水電工程可視化施工進度設計及管理系統研究

陳玲芳，朱靜萍，蘇文哲，周春根

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410014)

水電工程可視化施工進度設計及管理系統研究

陳玲芳，朱靜萍，蘇文哲，周春根

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410014)

隨著工程數字化和可視化設計技術的逐步成熟，中南院開展了水電工程可視化施工進度設計及管理系統的研究，該系統將進度設計軟件和工程三維設計軟件相結合，以工程信息模型BIM為基礎，基于數據庫、GIS和網絡，精確直觀模擬工程施工，實現水電工程設計和施工階段全過程施工進度三維動態演示功能和管理功能，為工程進度設計和方案決策提供形象直觀的可視化分析工具，并輸出相關成果。

水電工程；可視化施工進度設計；BIM項目管理

0 引 言

水電工程通常規模和投資較大，自然條件和技術條件復雜，建設周期長，不確定性因素多，其施工進度計劃的合適與否直接關系到工程的建設成本、質量和工期。目前施工進度設計常用軟件為二維設計軟件，均以輸出二維橫道圖和網絡圖為主。隨著水電工程三維設計技術的逐步成熟和普及，部分工程在初始設計階段即進行三維設計代替以前的二維設計，為開發適用于設計和施工管理全過程的可視化施工進度和管理軟件提供了可行性。

中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司(以下簡稱“中南院”)于2010年選定Bentley公司系列產品作為三維設計系統平臺，主要由三維設計基礎圖形平臺MicroStation、協同工作平臺ProjectWise、三維校審平臺Navigator及其系列的專業設計軟件組成。通過5年多的大力培訓與推廣，目前設計人員均已掌握并能熟練運用三維設計軟件進行工程三維設計。因此，中南院開展了水電工程可視化施工進度設計及管理系統的研究，該系統將進度設計軟件和工程三維設計軟件相結合，以工程信息模型BIM為基礎，基于數據庫、GIS和網絡，精確直觀模擬工程施工，實現水電工程設計和施工階段全過程施工進度三維動態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，同時能輸出施工進度設計相關成果，對提高水電工程設計與管理現代化水平有重要意義。

1 建設思路

1.1 系統目標

系統建設目標為：開發具有自主知識產權的施工進度設計及管理系統軟件，使其既具有水電水利工程施工進度設計的基本功能，又兼容目前常用的P6、Project等項目管理軟件，依托Bentley軟件并結合WEB和GIS技術，實現對設計或實際施工過程、運營維護過程的三維動態演示功能和管理功能。根據項目資源和管理目標進行施工進度設計、分析和管理，為全面、準確、快速地指導、分析和控制施工或運維全過程提供有力的分析工具。

橫向將首先以水電工程為突破口，再逐漸延伸到市政交通建筑、新能源、環保水務領域；縱向先實現設計方的進度設計及管理系統，再擴展到為業主和其他參與方項目管理服務。研究深度將由淺入深，從實現單項工程施工進度的設計與修改、成圖、動態演示和移動化，到基于GIS的整個工程項目施工進度；再從實現與設計方業務系統集成以輔助施工方案設計優化、項目決策與管理，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；硬件支撐從服務器到云平臺；由點及面逐步深入開展工作。

最終系統將實現基于工程信息模型(BIM)，以工程WBS為核心，施工工作包與三維模型、施工進度、資源、場地等信息相關聯，結合GIS可視化技術，實現對施工設計過程或實際施工過程的三維動態演示，呈現各施工單元的時間、空間和邏輯關系。并根據項目資源和管理目標、實時進行施工進度分析與管理，提高工程設計和管理水平。通過將施工進度與資源計劃、安全、質量、成本控制等的緊密銜接，實現對施工計劃進度的監控與及時調整。打造以合同、進度、概預算、成本、采購、分包、質量、安全和驗收管理高度集成的一體化項目管理應用平臺，形成數據透明、信息共享、進度三維可視、科學高效的項目管理模型，加強與包括EPC總包商在內的內外部合作伙伴的協同能力。

1.2 功能特點

(1)依托Bentley軟件進行二次開發，無需另行建模，減少開發難度和成本。

(2)具有水電水利工程施工進度設計的基本功能。既能輸出施工進度橫道圖和網絡圖，也能進行資源和費用的統計與強度計算，并輸出計算成果。

(3)實時動態顯示功能。結合GIS技術，實現對設計或實際施工過程的三維動態演示功能。

綜合以上檢算結果，可以得到如下結論：目前該橋上部結構實心板梁的承載能力僅能滿足汽車-8級，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求；若板梁間失效鉸縫修復完好，則該橋上部結構實心板梁能滿足汽車-15級、掛車-80，人群荷載3.5 kPa的安全承載要求。

(4)具有施工進度管理功能，在基于設計進度指導實際施工過程中，當出現偏差時，能及時發現；基于WEB，便于遠程實時分析、輔助決策、采取進度控制與調整措施。

1.3 功能架構

主要包括建立基于工程信息BIM模型的工程數據平臺；建立以GIS為基礎的大場景展示平臺；開發進度設計及管理信息系統并開發與P6等軟件集成的接口，輔助工程施工進度的設計、分析、修改與管理；使用三維協同設計系統建模并按WBS分解成施工單元模型，通過EC Framework集成進度等信息；基于Web建立人機交互的進度設計及管理系統界面，實現三維動態瀏覽、查詢、分析和管理進度信息。進度設計及管理系統總體構架見圖1。

