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主管:住房和城乡建设部

主办:中国勘察设计协会

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云环境下基于BIM的施工综合管理平台的研究与实现

文俊浩 戴大文 季明 蔡海尼 舒志强 张玉国

本文研究由“十二五国家科技支撑计划”项目资助(课题名称“建筑行业设计服务共性技术集成平台研发与应用”,课题编号2014BAH25F01)

云环境下基于BIM的

施工综合管理平台的研究与实现

     

 ■ 重庆大学软件学院 文俊浩   戴大文 季明 蔡海尼

■ 中国建筑科学研究院   舒志强

北京建设数字科技股份有限公司   张玉国

 

在建筑行业高速发展的今天,国内外的建筑施工企业都面临着管理运营信息化的挑战。当前的软件服务商针对建筑施工行业已经开发出了大量的软件,涵盖了建筑的规划、设计、咨询、施工管理、监理、运营和维护等多个环节,大幅提升了工程管理水平。然而,不同的软件服务商在数据标准、存储方式等方面往往存在一定的兼容性问题,使得信息共享性差、数据利用率低。随着企业全面信息化时代的到来,需要由过去单一的管理模式、个体化的工作方式向协同化的方向转变[1]BIM技术的发展和应用解决了建筑施工企业信息化过程中系统重复建设、跨系统交互困难、缺乏数据标准等问题[2]BIM技术在我国建筑行业的应用已经取得了一定的成效,为行业的发展起到了非常积极的作用。随着云计算技术的发展,由于其强大的计算能力、高效的性能、更高的安全性,云计算可以为建筑施工企业带来更为廉价和高效的信息化解决方案,降低企业的信息化成本,是时下建筑行业信息化研究的热点。本文提出了基于云计算和BIM技术的建筑施工企业施工综合管理平台的解决方案,以提高建筑施工企业的信息化管理水平,增强其综合竞争力。

 

云BIM技术

 

在云计算环境下,基于BIM的施工综合管理平台的基本思想是以数据共享服务为核心,通过BIM作为数据交换的桥梁,以云平台作为数据存储和共享的载体,将建筑施工企业的各类数据进行规范化处理,整合为可重复使用、符合标准的服务,使其能够被重新组合和应用,使得业务协同化的管理思想能够贯穿整个项目周期。

BIM技术的应用具有以下优势:BIM不仅涵盖了建筑3D几何模型所描述的所有信息,还能够对建筑施工的细节和工程衍生信息进行描述;BIM模型的信息可以结构化存储和统计分析,以动态的图形进行展示;BIM能够将所有阶段的信息建立在一个模型之上,整体的信息模型会随着局部模型的修改而实时更新;BIM的应用能够提高项目参与方的协作效率,缩短项目周期,提高项目交付速度[3]

随着云计算技术的快速发展,云计算提供了一种互联网化的技术架构来解决传统企业信息化发展的瓶颈。云计算具有超大规模、性能可靠、资源虚拟化、价格低廉等优势[4]。云存储是一种新型的存储方式,它是在云计算的基础上发展而来的,通过分布式文件系统、集群技术以及网格计算等技术手段将不同地理位置上的不同类型的存储设备通过一定的方式进行整合,成为一个统一的存储平台,对外提供数据存储服务[5]。云服务平台中的数据会被存储到不同的存储节点上,数据的存储管理和可靠性保障都由云平台负责,用户可以根据企业的实际需要购买所需的存储服务,通过云平台提供的一系列程序接口就可以在云平台上方便地进行数据的存储和获取操作[6]

 

平台应用需求分析

 

建筑施工项目的过程管理涉及到设计、施工、维护等多个环节,每个环节都会产生相应的工程数据。BIM信息的创建主要集中在建筑设计阶段,这些BIM信息以IFC标准建立和存储,以IDM标准进行交互和共享。传统的3D模型在施工阶段无法展现出工程的进度计划信息,本文提出的施工综合管理平台将建筑3D模型与进度计划进行融合,实现施工动态模拟和现场综合管理。平台的主要功能模块包括项目管理、模型管理、进度管理、安全管理、工程量统计与动态管理等。

1)项目管理

项目支持主流建模软件的BIM模型格式以及进度计划文件,可以根据模型计算出工程的工作量,按照WBS模式来拆分模型和进度。

2)模型管理

使用者可以对BIM模型进行全方位的浏览,并可以拖动和旋转模型,通过构件树中的楼层或构件类型等属性来选择建筑模型中需要显示的部分。

3)进度管理

进度管理需要把BIM模型和挂接的进度计划信息进行融合,形成建筑物的4D模型。通过4D模型展示建筑物的建设过程,显示出每个阶段的工程量信息。通过进度计划和实际进度的对比,在对比模型中显示出两者不相符的位置,以提醒施工管理人员。

