MK_建筑信息模型_BIM_在工程项目管理信息系统中的框架研究

建筑信息模型(BIM )在工程项目管理

信息系统中的框架研究

陈　彦1

,戴红军1

,刘　晶2

,成　虎

1

(11东南大学,江苏南京　210096;21燕山大学,河北秦皇岛　066004)

[摘要]从建筑信息模型(BI M )的定义出发,比较传统的工程项目管理信息系统(P MIS )和基于BI M 和B ΠS 架构下的P MIS 的优劣,在一定基础上分析了基于这种架构构建的P MIS 应具有的功能,以及这种系统是如何进行全寿命期的

集成运行,并提出了该P MIS 设计过程应注意的问题。

[关键词]工程项目管理信息系统(P MIS );建筑信息模型(BI M );B ΠS 架构;全寿命周期;集成管理

[中图分类号]T U 2923149

[文献标识码]A 　　　　[文章编号]100228498(2008)022*******

Frame R esearch of the Building I nformation Model in Project Management I nformation System

CHEN Y an 1

,DAI Hong 2jun 1

,LI U Jing 2

,CHEN G Hu

1

(1.Southeast Univer sity ,Nanjing ,Jiangsu 　210096,China ;2.Yanshan Univer sity ,Qinhuangdao ,Hebei 　066004,China )

Abstract :According to the definition of building information m odel (BI M ),authors com pare the merits of traditional project management information system (PMIS )with the one based on the BI M m odel and B ΠS framew ork.Then authors approximately analyze the functions of the PMIS of this framew ork construction and discuss how this system will interpretably operate in life cycle.Finally authors give s ome advices on the issues in designing process.

K ey w ords :project management in formation system ;building in formation m odel ;B ΠS framew ork ;life cycle ;integrated management

[收稿日期]2007211205

[基金项目]河北省社会科学基金项目“河北省电子商务发展战略与路径选择研究“(200607011);河北省2007年科学技术研究

与发展指导计划项目“基于并行计算的神经网络智能预测的研究“(07213529)

[作者简介]陈　彦(1980—

),男,广东潮州人,东南大学土木工程学院项目管理研究所博士研究生,江苏省南京市进香河路33号15栋302室　210008,电话:139********

在信息系统理论研究方面,目前国内绝大多数研究文章,将焦点集中在整个系统构架的理论研究上,然而对于这种构架的认识还停留在一个简单的模块堆砌的层面,或者说只是依据项目建设期的不同,将若干割裂的功能模块进行组合的层面。尚未提出一个基于工程项目管理理论体系,将全寿命期管理、集成管理等一些先进的理论框架进行整合的系统构建模型。本文将着重讨论建立这样一个模型,以及这个模型在系统中的运作机理。1　建筑信息模型定义和发展现状

所谓建筑信息模型(Building In formation M odel ,简称BIM )就是在开放的工业标准下设施的物理和功能特征,及其相关的项目生命周期信息的可计算或可运算的表现形式。与建筑信息模型相关的所有信息组织在一个连续的应用程序中,并允许进行获取、修改等操作。简而言之就是,通过一个共同的标准(目前主要是IFC )集成所有与工程项目相关的信息模型。

从2002年Autodesk 公司提出了BIM 概念开始,越

来越多的软件开发企业都开始争相设计基于该模型的设计软件。主要有Autodesk 公司的Revit 软件、Bently 公司同名软件、Nemetschek 公司的Allplan 软件和

G raphisoft 公司的ArchiC AD 软件。这些软件主要有动

态过程、3D 模型以及集成的文档报告等功能。

BIM 的技术核心是一个由计算机三维模型所形成

的数据库,包含了以设计图纸(3D 图形为主,辅以2D 各平面草图

)为依据,集成了从设计到建设施工直至使用周期终结的全寿命期内所有工程项目信息。各种信息始终是集成在一个三维模型数据库中。以BIM 作为构建基础的项目系统可以持续即时地提供项目各种实

2008年2月第37卷　第2期施　工　技　术

C ONSTRUCTI ON TECH NO LOGY

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时数据,这些信息完整可靠并且完全实时协调。基于BIM的项目系统能够在网络环境中,保持信息即时刷新,并可提供访问、增加、变更、删除等操作,使建筑师、工程师、施工人员、业主、最终用户等所有项目系统相关用户可以清楚全面地了解项目此时的状态。这些信息在建筑设计、施工过程和后期运行管理过程中,促使加快决策进度、提高决策质量、降低项目成本,从而使项目质量提高,收益增加。

