李志軍，趙康林

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

目前國內(nèi)施工企業(yè)大多數(shù)已跨行業(yè)、跨區(qū)域經(jīng)營生產(chǎn)，涵蓋了鐵路、公路、市政軌道交通、水利水電、房建等行業(yè)領(lǐng)域，工程項(xiàng)目地點(diǎn)的分布也越來越廣，很多企業(yè)甚至已進(jìn)入國際市場。同時(shí)，近年來網(wǎng)絡(luò)覆蓋也越來越廣，無網(wǎng)絡(luò)區(qū)域越來越少，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和相應(yīng)的軟硬件技術(shù)已達(dá)到了較高的程度。但許多企業(yè)工程項(xiàng)目生產(chǎn)過程的信息管理仍局限在傳統(tǒng)的人工填寫表格、文件上報(bào)機(jī)制中，處于人工單機(jī)辦公階段，即各下屬工程項(xiàng)目每天將普通辦公軟件(比如 WORD、EXCEL、CAD、圖片等)形成的單個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)信息多個(gè)文件上報(bào)，公司業(yè)務(wù)部門當(dāng)天將這些文件進(jìn)行逐個(gè)人工單機(jī)篩選，對數(shù)據(jù)采取逐個(gè)摘選、逐個(gè)匯總的方法，生成公司各類型數(shù)據(jù)報(bào)表，再將這些報(bào)表上報(bào)上級公司、報(bào)送公司管理層、上傳內(nèi)部網(wǎng)公布和打印留存等。

人工單機(jī)辦公存在數(shù)據(jù)量龐大，重復(fù)匯總工作頻繁，相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)范性較差、隨意性高、準(zhǔn)確性差、不易查看且及時(shí)性不足，無法快速查詢和統(tǒng)計(jì)分析生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，不僅耗費(fèi)大量人力、財(cái)力，而且工程生產(chǎn)信息不能及時(shí)得到共享，也無法讓公司管理層直觀、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地掌握公司各個(gè)在建項(xiàng)目的生產(chǎn)進(jìn)展情況，更無法為公司生產(chǎn)決策提供強(qiáng)有力的信息支持，制約了企業(yè)管理的現(xiàn)代化發(fā)展(見圖1)。因此，生產(chǎn)信息三維管理系統(tǒng)是現(xiàn)代工程施工企業(yè)與時(shí)俱進(jìn)的需要。

圖1 人工單機(jī)辦公現(xiàn)狀Fig.1 Situation of manual stand-alone information management mode

目前國內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)的工程項(xiàng)目生產(chǎn)管理系統(tǒng)大多只實(shí)現(xiàn)了純數(shù)據(jù)的匯總、統(tǒng)計(jì)查詢功能［1］，而少數(shù)工程進(jìn)度3D模型多是以低空遙感平臺獲取的高空間分辨率遙感正射影像圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成的［2－3］，該種3D圖形生成方式易受現(xiàn)場環(huán)境因素制約，基礎(chǔ)設(shè)備花費(fèi)較多，維護(hù)成本較高，并牽一發(fā)而動(dòng)全身，圖片影像數(shù)據(jù)源龐大，轉(zhuǎn)化運(yùn)行十分不暢。而生產(chǎn)信息三維管理系統(tǒng)是基于日常工程生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)自動(dòng)生成直觀、動(dòng)態(tài)的3D工程模型來展示工程項(xiàng)目生產(chǎn)相關(guān)信息的，系統(tǒng)設(shè)備簡單，維護(hù)成本低廉，且無需真實(shí)影像錄入，僅輸入真實(shí)準(zhǔn)確的生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)便可即時(shí)生成生動(dòng)的3D工程模型。

1 生產(chǎn)信息三維管理系統(tǒng)概述

生產(chǎn)信息三維管理系統(tǒng)(以下簡稱“系統(tǒng)”)是一套涉及施工企業(yè)生產(chǎn)信息三維管理的系統(tǒng)軟件，其關(guān)鍵特點(diǎn)是基于“Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)”、“3D自動(dòng)建?！奔啊皵?shù)據(jù)庫”等各類市場成熟的軟件編程技術(shù)，充分結(jié)合各類型工程施工的專業(yè)特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際施工生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)，自動(dòng)處理并即時(shí)生成三維模擬工程圖形，以在線網(wǎng)頁瀏覽的模式生動(dòng)展示工程進(jìn)展，是能實(shí)現(xiàn)施工企業(yè)生產(chǎn)信息三維可視化管理的系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)分析主要完成風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、項(xiàng)目基本信息、計(jì)劃和調(diào)度、工程量、協(xié)作分包、人力資源共7大類，三維展示主要有隧道工程、地下工程、路基工程、橋涵工程共4大類，可根據(jù)不同企業(yè)性質(zhì)進(jìn)行定制開發(fā)。