2 建設重點

系統建設重點主要包括進度設計系統、三維進度信息等可視化、實時動態顯示和進度管理系統。

(1)進度設計系統。進度設計系統由進度設計知識系統和進度管理軟件(含自主開發進度設計軟件)組成。將一般資源條件、當前施工技術水平等建立通用進度設計數據庫，按工程類別和項目典型分類建立一般項目WBS結構，構成進度設計知識系統輔助設計。在研發與應用中不斷完善進度設計知識系統數據庫，實現知識積累。新員工也能借助進度設計系統，盡快熟悉和獨立工作。研發進度設計軟件和集成P6等軟件進行進度設計、計算分析和處理；數據存儲在進度軟件的項目數據庫文件中。根據公司進度設計與出圖習慣，讀取進度設計數據庫信息，自動生成進度橫道圖、網絡圖及各種表格。

(2)三維進度信息等可視化。基于工程信息模型，將進度和其他信息關聯到WBS工作包模型，實現進度等信息可視化。首先分析工程施工WBS結構，并使用進度設計系統分析和設計進度，定制進度信息屬性結構。將整體模型依WBS分解成進度模型單元，關聯從進度設計系統導入的進度信息(對模型單元賦予進度信息屬性)。進度模型單元ID及其進度屬性對應的設計數據庫中編碼，存儲在BIM平臺的項目設計數據庫文件中，將模型和進度數據庫相關聯，通過在圖中修改進度信息，可同步更新數據庫數據，或通過修改數據庫信息可同步改變進度屬性，實現雙向動態調整。同樣可關聯其他信息，如材料等級、設計參數、供應商、維護要求等，建成完整統一的工程信息模型。

圖1 進度設計及管理系統總體構架

(3)實時動態顯示。BIM平臺中除工作包模型局部場景外，還需結合GIS快速顯示大范圍的工程場景。模型單元關聯進度、資源、場地信息后，可根據進度屬性中時間字段信息，智能開關單元顯示，依時序對設計或實際施工過程進行動態演示，直觀呈現出各施工單元(甚至場地、資源)的時間、空間和邏輯關系。各參與方可基于Web進行瀏覽查詢。

3 已有研究成果

工程施工進度設計及管理系統涉及到各參與方各階段的信息、施工進度的動態設計與全過程的實時控制等；整個系統實現起來需時較長，且相對復雜。因此在前期和過渡階段，研究了施工進度設計、成圖、動態演示和移動化等功能的實現，取得了以下初步研究成果：

(1)施工進度設計與修改。基于SQLite，采用C#、DevExpress.net開發了進度設計軟件，可快速便捷地進行施工進度的設計和修改，包括設置邏輯關系、修改調整進度、進度計算和查找關鍵路線等，界面見圖2。易學易用，設計時能清晰表達工序的邏輯關系，一處修改后能根據邏輯關系自動調整更新。

(2)智能成圖。采用MicroStation的MDL語言和C++/CLI混合編程開發，通過訪問項目進度設計數據庫中進度信息智能成圖。除了網絡圖外，還可以根據中南院出圖標準和要求，智能生成橫道圖。包括匹配圖框、計算行列間距、自動填充文字、強度曲線、圖名、表格、圖例、說明等內容，以及自動避讓、分色等，人工干預處理量極少，極大提高了設計效率。

圖2 進度設計和修改界面示意

(3)動態演示。使用EC Framework技術并通過MDL和C++/CLI混合編程開發，將整體模型按WBS分解成模型單元，通過訪問項目進度數據庫讀取進度信息賦予模型單元屬性并保存，將模型與進度數據庫關聯。依據時間屬性開關單元顯示實現進度模擬動態演示。設置好開始后，有前進、后退、暫停、拖拽等操作和當前工序信息，形象直觀，方便對施工方案和進度安排的正確合理性進行檢查。進度模擬見圖3。

(4)移動化。發布成i-model后，進度信息模型和圖紙可在安裝有Bentley瀏覽軟件的移動終端，如IPAD上輕松瀏覽，可開關分層顯示，縮放、旋轉、漫游、測距、查看信息，視圖調整等。實現移動便攜，有利于遠程協作和信息共享。移動終端瀏覽示意見圖4。

4 結 語

隨著水電工程三維設計的逐步普及，建設一個

圖3 進度模擬

圖4 移動終端瀏覽

以工程信息模型BIM為基礎，基于數據庫、GIS和網絡，支持工程全生命期信息管理，以各參與方項目管理為主線，集設計、施工和管理于一體的施工進度設計和管理系統，實現水電工程設計和施工階段全過程施工進度三維動態演示功能和管理功能，是水電工程設計和建設管理人員決策設計方案和編制施工進度計劃的有力工具，對提高水電工程設計與管理現代化水平有重要意義。

[1]SL 303—2004 水利水電工程施工組織設計規范[S]．

[2]DL/T 5397—2007 水電工程施工組織設計規范[S]．

[3]JGJ/T 121—2015 工程網絡計劃技術規程[S]．

[4]SL 643—2013 水利水電工程施工總進度設計規范[S]．

[5]GB 50500—2013 建設工程工程量清單計價規范[S]．

(責任編輯 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，湖南長沙人，高級工程師，主要從事三維軟件應用與開發工作．

TP391；TV511

A

0559-9342(2016)11-0072-04