2　传统的与基于BIM构建的工程项目管理信息系统特征比较

211　传统的建设工程项目管理信息系统的缺陷

1)信息传输方面　由于工程管理涉及的单位和部门众多,信息输入只能停留在本部门或者单体工程的界面,常常出现滞后现象,难以进行及时整体工程的相互传输,当然也阻碍了整个工程的信息汇总,必然形成信息孤岛现象。

2)信息加工方面　工程项目的有关进度、投资、质量、合同等数据,数量大而且动态变化,传统信息输入难以及时汇总,使得参与各方往往感觉难于把握。工程的图纸、文件、资料等文档,数量大而且一般以纸质的形式保存,无法进行随机随时的调阅,影响了管理信息的使用效率。因而,在工程建设各方面形成的信息没有统一的接口,不能形成一个整体。

3)信息使用方面　建筑工程建设与管理过程中必然产生大量的信息,而各自为阵的局面产生信息的孤岛,使得信息不能共享,效率低下。更无法将信息进行组合筛选,满足业主、承包商、分包商、承建方等在项目各阶段的需求。

212　基于BIM构建的工程项目管理信息系统优势根据现代工程项目的特征及工程项目管理理论的特点,基于BIM构建的工程项目管理信息系统除了具有传统管理信息系统的特征优势外,还满足以下要求:

1)集成管理要求　在现代工程项目管理中,人们越来越强调集成化管理,项目管理集成化要求项目管理有更高层次的系统性。同理,集成化管理对管理信息系统的要求也是如此。例如:①将项目的目标设计、可行性研究、决策、设计和计划、供应、实施控制、运行管理等综合起来,形成一体化的管理过程;②将项目的目标、子系统、资源、信息、活动及组织结合起来,按照计划使之形成一个协调运行的综合体;③将项目管理的各种职能,如成本管理、进度管理、质量管理、合同管理、信息管理等综合起来,形成一个有机的整体;④业主、承包商、设计单位、项目管理公司各方面管理的集成化和一体化。

2)全寿命周期管理要求　现代工程项目要求建筑业也能像其他工业部门一样,能够提供以最终使用功能为主体的服务。全寿命管理的理念就是要求工程项目的建设和管理要在考虑工程项目全寿命过程的平台上进行,在工程项目全寿命期内综合考虑工程项目建设的各种问题,使得工程项目的总体目标达到最优。反映在管理信息系统建设上,就是管理信息系统的建设不仅仅是为了工程项目实施过程,同时应考虑管理信息系统在工程竣工后纳入企业运行阶段的应用,这样既可以满足业主实际工作的需要,又为业主、最终用户、承包商、分包商、监理机构、施工方等提供了一些后期总结数据。这也是目前国内很多研究所欠缺的。

3　基于BΠS系统架构的BIM工程项目管理信息系统构建

BΠS(BrowserΠServer)结构,

即浏览器2服务器结构。在这种结构下,用户通过W eb浏览器,访问广域网来实现。大多数事务通过服务器端加以实现,终端和服务器以及终端之间通过网络的连接,数据可以得到即时的传输和集成加工。这样的系统架构即所谓的3层结构,工程项目管理信息系统的网络体系架构如图1所示。

图1　工程项目管理信息系统的网络体系架构

第1层是操作层,也叫用户界面,供终端用户群(指所有可能对系统进行操作的人,包括业主、设计单位、总承包方、分包方、施工方、最终用户等)通过网络提供的浏览器,目前国内主要是Internet Explorer,用户群在网络许可范围内(专线,VPN甚至整个广域网),通过H ttp网络协议,经过身份识别,并进行相应操作权限赋权后进入系统,进行相关操作;第2层是应用层,将管理信息系统应用程序加载于应用服务器上,通过中间件接收用户访问指令,再将处理结果反馈给用户;第3层是数据服务层,通过中间件的连接,