系統(tǒng)是以施工企業(yè)施工生產(chǎn)過程信息管理統(tǒng)計(jì)、分析和三維展示為核心，通過對工程從三維建模到日常數(shù)據(jù)上報(bào)，從數(shù)據(jù)匯總到統(tǒng)計(jì)分析，最后實(shí)現(xiàn)三維圖形人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)共享，使得工程企業(yè)可以在第一時(shí)間掌握各項(xiàng)目最新施工狀況，并針對施工生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的類型，提供強(qiáng)大的查詢和統(tǒng)計(jì)分析工具，采取圖文并茂的方式，為工程企業(yè)的生產(chǎn)決策提供強(qiáng)有力的信息支持。

1.1 系統(tǒng)具體功能［4］

1)實(shí)現(xiàn)施工企業(yè)及項(xiàng)目機(jī)構(gòu)與人員的集中化管理。能對企業(yè)、企業(yè)中間管理分級機(jī)構(gòu)、項(xiàng)目部、施工場地、分項(xiàng)工程及工作面等機(jī)構(gòu)的基本信息、人員進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2)實(shí)現(xiàn)對施工企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)三維模擬顯示，即施工生產(chǎn)信息的三維可視化管理。項(xiàng)目人員事先做好相應(yīng)的工程構(gòu)件設(shè)計(jì)工作，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)錄入的實(shí)際生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、轉(zhuǎn)換生成直觀、動(dòng)態(tài)的三維模擬圖形，能對圖形進(jìn)行放大、縮小、平移、切換等操作，采用點(diǎn)擊彈出框形式查看具體部位的生產(chǎn)信息等;目前可實(shí)現(xiàn)隧道、橋梁、路基、涵洞4類工程的三維圖形自動(dòng)生成。

3)實(shí)現(xiàn)工程量的精細(xì)化管理。建立較為完備的鐵路、公路、市政的工程量清單，根據(jù)每月錄入工程量計(jì)劃及完成數(shù)據(jù)，自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)出產(chǎn)值完成情況。

4)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能。根據(jù)工程實(shí)際的實(shí)物量、工程量進(jìn)度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和預(yù)定的預(yù)警指標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析并發(fā)出預(yù)警，如隧道臺階、步距和變形點(diǎn)超標(biāo)預(yù)警，工期、合同及其他預(yù)警等。

5)實(shí)現(xiàn)一鍵生成報(bào)表功能。提供更加便捷的自動(dòng)查詢統(tǒng)計(jì)功能，提高報(bào)表生成的效率和準(zhǔn)確性，為調(diào)度和計(jì)劃人員節(jié)約寶貴的時(shí)間，為施工企業(yè)決策及時(shí)提供依據(jù)。

1.2 研發(fā)的目的

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，可以工程企業(yè)自身的業(yè)務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，服務(wù)于各個(gè)應(yīng)用部門的實(shí)際工作，提升系統(tǒng)應(yīng)用部門的生產(chǎn)效率。系統(tǒng)的建設(shè)能夠使工程企業(yè)從全局掌握生產(chǎn)及安全的動(dòng)態(tài)，同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)工程企業(yè)對內(nèi)部事務(wù)的精細(xì)化管理［5］。

對整個(gè)系統(tǒng)的分類進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理、分析及展示，實(shí)現(xiàn)“管控一體、虛實(shí)一體”的管理目標(biāo)(詳見圖2)，構(gòu)建生產(chǎn)及安全的管控體系，服務(wù)于整個(gè)企業(yè)的決策支持，提升工程企業(yè)在整個(gè)行業(yè)的藝術(shù)管理水平。

系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)軟件，實(shí)現(xiàn)工程企業(yè)生產(chǎn)信息管理的三維形象化、自動(dòng)及時(shí)化、網(wǎng)絡(luò)交互化的目標(biāo)和成果，實(shí)現(xiàn)工程企業(yè)內(nèi)部各項(xiàng)目單位工程施工進(jìn)度數(shù)據(jù)的采集、提交、匯總、統(tǒng)計(jì)、分析、管理、三維展示、預(yù)警及報(bào)表輸出。

系統(tǒng)基本可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃與調(diào)度人員的整合，也可真正實(shí)現(xiàn)無紙化辦公，節(jié)省人力和辦公成本，并突破工程企業(yè)生產(chǎn)信息管理純數(shù)據(jù)化的瓶頸［5］。

