上海市地下空间设计研究总院有限公司 上海 200020
摘要：本文从北横通道工程实践出发，建立了基于BIM的特大型城市道路工程协同管理平台。该平台采用基于Web技术的B/S结构，融合BIM、GIS技术，开发了工程可视化信息展示系统、工程设计协同管理系统、工程建设协同管理系统、工程运维管理系统和微信息沟通系统五大系统，对工程参与方进行有效的协同管理，打破了专业壁垒与信息孤岛。
关键词：BIM、Web、GIS、协同管理平台
1 引言
建筑信息模型 BIM 最早源自于美国，Charles Eastman 在其撰写的“Building Product Model”一书中首次提出了建筑信息模型理念[1]。后来，Eastman 在《BIM手册》中将 BIM 定义为：“BIM 是通过参数化建模将建筑物构件信息集成于建筑模型中，在项目全寿命周期各个阶段，项目参与主体通过模型实现项目信息的传递与交换”[2]。
近年来，随着 BIM 技术在工程建设领域的快速发展，给国内建筑企业带来了新的机遇，同时也提出了新的挑战[3]。借助 BIM 技术，改变建筑企业传统的项目管理方式，将是新形势下提升市场竞争力的关键要素之一。BIM以其可视化的特点，将项目实施过程中各参与方集中于共同的三维工作平台进行协作以及信息传递，保证了项目目标在实施中的统一，极大地提高了项目参与方之间的协同效率。因此，BIM 在建筑业的推广和应用，为工程项目管理效率的提升提供了强大的信息技术支持，为项目协同管理提供了新方向。
特大型城市道路工程与其他建设工程相比，具有工程体量大、投资高、周期长、影响范围广、专业多、对周边环境影响大、施工组织复杂、工程目标要求高等特点，给城市道路建设管理带来了巨大挑战。将BIM技术应用于特大型城市道路工程的建设实践中可以有效的对众多参与方进行协同管理，打破信息孤岛的壁垒，提升工程建设的效率。
北横通道工程是特大型城市道路工程中的典型代表，其贯穿于上海中心城北部地区，工程沿线穿越多条轨道交通线、高架、桥梁、河流及其他建构筑物。工程具有参与方众多，信息交互量大、外部接口多，项目组织管理、技术难度与质量要求非常高，项目管理的复杂度和协调难度大等特点。本文依托北横通道工程项目构建基于BIM的特大型城市道路工程协同管理平台，对工程性能、质量、安全、进度和成本进行集成化管理，推动建设工程精细化、集约化管理，打通各参与方之间的信息传递，实现项目管理信息化。
2 基于BIM的特大型城市道路工程协同管理平台架构
基于 BIM 的特大型城市道路工程协同管理平台是通过利用 BIM 技术，克服工程项目协同管理中的信息协同问题，实现工程项目全寿命周期各阶段信息的集成与共享，减少信息传递层次，降低信息失真效率，有效实现项目各参与方之间的协同管理。
2.1 基于Web技术的协同管理平台结构
图2.1 B/S协同工作模式
Web是随着超文本传输协议 HTTP 和超文本标记语言 HTML 一起出现的，其可以将文本、图像、声音以及交互式应用程序等集成在一起，通过使用 Web 浏览器进行信息数据的交换与传递。基于 Web 技术的协同工作 模式是建立在 CSCW 的基础之上，CSCW是指分布在不同地理位置的群体成员运用计算机及相关网络技术，通过创建统一的工作协同环境，来共同完成相关工作目标与任务[4]。项目各参与方可以通过Web 浏览器或客户端软件获取项目相关数据，同时向 Web 服务器提出请求，操作后台的数据库。
基于 Web 技术的协同工作模式通常采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）和客户端/服务器（Client/Server，C/S）两种模式或者两种模式的混合。C/S 是建立在局域网的基础上的，局域网之间再通过专门服务器提供连接和数据交换服务；而B/S 建立在广域网基础之上的，有比C/S更强的适用范围，因此本平台采用B/S结构模式。具体基于 Web技术的 B/S 协同工作模式如图 2.1 所示。
