基于BIM+GIS的工程总承包项目管理系统建设探索

彭寿昌

“十三五”期间，勘察设计行业工程总承包业务总量持续增长，工程总承包业务占比不断增加。据现有增长数据分析，工程总承包业务在“十四五”期间将实现进一步增长。随着业务规模不断扩大、项目管理经验逐渐积累，承包商通过传统的项目管理工具进行大体量的工程总承包项目管理时，出现了诸如信息管控水平较低、项目可视化程度不高等需要解决的问题。因此，本文着眼于工程总承包项目的特点，利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）和地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技術，探索建立工程总承包项目管理系统。

工程总承包的特点和难点

长期以来，我国采用设计和施工相分离的传统承发包模式开展工程项目建设。2003年2月，《建设部关于培育发展工程总承包和工程项目管理企业的指导意见》（建市〔2003〕30号）提出培育发展专业化工程总承包模式。工程总承包模式与传统承发包模式相比，不同之处主要体现在以下三个方面。

（1）适用范围不同。传统承发包模式主要适用于房屋建筑工程、土木工程，较少涉及复杂设备采购和安装；工程总承包模式较好地适用于大型工业投资项目，领域多集中于石油、化工、冶金、电力工程等。

（2）招标方式不同。传统承发包模式多采用公开招标来进行施工招标，并可提供较详细的设计资料；而工程总承包模式多采用邀请招标或议标的方式，业主一般只能给出项目的预期目标、功能要求等约束性要素。

（3）风险承担形式不同。传统承发包模式下，业主和承包商共同承担风险；而工程总承包模式下，承包商独立承担工程项目的绝大部分风险。

工程总承包项目通常具有投资额巨大、建设周期长、技术难度高、涉及专业广和参与单位多等客观特征，因此在实践中，风险分摊、权责划分、成本利益分配等方面协调管理难度较大。总的看来，工程总承包项目管理难点主要体现在以下三个方面。

（1）法律法规支撑不足。现阶段，国内关于工程总承包的立法较薄弱。例如，《中华人民共和国合同法》（中华人民共和国主席令第15号）和《中华人民共和国建筑法》（中华人民共和国主席令第46号）中对于工程总承包仅做了原则上的规定，缺乏实践指导意义。

（2）管理机制不够完善。适合承包商自身业务特点的工程总承包组织机构和管理体系还不健全，内部控制体系有待完善，标准化管理也有待加强。

（3）承包商能力有待提高。现阶段，承包商能力较单一，设计和施工能力融合深度欠缺，既懂设计又懂施工的复合型人才匮乏。

BIM和GIS技术

BIM以三维模型为载体，可汇集工程设计、施工、运营的全生命周期中的工程数据。GIS是一种对地理空间有关的地形、地貌、位置分布等信息进行存储、管理、描述和分析的信息系统，对地理位置等空间要素提供了存储、操作及处理等功能。

BIM和GIS技术是工程数字化实践过程中的重要技术，两者在功能作用方面各有特点：BIM技术用于构建工程模型，为工程对象全生命周期的数据处理提供了途径，且具有一定的可视化交互能力；GIS技术在地理基础信息存储、处理及展示方面具备优势。两者结合使用可产生新的应用场景，同时在项目管理系统可视性方面体现出较好的价值。

工程总承包项目管理系统建设方案

工程总承包项目管理系统（下称“系统”）的设计目标为：利用较成熟的软件系统搭建技术，融合BIM和GIS技术，可视化展示工程数据，最终实现设计施工一体化、项目管理精细化、全生命周期可视化等目标。

系统架构

工程总承包模式下，参建单位较多，项目管理人员往往需要在多个地点访问系统。从信息系统的角度看，为了解决多用户异地访问带来的软件运维问题，故采用当前主流的浏览器/服务器（Browser/Server，B/ S）架构进行整体设计。系统架构自下而上包括网络通信层、数据存储层、平台支撑层、服务治理层、应用模块层、信息展示层，如图1所示。数据存储层、应用模块层和信息展示层通过接口进行数据交互，能够有效降低系统耦合度，为后期维护扩展降低工作量。

（1）网络通信层。网络通信层是数据通信的基础设施，需要部署系统所需的硬件设施、网络，包括光纤电缆、4G/5G、交换机、网闸、虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）等通信设备。

（2）数据存储层。数据存储层主要描述系统全部数据的存储实现方式。系统采用关系型数据库对业务数据进行存储、管理，涉及人员、财务、组织结构等信息的核心数据由承包商主数据平台存管，与本系统实现融合接入。

（3）平台支撑层。平台支撑层主要采用面向服务的架构（Service-Oriented Architecture，SOA），基于中间件平台提供构件开发和管理的基础架构，实现统一架构、统一规范、统一页面的IT基础设施功能。