圖2 系統(tǒng)應(yīng)用目標(biāo)介紹示意圖Fig.2 Functions of 3D production information management system

1.3 研發(fā)內(nèi)容、方式及難點(diǎn)

系統(tǒng)以如何第一時(shí)間、形象地掌握工程生產(chǎn)情況，如何滿足強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)分析功能為研究對象，采用參數(shù)化技術(shù)、三維模型構(gòu)建技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)等技術(shù)，建立滿足不少于100個(gè)施工項(xiàng)目單位且每個(gè)項(xiàng)目單位不少于5年施工周期的統(tǒng)一的、基礎(chǔ)性的、可量化及可匯總分析的網(wǎng)絡(luò)信息管理平臺，根據(jù)采集的工程日常數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)處理生成對應(yīng)類型的三維工程圖形，以實(shí)現(xiàn)施工企業(yè)工程數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)、管理分析、預(yù)警和報(bào)表導(dǎo)出功能。該系統(tǒng)需要項(xiàng)目人員事先做相應(yīng)的工程構(gòu)件設(shè)計(jì)工作，并按時(shí)錄入施工計(jì)劃及調(diào)度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)才會(huì)根據(jù)填寫的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成三維圖形和報(bào)表數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等。

整個(gè)系統(tǒng)研發(fā)的難點(diǎn)在于不同工程類型龐大生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸類、命名及各個(gè)參數(shù)確定工作，數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成三維形象圖形，圖形的質(zhì)量、表達(dá)內(nèi)容的豐富和對龐大工程信息數(shù)據(jù)的處理速度和質(zhì)量、系統(tǒng)操作便捷等方面(詳見圖3)。

1.4 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.4.1 工程企業(yè)信息化總平臺架構(gòu)

工程企業(yè)整體的信息化總平臺包括數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層［6］。

1)數(shù)據(jù)源包括與工程企業(yè)管理相關(guān)的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及各種格式的數(shù)據(jù);

2)數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)的加工、處理、清洗、轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)共享區(qū)和圖形數(shù)據(jù)庫;

3)應(yīng)用層主括支撐業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的查詢、多維分析、報(bào)表、模型構(gòu)建和空間分析等技術(shù)組件;

4)展現(xiàn)層是展現(xiàn)給企業(yè)各個(gè)層級的領(lǐng)導(dǎo)所對應(yīng)的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括三維展示、業(yè)務(wù)追蹤、安全預(yù)警和報(bào)表等。

圖3 系統(tǒng)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)碰到的主要問題Fig.3 Problems encountered in the design of the modules of the 3D production information management system

1.4.2 系統(tǒng)平臺

該系統(tǒng)是工程企業(yè)整個(gè)信息化總平臺數(shù)據(jù)源頭之一，是工程企業(yè)分析生產(chǎn)與經(jīng)營的根本，是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決策支持的重要依據(jù)。系統(tǒng)作為總平臺的先行啟動(dòng)項(xiàng)目，需要完成對應(yīng)的數(shù)據(jù)源的上報(bào)機(jī)制、分析機(jī)制及展示機(jī)制，才能及時(shí)反映工程生產(chǎn)信息，并將這些信息有效地組織、分析及展示，實(shí)現(xiàn)工程企業(yè)管理的信息化［7］。

1.4.3 系統(tǒng)具體部署設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為公司端和項(xiàng)目部端。公司端采用B/S架構(gòu)，即打開IE網(wǎng)頁使用系統(tǒng)，面向公司和項(xiàng)目部用戶;項(xiàng)目部端采用C/S架構(gòu)，即需要安裝單機(jī)版軟件程序，面向項(xiàng)目部用戶。各用戶端需要安裝Flash插件和3D圖形顯示插件，方可查看3D模型。系統(tǒng)平臺應(yīng)用部署詳見圖 4［4－5］。

圖4 工程項(xiàng)目全生命周期管理信息平臺部署圖Fig.4 Structure of project full-life cycle management information platform

1.4.4 系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)1)安裝方案A。軟件自動(dòng)安裝，采取點(diǎn)擊“下一步”的方式實(shí)現(xiàn)簡易安裝，步驟如下:安裝oracle數(shù)據(jù)庫—安裝Net Framework 3.5框架—建立oracle訪問數(shù)據(jù)庫客戶(用戶名和ID都為zt)—導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫并創(chuàng)建視圖—設(shè)置IIS—安裝結(jié)束—系統(tǒng)調(diào)試，詳見圖5。

