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2.1 国内工程项目智慧管理的理论研究与应用实践

从历史演进的角度来看,我国工程管理的发展经历了古代工程管理的朴素经验化阶段、近代工程管理的以引进吸收西方先进经验为主的工具化阶段,以及现代工程管理多元发展的科学化阶段(郑俊巍,王孟钧,2014)。随着社会经济的快速发展,现代工程项目逐渐呈现投资规模大、项目参与单位多、工期要求紧、施工技术复杂、信息沟通复杂、社会影响面广等特点,对工程项目的管理工作提出了更加严峻的挑战(郭鲁,2012)。现代计算技术、网络技术、通信技术和新一代信息技术的快速发展及其在工程项目管理领域中的广泛应用,使得工程项目管理信息化、数字化、智慧化成为必然趋势,智慧管理也成了提高工程项目管理水平的重要手段。下面从项目管理目标、项目生命周期、项目主体、项目施工现场四个方面对智慧管理做详细介绍。

2.1.1 项目管理目标的智慧管理

工程项目管理的目标一般可以分为质量、进度、造价、安全、环保五个方面。项目管理目标的智慧管理是基于新一代信息技术的技术手段,在工程项目管理过程中对影响工程质量、进度、造价、安全、环保五个目标的因素进行全面的动态分析、评价与控制,提高工程项目管理的效率和水平。

20世纪70年代,随着计算机技术的不断发展,将建筑项目信息以数字化方式予以展现的理念被提出并不断发展。建筑信息模型(building information modeling,BIM)作为一项新的信息技术,能够为工程项目的各项信息数据建立模型,对工程项目相关信息进行详尽的数字化表达,为项目各项目标的管理提供数据支撑,大大提高了工程项目管理的效率,有效助力项目管理目标的实现。在《美国国家BIM标准》中,BIM被定义为“一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;一个共享的知识资源,能够分享建设项目的信息,能够为项目全生命周期中的决策提供可靠依据的过程。在项目不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业”(丰景春,赵颖萍,2017)。BIM也是一个动态的数据平台,在这个数据平台上工作人员可以对工程信息进行创建、管理和共享。随着工程建筑行业的不断发展,BIM三维模型已经不能有效满足现代建筑行业日益发展的需要,所以在BIM三维模型的基础上加入了时间进度信息,构建了BIM-4D模型,具有模拟施工、优化方案,调整计划进度等功能。在BIM-4D模型的基础上再引入成本信息,就构成了BIM-5D模型,有利于对项目的成本进行动态管控(刘德富,彭兴鹏,刘绍军,等,2017)。

传统项目管理主要是管控工程项目的施工进度和资源配置,对施工各阶段的复杂关系无法进行清晰表述,容易发生进度延误、资源分配不合理等问题,对项目的经济效益产生直接的影响。利用BIM-5D模型可以将与项目相关的进度、资源、造价、人员等各种信息整合在一起,模拟项目工程的施工过程,为施工过程中的生产、技术、商务等环节提供项目进度、资源消耗、成本核算等关键数据,帮助项目管理人员全面、准确、及时地了解项目最新情况,并结合信息制定必要的应对措施,有助于提高生产效率、降低生产成本和缩短项目工期等,对实现项目管理目标具有重要作用。

2.1.1.1 进度管控

(1)BIM-4D模型

基于BIM的设计与管理对设计进度以及项目的整体进度有着重要的影响,主要表现在对进度控制的预测、跟踪、检查和修正等方面。目前行业内通过BIM技术设计的项目大部分采用翻模技术,较难实现2D团队与BIM团队之间的实时协作,一旦2D设计和BIM设计产生脱节,就会大大降低设计效率,导致项目进度管控难度增加(陈家远,石亚杰,郑威,等,2017)。除此之外,相较于传统的设计模式,基于BIM技术的协同设计提高了各专业之间的协作效率,借助冲突检测、可视化模拟等方法,提前发现设计过程中存在的问题并及时解决,有利于优化模型质量,便于BIM技术在施工阶段的进一步应用,显著减少施工过程中变更和返工情况的发生,加快项目的实施进度。

