面向EPC工程智慧管控的多維業務編碼體系研究

0 引言

為貫徹“智慧社會”建設要求，水務部門積極推進“互聯網 + 現代水務”，以信息化帶動現代化。其中，推進智慧化管控已成為目前EPC工程建設的工作重點之一。建筑信息模型（buildinginformation modeling，BIM）技術作為工程行業數字化轉型的關鍵手段，可匯集EPC工程涉及的設計、采購、施工所有項目信息，形成EPC工程數字資產，顯著提升工程質量和項目管理效率[1-4] 。

在EPC工程BIM技術應用方面，學者們主要從BIM在設計、施工、運維和其他階段的應用方面進行研究。陳特等[5］提出了基于分類編碼的BIM模型編碼和屬性管理方法，顯著提高了管理的標準化水平和效率，取得了良好的應用效果；郭紅兵等[結合目前BIM技術的國內外現狀，深入分析了BIM在中國市政工程行業的應用情況，指出目前BIM發展不及預期的主要原因為技術及效益仍然不滿足整體需求；卞小草等[7]考慮到大型水電工程的管理信息集成與三維可視化表達問題，構建了 GIS+BIM 的建設管理系統，為水電工程的EPC項目提供了有效的管理辦法;卓鵬飛[8提出了基于Omniclass的BIM唯一編碼結構，并以典型泵閘工程為例，實現了BIM數據集成化與標準化。

在多維業務編碼體系方面，自20世紀中葉以來，建筑行業的信息分類體系經歷了快速發展，但多項目管理幾乎是所有工程行業企業共同面臨的難題，因此，企業逐漸采用現代化管理方式構建信息化工程項目管理系統[9-10]。例如，甘煥[1]利用工作分解結構（workbreakdownstructure，WBS）作為核心框架，并以工程項目管理的完整生命周期為藍本，利用網絡與信息技術，構建了以WBS為基礎的工程項目管理信息平臺；吳志東[12]在工程項目綜合分解體系的基礎上，從WBS 基準下項目管理信息系統的應用角度出發，提出一套新的工程項目分解體系標準和8個分解層面;劉勇等[13]分析和研究了國內外項目信息分類和編碼體系的優缺點，結合中國工程項目實際和工程量清單計價模式，提出了基于工程量清單計價模式的工程項目信息分類和編碼體系。

然而，在BIM技術工程應用中，現有智慧管控的編碼體系研究成果主要應用于設計階段，或單獨應用于施工階段，各階段的編碼體系較為獨立。而EPC工程為含“設計、采購、施工”全階段的綜合性項目，各階段獨立的編碼體系難以適用于這種整套的流程。由于缺乏統一的編碼體系，工程BIM設計模型應用在施工階段時，多套不同的編碼體系在實際應用中可能導致各個工程階段之間管理的混亂，特別是在智慧EPC管控平臺上進行BIM應用時，將影響進度、質量等方面的管理效率[14-15]。為此，本文充分考慮 EPC 的工程特點，以宜昌市主城區污水廠網、生態水網共建項目二期為應用背景進行重點研究，統一各工程階段的獨立編碼體系，在工程項目管理中引入工作分解結構（workbreakdownstructure，WBS）、項目分解結構（productbreakdownstructure，PBS）、質量分解結構（qualitybreakdownstructure，QBS）、清單編碼結構，與實際工程中的業務（如投資、進度、質量等）相結合，同時結合多維業務編碼的需求，耦合工程構件、設計施工流程（業務）與編碼[16-18]。依托 EPC 工程的全過程管理模式，在設計階段生成一套整體的多維業務編碼體系，并且沿用至后續施工階段，以確保項目流程的連貫性和一致性，節省管理成本、提升項目管理的數字化程度。研究成果也可作為EPC工程智慧管控的重要技術手段，為今后EPC工程智慧管理BIM技術應用提供借鑒。

1 多維業務編碼體系

考慮到EPC工程多維業務的特點，需在傳統BIM三維模型（3D）的基礎上，增加工程建設過程的進度、費用、質量等多維業務數據，形成4D、5D、6D等復合型BIM模型。為建立EPC工程的多維業務編碼體系，本節結合進度、費用、質量等多維業務的管控要素，提出了多維業務編碼的數據結構，實現BIM模型構件與多維業務數據相互映射，形成統一的數據交互解決方案。