圖5 系統(tǒng)安裝步驟示意圖Fig.5 Installation procedure of the system

2)安裝方案B。Ghost版軟件系統(tǒng)，無需用戶再安裝各類軟件及系統(tǒng)，只需按照正常安裝Ghost操作系統(tǒng)方法安裝指定Ghost操作系統(tǒng)到目標(biāo)服務(wù)器即可，此版Ghost系統(tǒng)集成了系統(tǒng)所需環(huán)境及系統(tǒng)本身。

1.4.5 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

輸入網(wǎng)址 http://服務(wù)器 IP/login.aspx，登錄系統(tǒng)，輸入用戶名密碼點(diǎn)擊“登錄”按鈕，進(jìn)入主界面，見圖6。

圖6 系統(tǒng)主界面Fig.6 Main interface of the system

1.5 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)思路及原理

利用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等通用技術(shù)，建立了工程生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)從創(chuàng)建、流轉(zhuǎn)、管理、共享及應(yīng)用全過程的分塊自動(dòng)處理機(jī)制，達(dá)到了數(shù)據(jù)管控一體化的要求，并為自動(dòng)建模提供完備的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)運(yùn)行及管理流程圖詳見圖7。

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖Fig.7 Operation flowchart of the system

操作流程說明:

1)工程企業(yè)管理員首先登陸系統(tǒng)，在機(jī)構(gòu)管理模塊中建立下列機(jī)構(gòu)及人員:①公司管理;②公司級中間分級機(jī)構(gòu)管理;③項(xiàng)目管理;④項(xiàng)目部管理;⑤分項(xiàng)工程、工作面信息管理(工作面可以由項(xiàng)目部人員增加)。

2)項(xiàng)目部管理員數(shù)據(jù)下載(由項(xiàng)目部人員操作)。在數(shù)據(jù)下載模塊中下載項(xiàng)目、項(xiàng)目部、分項(xiàng)工程、工作面信息到本地服務(wù)器，此步驟需要公司端管理員分配的密碼。

3)項(xiàng)目部機(jī)構(gòu)管理，由項(xiàng)目部人員完善如下信息:①修改項(xiàng)目部信息;②建立人員信息;③建立分包臺賬信息;④通過數(shù)據(jù)上傳模塊上傳公司(可以一部分一部分的傳)。

4)計(jì)劃與調(diào)度(由項(xiàng)目部人員操作):①三維建模(暗挖需要分項(xiàng)工程);②工作面的設(shè)計(jì);③查看設(shè)計(jì)模型是否正確;④填寫施工計(jì)劃數(shù)據(jù);⑤填寫三維形象進(jìn)度數(shù)據(jù)，查看整體模型是否正確。填寫施工情況，上傳公司。

5)工程量錄入(由項(xiàng)目部人員操作):①建立工程量工作面的設(shè)計(jì);②填寫工程量計(jì)劃數(shù)據(jù);③工程量調(diào)度數(shù)據(jù);④上傳公司。

6)變形點(diǎn)管理及其他預(yù)警信息(由項(xiàng)目部人員操作):①填寫變形點(diǎn);②填寫其他預(yù)警信息;③上傳公司。

7)計(jì)算報(bào)警信息，并上傳。

8)統(tǒng)計(jì)分析:EXCEL報(bào)表，可以導(dǎo)出日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)等數(shù)據(jù)報(bào)表，供分析使用。

9)項(xiàng)目部需要下載的數(shù)據(jù)(只需下載一次):①項(xiàng)目;②項(xiàng)目部;③分項(xiàng)工程;④工作面。

10)項(xiàng)目部需要上傳的數(shù)據(jù):①項(xiàng)目部信息(上傳一次);②聯(lián)系人(上傳一次);③人員明細(xì)(上傳一次);④分包臺賬(上傳一次);⑤三維建模(上傳一次);⑥施工計(jì)劃(每次計(jì)劃完成后，上傳);⑦三維形象進(jìn)度(每天填寫完成后，上傳);⑧工程量設(shè)計(jì)(上傳一次);⑨工程量計(jì)劃(每次計(jì)劃完成后，上傳);⑩工程量調(diào)度(每月填寫完成后，上傳);[11]變形點(diǎn)(每天填寫完成后，上傳);[12]預(yù)警(周末計(jì)算一次，上傳)。

11)上傳日期說明:①調(diào)度上傳日期，以實(shí)際發(fā)生日期為準(zhǔn);②計(jì)劃上傳日期，以計(jì)劃起始日期為準(zhǔn)。