BIM-4D模型实现了对施工阶段进度的动态控制。在实际项目施工中,首先是构建BIM三维模型,编制施工总进度计划,在编制进度计划过程中将建设项目进行工作任务结构分解;其次是导入进度信息形成BIM-4D模型,通过对比分析实际进度与计划进度,纠偏进度计划并进行优化,提高项目计划的可施工性;最后是对项目进度整个控制过程进行项目后评价,为今后类似项目提供借鉴。

(2)BIM-5D模型

重庆仙桃数据谷三期一标段项目中,将现场施工工作面进行了流水段划分,项目管理人员可清晰了解每个施工工作面上人员数量、资源需求量、工程量等信息。然后在Microsoft Project中将编制好的项目进度计划导入BIM-5D中,实现与BIM模型的深度关联,并对模型中每个构件如基础、柱、梁等赋予进度信息,通过BIM-5D的施工进度,以天为时间单位对项目施工进行模拟,可以形象地反映施工进度,验证计划的可行性和各专业插入节点的合理性。通过对施工项目的动态模拟,让项目管理人员清晰地预见项目计划的实施过程,合理有效地开展进度管控工作,优化各阶段资源配置方案,提高施工效率。同时,结合BIM-5D的施工进度视图模块,可以及时发现在计划周期内是否有任务未能按计划完成,处于滞后状态。项目管理人员根据滞后情况,重新调整工作计划,并对人、材、机等资源做重新配置,实现对项目的精确管控。

(3)GIS+BIM

三维工程场景可视化管理是将宏观的地形、路网等GIS(地理信息系统)数据与微观的BIM模型结合起来,实现BIM模型信息查看、GIS模型进度显示、工程进度数据多样化展示等功能。BIM技术主要用于比较设计和施工阶段物料的属性信息,而GIS技术是对与项目相关的环境、现有建筑分布和建设项目外形进行客观描述。三维工程场景可视化管理综合了BIM与GIS技术的优势,将微观的模型与宏观的场景、数据相结合,为工程可视化和项目管理提供更丰富、全面的信息。GIS模型的进度显示通过再现真实的工厂场景,为工程管理提供了可视化界面;结合三维视图与图表资料,从多个方面展示工程的进度信息,帮助管理人员快速了解现场情况,把握整体进度信息,为管理人员制定决策起到了辅助作用(于国,张宗才,孙韬文,等,2016)。

(4)大数据挖掘技术

大数据挖掘在工程项目的进度管理中也得到了应用。基于工程管理技术的关键点是成立大数据挖掘项目组,建立大数据挖掘的管理层次和制度结构,并设立“工期进度”数据挖掘项目组。建立基于数据挖掘的工期进度控制模型,对项目的进度管理具有重要意义。

2.1.1.2 安全管理

(1)物联网

随着物联网技术的发展,基于互联感知的安全管理成为智慧管理的重要研究方向。物联网在工程安全领域中发挥了重要的作用,并由此形成“工程安全物联网”(宁欣,2014)的概念。工程安全物联网通过信息传感设备对工程的全面感知,借助特定的网络实现建筑工程中各种安全影响要素的泛在互联,它涉及信息交换、通信、处理、分析等过程,是个可以智能化识别、定位、跟踪、监视、控制、管理和决策的一体化计算平台。工业安全物联网能够实现建筑结构、工程保障、施工过程的智能传感,涵盖了数据挖掘、信息融合、处理、耦合分析和安全评估、预警、纠偏、技术部署等应用功能,可以提升工程建设中的人员安全、材料安全和工程结构构件安全、设备运行安全、施工环境安全。

(2)BIM-5D模型

在铁路工程中,基于BIM模型的工程安全管理体系,利用设计软件对工程项目进行建模,结合三维模型对人员进行技术交底与安全教育,导入BIM-5D模型以实现对工程项目的实时管理,通过可视化设计和施工模拟,在施工前充分准备,预先采取针对性安全措施。在此基础上,实现信息的全程实时共享,增强各部门之间的协调性和管理的及时性,同时结合BIM-5D模型与云平台,充分保障后期的运行与维护,达到对铁路工程进行高效、可行的全生命周期信息化安全管理的目的(张钦礼,王雅,2017)。

(3)RFID技术

基于射频识别(radio frequency identification,RFID)技术的安全管理方法能够实现总包商对施工现场人员、材料、设备的信息实时采集、传输、管理,有效解决分包商多层分包可能带来的混乱现象以及对不同专业队伍之间交叉作业的控制难题。