1.1 技術路線

EPC工程多維業務編碼體系研究的主要技術路線如圖1所示。

（1）確定多維業務管控要素。為了達到多維業務與構件關聯的目的，首先需要確定多維業務管控的關鍵要素，將關鍵要素融入編碼之中，形成完善的構件分類樹，從而更加方便與業務信息進行關聯。管控要素是驅動業務開展的關鍵因素，如進度管控中的工序、時間，造價管控中的清單編號，質量管控中的檢驗項、檢驗批等。

（2）提出多維業務編碼模型。多維業務編碼模型的建立是整體體系研究的基礎，同時是實現編碼、業務、構件耦合關系的前提。首先建立多維業務編碼結構，并按照編碼的最小分解結構建立相應的模型

（3）建立構件與編碼關聯。建立多維業務編碼體系后，根據工程類型建立編碼方案，再按照編碼的最小分解結構確定模型劃分的最小顆粒度，并以此創建項目模型，準確落實構件與編碼的對應關系。

（4）建立編碼與業務關系。建立編碼體系與構件實體的對應關系后，通過不同編碼之間的對應關系，建立構件與不同業務需求之間的對應關系，實現業務與模型數據的聯動，或者實現不同業務之間的數據聯動。

（5）實現編碼、業務、構件多維耦合。經過前述工作，即可建立構件、編碼、業務之間的映射關系，形成面向EPC工程智慧管控的多維業務編碼體系。

1.2 多維業務與工程分解結構編碼結合

PBS、WBS、QBS、清單編碼4種編碼結構有所不同，但均建立在項目的單位、分部、分項分解結構之上，其所涵蓋的工程內容是一致的，PBS在單位、分部、分項分解結構的基礎上，又按照構件類型、構件實例進行劃分，編碼與項目實體構件具有一一對應關系。WBS在PBS的基礎上，使構件按照施工工藝、工序進行整合，形成時間排序的任務集合，即一個編碼對應一項任務集合，其包含多個構件類型及構件實例，編碼與項目實體構件具有一對多的對應關系。QBS在PBS的基礎上按照檢驗項、檢驗批的順序進行整合，形成檢驗順序的任務集，任務集也同樣包含多個構件類型及構件實例，具有一對多的對應關系。基于PBS編碼下的實體構件可與清單編號及公司材料設備編碼進行映射，為施工階段動態計價、設備采購業務提供數據支撐，從而在EPC工程的全生命周期階段實現編碼統一管理。

整體上，本文所提出的多維業務編碼體系以PBS編碼為核心，通過其他多維業務管控要素轉換成其他業務編碼結構，進而實現BIM模型與多種業務之間的關聯，如圖2所示，

2 多維業務工程分解結構

2.1 工程分解結構現狀

目前工程常見的項目管理分解結構有4種：PBS、QBS、WBS、物料清單結構。這4種在工程中對應不同用途的項目管理分解結構：PBS編碼關注產品的設計和制造，將產品分解為組件和部件；QBS側重于質量管理，細化質量要求和指標；WBS用于項目管理，將項目工作分解為任務和活動；物料清單結構則用于物料管理，識別和跟蹤具體物品。上述分解方式雖然各有側重，但共同目標是提高管理效率，確保項目和產品從設計到交付的各個環節都能得到有效控制和協調。

通過對比分析（表1），這4種分解方式的區別主要是分解原則、分解對象、信息表達方式不同，但是整體涵蓋的工程內容基本相同。由于分解結構和方式的不同，從BIM軟件中得出的結果無法與相應工程階段對應。因此，需要建立新的分解規則，以符合BIM建模的需要，也符合施工管理過程的需求。

2.2 工程分解結構編碼體系

基于上一節的分析，結合WBS、PBS、QBS的編碼體系，考慮進度、費用、質量等多維業務管控要素，本節進一步提出了工程分解結構編碼體系。

2.2.1 WBS編碼結構

WBS編碼結構可將項目目標分解為具體的工作包。WBS采用樹狀結構，從項目總體目標開始，逐步細化到具體的任務或活動。該結構有助于項目管理者清晰地規劃、執行和監控項目進度。

WBS編碼采用8層18位結構（圖3），邏輯為：工程項目（4位）—子工程項目（1位）—CWP（2位）一單位工程（2位）一分部工程（2位）一子分部工程（2位）一分項工程（2位）一作業編碼（3位）。

2.2.2 PBS編碼結構

與WBS不同，PBS分解的結果不是以可交付成果為目標的工作包，而是構成項目最終實體目標的項目單元。在工程項目中，PBS應該是不同于WBS的獨立分解結構，并且是項目管理其他一切工作的基礎。與WBS編碼相比，PBS編碼更側重于構件的設計和類型。

