基于BIM技术的高速公路机电项目管理平台设计＊

朱其义，韩秭婧

（广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007）

0 引言

在国家“创新驱动”战略、“一带一路”倡议及“交通强国”目标的引导下，交通行业正积极推进技术改革及模式创新。BIM 技术在国内外工程建设项目管理中发挥了积极的作用，其应用范围的扩大和研究深度的延伸使工程项目智能化管理水平逐步提高［1］。BIM 技术在我国的发展还处于初级阶段，在技术标准、核心软件和人才储备等方面仍有许多不足之处，面对迫切的行业技术需求，如何将BIM 技术应用于工程项目全生命周期，是交通领域当前的研究热点。宋战平等［2］以银西铁路环县隧道为依托，将BIM 技术引入隧道工程的全生命周期管理中，为构建隧道工程全生命周期一体化管理提供了指导。万世付等［3］从BIM平台的比选到工程建设的设计、施工、运维阶段，研究BIM 技术在隧道工程全生命周期的应用路线，并且将其用于实际工程中。冯瑾等［4］提出基于BIM技术的桥梁工程全生命周期一体化的技术框架和一般性应用流程，以某实际工程为例，分阶段阐述具体的实施步骤和关键点。王庆贺等［5］集成应用云计算、物联网及BIM技术，构建适用于桥梁全生命周期的BIM信息管理平台，解决了桥梁全生命周期内可视化程度低、数据信息整合困难等问题。目前，交通领域的BIM 技术研究和成果主要在桥梁、隧道工程领域，在高速路机电工程领域仍处于理论分析和探讨阶段。本文对高速公路机电项目管理平台功能需求进行分析，提出一种以BIM 模型为载体，以信息技术为手段的全面、高效的项目管理体系；设计了平台的总体框架、技术架构和数据流结构，并且介绍平台的应用场景和应用情况。

1 需求分析

1.1 存在问题

当前机电项目施工管理过程存在的问题主要有以下几点。

（1）施工标准化、规范化无法有效落实。由于高速公路机电工程具有多样性、复杂性的特点，已有的高速公路土建施工信息化管理系统难以延伸至机电工程项目，信息化的缺失导致机电工程管理落后。工程施工参与方多、协调量大，物资、设备等资源投入强度高，文档、照片等数据生成量大，这些问题造成施工管理强度高、任务重，使管理难度不断增大［6］。

（2）业务信息孤岛效应严重。当前，公路机电项目实施过程的各个关键环节信息化数据缺乏有效链接，业务数据关联不足，一线业务人员工作数据采集方式缺乏便利性。

（3）缺乏精确、可视、可靠的信息服务。缺乏对施工进度、施工安全、施工质量等问题的管理和把控，缺少手机端与PC 端互通、适应多情景使用的信息化管理系统，各个项目组文档未能统一规范，缺少对项目施工数据进行采集、集成与分析等信息化处理的办法，对工程实施过程的业务数据缺少可视化的展示手段。

（4）项目施工现场缺乏有效、安全的监控手段。机电项目施工现场环境和人员构成复杂，存在施工地点分散、施工安全管理难、文明施工监管难、人员管理难、调查取证难等问题，容易造成安全事故和质量问题。

1.2 预期目标

针对以上问题，本文提出搭建一个基于BIM 技术，以信息化方式为主导，实现数据高效采集与统一利用的高速公路机电项目管理平台。平台期望实现的目标如下。

（1）接入BIM 模型数据。将BIM 模型数据接入研发的施工综合管理应用系统云平台，结合BIM 数据共享及更新、BIM 模型数据轻量化等技术，实现全生命周期可视化管理。

（2）提供机电设计和软件开发服务。研发基于BIM技术的公路机电施工管理系统，适应高速公路机电项目设计、施工、维护和运营管理的需要，提供定制化开发。

（3）开展试点应用并形成解决方案。将研究成果应用于实际项目中，根据试用反馈不断完善系统，形成一种高速公路机电设备全生命周期管理的整体解决方案。通过试点效应，将成果推广应用到其他项目管理中。