2.1.1.3 造价管理

基于建筑工程造价信息数据库和BIM模型,构建人工智能工程造价信息管理平台。平台由造价数据采集与形成、智能处理与列项、造价全过程计算、技术经济分析与决策、信息监督管理五大系统组成,以BIM模型为基础,智能分析项目过程中的决策、设计、招投标、施工以及运营管理等不同阶段的综合成本、质量、工期、安全等要素,实现全过程工程造价管理,以及数据采集与形成、智能处理列项、全过程管理计算、技术经济分析、智能决策与监管、咨询与反馈各参与方实时协同工作,并通过统一相关数据标准,进行大数据集成,然后在云端数据共享的基础上,形成工程造价各阶段和所有参与方集成的、共享的、开放式的全生命周期工程造价信息管理系统(王琼,2020)。

2.1.1.4 质量管理

工程施工期的质量控制是决定项目建设成败的重要环节。已有研究提出工程建设质量管理智能化框架,应从业务架构、数据架构、应用架构、技术架构和安全架构等五个方面进行总体架构的设计,其中业务架构以质量管理智能化的业务战略为顶点,将工程项目中质量与安全管理方面的主要业务作为主线,将用户管理、文件管理、数据管理等作为支撑辅助业务,借助人流、物流、信息流、资金流打通各业务线之间的互动渠道,解决各自为政、信息孤岛等问题(黄发林,银乐利,肖鑫,2019)。至于项目质量管理过程中存在的信息获取渠道单一、沟通反馈不够及时、各参与方协同度低等问题,有研究从信息协同的角度出发,构建了施工项目质量管理信息协同系统,利用现代技术掌握全面的项目质量信息,建立质量信息数据库,为工程项目质量管理提供数据信息,改善传统模式下质量管理信息采集零散、处理方式不统一的状况,推动项目质量管理过程的自动化、信息化、可视化(侯杰,苏振民,金少军,2017)。

基于新一代信息技术的项目目标智慧管理旨在借助新型的技术手段对项目的五大管理目标进行全面、准确、动态的把握,并借助智能化的分析、处理手段对项目的实际运作状况进行及时纠偏和动态控制,推动项目目标的实现。

2.1.2 项目生命周期的智慧管理

工程项目管理的目的是确保项目实施各阶段按时交付成果。在工程项目生命周期中,会生成并交换大量带有相关数据的文档,这些文档数据具有分散性、格式多样性等特点。其中,许多数据需要在不同阶段之间共享,这种复杂性加剧了项目管理的难度。项目生命周期的智慧管理是从工程项目决策、规划、施工、运维四个阶段出发,将智慧技术融合应用于项目生命周期的各阶段,辅助项目实施过程中各个阶段的信息统计、决策支持、智能分析等,助力提高项目各环节的管理效率,高效完成各阶段的交付成果,切实提高项目管理效率和水平。

2.1.2.1 基于BIM的项目全过程协同

设计阶段是实现工程价值、控制成本的关键环节(杨德钦,岳奥博,杨瑞佳,2019)。BIM具有可视化、模拟性、优化性和可出图性等优势,加强了设计部分各专业之间的协调联系,从而进一步提高沟通效率,加强对设计质量的控制。BIM的运用推动了建筑设计方法的演变,传统的平面设计开始转向三维的空间设计,改变了二维设计仅关注平面功能和形象的状况,将设计与建筑空间之间的联系变得更加紧密,为空间设计提供了更加有效的技术支持(陈家远,石亚杰,郑威,等,2017)。

BIM协同设计为不同专业的设计人员提供了一个公共平台,通过三维设计模型实现即时沟通和信息共享。当然,为了保护隐私,平台也会通过设置不同的权限和规则保障平台的运行秩序。BIM模型包含了几何参数和非几何参数,利用模型参数化可以使构件的参数之间实现关联性变化,有效解决二维设计反复修改的缺陷。通过BIM模型的可视化碰撞检测与管线综合,减少各专业之间出现“错漏碰缺”的情况,优化管线排布和净高,减少施工阶段的返工现象。BIM模型在建筑性能分析方面起到了重要作用,例如借助BIM模型可实现景观可视度模拟、日照采光模拟、风环境模拟、人流疏散模拟等,利用软件将建筑物的各方面性能指标通过可视化的方式展现出来,为进一步优化设计项目实施提供了数据支撑和保障。