1.6 系統(tǒng)具體實(shí)施方式

項(xiàng)目部端用戶可以逐塊進(jìn)行離線錄入和聯(lián)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)，通過從數(shù)據(jù)庫中上傳、下載信息數(shù)據(jù)，公司服務(wù)器端和項(xiàng)目部端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，并通過通用的計(jì)算機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)分析等數(shù)據(jù)處理功能;項(xiàng)目安裝項(xiàng)目部端系統(tǒng)后，聯(lián)網(wǎng)并下載公司服務(wù)端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，開始錄入并上傳生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)。

公司端系統(tǒng)需事先建立項(xiàng)目部端的基本機(jī)構(gòu)。公司端系統(tǒng)管理員需事先建立某一項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)框架，如項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目部機(jī)構(gòu)、項(xiàng)目部從公司端服務(wù)器下載基本信息的密碼、項(xiàng)目施工場地、分項(xiàng)工程、工作面信息;項(xiàng)目部端系統(tǒng)安裝并調(diào)試完畢后，首先需要登錄公司服務(wù)器下載本項(xiàng)目部的基本信息，下載密碼需和公司端管理員設(shè)置的密碼匹配，然后進(jìn)一步完善本項(xiàng)目部機(jī)構(gòu)與人員信息，詳見圖8。

圖8 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)與人員管理界面Fig.8 Organization and staff management interface of the system

根據(jù)項(xiàng)目部上報(bào)的工程進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行3D模型的構(gòu)建，反映不同工程項(xiàng)目實(shí)際完成情況及問題所在，并能夠以3D分析與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方式，宏觀展現(xiàn)工程項(xiàng)目的總體情況，同時(shí)可追溯到施工方法、進(jìn)尺、安全和計(jì)劃等明細(xì)數(shù)據(jù)，輔助發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象背后的問題成因。三維圖形模擬展示工程進(jìn)展，是根據(jù)各類型(如隧道、路基、橋梁、涵洞、基坑等)工程較為普遍的圖形特點(diǎn)，利用“數(shù)據(jù)庫”、“網(wǎng)絡(luò)”、“Web3D 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”及“3D自動(dòng)建模技術(shù)”等比較成熟的軟件編程手段，基于各類現(xiàn)實(shí)工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或測量數(shù)據(jù)，經(jīng)由計(jì)算機(jī)程序的一系列模型構(gòu)建算法及數(shù)據(jù)處理，形成3D模型的過程。優(yōu)點(diǎn)是速度快，操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和序列化過程，適合專業(yè)項(xiàng)目快速建模。圖9為實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目生產(chǎn)信息三維可視化管理流程圖。

圖9 工程項(xiàng)目生產(chǎn)信息三維可視化管理流程圖Fig.9 3D visualized management procedure of the system

1)工程3D模型設(shè)計(jì)。用戶設(shè)計(jì)操作簡單，無需額外的測量工作，便可實(shí)現(xiàn)各類型工程3D模擬圖形的即時(shí)自動(dòng)生成。系統(tǒng)基于通用的3D自動(dòng)建模、Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)編程等成熟的電腦技術(shù)，充分結(jié)合了隧道、橋梁、路基、涵洞等各類型工程的專業(yè)特點(diǎn)及施工工藝等參數(shù)，預(yù)先生成了各類型工程構(gòu)件的基本三維模型，如隧道正洞、斜井、豎井、橫通道、開挖工藝(臺階、多部等)、二次襯砌，橋梁樁基、承臺、墩柱、蓋梁、梁片，路基路面、挖填方，涵洞土方開挖、板墻結(jié)構(gòu)等，項(xiàng)目部端用戶根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙，確定工程含有的構(gòu)件種類、個(gè)數(shù)、大小及相對位置關(guān)系，并錄入相關(guān)數(shù)據(jù)及位置參數(shù)，系統(tǒng)即可自動(dòng)拼裝組合并即時(shí)生成工程模擬圖形;用戶對工程各工作面的設(shè)計(jì)施工實(shí)物量進(jìn)行錄入，并對應(yīng)、關(guān)聯(lián)3D模型的某個(gè)構(gòu)件和施工起始點(diǎn)，3D模型設(shè)計(jì)工作至此結(jié)束。3D模型設(shè)計(jì)操作簡單，且即時(shí)構(gòu)建即時(shí)查看，方便快捷，可斷網(wǎng)單機(jī)操作，錄入完畢，便可聯(lián)網(wǎng)上傳公司服務(wù)器，公司服務(wù)器即可查看圖形等信息。圖10為隧道工作面實(shí)物量設(shè)計(jì)圖，圖11為隧道3D模型設(shè)計(jì)示意圖。