（4）实现施工现场安全监控。通过集成施工现场视频监控系统，提升工程安全文明施工管理水平，为高标准、高质量地完成工程提供先进的科技手段和强有力的技术保障。

2 平台设计

2.1 总体框架

高速公路机电项目管理平台基于BIM 核心技术，结合GIS（数字化地理信息系统）、大数据、5G 网络、云计算、人工智能、北斗导航、数字孪生等功能要素，提出包含进度、综合、质量、安全、档案、计量支付、物资、考核等子系统高度集成的项目管理平台建设方案。基于BIM 技术的高速公路机电项目管理平台架构分为用户接入层、运行支持层、数据展示层、业务应用层、中间件支撑层、技术支撑层、基础数据层7 个层级（主要功能见表1），平台具有灵活性、易维护性等特点。平台总体框架如图1所示。

图1 平台总体架构

表1 平台系统层级划分及主要功能

平台主要采用B/S 架构（浏览器/服务器模式）。服务端使用Java 语言开发，整体架构使用SpringBoot软件搭建并管理整个平台，以MySQL 数据库作为系统数据库存储数据，持久层框架使用MyBatis 开源项目，服务器使用Thymeleaf 模板引擎；客户端采用“HTML + CSS + JavaScript”编写，应用bootstrap 做布局，使用bootstrap-table 做表格数据展示，系统使用bootstrap-select控件与jQuery插件。

平台引入4G/5G 实时播放施工现场视频，监测施工情况；引入BIM 模型建立公路模型，实现三维技术交底、可视化进度及安全管控、施工人员定位等功能，将施工过程中的资料与BIM 模型结合，提供支撑项目工程管理数字化建造与运营所需的数据支撑及工程应用服务。

2.2 功能要点

高速公路机电项目管理平台的目标是对机电项目实施过程的全生命周期进行信息化、智能化的管控，系统主要包括11项功能（如图2所示）。

图2 平台功能流程

（1）BIM引擎。以BIM模型为载体，实现各生产环节数据共享和更新，实现机电项目全过程BIM 可视化标准管理，为高速公路机电系统提供精确、可视、可靠的信息服务。服务内容包括BIM 模型查看、BIM计划模拟、BIM 进度演示、项目漫游、施工动态、危险源定位、人员定位、施工指导。

（2）数字驾驶舱。数字驾驶舱模块是由平台中枢算力、BIM 引擎、数据可视化引擎共同支撑，通过整合、分析平台内大量的、多维度的数据，统一展示公路机电工程实施过程的业务全貌，实现协同数据化、在线化、智能化，使管理层和决策层者可以掌握最新资料，全面、准确、直观地了解工程情况，通过分析、比较做出科学的决策和判断，由此提升工程管理水平。

（3）进度管理。实现项目进度的管理，利用平台通过工单形式对项目实施过程进行精细化把控。具体流程：项目经理管控施工清单、制定计划，划分任务下发给各项目专工，负责的专工接受任务后继续对任务进行细化，并且根据实际计划和实施条件形成工单派发给劳务人员，劳务人员完成工单后由项目专工审核，最终形成完成记录。该环节可通过手机端与PC端搭配使用，可加快数据的采集工作。

（4）物资管理。仓管员通过系统查看并填写出入库记录，在月底盘点时填写盘点记录，实现公路机电项目实施过程的物资管理。同时，系统具备物资调拨及库存台账管理功能，可加强物资现场管理，帮助企业建立标准的物资信息库，对内部物资基础数据进行统一的编码、分类，以便进行集采、查询、统计分析等，实现采购物资横向和纵向立体化对比分析及对物资的全面监督。

（5）质量管理。通过质量指导、质量培训、质量规格技术表、质量抽检、工序验收、劳务队评分、质量评分、质量知识库等方面的管理，实现公路机电质量全过程管理。利用移动端实现移动质量巡检，质量员在系统上填写施工过程中发现的质量隐患，项目专工完成隐患整改后在系统上填报整改内容，项目经理在系统上确认质量隐患整改情况。这一流程提高了检查信息反馈的及时性和准确性。

（6）安全管理。在安全管理知识体系的支撑下，对日常安全管理事项进行管控，包括安全指导、安全培训、安全日志、安全罚款等功能。安全员在系统上填写施工过程中发现的安全隐患，项目专工完成隐患整改后在系统上填报整改内容，项目经理在系统上确认安全隐患整改情况。同时，利用智能设备采集施工现场的数据，通过动态检测手段，对安全关注点进行智能预警，减少安全事故的发生。

