陳玲芳，朱靜萍，蘇文哲，周春根

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410014)

水電工程可視化施工進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)研究

陳玲芳，朱靜萍，蘇文哲，周春根

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410014)

隨著工程數(shù)字化和可視化設(shè)計(jì)技術(shù)的逐步成熟，中南院開(kāi)展了水電工程可視化施工進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)將進(jìn)度設(shè)計(jì)軟件和工程三維設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，以工程信息模型BIM為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS和網(wǎng)絡(luò)，精確直觀模擬工程施工，實(shí)現(xiàn)水電工程設(shè)計(jì)和施工階段全過(guò)程施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)演示功能和管理功能，為工程進(jìn)度設(shè)計(jì)和方案決策提供形象直觀的可視化分析工具，并輸出相關(guān)成果。

水電工程；可視化施工進(jìn)度設(shè)計(jì)；BIM項(xiàng)目管理

0 引 言

水電工程通常規(guī)模和投資較大，自然條件和技術(shù)條件復(fù)雜，建設(shè)周期長(zhǎng)，不確定性因素多，其施工進(jìn)度計(jì)劃的合適與否直接關(guān)系到工程的建設(shè)成本、質(zhì)量和工期。目前施工進(jìn)度設(shè)計(jì)常用軟件為二維設(shè)計(jì)軟件，均以輸出二維橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖為主。隨著水電工程三維設(shè)計(jì)技術(shù)的逐步成熟和普及，部分工程在初始設(shè)計(jì)階段即進(jìn)行三維設(shè)計(jì)代替以前的二維設(shè)計(jì)，為開(kāi)發(fā)適用于設(shè)計(jì)和施工管理全過(guò)程的可視化施工進(jìn)度和管理軟件提供了可行性。

中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中南院”)于2010年選定Bentley公司系列產(chǎn)品作為三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)，主要由三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖形平臺(tái)MicroStation、協(xié)同工作平臺(tái)ProjectWise、三維校審平臺(tái)Navigator及其系列的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件組成。通過(guò)5年多的大力培訓(xùn)與推廣，目前設(shè)計(jì)人員均已掌握并能熟練運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行工程三維設(shè)計(jì)。因此，中南院開(kāi)展了水電工程可視化施工進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)將進(jìn)度設(shè)計(jì)軟件和工程三維設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，以工程信息模型BIM為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS和網(wǎng)絡(luò)，精確直觀模擬工程施工，實(shí)現(xiàn)水電工程設(shè)計(jì)和施工階段全過(guò)程施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)演示功能和管理功能，為工程決策提供形象直觀的可視化分析工具，同時(shí)能輸出施工進(jìn)度設(shè)計(jì)相關(guān)成果，對(duì)提高水電工程設(shè)計(jì)與管理現(xiàn)代化水平有重要意義。

1 建設(shè)思路

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)為：開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的施工進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)軟件，使其既具有水電水利工程施工進(jìn)度設(shè)計(jì)的基本功能，又兼容目前常用的P6、Project等項(xiàng)目管理軟件，依托Bentley軟件并結(jié)合WEB和GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)或?qū)嶋H施工過(guò)程、運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)演示功能和管理功能。根據(jù)項(xiàng)目資源和管理目標(biāo)進(jìn)行施工進(jìn)度設(shè)計(jì)、分析和管理，為全面、準(zhǔn)確、快速地指導(dǎo)、分析和控制施工或運(yùn)維全過(guò)程提供有力的分析工具。

橫向?qū)⑹紫纫运姽こ虨橥黄瓶冢僦饾u延伸到市政交通建筑、新能源、環(huán)保水務(wù)領(lǐng)域；縱向先實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方的進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)，再擴(kuò)展到為業(yè)主和其他參與方項(xiàng)目管理服務(wù)。研究深度將由淺入深，從實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)工程施工進(jìn)度的設(shè)計(jì)與修改、成圖、動(dòng)態(tài)演示和移動(dòng)化，到基于GIS的整個(gè)工程項(xiàng)目施工進(jìn)度；再?gòu)膶?shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)方業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成以輔助施工方案設(shè)計(jì)優(yōu)化、項(xiàng)目決策與管理，到工程總承包管理，再到基于WEB的總承包或其他參與方的管理；硬件支撐從服務(wù)器到云平臺(tái)；由點(diǎn)及面逐步深入開(kāi)展工作。