(1)BIM+GIS

BIM模型可以形象创造拟建项目内部的对象,GIS模型则可以科学分析项目已有的对象,有效弥补BIM模型在空间分析能力方面的缺陷。将BIM和GIS整合一体化,可以实现建筑供应链设计可视化和物料监控可视化,从而保证工程项目中的物料交付工作顺利进行,全面把握供应链过程。在设计阶段,主要利用BIM模型,提供精确信息数据,生成所需物料清单;在物流阶段,主要利用GIS模型,借鉴数据仓库的思想,对项目供应链环境进行大范围空间数据分析、数据挖掘、数据存储、数据管理,建立一个精确的参数模型来确定详细的物料和建筑构件的属性信息,确定最优供应商和最优运输路线,使订单、仓库和运输之间的联系更加紧密。当库存管理模型和运输管理模型进入供应链,BIM-GIS模型通过描述物料的流动对供应链不同环节的物料在不同阶段的状态进行可视化监控,将实际情况与计划状态进行对比分析,及时更新BIM信息,从而沿着供应链减少全过程的成本,缩短物料的交付时间。通过物流可视化、资源可利用度和内部供应链图,在物料情况与计划不符时发出物料预警信号,提高建筑供应链监控管理的效果(郑云,苏振民,金少军,2015)。

(2)供应链信息流协同模式

在供应不确定的环境中,通过形成以工程项目总承包商为核心的供应链信息流协同模式,可达到优化整个项目供应链、提高整体绩效和竞争力的目的。该模式以由多个供应商、单个总承包商、贷款方以及工程监理等组成的工程项目供应链为研究对象,采用供应链协同的减量模型,经过案例分析和Monte Carlo仿真方法实验发现,与供应链信息共享的传统模型相比,基于云计算的供应链信息流协同模型能够让多个供应商进行更低成本、更及时、更充分的横向信息共享,实现供应工程材料协同,有效降低供应链的成本,提高供应链的绩效(卫飚,李毅鹏,2014)。

(3)重大工程建设与运营智慧管理系统

在重庆国际博览中心工程建设中,针对建设工程常规管理方式中存在的现实时空信息缺乏、信息孤岛、辅助决策不智能等局限,在地上、地下、室内、室外多个不同的时空信息及传感数据采集、建模的基础上,利用集景三维空间信息基础平台,研发构建了“重大工程建设与运营智慧管理系统”。这个系统分为建设智慧管理子系统和运营智慧管理子系统两大块,具有智能规划设计、空间信息三维展示、运营安全监测、施工动态监管等功能,为规划、设计、施工及运营等环节提供了全过程一体化的空间信息服务(明镜,李响,李劼,2014)。

2.1.2.2 基于GIM的电力工程全过程协同

与传统的技术手段相比,BIM模型具有全过程信息共享功能,但局限于单一的建筑模型,与电网这类网状结构之间存在较大的差异性(盛大凯,郄鑫,胡君慧,等,2013)。在电气设计方面,为了满足变电站全生命周期管理,国网在2017年9月发布了《输变电工程三维设计模型交互规范(试行)》,其中提出了GIM(grid information model,电网信息模型)概念,计划建立一个以GIM为基础的数据库,实现跨平台信息共享及采集(朱克平,何英静,倪瑞君,等,2019)。

GIM模型源自BIM模型,以电网工程中各专业的参数化信息为基础,进一步吸取地理信息数据(GIS),同时结合输变电工程的特点,借助信息化建模和数字化协同设计等技术,实现输变电工程中三维可视化与信息共享的功能(丁宽,2020)。2018年,国网经济技术研究院通过制定统一的数据架构、编码体系、交互方式、设计深度和成果形式,自主制定了可扩展的、适合输变电工程建设和三维设计需要的国家电网GIM标准体系,对设计对象、过程、成果进行统一规范,制定了覆盖全专业、全过程的技术标准体系,并建立了涵盖上下游各业务环节的数据对接标准。