圖10 隧道工作面實(shí)物量設(shè)計(jì)圖Fig.10 Design of working volumn at tunnel face

圖11 隧道3D模型設(shè)計(jì)示意圖Fig.11 Design of 3D model of tunnel

2)3D模型實(shí)時(shí)自動(dòng)表達(dá)生產(chǎn)信息。3D模型可適應(yīng)工程進(jìn)度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，解決工程進(jìn)度數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)的冗余性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)表達(dá)工程項(xiàng)目生產(chǎn)信息。系統(tǒng)采取填充不同顏色、控制顏色體的長度來區(qū)分各施工工序及工程構(gòu)件施工狀態(tài)、施工進(jìn)度，通過用戶實(shí)時(shí)錄入的生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動(dòng)處理，自動(dòng)完成3D模擬圖形填充顏色及長度的變化，并實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫信息，完成在三維場景下的生產(chǎn)信息搜索和管理，點(diǎn)擊各相關(guān)工程構(gòu)件即可調(diào)出該部位(工序)詳細(xì)的施工生產(chǎn)進(jìn)度情況，實(shí)現(xiàn)通過3D模擬圖形對各類型工程生產(chǎn)信息的精確實(shí)時(shí)表達(dá)，用戶可隨時(shí)形象生動(dòng)地在線同步查閱各項(xiàng)目工程的施工進(jìn)展。如隧道3D模型中，隧道圍巖為黃色填充物、隧道開挖完畢為土色填充、拱墻二次襯砌分別為暗紅和藍(lán)色填充物、底板為綠色填充物，系統(tǒng)事先根據(jù)用戶錄入的各工序的設(shè)計(jì)施工實(shí)物量數(shù)據(jù)，生成對應(yīng)長度的各工序不同顏色填充物，然后再根據(jù)用戶日常錄入的隧道各工序施工進(jìn)度數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算相應(yīng)的變化填充物長度來顯示進(jìn)度，要查看具體進(jìn)度信息，可點(diǎn)擊相關(guān)工序或構(gòu)件，即可查看詳細(xì)生產(chǎn)信息，詳見圖12和圖13。橋梁3D模型中的樁基、蓋梁等構(gòu)件的生產(chǎn)狀態(tài)分開挖、鋼筋綁扎、關(guān)模、澆筑混凝土等，采用不同顏色來區(qū)分各自狀態(tài)，點(diǎn)擊相關(guān)構(gòu)件即可查看詳細(xì)生產(chǎn)信息。路基、涵洞工程與隧道工程相同，預(yù)先設(shè)定各工序設(shè)計(jì)施工實(shí)物量或總長度，生成不同顏色的填充物，根據(jù)日常實(shí)際工作中的各工序進(jìn)度數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算填充物變化長度來顯示進(jìn)度，點(diǎn)擊相關(guān)構(gòu)件即可查看詳細(xì)生產(chǎn)信息。圖14為橋梁施工3D模型圖，圖15為路基施工3D模型圖，圖16為涵洞施工3D模型圖。

圖12 CRD分部開挖法隧道施工3D模型圖Fig.12 3D model of tunnel constructoin by CRD method

圖13 臺階開挖法隧道施工3D模型圖Fig.13 3D model of tunnel construction by bench cut method

3)監(jiān)測預(yù)警。建立工程項(xiàng)目監(jiān)測指標(biāo)體系，反映進(jìn)度計(jì)劃、施工項(xiàng)目、安全控制等方面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，把握工程項(xiàng)目的計(jì)劃、生產(chǎn)、安全及產(chǎn)值等的動(dòng)態(tài)及進(jìn)展情況。通過業(yè)務(wù)規(guī)則、預(yù)警規(guī)則的定制，及時(shí)對異常、違規(guī)、投機(jī)等現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)而為規(guī)范項(xiàng)目工程提供依據(jù)，保質(zhì)保量地完成每個(gè)項(xiàng)目工程。同時(shí)，將風(fēng)險(xiǎn)管控融入到3D模型中，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。例如隧道的監(jiān)控量測變形異常，達(dá)到報(bào)警級別，3D模擬圖形中相應(yīng)的工作面位置會(huì)不停的閃爍，提示用戶此處存在風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警信息，用戶點(diǎn)擊可進(jìn)一步點(diǎn)擊查看詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)管控信息以及變形趨勢分析圖等，便于用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并作出決策。圖17為變形點(diǎn)趨勢圖。

