑戰(zhàn)。目前很多數(shù)據(jù)采集設(shè)備接入信息化平臺時，沒有統(tǒng)一的接口及數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)，存在很大的不確定性。

2" BIM技術(shù)應(yīng)用分析

2.1" BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)能夠整合復(fù)雜公路工程建設(shè)管理項目生命全周期內(nèi)所有工程管理信息，通過可視化處理后可進(jìn)行有效共享與傳遞，有助于項目的統(tǒng)一管理，進(jìn)而實現(xiàn)協(xié)助項目優(yōu)化設(shè)計，指導(dǎo)施工，便利運維，高效提升項目實施品質(zhì)[1]。

2.2" BIM技術(shù)在工程建設(shè)項目中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著數(shù)字化進(jìn)程不斷推進(jìn)，BIM技術(shù)已在公路工程建設(shè)管理項目的數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用的過程中發(fā)揮出重要性能，但由于BIM技術(shù)在使用時一般需借助專業(yè)的平臺完成數(shù)字化信息的全生命周期貫穿，使得工程中BIM應(yīng)用的范圍較為局限，在一定程度上阻礙了BIM技術(shù)在公路工程項目中的協(xié)同應(yīng)用與發(fā)展。

3" 基于BIM的項目建設(shè)管理數(shù)字協(xié)同應(yīng)用平臺

3.1" 多業(yè)務(wù)平臺集成

3.1.1" “1+N”多平臺集成

多業(yè)務(wù)平臺擬采取“1+N”集成模式，其中“1”是BIM+GIS全過程管控平臺為1個中心的數(shù)據(jù)聚合平臺，用于匯總項目投資、進(jìn)度、質(zhì)量等要素信息。“N”代表多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如項目管理系統(tǒng)、梁場管理系統(tǒng)、試驗室管控系統(tǒng)等，如圖1、圖2所示。

3.1.2" 認(rèn)證共享機制

認(rèn)證共享機制的研究主要體現(xiàn)在單點登錄（Single Sign On），簡稱為 SSO。SSO是在多個應(yīng)用系統(tǒng)中，用戶只需要登錄1次就可以訪問所有相互信任的應(yīng)用系統(tǒng)。這為多系統(tǒng)集成提供安全統(tǒng)一的賬號管理。

3.2" 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1" 全生命期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

要實現(xiàn)全生命期的數(shù)據(jù)共享，需要構(gòu)建以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為支撐的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫。依托基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，以及工程人員進(jìn)行數(shù)據(jù)填報的方式匯總項目全過程數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在工程項目數(shù)字化平臺中進(jìn)行整合管理，最后以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的方式向養(yǎng)護(hù)部門進(jìn)行交付。

3.2.2" 管理單元劃分標(biāo)準(zhǔn)

1）工程管理最小單元。傳統(tǒng)項目管理模式中項目以任務(wù)為中心進(jìn)行管理，并分解為若干個子任務(wù)，各子任務(wù)又將根據(jù)管理需要按不同分解方式對工程進(jìn)行拆分，拆分管理單元各異。因而需統(tǒng)一以上業(yè)務(wù)管理的最小單元，為實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同提供條件，如圖3所示。

2）EBS與WBS映射關(guān)系。通過研究模型與施工流水段、材料進(jìn)場實際分段的關(guān)聯(lián)映射問題，保證所有工序通過“組合”或單獨與某一模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即工程業(yè)務(wù)管理單元的WBS編碼與BIM構(gòu)件的EBS編碼的一一對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而為基于BIM模型實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同步提供條件，如圖4所示。

3.2.3" 軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)

1）數(shù)據(jù)格式與接口類型。以BIM+GIS平臺為聚合中心，集成各個業(yè)務(wù)平臺以及外部硬件采集設(shè)備的信息，應(yīng)支持包括但不限于JSON、XML、YAML、文本等數(shù)據(jù)交換格式，讓數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間能夠順暢地流轉(zhuǎn)和調(diào)用，同時對外提供開放統(tǒng)一的API接口環(huán)境，幫助使用者訪問不同平臺的數(shù)據(jù)和資源。