（4）服务治理层。服务治理层主要提供服务的查找、绑定和路由等功能，同时进行业务服务的管理和监控。

（5）应用模块层。应用模块层主要包括具体业务应用的功能模块，对外展现为具体功能，功能模块主要涵盖基础信息配置、设计管理、施工进度管理等。

（6）信息展示层。信息展示层主要包含系统的数字化门户，对外提供可视化的信息展示功能。通过积累工程关键性指标数据，信息展示层提供项目管理过程态势感知功能，为决策层决策分析提供支持。

系统功能建设要点

工程总承包模式下，由于承包商需要对设计、施工两大环节实行全面的管控，因此在系统功能设计时，需主要考虑涵盖这两个方面的业务，同时考虑系统自身需求等综合因素。需要指出的是，系统未将采购管理作为单独功能模块开发，而是包含在成本和合同管理模块。总体看来，系统包括11项功能模块，共计50余项子功能，如图2所示。

（1）数字化门户探索。在承包商的数字化转型过程中，决策者对洞察经营情况提出新的需求，这对数据的汇集和展示发起新的挑战。在分析了决策者、设计方等多方需求之后，系统在数字化信息展示方面做了一定的探索。數字化门户是基于BIM+GIS技术，提供多层级工程数据集成、展示功能的模块。系统通过积累工程业务数据，对外提供企业级、业态级、项目级三种层级的可视化数据展示。

数字化门户通过汇集、统计承包商工程总承包项目数据，归纳、抽取工程相关的关键性指标，体现项目分布特点和动态，为洞察经营情况提供企业级视角。

项目对比是以在建项目为核心，以项目部为单位展示施工进度、质量、安全状况和财务资金等信息，实现多项目的并行管理及对比分析，为项目整体管理提供业态级视角。

工程态势分析是以单项目为载体，对资源利用现状进行统计分析，以便优化资源投入，提供决策辅助支持，为洞察工程运行情况提供项目级视角。

（2）BIM模型在施工进度模块中的应用。为了提高施工管理的可视化程度，系统将BIM模型应用于施工管理过程中，在一定程度上降低了项目风险。例如，将BIM模型应用于施工进度管理模块，可产生施工进度模拟等新的应用场景，为进度管理提供新的支撑。

在实践中，承包商首先通过系统自定义计划项的编码、名称、起止时间、人员、计划类型（如主体计划）等信息，建立计划及检测体系，然后将BIM模型构件与计划项进行关联。关联后，系统将计划项编码作为该构件的一个模型属性进行存储。

（3）危险源与BIM模型。在项目施工阶段，危险源是导致施工安全事故的根本原因。我国关于危险源的分类方法有按生产过程危险划分、按有害因素划分及按企业职工伤亡事故划分等。但在实际生产中，危险源不仅种类繁多、原因复杂，而且在导致事故发生、造成人员伤害和财产损失方面的作用大不相同，建立全面、清晰的危险源清单存在相当的难度。系统综合考虑到自身对不同类型工程项目的适应性等因素，从危险源危害等级、危险源暴露频率、事故类型、事故可能性的主观判断、事故影响程度5个维度建立了危险源评判体系，为定义危险源清单提供判断标准，并将危险源与控制措施进行关联。

管理人员根据项目实际可进行危险源名称定义，当系统加载模型构件后，通过勾选的方式将部分危险源与可视化构件进行关联。关联后，危险源与模型构件共用一套编码，即BIM建模师确立的专业模型编码。

系统集成与开发

为了与系统外部应用（承包商主数据平台、协同设计系统、财务管理系统等）实现较好集成，系统可提供四种集成方式，即数据库方式、页面方式、接口方式和网页服务（Web Service）方式。基于这些集成方式，系统适合处理较复杂的业务操作，以降低集成难度，快速实现业务需求。系统采用超文本标记语言（Hyper Text Markup Language，HTML）、JavaScript对象简谱（JavaScript Object Notation，JSON）或表述性状态转移（Representational State Transfer，Rest）等底层接口实现纯展示类的功能模块，并采用企业级JavaBean（Enterprise JavaBean，EJB）的方式对部分标准化产品进行模块化集成。

结语

本文立足于承包商工程总承包项目管理实践，在BIM+GIS集成应用方面进行探索，开发了涵盖11项功能模块的工程总承包项目管理系统，将BIM三维模型用于过程管理，结合GIS地图进行综合信息展示，较好地提高了工程总承包项目过程管理水平和数字化管控能力，具有一定的参考价值。

受一些因素限制，本文仍存在许多不足之处。例如，在BIM与GIS的数据融合方面未做深入研究，仅采取了服务发布调用和编码关联等简单的方式加以耦合；未从项目管理的角度对系统开发过程控制进行深入研究等。这些将在后续工作中继续完善。P