4)在線網(wǎng)頁瀏覽3D模型操作。實(shí)現(xiàn)了放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、平移等操作和構(gòu)件名稱的自動(dòng)顯示和隱藏，最大亮點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了工程施工作業(yè)面的一鍵自動(dòng)切換查看功能，用戶能第一時(shí)間查看某工程模型中某個(gè)構(gòu)件或施工面的施工進(jìn)展情況，給用戶更加直觀、便捷的體驗(yàn)。

5)工程量管理與統(tǒng)計(jì)。工程量是以價(jià)值計(jì)量單位對項(xiàng)目各分項(xiàng)或構(gòu)件的實(shí)際產(chǎn)值的量度和表示。通常以元為計(jì)量單位，以施工材料(如鋼筋、水泥、挖土石方、填土石方等)在施工過程中消耗、發(fā)生的實(shí)際數(shù)量為依據(jù)，與材料單價(jià)相乘后，分類匯總計(jì)算產(chǎn)生，數(shù)據(jù)填寫后，自動(dòng)根據(jù)工作面、分項(xiàng)工程、項(xiàng)目部、項(xiàng)目逐級匯總產(chǎn)值，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理和自動(dòng)化匯總分析。系統(tǒng)重點(diǎn)綜合了12類工程的施工專業(yè)特點(diǎn)，包括明/暗挖隧道、TBM/盾構(gòu)隧道、橋梁、涵洞、路基、排樁/放坡/蓋挖/房建基坑、出入口和站場等，建立了較為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理和自動(dòng)化匯總數(shù)據(jù)報(bào)表，替代了日常工程項(xiàng)目生產(chǎn)信息報(bào)表上報(bào)式的業(yè)務(wù)模式，同時(shí)系統(tǒng)一律采用表單式數(shù)據(jù)錄入模式，操作簡單，降低了工作壓力，提高了工作效率。其中，工程項(xiàng)目實(shí)物量、工程量數(shù)據(jù)的管理均采用設(shè)計(jì)、計(jì)劃、實(shí)際的管理模式，以工程量數(shù)據(jù)管理為例，用戶只需將本工程的工程量設(shè)計(jì)清單錄入1次，在錄入工程量計(jì)劃和實(shí)際完成數(shù)據(jù)時(shí)，就可以直接將設(shè)計(jì)清單細(xì)目復(fù)制，再以表單的方式整體修改、編輯，不必再重新錄入清單細(xì)目，系統(tǒng)將自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)出結(jié)果，極大地提高了工作效率，詳見圖18—21。

6)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)匯集并整合了企業(yè)工程項(xiàng)目管理部門數(shù)據(jù)類型，建立了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化格式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的上傳及統(tǒng)計(jì)分析的口徑一體化，并擴(kuò)大了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用的廣度及深度;同時(shí)，為工程企業(yè)整體信息化平臺打下了良好的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。

7)數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)結(jié)合項(xiàng)目部端的工作環(huán)境及應(yīng)用特點(diǎn)，提供了項(xiàng)目端在下載項(xiàng)目數(shù)據(jù)及上報(bào)項(xiàng)目工程進(jìn)度數(shù)據(jù)時(shí)，“一鍵式”數(shù)據(jù)傳輸功能，即系統(tǒng)自動(dòng)把項(xiàng)目部數(shù)據(jù)直接上傳，匯總到服務(wù)器端，不需要公司端任何操作，并且能快速查詢出哪些項(xiàng)目部沒有上報(bào)數(shù)據(jù)，滿足公司端管理的需要，如圖22所示。

8)統(tǒng)計(jì)報(bào)表導(dǎo)出。系統(tǒng)提供一致化的報(bào)表功能，報(bào)表類別多種，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完全滿足現(xiàn)有工作需要。報(bào)表的出具是一鍵式，能大大提高整體工作效率，以前往往需要幾天時(shí)間統(tǒng)計(jì)生成報(bào)表，現(xiàn)在可以直接導(dǎo)出所需要的6大類報(bào)表，見圖23和圖24。

圖14 橋梁施工3D模型圖Fig.14 3D model of bridge construction

圖15 路基施工3D模型圖Fig.15 3D model of subgrade construction

圖16 涵洞施工3D模型圖Fig.16 3D model of culvert construction

圖17 變形點(diǎn)趨勢圖Fig.17 Deformation point chart

9)權(quán)限管理。系統(tǒng)除了提供菜單級別權(quán)限控制，還提供按鈕級別權(quán)限控制，即哪些人可以增加，哪些人可以修改，哪些人可以刪除，可以根據(jù)不同需要作不同設(shè)置［7］。