（7）计量支付管理。计量员和支付员通过系统获取项目完成记录信息，使用计量管理与支付管理功能，对项目计量、项目劳务、设备结算的相关表单进行管理，实现计量支付管理过程的规范化。具体包括主合同和子合同维护、项目的清算台账、银行账户余额、收款清单汇总、项目预付款、中期计量维护、计量开票登记、回款到账登记、计量回款清单查询、其他收入登记、合同支出、其他支出、支付计划制订、项目押金登记、银行保函登记收回。

（8）人事考核管理。在平台中建立组织结构、设置组织关系，包括项目班子成员组、职位和岗位体系等；实现对员工档案信息、项目间人员调动信息的管理；实现员工工作内容填报、员工考核评分、员工评分统计汇总等功能。

（9）档案管理。实现档案资料上传、在线填报、签批、组卷归集等功能。资料员可通过系统上传资料、归档材料、组卷材料等。

（10）综合管理。结合手机端与PC 端，通过信息化的手段支撑项目实施过程中的其他管理环节，例如项目部每日打卡、项目日志填报、项目日志记录、项目人员考勤、人员动向、视频监控、路线定位、每日报餐、订餐记录、订餐统计、车辆管理等功能。

（11）数据存储及分析引擎。存储由进度管理、计量支付管理、物资管理、质量管理、安全管理、档案管理等上游业务环节产生的业务数据，使用适当的统计分析方法对这些业务数据进行汇总、分析，加以理解和消化，以最大化地开发数据的功能，充分发挥数据的作用；同时，为下游的BIM 引擎、数据驾驶舱业务环节提供数据基础。

3 成果应用

高速公路机电项目管理平台实现了施工项目管理全过程的管控，提供的应用场景如下。

（1）过程管理。提供工程实施阶段、工程项目竣工验收阶段的过程管理（主要包括项目施工过程中的进度、质量安全、物资、计量、支付等方面），以及项目施工过程管理中涉及的日常申报资料及竣工验收资料的管理。

（2）BIM 应用体系。提供设计“BIM+工程资料”“BIM+进度”“BIM+安全”等可视化管理，在前期的项目设计阶段，提供BIM 模型建模，搭建BIM 应用体系，将BIM 引入项目管理过程中，实现“BIM+可视化工程管理”的理念。

（3）决策引导。集合项目施工过程的进度、质量、安全等数据，让所有项目数据形成统一的闭环。通过项目数据综合分析，项目管理者看到的已经不是简单、无关联的数据，而是具备决策意义的数据，这些数据使项目管理者对项目有全方位的了解。

（4）数据可视化。使用同一展示界面，统一展示项目中各版块的执行情况及当前状态。展示界面富有科技感，图表和数据表达清晰，通过BIM 模型配合地图，能够直观地展示空间和位置关系。

（5）报表规范化。在项目管理中，经常需要编制各种项目汇报资料及项目报表，需耗费大量的人力统计和抄录数据。在高速公路机电项目管理平台，施工周/月报表可由日常上报数据自动汇总，形成汇报材料。施工日志、安全日志由施工人员或项目管理人员每日编写，通过施工日志可快速地了解施工人员的工作状态。

4 结语

本文研究设计的基于BIM 技术的高速公路机电项目管理平台，其设计思路是针对工程项目管理业务，提出以项目管理为核心，以合同、进度过程控制为主线，以质量、安全管理为目标，以信息技术为手段，综合应用各种方法和技术，形成一个全面、高效的项目管理体系。目前，该平台已应用于某公司多个高速公路机电项目，通过对项目建设阶段施工信息的有效管理和整合，解决了机电项目建设中信息孤岛的问题，实现参与方信息共享、多方协同的功能。平台综合应用各种方法和技术，完成机电项目全过程BIM 可视化标准管理，实现各生命周期数据共享和更新，提高了生产效率，改善了项目管理者的体验，将高速公路机电项目信息化管理提高到国内一流水平。下一步将继续延伸平台应用范围的深度和广度，优化及丰富数据的采集手段和融合手段，构建多维度、综合性的数据融合的数字信息化平台，使客户的项目管理实现提质、增效、降本，不断保持和提升平台的适应性及创新性。