水电工程可视化施工进度设计及管理系统研究

陈玲芳，朱静萍，苏文哲，周春根

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014)

水电工程可视化施工进度设计及管理系统研究

陈玲芳，朱静萍，苏文哲，周春根

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014)

随着工程数字化和可视化设计技术的逐步成熟，中南院开展了水电工程可视化施工进度设计及管理系统的研究，该系统将进度设计软件和工程三维设计软件相结合，以工程信息模型BIM为基础，基于数据库、GIS和网络，精确直观模拟工程施工，实现水电工程设计和施工阶段全过程施工进度三维动态演示功能和管理功能，为工程进度设计和方案决策提供形象直观的可视化分析工具，并输出相关成果。

水电工程；可视化施工进度设计；BIM项目管理

0 引 言

水电工程通常规模和投资较大，自然条件和技术条件复杂，建设周期长，不确定性因素多，其施工进度计划的合适与否直接关系到工程的建设成本、质量和工期。目前施工进度设计常用软件为二维设计软件，均以输出二维横道图和网络图为主。随着水电工程三维设计技术的逐步成熟和普及，部分工程在初始设计阶段即进行三维设计代替以前的二维设计，为开发适用于设计和施工管理全过程的可视化施工进度和管理软件提供了可行性。

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司(以下简称“中南院”)于2010年选定Bentley公司系列产品作为三维设计系统平台，主要由三维设计基础图形平台MicroStation、协同工作平台ProjectWise、三维校审平台Navigator及其系列的专业设计软件组成。通过5年多的大力培训与推广，目前设计人员均已掌握并能熟练运用三维设计软件进行工程三维设计。因此，中南院开展了水电工程可视化施工进度设计及管理系统的研究，该系统将进度设计软件和工程三维设计软件相结合，以工程信息模型BIM为基础，基于数据库、GIS和网络，精确直观模拟工程施工，实现水电工程设计和施工阶段全过程施工进度三维动态演示功能和管理功能，为工程决策提供形象直观的可视化分析工具，同时能输出施工进度设计相关成果，对提高水电工程设计与管理现代化水平有重要意义。

1 建设思路

1.1 系统目标

系统建设目标为：开发具有自主知识产权的施工进度设计及管理系统软件，使其既具有水电水利工程施工进度设计的基本功能，又兼容目前常用的P6、Project等项目管理软件，依托Bentley软件并结合WEB和GIS技术，实现对设计或实际施工过程、运营维护过程的三维动态演示功能和管理功能。根据项目资源和管理目标进行施工进度设计、分析和管理，为全面、准确、快速地指导、分析和控制施工或运维全过程提供有力的分析工具。

横向将首先以水电工程为突破口，再逐渐延伸到市政交通建筑、新能源、环保水务领域；纵向先实现设计方的进度设计及管理系统，再扩展到为业主和其他参与方项目管理服务。研究深度将由浅入深，从实现单项工程施工进度的设计与修改、成图、动态演示和移动化，到基于GIS的整个工程项目施工进度；再从实现与设计方业务系统集成以辅助施工方案设计优化、项目决策与管理，到工程总承包管理，再到基于WEB的总承包或其他参与方的管理；硬件支撑从服务器到云平台；由点及面逐步深入开展工作。

最终系统将实现基于工程信息模型(BIM)，以工程WBS为核心，施工工作包与三维模型、施工进度、资源、场地等信息相关联，结合GIS可视化技术，实现对施工设计过程或实际施工过程的三维动态演示，呈现各施工单元的时间、空间和逻辑关系。并根据项目资源和管理目标、实时进行施工进度分析与管理，提高工程设计和管理水平。通过将施工进度与资源计划、安全、质量、成本控制等的紧密衔接，实现对施工计划进度的监控与及时调整。打造以合同、进度、概预算、成本、采购、分包、质量、安全和验收管理高度集成的一体化项目管理应用平台，形成数据透明、信息共享、进度三维可视、科学高效的项目管理模型，加强与包括EPC总包商在内的内外部合作伙伴的协同能力。

1.2 功能特点

(1)依托Bentley软件进行二次开发，无需另行建模，减少开发难度和成本。

(2)具有水电水利工程施工进度设计的基本功能。既能输出施工进度横道图和网络图，也能进行资源和费用的统计与强度计算，并输出计算成果。

(3)实时动态显示功能。结合GIS技术，实现对设计或实际施工过程的三维动态演示功能。

综合以上检算结果，可以得到如下结论：目前该桥上部结构实心板梁的承载能力仅能满足汽车-8级，人群荷载3.5 kPa的安全承载要求；若板梁间失效铰缝修复完好，则该桥上部结构实心板梁能满足汽车-15级、挂车-80，人群荷载3.5 kPa的安全承载要求。

(4)具有施工进度管理功能，在基于设计进度指导实际施工过程中，当出现偏差时，能及时发现；基于WEB，便于远程实时分析、辅助决策、采取进度控制与调整措施。

1.3 功能架构

主要包括建立基于工程信息BIM模型的工程数据平台；建立以GIS为基础的大场景展示平台；开发进度设计及管理信息系统并开发与P6等软件集成的接口，辅助工程施工进度的设计、分析、修改与管理；使用三维协同设计系统建模并按WBS分解成施工单元模型，通过EC Framework集成进度等信息；基于Web建立人机交互的进度设计及管理系统界面，实现三维动态浏览、查询、分析和管理进度信息。进度设计及管理系统总体构架见图1。