最終系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)基于工程信息模型(BIM)，以工程WBS為核心，施工工作包與三維模型、施工進(jìn)度、資源、場(chǎng)地等信息相關(guān)聯(lián)，結(jié)合GIS可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工設(shè)計(jì)過(guò)程或?qū)嶋H施工過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)演示，呈現(xiàn)各施工單元的時(shí)間、空間和邏輯關(guān)系。并根據(jù)項(xiàng)目資源和管理目標(biāo)、實(shí)時(shí)進(jìn)行施工進(jìn)度分析與管理，提高工程設(shè)計(jì)和管理水平。通過(guò)將施工進(jìn)度與資源計(jì)劃、安全、質(zhì)量、成本控制等的緊密銜接，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)度的監(jiān)控與及時(shí)調(diào)整。打造以合同、進(jìn)度、概預(yù)算、成本、采購(gòu)、分包、質(zhì)量、安全和驗(yàn)收管理高度集成的一體化項(xiàng)目管理應(yīng)用平臺(tái)，形成數(shù)據(jù)透明、信息共享、進(jìn)度三維可視、科學(xué)高效的項(xiàng)目管理模型，加強(qiáng)與包括EPC總包商在內(nèi)的內(nèi)外部合作伙伴的協(xié)同能力。

1.2 功能特點(diǎn)

(1)依托Bentley軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，無(wú)需另行建模，減少開(kāi)發(fā)難度和成本。

(2)具有水電水利工程施工進(jìn)度設(shè)計(jì)的基本功能。既能輸出施工進(jìn)度橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖，也能進(jìn)行資源和費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算，并輸出計(jì)算成果。

(3)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示功能。結(jié)合GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)或?qū)嶋H施工過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)演示功能。

綜合以上檢算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：目前該橋上部結(jié)構(gòu)實(shí)心板梁的承載能力僅能滿足汽車-8級(jí)，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求；若板梁間失效鉸縫修復(fù)完好，則該橋上部結(jié)構(gòu)實(shí)心板梁能滿足汽車-15級(jí)、掛車-80，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求。

(4)具有施工進(jìn)度管理功能，在基于設(shè)計(jì)進(jìn)度指導(dǎo)實(shí)際施工過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；基于WEB，便于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)分析、輔助決策、采取進(jìn)度控制與調(diào)整措施。

1.3 功能架構(gòu)

主要包括建立基于工程信息BIM模型的工程數(shù)據(jù)平臺(tái)；建立以GIS為基礎(chǔ)的大場(chǎng)景展示平臺(tái)；開(kāi)發(fā)進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理信息系統(tǒng)并開(kāi)發(fā)與P6等軟件集成的接口，輔助工程施工進(jìn)度的設(shè)計(jì)、分析、修改與管理；使用三維協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模并按WBS分解成施工單元模型，通過(guò)EC Framework集成進(jìn)度等信息；基于Web建立人機(jī)交互的進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)界面，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)瀏覽、查詢、分析和管理進(jìn)度信息。進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)總體構(gòu)架見(jiàn)圖1。

2 建設(shè)重點(diǎn)

系統(tǒng)建設(shè)重點(diǎn)主要包括進(jìn)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)、三維進(jìn)度信息等可視化、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和進(jìn)度管理系統(tǒng)。