负责将涉及数

据处理的指令进行翻译和处理,如读取、查询、删除、新

增等操作。

需要特别注意的是,加载于数据库与中间件之间

的数据流同步触发器是一个实现BIM的重要组件。在6　施工技术第37卷

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系统数据库进行实现的时候,该触发器是加载在数据库所有数据表空间上的一个应用程序。利用该组件,当前端应用程序发出任何操作指令(尤其是与数据相关的操作,比如检索、增加、删除等),同步触发器就可以将各数据库(例如:项目策划文档数据库、合同数据库等)进行集成后,反馈给相应操作用户。但是为了便于理解该触发器的作用机理,将其从数据库表空间上独立出来。在普通信息管理系统中,因为没有利用该组件对所有数据库的数据进行集成,所以系统无法提供各数据库的集成数据,或者说,无法提供将项目各部分的数据进行集成管理的功能。

采用BΠS架构构建系统,因为这样的系统架构还具有以下优势:

1)维护成本低　基于BΠS架构的系统主要维护基本上只需要针对服务器,单个客户端即使操作系统出现异常,也不会影响服务器与其他客户端的运行。

2)升级费用降低　开发企业在系统升级的时候,只需对服务器进行应用程序和数据库的升级即可,无需对每一台客户端都进行软件和数据库的升级操作。

3)服务器可跨平台运行　服务器的浏览器与客户端不同平台的浏览器并不互斥,如服务器是Linux浏览器,客户端采用W indows的IE浏览器,依然可以进行数据与信息的互相交换。

4)客户端运行负荷大为降低　客户端只需进行信息互相交换,所有操作都交由服务器承担,只需保证服务器的快速运行处理速度即可完成较快的信息互相交换。可使使用企业降低客户端配置要求,进而降低使用成本。

4　工程项目管理信息系统模块及其相应功能

1)项目前期管理模块　主要还是对前期策划所形成的文件进行保存和维护,并提供查询的功能。

2)项目策划管理模块　在这个模块当中,最重要的是编码体系和W BS。编码体系一旦定下来,是不可以更改的。每一项工作的编码都是独一无二的,一个编码就代表了一项工作。在项目管理过程中,网络分析、成本管理、数据的储存、分析、统计都依靠编码来识别,编码设计对项目的整个计划及管理系统的运行效率都有很大的影响。

3)招标投标管理模块　对工程招投标而言,这部分内容已经很成熟,只要模拟相关招投标法规定的程序即可。另外,对招标投标的管理应该根据工期计划和采购计划,合理安排招标的工作。

4)进度管理模块　对业主而言,需要编制的计划体系包括工程项目前期工作计划、工程项目建设总进度计划、工程项目年度计划。工程项目建设总进度计划是在初步设计被批准之后,工程项目年度计划编制之前。编制的依据应该是初步设计成果,主要内容包括文字部分和表格部分。

对承包商来说需要编制项目管理规划大纲和项目管理实施规划。这是一个计划体系,其中包括了许多的内容,主要的组成部分有工期目标和施工总进度计划,单位工程施工进度计划,分部(项)工程施工进度计划、季度、月(旬)作业计划等。此外,该模块还应能提供进度控制的分析方法,如网络计划法、S曲线法、香蕉曲线法等。

5)投资控制管理模块　项目的总投资确定以后就需按各子项目、按项目实施的各个分阶段进行投资分配,编制建设概算和预算,确定计划投资,进而在工程进展的过程中,控制每个子项目、每一阶段的实际投资支出,确保项目投资目标的实现。投资控制模块就是为实现这一目标而设立的,它的功能是提供项目投资的有关信息。投资控制模块可用于制定投资计划,提供实际投资支出的信息,将实际投资与计划投资的动态跟踪比较,进行项目投资趋势分析,为项目管理人员采取决策措施提供依据,同时还应具备提供S曲线法、香蕉曲线法等投资控制的分析方法。

6)质量管理模块　质量管理是一个质量保证体系,包括设计质量、施工质量和设备质量,是通过以验收为核心流程的规范管理,它主要通过各种质量文档的分类管理来实现。质量控制模块是用于对设计质量、施工质量和设备安装质量等的控制和管理,它的功能是提供有关工程质量的信息。另外,还提供质量控制的分析方法,如排列图法、因果分析图法等。

7)合同管理模块　工程合同管理是对工程项目中相关合同的策划、签订、履行、变更、索赔和争议解决的管理。合同的控制信息包括:合同当事人、标的(工程内容)、数量和质量、工期、价款或酬金、履行的地点、期限和方式、违约责任、风险分担、争议解决等,可以通过不同的归口进行相应的操作。