PBS編碼是將項目分解為更小、更易于管理的部分的方法，有助于項目團隊理解整個項目的范圍和結構，以及各個部分之間的關系。PBS編碼通常用于項目規劃、執行和監控，以及跟蹤項目的進度和成本。PBS編碼采用9層22位結構（圖4），邏輯為工程項目（4位）一子工程項目（1位）一CWP（2位）—單位工程（2位）一分部工程（2位）一子分部工程（2位）一分項工程（2位）一構件類型（4位）一構件實例（3位）。

2.2.3 QBS編碼結構

QBS是一種在項目管理中應用的質量管理工具。通過將項目的質量目標和要求分解成更小的、更易于管理的部分，幫助確保項目的所有方面都能滿足既定的質量標準和客戶期望。QBS的目的是實現對項目質量管理控制過程的全面管理和動態監督。QBS編碼的特點為強調質量管理，通過細化質量要求，幫助項自團隊識別和管理潛在的質量風險。

QBS編碼則是一種專注于項目質量管理的工具。將項目分解為質量控制點或檢驗點，確保項目成果滿足既定的質量標準。QBS編碼用于識別項目中的關鍵質量控制區域，并進行適當的檢查和驗證。通常用于質量計劃、檢驗和測試。

QBS編碼采用9層20位結構（圖5），邏輯為工程項目（4位）一子工程項目（1位）—CWP（2位）一單位工程（2位）一分部工程（2位）一子分部工程（2位）—分項工程（2位）一檢驗項（2位）一檢驗批（3位）。

2.2.4 清單編碼結構

清單編碼通常指的是按照國家標準進行的編碼體系（參照GB50500—2013《建設工程工程量清單計價規范》），用于確保在不同領域和行業中的編碼具有統一性和標準化，以便于信息的交流和識別。編碼廣泛應用于產品分類、管理、追溯和信息交換等方面。清單編碼通常由國家標準化管理委員會制定和發布，以確保不同行業和領域內的編碼標準化和互操作性，以及在招投標、合同管理、工程計量和支付等過程中信息的一致性和準確性。

清單編碼采用5層12位結構（圖6），邏輯為工程分類順序（2位）一專業工程順序（2位）一分部工程（2位）一分項工程項目名稱順序（3位）一清單項目名稱順序（3位）。

3 EPC工程多維業務與編碼關聯方案

為了實現多維業務與編碼的關聯方案，需要構建以PBS編碼為核心，實現BIM構件、清單編碼、WBS編碼、PBS編碼與QBS編碼互相關聯的關系。本節首先構建了一套EPC工程構件級模型單元分類和編碼體系，實現了BIM構件與PBS業務編碼的關聯；進一步地，分別建立了PBS編碼與清單編碼、WBS編碼、QBS編碼的關聯。

3.1 建立PBS編碼與BIM構件關聯

業務編碼的結構主要基于單位、分部和分項的分解。為了實現BIM構件與業務編碼的有效關聯，參照GB/T51269—2017《建筑信息模型分類和編碼標準》中對BIM構件分類的方法，根據構件的功能、構件類型以及構件屬性，構建了一套適用于EPC工程的構件級模型單元分類和編碼，如表2所列。表2可生成構件類型的順序碼，確保不同類型模型構件的順序碼具有唯一性，例如，工藝設備中的蝶閥被賦予了順序碼001，而構筑物中的混凝土樁則為455。

根據表2所列的EPC工程構件級模型單元分類和編碼體系與圖4的PBS編碼結構，可將項目單位、分項、分部與構件類型的分類方式和順序碼相結合，形成與構件實例一一對應的唯一編碼。此方案不僅確保了編碼的唯一性，而且為構件與PBS編碼之間的關聯提供了一種系統化的方法。

3.2 建立PBS編碼與清單編碼關聯

為了實現PBS編碼與清單編碼的關聯，本文遵循了GB50500—2013《建設工程工程量清單計價規范》的指導原則。該規范提供了詳盡的清單列項，為編碼關聯提供了明確的參考框架。因此，僅需將本文所提的PBS編碼所對應的構件特征與相應的清單編碼進行精確匹配。

以宜昌兩網大公橋調蓄池中的混凝土灌注樁為例，根據本文所提的PBS編碼結構（圖4），其PBS編碼應為 HB06.B.14-01.01.01.01-0455.028 。根據構件的具體特征，將其與清單編碼010302001001相對應，從而確立了PBS編碼與清單編碼之間的直接聯系。通過以上方法，可確保每個構件的PBS編碼都是唯一的，并且與其在工程量清單中的位置精確對應。