2.2 特大型城市道路工程协同管理平台架构
根据 B/S 协同工作模式，基于BIM的特大型城市道路工程协同管理平台架构可以划分三层，具体如图2.2所示。
1）用户层
工程项目的参与方主要有业主、设计、施工、供应、运营等，因为管理的阶段与内容不尽相同，因此需要对平台的用户层分别进行设计，不同的用户通过网络提供的浏览器，经过身份识别获取相应的操作权限，进入协同管理平台进行相关操作。
2）应用层
用户进入协同管理平台后可选择操作不同的管理系统（工程可视化信息展示系统、工程设计协同管理系统、工程建设协同管理系统、工程运维管理系统、微信息沟通系统）。在各个系统中，发送相关指令，并获取相关处理结果。
3）数据层
数据层即数据库管理系统，主要为数据信息提供集中式的存储，便于快速的检索、更新以及数据管理，所有有关数据的一致性、完整性、安全性等操作都在数据层进行。通常数据层使用SQL语言进行数据的传送与提取，数据库主要包括城市公共服务信息、GIS数据库、BIM数据库、工程数据库、文档视频库。在数据层，数据库存储的信息数据种类较多，BIM 数据库包含各类BIM应用软件保存的项目BIM数据；GIS数据库对空间地理信息进行数字化统一管理，将城市建筑与设施的空间位置、形态结构、三维特征、关联属性进行一体化表达，实现面向城市海量数据与宏观空间范围的可视化分析、管理与应用[5]。
3 特大型城市道路工程协同管理平台功能
结合北横通道工程项目需求，整个协同管理平台分为工程可视化信息展示系统、工程设计协同管理系统、工程建设协同管理系统、工程运维管理系统和微信息沟通系统。
3.1 工程可视化信息展示系统
1）大体量模型数据的在线高速展现
分层分块技术：可以展示的模型数据多种多样，包括DEM数据、影像数据、模型数据、纹理数据等，对数据进行自动分层分块，内部用bsp树组织场景，加快客户端加载速度。
数据自动优化技术：数据转换模块在导入数据时能自动识别数据复杂程度，根据需要去除冗余数据，加快系统运行速度。
LOD技术：具备LOD（Level of Detail）技术，保证用户体验效果的情况下大大减少了提交给显卡的数据量，减小了系统的渲染压力，提高了系统渲染速度。
2）工程漫游和信息查询
工程漫游：平台提供方便灵活的浏览模式，包括按设定的浏览线路自动浏览，也可以操作鼠标任意漫游。平台提供分层管理功能，将BIM数据进行分图层管理，使用者可以根据实际需要方便的打开或关闭图层，只浏览自己所关注的信息，见图3.1。
信息查询：将不同来源的各方数据汇总在统一平台上，用户根据权限查询整个工程的各类信息。支持三维场景与属性数据的双向查询，既可以通过输入关键字查找设备并在三维场景中定位，也可以在三维场景中指定设备查询相关属性信息。
图3.1工程可视化信息展示系统
3.2 工程设计协同管理系统
工程协同设计管理的功能主要是建立设计各方之间和设计方与施工方之间的联系。该系统主要有协同设计、模型审核、系统管理的功能。
1）设计管理
协同设计功能提供各家设计院的模型进行整合，检查接口模型的正确性，同时可将设计文档提供各版本模型和关联图纸的查询和浏览。用户可以查询到各个版本的模型以及他们的相关图纸并浏览。
2）模型审核
在设计变更管理中，如果出现图纸需要更改的情况，则需要进行模型变更的申请，进入模型审核流程。模型审核主要提供模型审核过程信息的上传、流转和审核流程。
3）系统管理
系统管理主要完成BIM标准配置、接口软件的管理、数据备份管理以及角色和权限管理等内容。
3.3 工程建设协同管理系统
工程建设协同管理主要是对施工进行进度、质量、投资和安全的全过程管理，使得各参与方不仅能够全面了解施工状态、而且能够系统提升施工管理能力。该系统主要功能有进度管理、投资管理、质量管理、安全管理、过程实录、模型关联、目标管理、施工运筹和系统管理。
1）进度管理