2018年初,国网浙江省电力有限公司(以下简称国网浙江电力)依托国网基建部的输变电工程三维设计试点建设,在各地级市开展输变电工程三维设计试点工作,进一步提升三维设计专业能力,推进三维设计工作的开展。2019年12月,国网浙江电力进入了变电站三维设计全面应用阶段。在110千伏百步变电站新建工程的电缆敷设设计中,打破传统电缆敷设中二维设计的局限,采用基于GIM的三维设计,有效实现了设计成果的直观可视化,并且避免了实施过程中的设计变更,减少了设计阶段的相关材料开列,有效缩短了工程时间,降低了工程造价。

GIM通过把电网组成元素数字化,以信息模型为载体,集成每个元素的全生命周期信息,将基于信息模型的三维设计成果推广到项目施工建设阶段,提高了输变电工程施工的数字化和信息化水平,也为实现工程数据全生命周期应用价值最大化创造了技术条件。针对当前变电站工程施工组织设计无法精确进行信息化改造的问题,青海冷湖330千伏新建变电站项目基于三维空间图形显示技术和先进成熟的数据处理方法,应用GIM数据预处理和三维解析、施工工序的分解和抽象等关键技术,开展了变电站施工方案推演的应用探索,实现了在三维设计成果基础上的施工组织设计、辅助施工方案优化和辅助施工进度管理,有效提升了施工方案的质量和效率(杜宏,李凤亮,王军,等,2020;宋晓宁,杜宏,2020)。

在职能管理方面,利用GIM三维设计成果开展变电站技经计算,通过业务梳理建立技经数据模型,从三维设计模型属性集研究、标准提资模式研究、编码体系对应规则研究、定额清单对应规则研究等多方面入手,满足三维模型“自动算量提资→自动套价→自动组价”需要,实现三维设计至工程造价的快速衔接,能够对国网主要典型变电站、线路通用设计方案的三维设计成果进行解析,并输出符合造价文件编制要求的工程量表(张辉,贾存曜,耿世英,等,2020)。

基于GIM的架空输电线路工程造价智能算量方法,可有效解决现有造价编制依赖手工、造价合理区间人工评审自动化程度低、造价数据分散存储共享性低等问题,智能生成工程量数据,并依据算量结果对GIM可算性进行分析,打破数据壁垒,减轻工作人员负担,有效提高工作效率(魏惠敏,2020)。

2.1.2.3 其于“互联网+”档案管理的项目全过程协同

工程项目是多种技术与阶段性建设成果相结合的综合性工作,具有建设周期长、参与单位多、文件种类繁杂和档案成套性强等特点。工程项目档案管理即面向工程项目所进行的涵盖建设、勘察、设计、施工和监理等各个环节的档案管理活动,围绕工程项目的全过程建设展开,涉及准备、设计、组织与实施、工程决算、竣工验收和竣工决算等各个环节。因为建设单位较多且工程项目档案管理自成体系,加之传统档案管理以竣工后档案部门单向接收为主,档案人员并未直接参与到工程建设的各个环节,对各参建单位建设状况缺乏深入了解,在一定程度上影响了档案管理的效果。特别是那些具有原始记录性的档案,可以真实反映工程项目各阶段建设状况,对项目后期的管控、改建、维护和验收意义重大。

“互联网+”档案管理是指运用云计算、大数据、移动互联网等技术,将“互联网+”的跨界思维、人本理念与档案管理相融合,促进档案领域的变革创新,推动档案管理及服务的立体化、多元化与共享化。“互联网+”催生了技术运用,实现了档案系统的实时管控,采用跨业务、跨阶段式管理,改变传统的单向生成和流转模式,其“前端控制”“全过程控制”理念对传统管理背景下的“事后控制”“自行管理”模式带来了极大的冲击。

云计算技术所具有的经济、易用、安全、动态可扩展等诸多特点能够在工程档案管理中发挥应用优势,并且相关的先进技术、安全便捷的云计算资源中心可以满足云计算应用于工程档案管理的软硬件条件。在系统应用的总体方案方面,基于云计算的建设工程档案全过程监管模式主要通过云计算技术,将工程档案管理云平台部署在云计算资源中心,同时引进人工智能专家系统,以档案业务规则库为核心,通过规则推理引擎,利用档案管理过程中产生的不同业务数据,对档案轨迹的各个环节进行优化,并根据构建的虚拟专网,搭建不同的档案业务分支管理系统,为参与工程项目的各个组织部门提供全过程档案信息化管理应用服务,打造四位一体的新型档案信息化应用模式,通过提前介入、事前控制、全程监控、跟踪指导实现档案收集的齐、全、准,真正实现工程档案与工程建设同步管理的目标。