3.3 建立PBS編碼與WBS、QBS編碼關聯

PBS編碼不僅考慮了項目單位、分部和分項的劃分，同時還考慮了構件類型和實例的劃分。該編碼方式充許將PBS編碼直接整合到QBS編碼和WBS編碼中，以實現更精細化的項目管理。例如，QBS編碼HB06.B.14-01.01.01.01-01.01表示對一區1＼～63號混凝土灌注樁的檢驗工作包，WBS編碼HB06.B.14-01.01.01.01-001表示2023年2月15日至3月15日混凝土灌注樁施工計劃所包含的工作集合（圖7）。

3.4 自動編碼和屬性賦予技術

3.4.1 自動編碼軟件介紹

Dynamo軟件為一款由Autodesk公司基于Revit開發的可視化編程插件，以其獨特的編程方式和強大的功能，為工程領域帶來了巨大變化。

Dynamo能夠自動執行編碼邏輯，快速生成構件的編碼信息。用戶只需定義好編碼規則和構件屬性，Dynamo就能自動遍歷模型中的所有構件，根據規則為每個構件生成唯一的編碼。這種方式極大地提高了編碼效率，減少了人工編碼存在的錯誤和遺漏問題。此外，Dynamo還支持與外部數據源（如Ex-cel表格、數據庫等）的交互，允許用戶從外部導人編碼規則或構件屬性數據，進一步提高了編碼的靈活性和準確性。

3.4.2 自動編碼方法

首先根據EPC項目多維業務編碼數據結構定制編碼數據庫；再按照編碼的最小分解結構確定模型劃分的最小顆粒度，并以此創建項目模型，通過定制化Dynamo可視化程序批量添加構件屬性參數，作為編碼錄入的載體；然后基于Dynamo和數據庫結構制定自動編碼程序，最終根據構件類別、類型以及實例屬性進行自動編碼。Dynamo自動編碼方法如圖8所示，

4 工程應用

本文通過分析PBS編碼與BIM分類編碼之間的內在聯系，建立了BIM模型構件與PBS編碼之間的緊密關聯，并通過PBS編碼與其他業務編碼（WBS、PBS、清單編碼）的關聯，構建了模型構件與多維業務編碼之間的橋梁。

在宜昌市主城區污水廠網、生態水網共建項目二期工程中成功引入了基于BIM技術的智慧管控平臺，以實現BIM構件與多維信息的物理捆綁與應用，為項自全生命周期提供精準、高效的信息支撐。

4.1 平臺概況

長江大保護智慧管控平臺是基于BIM技術開發的。平臺建立統一的輕量化模型，可實現BIM信息模型管理、BIM信息模型變更及BIM輕量級模型應用；平臺以BIM為載體，實現BIM和工程管理系統的深度融合；通過PBS工程結構與工程管理系統相關業務編碼的關聯，實現在合同管理、質量管理、安全管理、工程管理、進度管理、綜合決策分析和展示上 BIM+ 的應用（圖9）。

4.2 多維業務與多維業務編碼模型關聯方式

將基于多維業務編碼的BIM模型導入智慧管控平臺，平臺將根據模型構件錄入的多維業務編碼進行底層數據篩分，形成多種業務視圖下的模型構件樹，如PBS工程分解視圖、WBS進度視圖、QBS質量視圖等。按照不同的業務類型對構件進行分類，實現了信息視圖與構件視圖的物理關聯，使得建設過程的質量、進度、造價等信息更容易與構件進行掛接，為項目的多維業務管理提供必要的數據支撐（圖10）。

4.3 基于BIM的多維業務應用

4.3.1 基于BIM的質量管理

通過BIM構件信息與質量管理信息之間的關聯，將質量驗評、質量問題、質量事故、質量標準的信息在BIM模型中進行集成展示（圖11）。

平臺提供BIM構件信息與質量管理信息之間的關聯，實現基于BIM模型的質量管理。基于BIM的質量管理應用主要體現在施工監理單位和建設單位根據分項工程的質量驗收情況，可通過模型顏色表示質量驗收合格和不合格，直觀反映質量控制情況（圖12）。

4.3.2 基于BIM的進度管理

進度管理是項目管理的核心業務。充分利用BIM直觀性的優勢，在施工任務覆蓋范圍內對工程進度進行可視化管理，并清晰地標識出已完成建設的構件、未開始建設的構件和正在建設的構件（圖13）。通過BIM模型，項目管理人員可直觀地查看施工的進展情況，判斷已完成施工部分在整個工程項目中所占的比重。