8)变更管理模块　变更的产生有许多原因,从系统角度分析包括系统内部因素和外界环境因素。系统内部因素包括业主、设计部门、承包商、供应商等,在实际工作中,变更产生的重要原因是设计变更,占有大约70%;另外合同体系的协调问题也会产生变更。外部环境因素表现在合同签订时的状态是相对静止的,环境在不断变化中,可能会发生一些不可预料的情况,如物价上涨,政策变动或天气异常等。

变更模块应用流程:变更申请→变更要求→变更审查和批准

→发布变更令→对相关文件进行调整。

9)物资设备管理模块　应该针对工程项目不同的2008N o.2陈　彦等:建筑信息模型(BI M)在工程项目管理信息系统中的框架研究7　

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阶段和状态,对具体的物资和设备进行输入输出调用的管理,并采用相关的分析方法,如ABC 法等。

综合以上讨论,我们可以对图1系统应用层系统应用程序图表内容做出补充(见图2)。

图2　基于BIM 的PMIS 应用层构成

5　基于BIM 的PMIS 在项目全寿命期内的集成运行

前面已经阐明在全寿命期集成的理论体系下,系统整体架构和构成系统的子模块,以及它们运作的机理等问题。这些子模块在系统整体B ΠS

网络架构下的集成运作过程,以及在全寿命周期系统与集成用户群进行信息交换的方式,如图3所示。

图3　基于BIM 的PMIS 全寿命集成管理剖面

基于BIM 模型的工程项目管理信息系统的运作,就是用户通过局域网(乃至整个互联网范围内),向系统服务器发送查询、信息变更等操作请求,由系统根据该用户所有权限的定义,按操作方式、用户权限等的差异,从系统数据库服务器中集成其所需,从项目前期至检索的时点(如果是项目运行期,则包含所有项目相关信息)的所有相关工程项目信息。以文字和2D 或3D 图纸的形式,由系统应用服务器进行界面组织,集成反馈给用户,供用户进行相关操作。

下面将着重探讨基于BIM 模型的信息系统在项目全寿命期内的具体运作:

1)项目前期管理,策划阶段　在该阶段中,可以在

系统形成一个3D 模型,前期参与各方可以对该三维模型进行各方面的模拟试验,进而做出可行性判断,设计方案的修正。由于数据的集成共用,最终可以得出理想、设计精准的项目3D 模型、前期文档、平面设计图纸等一系列的成果。

2)项目招投标阶段　在此阶段中,可以进行一些

基于网络的开放性操作。将项目前期形成的若干成果

进行适度公布,并组织公开招投标。招标单位可以在一定程度上,规避投标单位由于对项目理解误差造成的费用和时间的损失,还可以避免一些串谋、权力寻租等行为的发生;投标单位也可以从这些开放性的集成文件里,做出合理、准确的标案,而且各方都可以基于一个公正合理的平台进行竞标。

当最终标案经过系统公示产生后,将招投标文件输入系统,形成产生项目合同依据的有效电子文档,并

以此产生项目的总承包等一系列合同文件。

3)项目施工阶段　此阶段利用质量、进度、投资控

制模块,对所有系统模块(此时系统所有模块才全部参与运作)进行有效控制。在该过程中,随着项目的进展,将产生各种合同文件、物资采购及调用记录、合同及项目设计等的变更记录以及施工进度,投资分析图等一系列系统文件。在有效的系统使用范围内,项目参与各方(见图3中的用户集成)可以随时调用权限范围内的项目集成信息,可以有效避免因为项目文件过多而造成的信息不对称的发生。

4)项目运营阶段　在运营管理阶段,基于BIM 系

统可及时提供有关建筑物使用情况、入住维修记录、财务状况等集成信息。利用系统提供的这些实时数据,物业管理承包方,最终用户等还可对项目做出准确的运营决策。

6　结语

基于BIM 的工程项目管理信息系统通过参数化模

拟造型技术,使计算机可以表达项目所具有的所有信息,信息化的建筑设计才能得以真正实现。随着BIM 的发展,不仅仅是现有技术的进步和更新换代,也将表现在生产组织模式和管理方式的转型,并长远的影响人们对于项目的思维模式。虽然目前还未真正设计出此类系统,但是随着理论探讨的不断加深,实践工作的不断进展,此类软件对于整个建筑行业必将产生深远的影响。

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