2.1.2.4 基于信息采集系统的项目全过程协同

杨德钦等(2019)构建的工程项目信息采集系统从项目全生命周期出发,将BIM、物联网等技术应用于系统平台建设,将智慧建造与精益建造理念进行融合,获取全生命周期信息,进行工程项目全过程信息交互,贯穿项目立项规划、设计和采购、施工及运维全过程。在立项阶段,按照业主的需求对工程目标系统的总体框架进行设计和构建,将总目标分解为各职能管理目标,并进一步细化到项目各阶段和组织各层次,同时导入智慧建造平台,为各参与方制定决策、编制计划、实时控制提供依据;在设计阶段,借助BIM、物联网等技术对设计方案所涉及的建筑构配件、产品等信息进行参数化、标准化处理,在此基础上开展信息流的存储和交互工作,并以准确、高效、低成本的方式保障设计、采购阶段的信息传递;在施工及运维阶段,利用RFID、GIS/GPS等感知、测量技术构建现场监控系统,获取工程项目过程所涉及的人员、机械、材料、环境等信息以及项目的运行状况。通过BIM、云计算、物联网等技术将获取的信息与数据接入信息网络,最后借助智能计算技术,分析海量数据和信息,并进行标准化处理,便于工程信息的统一管理和维护,进而提高信息的真实性和时效性。

借助新一代信息技术,可促进工程项目运作各阶段的智能化管控,将项目生命周期各阶段紧密衔接,有助于加强项目管理的整体性、系统性,同时各阶段的智慧管理也能够打破传统项目管理中各阶段信息统计难的局限,助力阶段性的决策和交付成果的更高效实现。

2.1.3 项目主体的智慧管理

建设工程项目管理通常涉及政府主管部门、设计单位、建设单位、承包单位、监理单位、咨询单位、行业协会等相关组织。工程项目整个生命周期中会产生大量的信息,这些信息在不同参与方、不同项目阶段之间,通过不同的方式进行传递,而不同的方式具有不同的传递效率,不仅会影响工程建设不同阶段的衔接工作,更与工程项目各参与方之间的沟通、决策与协调有着密切的联系。项目主体的智慧管理是以项目各参与主体为核心的全方位管理,利用新一代信息技术,针对如何存储、管理和共享工程实施过程中产生的信息问题,优化信息传递的流程,加强各参与主体的协作,提高管理决策的效率。

建设工程项目的全方位管理包括两层含义:一是指各管理主体依据职责分工完成各自的全要素目标管理任务;二是指各管理主体之间相互合作,共同对工程建设全要素目标进行管理。因此智慧管理下的全方位管理理念,要求各管理主体基于项目全生命周期,在履行各自传统职责的同时,将管理工作延伸至工程建设全过程,与其他管理主体协同工作,实现对建设工程的集成化管理。

2.1.3.1 基于BIM的协同管理

BIM以工程项目的各项信息数据为基础,建立能够同时应用于设计、建造、管理三大领域的数字化平台,使得整个建设项目生命周期中的信息统一,实现数据共享,让建筑工程在整个设计施工进程中提高效率,减少风险损失。

基于BIM的协同管理平台,可以从根本上解决项目各主体沟通时产生的“信息孤岛”问题,还可以实现项目各主体之间的信息交流和共享。在实际施工中,建设项目的设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员在BIM数据平台中实现共用信息共享,并进行有效的协同工作,实现项目全生命周期的工程质量、成本、进度和安全的协同化管理,节省资源、降低成本,以实现可持续发展(吴迪迪,2017)。