利用輕量級模型構件可視化功能，對項目中已經完成施工的部分進行著色展現，從而判斷當前工程進度的大致情況。任務完成狀況與任務對應構件集顏色保持一致。任務完成、延期完成、延期未完成、未開始（對應綠色、黃色、紅色、藍色）與任務包含的構件顏色一致，可從模型顏色上了解工程的進度情況

4.3.3 基于BIM的計價管理

基于BIM模型工程量清單，結合施工進度，將每一構件的工程進度情況展現在可視化模型中，基于構件工程量對整體工程量的統計也將以圖表等方式展現。用戶可清晰直觀地查看已完成工程量和剩余工程量，系統也對工程量完成程度較低的任務進行高亮標識，方便用戶對項目的各個任務、工序的工程量進行及時跟蹤。根據運算規則對構件已完成工程量自動計算并加以匯總，從而輔助對應合同的結算和支付。平臺提供工程量的可視化展示，包含項目總體工程量、基于分部分項的工程量、基于施工進度的工程量，基于任務完成情況的工程量分析。

5結語

本文提出了一套面向EPC工程的多維業務編碼體系，實現了BIM技術在設計、采購、施工全周期的應用，極大提升了項目管理的數字化與智能化水平。所提方法通過Dynamo軟件的自動化編碼，確保了編碼的高效率和準確性，為項目的質量、進度和成本控制提供了堅實的數據基礎。此外，基于該編碼體系開發的智慧管控平臺，為EPC工程項目的智慧管理提供了強有力的數據支持。

本文所提方法體系實現了BIM模型與多種業務之間的有效關聯，不僅展示了多維業務編碼體系在復雜工程環境中的實用價值，也為工程行業的信息化管理提供了創新思路，可作為實現工程智慧管控的前提與基礎。基于本文研究成果，研究人員能夠更加有效地協調和管理EPC工程中各環節，從而提高項目整體效率和質量，同時也能為類似項目的實施提供參考。

參考文獻：

[1］許繼軍，吳志廣.新時代長江水資源開發保護思路與對策探討[J].人民長江，2020，51（1）：124-128.

[2]胡春宏，張雙虎.論長江開發與保護策略[J].人民長江，2020，51（1）：1-5.

[3]唐欣.基于BIM的建設工程質量控制體系研究[D].武漢：武漢理工大學，2015.

[4]郭子琪.BIM技術下EPC建設工程項目成本管理的應用與研究[D].太原：太原理工大學，2021.

[5]陳特，蘇文哲，吳含，等.基于分類和編碼標準的BIM模型屬性管理研究［J].人民長江，2023，54（6）：236-241.

[6］郭紅兵，趙亞蘭.BIM技術的國際研究概況與我國市政BIM應用分析[J].人民長江，2021，52（4）：164-170.

[7]卞小草，雷暢，丁高俊，等.基于G ?IS+BIM 的水電項目群建設管理系統研發[J].人民長江，2018，49（7）：72-76.

[8]卓鵬飛.基于Omniclass的唯一編碼及水利工程BIM集成交付[J].人民長江，2020，51（3）：199-204.

[9]ALSEHAIMI A，WAQAR A，ALRASHEED K A，et al. Building a sus-tainable future ： BIM's role in construction，logistics，and supply chainmanagement[J].Ain Shams Engineering Journal，2024，24：103103.

[10]ARAYICI Y，COATES P，KOSKELA L，et al. Technology adoption inthe BIM implementation for lean architectural practice[J].Automationin Construction，2011，20（2）：189-195.

[11］甘煥.基于WBS的大型工程項目管理信息系統研究[D].西安：西北工業大學，2007.

[12］吳志東.基于WBS的工程項目管理信息系統研究［D].西安：西北工業大學，2004.

[13]劉勇，沈吉，王建平.工程項目信息分類及編碼體系淺談[J].施工技術，2006，35（5）：11-13.

[14］王潯洲.BIM技術在大型公用建筑結構施工及管理中的應用［J].中國建設信息化，2024（17）：62-65.

[15]任華春.基于BIM技術的泵閘工程三維協同集成化設計方案研究[J].水利水電技術，2017，48（5）：67-73，86.

[16]王芳標，邱威，陳馳，等.WBS分解與BIM編碼在進度和產值監控中的應用研究[J].施工技術（中英文），2023，52（23）：135-138.

[17]王福海，商淑杰，么新鵬，等.公路工程項目工作分解結構（WBS）編碼研究[J].價值工程，2022，41（36）：5-9.

[18]么海亮.基于資產全生命周期的軌道交通編碼體系研究[J].商訊，2018（11）：74，76.

（編輯：郭甜甜）