4)安全管理

施工现场的安全管理是一项非常重要的工作,及时发现施工现场存在的安全问题并进行有效的沟通解决才能保障施工过程的安全。施工现场的安全管理人员在指导施工时,可以将发现的危险源与BIM模型挂接起来。施工人员可以快速地进行危险源定位并进行处理。

5)工程量统计与分析

建筑项目的管理人员可以按条件来查询项目在某个时间段的工程量,查询结果包括工程量统计表和工程量统计图两部分。工程量动态分析以工程量和进度计划为基础生成工程量曲线图。项目管理人员可以把工程量曲线作为调整项目进度计划的参考。

 

平台的设计

 

在架构设计方面,平台的总体架构划分为两个部分:云服务端和客户端,两者之间通过服务接口进行互操作。云服务端以BIM模型为核心数据来源,适时收集不同应用系统中的工程数据,并采用数据库驱动的模式来进行数据同步和更新。平台将充分利用云服务端的存储服务和计算服务,将施工管理阶段所需的各种结构化和非结构化的数据存储在云服务端,并在云端进行计算。项目参与方通过浏览器或专用客户端来访问平台的各项资源。平台架构如图1所示。

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平台的实现

 

项目管理模块的实现

项目管理模块实现的界面如图2所示。

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项目管理人员在新建项目时,除了需要输入项目的基本信息外,还需要编制项目的WBS编码体系。首先对工作任务进行层次拆分,形成工作任务的树形结构,拆分的细度可以根据项目的整体要求来确定,如细分到每个专业领域或每一楼层,然后针对每项工作任务编制唯一的WBS编码。

在完成WBS编码信息录入之后,需要进行模型关联,把相关的模型文件挂接到WBS各级节点上,然后挂接进度计划,把进度与具体的构件进行关联设置。

 

模型管理模块的实现

当项目的模型和进度计划都挂接完成之后,施工管理就可以实现4D动态化。其中,项目的模型管理界面如图3所示。

在浏览BIM模型时,可以通过右侧的构件树来选择显示模型的全部或部分构件。如果需要记录模型经过拖动和旋转后的浏览角度,可以把模型当前所显示的图形保存成为一个视点。当用户下次打开模型时,就可以直接从视点列表中选择之前的视点,即可方便地进行模型查看和编辑。

 

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进度管理模块的实现

 

在施工进度管理模块,进度计划的编制是通过MS-Project 软件来实现的。进度计划挂接到建筑模型之后,可以实现对工程进度计划的4D动态模拟,进度管理界面如图4所示。

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施工管理人员可以查看每道工序的信息,可以根据项目的实际进度对实际开始时间和实际结束时间进行修改,以便更好地在进度计划列表和模型中进行对比显示。施工动态的模拟展示是基于播放器的形式来进行显示的,当点击开始键时,项目开始施工模拟展示,每模拟一道工序,模型的形状就会增加该工序对应的建筑构件,同时显示出该工序的工程量信息。为了更加直观地对比计划的施工进度和实际的施工进度,可以使用两个窗口分别模拟建筑模型计划的生长周期和实际的生长周期。

 

安全管理模块的实现

平台安全管理功能的实现,改变了传统的施工现场安全管理沟通效率低下的问题,建立起了较为完善的安全管理流程体系。安全管理人员在平台中的操作记录会保存到数据库中,可以以文档的形式输出,成为工作考核的重要依据。其中,施工现场危险源管理的界面如图5所示。

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工程量统计与分析模块的实现

在施工动态管理界面,选择“工程量曲线”选项,并点击开始键即可查看当前工程的工程量曲线变化图,如图6所示。

 

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结语

相对于传统的以数据管理为核心的施工管理软件而言,该平台创新性地采用了云计算技术和BIM技术相结合的技术方案,将3D建筑模型与施工进度计划进行关联形成基于进度的4D综合施工管理平台,实现了施工现场的动态化、可视化管理,提升了平台的应用价值和用户体验。云计算技术的使用提高了平台的扩展能力和运行效率,大幅降低了平台部署应用的成本,为实现基于BIM的建筑全生命周期一体化管理打下了良好的基础。

 

参考文献

[1]张贵林.建筑施工企业信息化应用的研究与探索[J]. 施工技术, 2012, 41(4): 92-95.

[2]Jardim-Goncalves R,Grilo A. Building information modeling and interoperability[J]. Automation in Construction, 2010,19(4): 387.

[3]Li Zhi,Wang Jing,Shu Zhi-qiang. Application of PKPM BIM-based Construction Management Platform[J]. Computer Aided Drafting,Design and Manufacturing,2014,24(1): 74-82.

[4]冯秀珍,郝鹏. 云计算环境下的信息资源云服务模式研究[J]. 计算机科学,2012,39(z1): 110-114.

[5]刘正伟,文中领,张海涛. 云计算和云数据管理技术[J]. 计算机研究与发展,2012,49(S1): 26-31.

[6]Spillner J,Müller J,Schill A. Creating optimal cloud storage systems[J]. Future Generation Computer Systems,2013,29(4): 1062-1072.