进度管理利用WBS编辑器，完成施工段划分、WBS和进度计划创建，建立WBS与Microsoft Project的双向链接；通过BIM模型，对施工进度进行查询、调整和控制，使计划进度和实际进度既可以用甘特图表示，也可以以动态的3D图形展现出来，实现施工进度的4D动态管理；可提供任意WBS节点或3D施工段及构件工程信息的实时查询、计划与实际进度的追踪和分析等功能。
2）质量管理
质量管理以验收数据为依据，围绕部件、区域和时间展开分析，并给出结论和建议。系统将质量或检验报告与BIM模型相关联，可以实时查询任意WBS节点或施工段及构件的施工安全质量情况，并可自动生成工程质量安全统计分析报表。
3）投资管理
主要基于BIM模型自动生成工程量表，并可自动根据进度情况生成周、月、季度的工程量统计和指定时间段的工程量。并可以根据施工进度预测下一计算区间的工程量，见图3.3-1。
4）安全分析
以BIM模型为基础，将施工方、监理方以及第三方监测数据与4D信息模型相关联，可以反映了当前工程安全状况（危险区域和预警区域）、实时查询任意施工段及周边环境的安全情况，并可自动生成工程安全统计分析报表。
图 3.3-1 工程建设协同管理系统
5）过程实录
过程实录主要是提供了一个手工数据录入的端口，根据信息不同的性质提供了人工录入、文件导入等多种方式，进行工程信息的全面记录。
6）模型关联
模型关联提供了WBS任务树与BIM构件建立关联关系的窗口，用户通过采用模型选取、名称查询和节点选择等方式，实现工序与模型的关联。
7）目标管理`
目标管理主要用于进行工程管理各类指标进行设定，包括进度管理目标、质量管理目标、投资管理目标和安全控制目标。
8）施工运筹
施工运筹主要用于对施工预案的分析，系统对整个工程或选定WBS节点进行施工过程模拟，模拟可以以天、周、月为时间间隔进行，按照时间的正序或逆序模拟，并与施工场地布置和管理联系在一起。
9）系统管理
系统管理主要完成BIM标准配置、接口软件的管理、分析模型管理、数据备份管理以及角色和权限管理等内容。
3.4 工程运维管理系统
工程运维管理系统的目标是为后期的运维提供一套完整的设施和设备信息，便于后期运营过程中使用。该系统有设备管理、设施管理和系统管理三个部分。
设施设备管理将建立运维期的设施管理台账、并将设施与BIM竣工模型关联，授权用户可以通过设施名称、编码、模型实体查询与此设施关联的所有设计信息、材料信息、施工过程关键信息和竣工验收信息。
3.5 微信息沟通系统
微信息沟通系统提供标签标注功能，用户可以结合日常工作中发现的问题及需要备注留意的事项，在网络发布的模型上添加标签标注，实现与其他用户的交流分享或工作流转，如图3.5。
图3.5 微信息沟通系统
4 结语
将BIM技术应用于工程项目实现高效精细化管理已成为建筑行业的发展趋势。本文在北横通道的工程实践中建立了基于BIM的特大型城市道路工程协同管理平台，该平台具有工程可视化展示、工程设计协同管理，工程建设协同管理，工程运维管理及微信息管理的功能，提高了项目管理的信息化水平与效率，对于其他类似的工程项目亦具有指导和借鉴作用。
参考文献
[1]C.M.Eastman，Crc Press 1999.
[2]C.Eastman，C.Eastman，C.Eastman and C.Eastman，BIM Handbook，Wiley John + Sons，2011，p.
[3]何清华，钱丽丽，段运峰 and 李永奎，工程管理学报 2012，12-16.
[4]田凌 and 童秉枢，计算机工程与应用 2002，3-6.
[5]罗伍平 and 邓锋，中国水运（学术版）2007，76-77.
基金项目：上海市经信委科研项目（沪经信推（2015）348号）
论文作者:周延凯
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第13期
论文发表时间:2017/10/10
标签：工程论文; 模型论文; 信息论文; 数据论文; 管理系统论文; 系统论文; 管理平台论文; 《建筑学研究前沿》2017年第13期论文;