在各管理主体之间的协作方面,以BIM构件作为基本管理单元和信息载体,将施工过程划分为信息采集、存储、组织、传输与应用环节,通过分析各施工管理场景与数据结构,将BIM和企业ERP(enterprise resource planning,企业资源计划)管理系统进行集成研究,基于事件对象建立一个协同管理施工过程的模型。借助BIM技术开展施工过程的协同管理,一方面可以利用BIM的常规功能,包括施工过程的碰撞检测、施工模拟、工程量计算等;另一方面形成以BIM为核心、支撑施工项目中各参与方业务管理标准化运转的协同管理模型(周勃,任亚萍,2017)。通过施工现场管理人员对进度、质量、安全等相关要素的信息反馈,将收集到的信息录入、汇总、存储到企业管理系统中,便于数据跨项目、跨部门使用与挖掘。项目部级BIM系统可以动态地读取ERP管理系统中的各类型信息,动态加载与渲染构件模型,实现工程可视化展示和三维分析。项目部可以按照模型与现场的对比结果,对信息进行编辑与控制,并提交企业管理系统进行报备,从而构建“施工现场—项目部—企业职能管理部门”渠道上的数据联动和协同管理。

在风电建设项目中,以BIM技术为核心的工程建设阶段三维模型数据集成平台,以模块化的形式集成智慧物流和智慧管理两大功能,促使建设项目各参与方的多维信息集成一体。运用BIM、GPS、二维码等技术打造工程建设智慧物流,实现三维实景建模、物流运输实时监控、运输方案模拟和道路勘测等功能,达到智慧物流可视化、模块化、数据化的目的,提出智慧管理解决方案(刘凤友,权锋,徐汉坤,2020)。

在输变电工程建设中,建立基于BIM技术的智慧建造协同平台,定位于业主(建设单位、工程建设管理单位)与设计单位、施工单位、监理单位、审图机构、设备商等跨组织、跨地域的业务协同工作平台,并将国网输变电工程三维设计模型交互规范的GIM文件进行数据格式转换,实现Web端的显示,形成完整的平台解决方案和实施路线,在国网大力推进三维设计的基础上,实现输变电工程建设过程由模型应用向信息化集成应用的转变(张昊天,2020)。

2.1.3.2 基于云计算技术的协同管理

云计算技术在水利工程建设中也具有加强项目各主体间协同的应用意义。在出山店水库工程中,基于云计算技术的多主体协同管理平台提供了综合信息服务,集进度、质量、安全、合同、档案管理和检测试验于一体,解决了水利工程实现信息化管理面临的模式传统、手工管理、分散管理、低效率等难题(陈祖煜,杨峰,赵宇飞,等,2017)。

2.1.3.3 基于供应链的协同管理

在供应链多方协作方面,信息失真、传递滞后、信息不对称等问题在项目建设过程中普遍存在,导致同一项目中的各参与方之间产生信任危机。虽然借助BIM、互联网、物联网等高新技术形成的信息平台可以在一定程度上加强信息交互能力,降低信息割裂程度,但这些信息平台仍然需要业主进行统一的规划和协调,未能形成一个可以聚集所有参与方、贯穿项目整个生命周期的信息共享平台。将区块链技术应用到项目供应链管理,可以实现建筑材料流转过程中的溯源、存证、互信、沟通等功能,有效连接供应链上的各参与方,构建一个互信共赢的供应链体系。鉴于区块链技术具有去中心化、智能合约、非对称加密等特点,供应链上各方可以快速建立起共识机制和信任关系,从而实现缩短工期、降低风险、降低沟通成本、提高效率等目的(杨德钦,岳奥博,杨瑞佳,2019)。

2.1.3.4 基于区块链的协同管理

利用区块链技术构建的工程项目供应链信息集成平台,就是以将供应链中的上下游企业协调同步为指导思想,将区块链、物联网等技术集成作为支撑,促使供应链上的信息流、资金流和物流实现三流合一,将业主方、设计方、施工方、监理方、运营方等协同为一个整体,打造一个高度集成的供应链信息平台,提高项目的信息传递效率。

2.1.3.5 基于物联网的协同管理

基于物联网的建设工程监管模式,建立了建设工程全生命周期监管层次和架构,将设计单位、建设单位、施工单位、勘察单位、监理单位、物业单位和政府监管部门通过互联网进行信息的联通与交互,通过传感器、RFID和条形码等技术在项目各周期采集信息,实现对工程项目全生命周期的监控管理(郑应亨,邓伟,张凯,等,2019)。