2 建设重点

系统建设重点主要包括进度设计系统、三维进度信息等可视化、实时动态显示和进度管理系统。

(1)进度设计系统。进度设计系统由进度设计知识系统和进度管理软件(含自主开发进度设计软件)组成。将一般资源条件、当前施工技术水平等建立通用进度设计数据库，按工程类别和项目典型分类建立一般项目WBS结构，构成进度设计知识系统辅助设计。在研发与应用中不断完善进度设计知识系统数据库，实现知识积累。新员工也能借助进度设计系统，尽快熟悉和独立工作。研发进度设计软件和集成P6等软件进行进度设计、计算分析和处理；数据存储在进度软件的项目数据库文件中。根据公司进度设计与出图习惯，读取进度设计数据库信息，自动生成进度横道图、网络图及各种表格。

(2)三维进度信息等可视化。基于工程信息模型，将进度和其他信息关联到WBS工作包模型，实现进度等信息可视化。首先分析工程施工WBS结构，并使用进度设计系统分析和设计进度，定制进度信息属性结构。将整体模型依WBS分解成进度模型单元，关联从进度设计系统导入的进度信息(对模型单元赋予进度信息属性)。进度模型单元ID及其进度属性对应的设计数据库中编码，存储在BIM平台的项目设计数据库文件中，将模型和进度数据库相关联，通过在图中修改进度信息，可同步更新数据库数据，或通过修改数据库信息可同步改变进度属性，实现双向动态调整。同样可关联其他信息，如材料等级、设计参数、供应商、维护要求等，建成完整统一的工程信息模型。

图1 进度设计及管理系统总体构架

(3)实时动态显示。BIM平台中除工作包模型局部场景外，还需结合GIS快速显示大范围的工程场景。模型单元关联进度、资源、场地信息后，可根据进度属性中时间字段信息，智能开关单元显示，依时序对设计或实际施工过程进行动态演示，直观呈现出各施工单元(甚至场地、资源)的时间、空间和逻辑关系。各参与方可基于Web进行浏览查询。

3 已有研究成果

工程施工进度设计及管理系统涉及到各参与方各阶段的信息、施工进度的动态设计与全过程的实时控制等；整个系统实现起来需时较长，且相对复杂。因此在前期和过渡阶段，研究了施工进度设计、成图、动态演示和移动化等功能的实现，取得了以下初步研究成果：

(1)施工进度设计与修改。基于SQLite，采用C#、DevExpress.net开发了进度设计软件，可快速便捷地进行施工进度的设计和修改，包括设置逻辑关系、修改调整进度、进度计算和查找关键路线等，界面见图2。易学易用，设计时能清晰表达工序的逻辑关系，一处修改后能根据逻辑关系自动调整更新。

(2)智能成图。采用MicroStation的MDL语言和C++/CLI混合编程开发，通过访问项目进度设计数据库中进度信息智能成图。除了网络图外，还可以根据中南院出图标准和要求，智能生成横道图。包括匹配图框、计算行列间距、自动填充文字、强度曲线、图名、表格、图例、说明等内容，以及自动避让、分色等，人工干预处理量极少，极大提高了设计效率。

图2 进度设计和修改界面示意

(3)动态演示。使用EC Framework技术并通过MDL和C++/CLI混合编程开发，将整体模型按WBS分解成模型单元，通过访问项目进度数据库读取进度信息赋予模型单元属性并保存，将模型与进度数据库关联。依据时间属性开关单元显示实现进度模拟动态演示。设置好开始后，有前进、后退、暂停、拖拽等操作和当前工序信息，形象直观，方便对施工方案和进度安排的正确合理性进行检查。进度模拟见图3。

(4)移动化。发布成i-model后，进度信息模型和图纸可在安装有Bentley浏览软件的移动终端，如IPAD上轻松浏览，可开关分层显示，缩放、旋转、漫游、测距、查看信息，视图调整等。实现移动便携，有利于远程协作和信息共享。移动终端浏览示意见图4。

4 结 语

随着水电工程三维设计的逐步普及，建设一个

图3 进度模拟

图4 移动终端浏览

以工程信息模型BIM为基础，基于数据库、GIS和网络，支持工程全生命期信息管理，以各参与方项目管理为主线，集设计、施工和管理于一体的施工进度设计和管理系统，实现水电工程设计和施工阶段全过程施工进度三维动态演示功能和管理功能，是水电工程设计和建设管理人员决策设计方案和编制施工进度计划的有力工具，对提高水电工程设计与管理现代化水平有重要意义。

[1]SL 303—2004 水利水电工程施工组织设计规范[S]．

[2]DL/T 5397—2007 水电工程施工组织设计规范[S]．

[3]JGJ/T 121—2015 工程网络计划技术规程[S]．

[4]SL 643—2013 水利水电工程施工总进度设计规范[S]．

[5]GB 50500—2013 建设工程工程量清单计价规范[S]．

(责任编辑 焦雪梅)

Research on Visual Construction Schedule Design and Management System of Hydropower Project

CHEN Lingfang, ZHU Jingping, SU Wenzhe, ZHOU Chugeng

(PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, Hunan, China)

With the gradual maturity of digital and visual project design technology, PowerChina Zhongnan Engineering Corporation carries out the researches on visual construction schedule design and management system of hydropower project. Based on project information model (BIM), database, GIS and network, the system combines with schedule design software and 3D project design software together to accurately and directly simulate project construction. The system can achieve 3D dynamic demonstration and management functions of construction schedule for whole duration of design and construction of hydropower project, provide a visual analysis tool for project construction scheme design and scheme decision-making and output relevant results．

hydropower project; visual design of construction schedule; BIM Project management

2015-12-01

陈玲芳(1972—)，女，湖南长沙人，高级工程师，主要从事三维软件应用与开发工作．

TP391；TV511

A

0559-9342(2016)11-0072-04