4D可視化管理模式在海洋工程項目的應用

李勇 薛東升 鞠文杰 孫超 率鵬(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

1 研究背景

隨著近年信息化、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、云存儲等計算機技術的飛速發(fā)展，給各個行業(yè)帶來了極大的便利，尤其是在工程建設行業(yè)受計算機影響較大。隨著海洋工程項目的施工工作量日趨擴大化以及技術復雜化，對于項目管理也帶來巨大的挑戰(zhàn)，為了能夠更好地應對項目管理的工作，行業(yè)內(nèi)將工程建設行業(yè)和計算機專業(yè)相結合，從而引出了4D可視化管理技術。通過先進的項目管理技術，提高整個項目管理的水平，利用先進的信息科技化技術進步提升項目管理效率，降低項目成本。

2 什么是4D可視化管理

最初的可視化項目管理是基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)和項目實施過程相互融合，將整個項目開展的時間維度融入到建造信息模型中，形成了項目的施工計劃和項目的三維模型緊密銜接，將項目或者某一單體3D模型以動態(tài)形式展現(xiàn)出現(xiàn)，形成動態(tài)的可視化模型。同時在3D單體模型的框架基礎上，附加設計、采辦、建造、后調(diào)試等階段過程中的相關參數(shù)信息，如物資、人力、資源、大型機械設備、施工機具、成本等相關信息，將形式復雜、標準極高的項目直觀展現(xiàn)，為項目管理人員提供決策依據(jù)，形成4D可視化管理(見圖1)[1、2]。

圖1 4D可視化模型建立

3 4D可視化管理的目標

作為一項投資規(guī)模大，項目復雜度高的海洋工程項目，工程建設階段將是大范圍、多層次的系統(tǒng)工程，需要及時、準確的信息交互、協(xié)調(diào)和溝通。本文旨在建立一套符合海洋工程項目管理需要的可視化管理系統(tǒng)，將設計、采辦及材料、建造、調(diào)試等模塊施工階段與4D技術、計算機虛擬現(xiàn)實技術、工程數(shù)據(jù)庫等相結合，實現(xiàn)項目動態(tài)管理過程，并與分包商、業(yè)主方、監(jiān)督方協(xié)同工作，將進一步促使海洋工程項目工作有序推進，使項目的工程建設水平和項目管理水平提高到一個新的高度。同時可以實現(xiàn)業(yè)務的動態(tài)、透明、可追溯管理。[1、3、5]

4 4D可視化管理在海洋工程項目的開展應用

海洋工程項目是依靠信息最多的工程行業(yè)之一，項目施工的過程也比較長，一般的項目從設計開始到機械完工，通常需要兩三年的時間，需要項目信息各種各樣，且信息量比較大。對于公司決策方以及項目管理方都需要及時、直觀、準確了解相關信息。以下從幾個方面闡述4D可視化管理在海洋工程項目的應用。

4.1 施工場地的3D布置

與其他工程項目不同，海洋工程項目對場地的布置要求極為嚴格，海洋工程石油平臺的規(guī)模基本上都在一萬噸左右，并且在同一塊施工場地和滑道上存在幾個同時施工的模塊。鑒于大型單體模塊后期需要進行拖拉裝船以及海上安裝，存在模塊施工順序問題，對于場地的布置需要統(tǒng)籌提前進行布置規(guī)劃。在進行施工場地3D布置，需要利用詳設設計階段的3D實體模型，同時考慮后續(xù)施工方案和施工計劃、工序，在施工現(xiàn)場平面和空間進行周密規(guī)劃和合理布局。除了考慮到單體模型3D的布置，還需要考慮到單體建造過程中配套設施布置，比如油漆間、預制間、組裝間的布置，大型履帶吊機具的運輸路線，后續(xù)拖拉裝船和調(diào)試的施工機具擺放位置，模塊上大型設備吊裝路徑等。施工場地3D模型的布置合理，可以確保后續(xù)4D可視化管理系統(tǒng)的建立，同時根據(jù)后續(xù)施工進展的變化調(diào)整，隨時對場地3D布置進行更新，保證對模塊單體和設施規(guī)劃的合理性，為項目前期決策提供有力支持。

4.2 3D單體模型與項目計劃的雙向鏈接

4D可視化管理體系建立的基礎就是3D模型和項目計劃。4D可視化系統(tǒng)管理中的3D模型，不同于傳統(tǒng)的模型，需要將將模型中的桿件進行細化并制定一定的編碼規(guī)則，賦予桿件相對于的屬性，比如海洋石油工程中石油平臺結構片，需要將其中一個組合梁細化成上翼板、腹板、下翼板，同時賦予對應的編碼，這樣從項目最初設計圖紙、物資料單生成、料單采辦、后續(xù)建造施工、質(zhì)檢跟蹤均可以跟蹤到該編碼，并且該組合梁相對應的設計計劃、采辦計劃、建造計劃、質(zhì)檢計劃均可以進行編制。當項目管理人員在3D模型中輸入編碼，對應的圖紙、料單來源、項目計劃均可以體現(xiàn)出來。通過研究3D模型與施工進度、施工機具資源、材料的供給和需要，并制定時間-空間-數(shù)量的關系和規(guī)則以及動態(tài)規(guī)律，從而將3D模型和項目計劃融合起來，建立起4D模型。在這個4D模型平臺上，不同專業(yè)模型設計工程與項目參與方、各階段計劃工程可以利用該平臺進行推演項目實施過程，更加直觀、有效地發(fā)現(xiàn)項目實施過程中可能存在的交叉沖突問題，避免了傳統(tǒng)項目管理過程中的各專業(yè)施工干涉、項目組織和管理不健全帶來的認識偏差、計劃編制不直觀、抽象的缺點。