(1)進(jìn)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)。進(jìn)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)由進(jìn)度設(shè)計(jì)知識(shí)系統(tǒng)和進(jìn)度管理軟件(含自主開(kāi)發(fā)進(jìn)度設(shè)計(jì)軟件)組成。將一般資源條件、當(dāng)前施工技術(shù)水平等建立通用進(jìn)度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，按工程類別和項(xiàng)目典型分類建立一般項(xiàng)目WBS結(jié)構(gòu)，構(gòu)成進(jìn)度設(shè)計(jì)知識(shí)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)。在研發(fā)與應(yīng)用中不斷完善進(jìn)度設(shè)計(jì)知識(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)積累。新員工也能借助進(jìn)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)，盡快熟悉和獨(dú)立工作。研發(fā)進(jìn)度設(shè)計(jì)軟件和集成P6等軟件進(jìn)行進(jìn)度設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和處理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在進(jìn)度軟件的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。根據(jù)公司進(jìn)度設(shè)計(jì)與出圖習(xí)慣，讀取進(jìn)度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，自動(dòng)生成進(jìn)度橫道圖、網(wǎng)絡(luò)圖及各種表格。

(2)三維進(jìn)度信息等可視化。基于工程信息模型，將進(jìn)度和其他信息關(guān)聯(lián)到WBS工作包模型，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度等信息可視化。首先分析工程施工WBS結(jié)構(gòu)，并使用進(jìn)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)進(jìn)度，定制進(jìn)度信息屬性結(jié)構(gòu)。將整體模型依WBS分解成進(jìn)度模型單元，關(guān)聯(lián)從進(jìn)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)導(dǎo)入的進(jìn)度信息(對(duì)模型單元賦予進(jìn)度信息屬性)。進(jìn)度模型單元ID及其進(jìn)度屬性對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中編碼，存儲(chǔ)在BIM平臺(tái)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，將模型和進(jìn)度數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)在圖中修改進(jìn)度信息，可同步更新數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，或通過(guò)修改數(shù)據(jù)庫(kù)信息可同步改變進(jìn)度屬性，實(shí)現(xiàn)雙向動(dòng)態(tài)調(diào)整。同樣可關(guān)聯(lián)其他信息，如材料等級(jí)、設(shè)計(jì)參數(shù)、供應(yīng)商、維護(hù)要求等，建成完整統(tǒng)一的工程信息模型。

圖1 進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)總體構(gòu)架

(3)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。BIM平臺(tái)中除工作包模型局部場(chǎng)景外，還需結(jié)合GIS快速顯示大范圍的工程場(chǎng)景。模型單元關(guān)聯(lián)進(jìn)度、資源、場(chǎng)地信息后，可根據(jù)進(jìn)度屬性中時(shí)間字段信息，智能開(kāi)關(guān)單元顯示，依時(shí)序?qū)υO(shè)計(jì)或?qū)嶋H施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，直觀呈現(xiàn)出各施工單元(甚至場(chǎng)地、資源)的時(shí)間、空間和邏輯關(guān)系。各參與方可基于Web進(jìn)行瀏覽查詢。

3 已有研究成果

工程施工進(jìn)度設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)涉及到各參與方各階段的信息、施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與全過(guò)程的實(shí)時(shí)控制等；整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)需時(shí)較長(zhǎng)，且相對(duì)復(fù)雜。因此在前期和過(guò)渡階段，研究了施工進(jìn)度設(shè)計(jì)、成圖、動(dòng)態(tài)演示和移動(dòng)化等功能的實(shí)現(xiàn)，取得了以下初步研究成果：

(1)施工進(jìn)度設(shè)計(jì)與修改。基于SQLite，采用C#、DevExpress.net開(kāi)發(fā)了進(jìn)度設(shè)計(jì)軟件，可快速便捷地進(jìn)行施工進(jìn)度的設(shè)計(jì)和修改，包括設(shè)置邏輯關(guān)系、修改調(diào)整進(jìn)度、進(jìn)度計(jì)算和查找關(guān)鍵路線等，界面見(jiàn)圖2。易學(xué)易用，設(shè)計(jì)時(shí)能清晰表達(dá)工序的邏輯關(guān)系，一處修改后能根據(jù)邏輯關(guān)系自動(dòng)調(diào)整更新。