物联网、云计算、区块链等新一代信息技术的出现,为实现项目各主体间的协同提供了新的技术手段和解决方案,有力地促进了工程项目管理各参与方之间的协作,优化了项目信息在不同主体间的传递效率,加强了参与各方内外部之间的沟通与协调,对提高项目管理效率、克服信息“孤岛效应”具有重要意义。

2.1.4 项目施工现场的智慧管理

项目施工现场的智慧管理是以施工过程的现场管理为出发点,借助云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新一代信息技术,对施工现场的“人、机、料、法、环”等关键因素进行监测、控制,形成互联协同、信息共享、安全监测及智能决策的施工信息化生态圈,实现工程施工的可视化智能管控(姜维杰,徐斌,廖玉龙,等,2019)。

中国建筑五局广东公司(2014)基于物联网检测技术开发了现场智慧管理系统,主要包括两个系统和一个模块,即实时安全智能监测系统、分析与预警子系统,以及安全检测数据存储与分析模块。该系统实现了外脚手架在搭设、验收、日常运维、拆除以及各阶段的安全检查内容和相应的安全检查签署人信息的集成管理,在保证脚手架施工安全管理的同时,为外脚手架安全信息查询、检索以及后续的安全管理和责任追究提供依据。

在施工机械设备方面,为做到对项目各种机械设备的有效管控,提高机械设备使用效率,可应用物联网技术对设备进行管理。通过对现场施工机械安装各类传感器,借助网络传输系统,将机械的活动状态、工作时间、怠速时长、地理位置、油耗数据等实时数据上传至云端,实现对不同类型机械的远程实时监控。并通过台班管理、效率分析,实时、定量反映机械设备的利用率,提高项目管理和成本把控能力(杜珍萍,2020)。

工程施工过程中,基坑作为一种危险源,在近年来的工程建设中,不断向大深度、大面积方向发展,周边环境日益复杂,深基坑开挖与支护的难度也越来越大,因此基坑信息化施工越来越受到行业重视(徐斌,崔鹏程,方靖宇,等,2020)。为了保证施工安全、顺利进行,在基坑开挖和结构构筑期间实施严密的监测工作意义重大。针对施工企业管理研发的自动监测数据分析与预警系统,在武汉市某深基坑中得到应用,实现了数据的实时发布。系统能方便地实现数据录入和编辑,同时能够实现监测数据的自动发布与分析,客户能够根据规范和现场情况灵活设置报警值,实施对基坑施工的动态管理(赖国梁,张松波,陈国,等,2021)。齐红升等(2020)开发了深基坑智能联网监测与预警系统,能自动采集基坑信息并进行数据分析预警,提升了监测效率和安全保障能力。可见,利用先进的自动检测技术能有效确保工程施工现场和周边环境的安全。

高支模体系在现代工程建设中越来越常见,相关研究解决了超高层模板脚手架临时支撑体系的参数化建模、设计、计算分析与施工管理等关键性问题,通过读取CAD结构图并建立BIM模型,模型智能识别和自动验算,可实现临时支撑模板体系材料选择、智能排布以及安全计算分析,并对施工过程进行实时智能监测,确保危大工程支撑模板体系施工的安全(陈真畅,郑海涛,周豪,等,2020)。

杭州绕城西复线湖州段软基处理工程中,应用了基于物联网技术的搅拌桩施工远程监测系统。通过安装在施工设备上的传感器(深度传感器、流量传感器、转速传感器等),可同时监测喷浆量、喷浆压力、钻进深度、提升速率等数据,并及时上传到信息化智慧云平台,生成原始记录表和曲线图。施工管理人员可以通过计算机和手机查看现场施工情况,实现了水泥土搅拌桩建设的全过程跟踪、可反馈、可追溯和质量数字化(张振,沈鸿辉,程义,等,2020)。

综合而言,项目施工现场的智慧管理借助新一代的信息技术,对施工过程中的人员、设备、场地环境等信息进行数据采集、识别、监控,从而达到智能管控的目的。实现施工现场智能管控的途径是通过各类传感、监测设备和算法优化对现场采集的“人、机、料、法、环”要素数据信息进行分析处理,并依靠人工智能等技术做出智能预警判断,并辅助决策,形成施工现场可视化、精细化、智能化管控。 18fFfOl8axMXRaNHZtLvNU47lba3kIuWJ1sbp9sbKHBb5IjNs2V/RX6ex/L+r+JB

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