4.3 4D模型實時動態(tài)模擬

4D動態(tài)模擬是將3D模型附加在時間維度上，4D動態(tài)模擬形象地反映了施工過程和場地狀況 ，而且模擬過程是可逆的，既可以按照項目計劃正順序模擬，又可以按照項目計劃倒序模擬。而4D實時動態(tài)模擬的模型與4D模擬不同在于，前者需要建立在項目實際施工過程中數(shù)據(jù)收集。根據(jù)項目前期相關建模信息要求，通過協(xié)同項目不同階段作業(yè)方，將設計、采辦、建造等施工現(xiàn)場已完成的數(shù)據(jù)進行收集，錄入4D可視化實時模型中去，數(shù)據(jù)采集主要是依靠現(xiàn)場的施工日報、周報、月報、采辦進展跟蹤等。通過對4D模型實時查看，可以很容易的發(fā)現(xiàn)單體模塊已經(jīng)完成的作業(yè)內(nèi)容。同時并將相關施工作業(yè)劃分WBS和權重，直接技術算出項目的實際進度。在單體模型中將計劃完成作業(yè)、實際完成作業(yè)、未按計劃完成作業(yè)標記不同顏色，較為直觀的展現(xiàn)項目的施工進展狀態(tài)。同時，根據(jù)模型中未按照計劃完成作業(yè)的桿件附件的相關參數(shù)信息，查看導致施工作業(yè)落后的原因，是因為圖紙未按計劃出圖，還是因為物資未按時到貨或者建造施工現(xiàn)場缺少人力、機具等原因。結合查找出來的原因，及時進行反饋到各階段作業(yè)方(如圖2)。

圖2 基于實時施工動態(tài)4D模型

通過將4D模型中完成作業(yè)作為后續(xù)項目施工作業(yè)以及計劃的基礎，及時更新施工計劃，并將制定的項目施工計劃與3D模型相結合，形成新的4D模型，作為指導后續(xù)施工作業(yè)的依據(jù)。同時4D實時動態(tài)模擬模型可以實現(xiàn)設計、采辦、建造、調(diào)試等各個施工階段信息共享平臺，只需點擊4D可視化管理平臺上相關桿件信息，對應的設計圖紙編號、設計料單、出圖時間、采辦進展狀態(tài)、到貨狀態(tài)、現(xiàn)場施工狀態(tài)均可呈現(xiàn)出來，以便業(yè)主房、總包方、分包商以及第三方及時查看了解項目信息。

4.4 4D衍生管理信息系統(tǒng)

在4D可視化管理系統(tǒng)中，除了可以實現(xiàn)場地的3D布置、3D模型和計劃的雙向融合、4D的實時 動態(tài)模擬，還可以根據(jù)桿件附屬的參數(shù)信息，建立起其他管理信息系統(tǒng)，比如材料管理系統(tǒng)、建造跟蹤系統(tǒng)、焊接跟蹤系統(tǒng)、完工調(diào)試系統(tǒng)，通過建立這些4D衍生管理信息系統(tǒng)，使用4D可視化平臺共享的信息更加全面的涵蓋項目的施工信息。下文將對衍生的管理系統(tǒng)依次進行介紹。

5 4D可視化管理的優(yōu)勢

(1)提高項目管理水平，該系統(tǒng)需項目所有部門參與合作，數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合匯總，對管理人員提出了更高的要求，有利于提高整體水平。

(2)提高數(shù)據(jù)的真實可靠性，數(shù)據(jù)每天由基層填報，管理部門核實或抽查，避免了以前憑空編造的情況。

(3)數(shù)據(jù)匯總分析快捷，系統(tǒng)運算可靠安全，避免了手工計算經(jīng)常出錯的情況。

(4)方便數(shù)據(jù)積累，通過一定時間的積累，通過整理分析，可以編制出切合實際的工時定額。

(5)集成三維模型和P6、采辦、材料跟蹤、建造跟蹤、完工調(diào)試等系統(tǒng) ，建立可視化智能生產(chǎn)管理平臺，在項目執(zhí)行過程中基于現(xiàn)有項目狀況推演不同項目執(zhí)行方案選擇最優(yōu)執(zhí)行。

6 結語

通過本文中4D可視化管理模式的介紹，可以發(fā)現(xiàn)可視化技術在海洋工程項目具有較大的優(yōu)勢，其不僅可以進行施工場地3D布置，還可以進行4D模型實時動態(tài)模擬，將項目整個施工進行精準的呈現(xiàn)出來，項目管理人員可是直觀的了解項目在某一時間的進展狀態(tài)。同時借助4D可視化衍生的管理系統(tǒng)，能極大地收集項目信息，建立信息共享平臺，提高各方溝通效率和決策水平，縮短項目施工工期，降低項目運行成本。這是企業(yè)走向國際化的一種重要途徑，也是海洋工程EPCI總包模式下必備的管理模式。