(2)智能成圖。采用MicroStation的MDL語(yǔ)言和C++/CLI混合編程開(kāi)發(fā)，通過(guò)訪問(wèn)項(xiàng)目進(jìn)度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)度信息智能成圖。除了網(wǎng)絡(luò)圖外，還可以根據(jù)中南院出圖標(biāo)準(zhǔn)和要求，智能生成橫道圖。包括匹配圖框、計(jì)算行列間距、自動(dòng)填充文字、強(qiáng)度曲線、圖名、表格、圖例、說(shuō)明等內(nèi)容，以及自動(dòng)避讓、分色等，人工干預(yù)處理量極少，極大提高了設(shè)計(jì)效率。

圖2 進(jìn)度設(shè)計(jì)和修改界面示意

(3)動(dòng)態(tài)演示。使用EC Framework技術(shù)并通過(guò)MDL和C++/CLI混合編程開(kāi)發(fā)，將整體模型按WBS分解成模型單元，通過(guò)訪問(wèn)項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)庫(kù)讀取進(jìn)度信息賦予模型單元屬性并保存，將模型與進(jìn)度數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)。依據(jù)時(shí)間屬性開(kāi)關(guān)單元顯示實(shí)現(xiàn)進(jìn)度模擬動(dòng)態(tài)演示。設(shè)置好開(kāi)始后，有前進(jìn)、后退、暫停、拖拽等操作和當(dāng)前工序信息，形象直觀，方便對(duì)施工方案和進(jìn)度安排的正確合理性進(jìn)行檢查。進(jìn)度模擬見(jiàn)圖3。

(4)移動(dòng)化。發(fā)布成i-model后，進(jìn)度信息模型和圖紙可在安裝有Bentley瀏覽軟件的移動(dòng)終端，如IPAD上輕松瀏覽，可開(kāi)關(guān)分層顯示，縮放、旋轉(zhuǎn)、漫游、測(cè)距、查看信息，視圖調(diào)整等。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)便攜，有利于遠(yuǎn)程協(xié)作和信息共享。移動(dòng)終端瀏覽示意見(jiàn)圖4。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著水電工程三維設(shè)計(jì)的逐步普及，建設(shè)一個(gè)

圖3 進(jìn)度模擬

圖4 移動(dòng)終端瀏覽

以工程信息模型BIM為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS和網(wǎng)絡(luò)，支持工程全生命期信息管理，以各參與方項(xiàng)目管理為主線，集設(shè)計(jì)、施工和管理于一體的施工進(jìn)度設(shè)計(jì)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水電工程設(shè)計(jì)和施工階段全過(guò)程施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)演示功能和管理功能，是水電工程設(shè)計(jì)和建設(shè)管理人員決策設(shè)計(jì)方案和編制施工進(jìn)度計(jì)劃的有力工具，對(duì)提高水電工程設(shè)計(jì)與管理現(xiàn)代化水平有重要意義。

[1]SL 303—2004 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2]DL/T 5397—2007 水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3]JGJ/T 121—2015 工程網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]SL 643—2013 水利水電工程施工總進(jìn)度設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[5]GB 50500—2013 建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Research on Visual Construction Schedule Design and Management System of Hydropower Project

CHEN Lingfang, ZHU Jingping, SU Wenzhe, ZHOU Chugeng

(PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, Hunan, China)

With the gradual maturity of digital and visual project design technology, PowerChina Zhongnan Engineering Corporation carries out the researches on visual construction schedule design and management system of hydropower project. Based on project information model (BIM), database, GIS and network, the system combines with schedule design software and 3D project design software together to accurately and directly simulate project construction. The system can achieve 3D dynamic demonstration and management functions of construction schedule for whole duration of design and construction of hydropower project, provide a visual analysis tool for project construction scheme design and scheme decision-making and output relevant results．

hydropower project; visual design of construction schedule; BIM Project management

2015-12-01

陳玲芳(1972—)，女，湖南長(zhǎng)沙人，高級(jí)工程師，主要從事三維軟件應(yīng)用與開(kāi)發(fā)工作．

TP391；TV511

A

0559-9342(2016)11-0072-04