2）數(shù)據(jù)接入方式。在萬物互聯(lián)階段，隨著硬件品類的增加，其數(shù)據(jù)接入方式也各不相同，有從其他智慧工地管理系統(tǒng)共享同步的，有采用HTTP、SOCKET等互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊龋枰M(jìn)行接入方式的統(tǒng)一，進(jìn)而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外部數(shù)據(jù)的接入工作。每個項目要有且僅有一個自己唯一的域名（或ip地址）+端口。

3.3" 平臺主要功能

將BIM模型與工程建設(shè)各管理要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提取投資、進(jìn)度、成本、質(zhì)量等關(guān)鍵信息，通過可視化形象表達(dá)項目的總體進(jìn)展、存在問題以及發(fā)展趨勢，實現(xiàn)對項目建設(shè)過程的一體化管控，為項目管理者提供項目決策支撐。

3.3.1" 設(shè)計管理

將最終交付的施工圖圖紙電子化，按照專業(yè)進(jìn)行拆分方便查閱。同時把日常用到的工程量匯總統(tǒng)一管理，做到隨用隨查，如圖5所示。

3.3.2" 前期管理

前期手續(xù)主要是實現(xiàn)按階段管理項目的批復(fù)、專題、協(xié)議、會議紀(jì)要等內(nèi)容，方便后期追溯和文件查詢，如圖6所示。

3.3.3" 項目風(fēng)采

項目風(fēng)采主要展示重大活動紀(jì)實報道、標(biāo)準(zhǔn)化的施工交底、安全管理、品質(zhì)工程和科技創(chuàng)新等相關(guān)制度如圖7所示。

3.3.4" 投資管理

按照總體和標(biāo)段展示投資、計量支付、建安費的完成情況，方便管理者對整個項目的資金使用情況有更精細(xì)化地把控，如圖8所示。

3.3.5" 合同管理

針對合同實現(xiàn)按類管理，并實時顯示已簽合同數(shù)量和金額。在變更管理中主要實現(xiàn)變更臺賬按標(biāo)段進(jìn)行統(tǒng)計匯總，如圖9所示。

3.3.6" 進(jìn)度管理

按標(biāo)段展示實體構(gòu)件的總工程量、本周完成和累計完成情況，更加直觀了解項目總體完成情況，如圖10所示。

3.3.7" 安全管理

通過智能感知設(shè)備采集人、機、料、法、環(huán)等數(shù)據(jù)，并通過可視化的手段實時展示，對于關(guān)鍵部位的具體情況，通過快速定位全面掌握現(xiàn)場情況，如圖11所示。

3.3.8" 質(zhì)量管理

分別從施工方和中心試驗室匯總材料及實體檢測情況，通過在線查看檢驗的報告單，方便對質(zhì)量問題進(jìn)行實時追溯，如圖12所示。

3.3.9" 數(shù)字黨建

展現(xiàn)蘇臺高速各個黨支部黨建工作風(fēng)采以及黨建工作推進(jìn)情況，如圖13所示。

3.3.10" 智慧梁場

通過BIM、IoT物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的綜合應(yīng)用，實現(xiàn)預(yù)制廠內(nèi)各分項數(shù)據(jù)的可視化;同時依托數(shù)字孿生系統(tǒng)可進(jìn)行多方位的宣傳展示，如圖14所示。

3.3.11" 征地拆遷

基于傾斜攝影技術(shù)將真實的三維地理信息環(huán)境虛擬化，對擬建交通工程項目占用土地情況及地面建筑物、附著物等進(jìn)行可視化展示，同時將用地核查信息與GIS、征拆構(gòu)筑物BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)征拆計劃及進(jìn)度的管理、征拆過程資金實時動態(tài)管理，進(jìn)而達(dá)到提高征拆工作管理效率的目標(biāo)，如圖15所示。

4" 結(jié)束語

通過BIM+GIS技術(shù)聚合，建立工程建設(shè)項目參建單位統(tǒng)一的BIM+GIS建設(shè)管理協(xié)同平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。在促進(jìn)項目管理標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化的同時達(dá)到減少管理層級，提升管理效率，也為基于BIM的高速公路建設(shè)管理數(shù)字協(xié)同應(yīng)用提供了有效解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀曉鋼，黃志宏，敖翔，等.基于GIS+BIM融合的建設(shè)工程項目數(shù)字化管理平臺研究與應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2021（10）：5.