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對施工企業(yè)各工程生產(chǎn)信息精細(xì)化管理和自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)分析的同時(shí)，可基于日常工程進(jìn)度數(shù)據(jù)，自動(dòng)即時(shí)生成所承建工程的3D模型圖，直觀、實(shí)時(shí)、自動(dòng)的展示所承建工程的生產(chǎn)進(jìn)度情況及相關(guān)生產(chǎn)信息，使施工企業(yè)對工程生產(chǎn)信息的管理達(dá)到三維可視化。

2 系統(tǒng)的特點(diǎn)

1)融合了3D技術(shù)與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“以工程進(jìn)度為核心，以3D平臺為載體”的整合。

2)打通了施工企業(yè)進(jìn)度管理的各環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建出了工程施工進(jìn)度的全生命周期全景。

3)以需求為導(dǎo)向，服務(wù)于施工企業(yè)工程管理部門的全局用戶。

4)自動(dòng)的、可判斷的數(shù)據(jù)處理，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

5)形象、生動(dòng)的展示形式，更直觀的詮釋數(shù)據(jù)信息。

6)報(bào)警和預(yù)警提醒功能，有效識別工程施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)情況。

7)簡單、便捷、友好的操作界面，易于學(xué)習(xí)掌握。

圖18 各項(xiàng)目某月實(shí)物量完成情況Fig.18 Working volume of each project fullfilled in a month

圖19 各項(xiàng)目某月產(chǎn)值完成情況Fig.19 Production value of each project fullfilled in a month

圖20 某項(xiàng)目工作面產(chǎn)值完成情況Fig.20 Production value at a working face fullfilled in a month

圖21 各項(xiàng)目產(chǎn)值情況Fig.21 Production value of each project

圖22 數(shù)據(jù)傳輸Fig.22 Data transmission

圖23 各項(xiàng)目施工計(jì)劃Fig.23 Construction plan of each project

圖24 各項(xiàng)目施工進(jìn)度日報(bào)Fig.24 Daily report of construction progress of each project

3 系統(tǒng)的應(yīng)用效果

系統(tǒng)經(jīng)在北京地鐵六號線一期項(xiàng)目、仁赤高速公路項(xiàng)目及山西中南部鐵路通道項(xiàng)目的試運(yùn)行、實(shí)踐應(yīng)用，效果較好，有效地降低了人力、物力資源，并有如下應(yīng)用效果:

1)打通施工企業(yè)工程施工進(jìn)度管理業(yè)務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，消除信息孤島，規(guī)范了業(yè)務(wù)口徑;

2)極大地?cái)U(kuò)大了施工企業(yè)工程施工數(shù)據(jù)應(yīng)用的廣度和深度，全面提升了決策能力和決策效率;

3)建立了高效的數(shù)據(jù)交換通道，加強(qiáng)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)互通共享、上下級間業(yè)務(wù)協(xié)同;

4)動(dòng)態(tài)、三維的數(shù)據(jù)發(fā)布，提升了施工企業(yè)對業(yè)務(wù)的分析及處理能力;

5)建立了工程信息資源標(biāo)準(zhǔn)，全面提升和優(yōu)化了施工信息化整體環(huán)境。

4 結(jié)論與體會(huì)

生產(chǎn)信息三維管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于日常工程生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)自動(dòng)生成直觀、動(dòng)態(tài)的3D工程模型來展示工程項(xiàng)目生產(chǎn)相關(guān)信息的目標(biāo)。運(yùn)用該系統(tǒng)模擬再現(xiàn)的三維環(huán)境，能方便、實(shí)時(shí)、快速地按照空間位置，形象、直觀、準(zhǔn)確、可視化地展現(xiàn)、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析管理工程生產(chǎn)信息;借助該系統(tǒng)，施工管理者能夠直觀、便捷、可視化掌握工程實(shí)施過程中存在的問題，大大提高對工程建設(shè)狀況的感知能力。

未來的生產(chǎn)信息管理技術(shù)發(fā)展方向是更加信息化、更加高效化和更加直觀化。生產(chǎn)信息三維管理系統(tǒng)在施工企業(yè)信息化管理方面具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值，然而著眼未來，該系統(tǒng)要改變傳統(tǒng)軟件帶給人的固有工作慣性，還需不斷摸索前進(jìn)，通過局部應(yīng)用帶來效益和效率提高后，再實(shí)施全面推廣。

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