基于信息化的工程总承包建设与运维

■ 华昕设计集团有限公司 吴晓波 黄飞翔 谭云鹏

为了推动工程总承包模式的广泛应用，近年来，住房和城乡建设部先后颁布了《工程总承包管理办法》《房屋建筑和市政基础设施项目工程总承包管理办法》等多份指导性文件。这些文件的出台，不仅体现了政府对工程总承包模式的重视，也为各类型工程项目采用工程总承包模式提供了有力的政策支持。随着工程总承包业务的迅速崛起，其业务量呈现出爆发式增长，项目的规模和复杂度也在持续攀升。为满足日益增长的业务需求，参与项目管理的团队人员数量也在逐年增加。同时，政府对工程总承包业务的监管变得更加严格，这也促使设计牵头的工程总承包单位必须加强对总承包业务的规范管理，确保成本预算得到有效控制，进度、安全、质量等各方面的标准得到满足。在面临诸多挑战与机遇的背景下，工程总承包企业正努力提升整体水平，以满足日益严格的市场要求。

近年来，华昕设计集团有限公司（以下简称“华昕设计”）积极响应政策号召，大力开展以设计牵头的工程总承包业务，尤其在“十四五”期间，公司精心谋划、提档升级，通过数字赋能、建强创新平台、推进产研融合、搭建人才高地等举措，走出了一条具有独创特色的设计牵头总承包业务发展路线。现如今，华昕设计依托数字孪生、物联网以及人工智能将打造全生命周期、打造核心科技、打造数智建设三大支撑的新型总承包建设与运维模式，为“让城市更美好”的愿景落地贡献了国企的综合解决方案。本文以华昕设计承建的宜兴市工业污水处理厂建设项目为例，介绍基于信息化的建设与运维在工程总承包项目中的具体应用，希望能为行业企业依托先进的信息化技术做好工程总承包业务提供参考和借鉴。

项目概况

宜兴市工业污水处理厂建设项目设计总规模5.0×104立方米/天，近期设备安装规模2.5×104立方米/天，土建一次实施到位，设备分期安装，整体建设用地约7.7万平方米。该项目拟采用BIM技术应用贯穿设计、施工、运维的全阶段。设计阶段，采用数字化设计进行工艺比选、碰撞检查、工程量计算，提高设计成果质量；施工阶段，应用数字化、可视化技术进行三维施工总平面设计、月度施工进度模拟、机电安装施工模拟、数字化图纸会审及技术交底等，提高施工效率及施工质量；运维阶段，建立智慧运维平台，利用BIM技术对水厂运行情况进行实时管理。

工程总承包建模技术的应用

随着无人机、GIS与BIM技术的进步及相互之间的融合研究，为市政工程的建设与养护提供了更多的解决方案。基于Super Map 8c系列平台可实现三维GIS表面模型加载BIM实体模型，并通用二次开发向云端共享模型信息。BIM与GIS相结合在设计、工作协同以及运维等方面已有一定研究与进展。而以上技术的深度融合与应用平台的开发，对于高新企业依然是在探索阶段。作为江苏省内领先的城市基础设施建设综合服务商，华昕设计一直致力于为项目建设单位提供完善的整套解决方案，未来设计院的方向应从更好地服务建设单位、从建设单位的角度出发去优化现有的技术。因此，华昕设计结合公司已有的应用及无人机倾斜摄影模型、BIM模型、激光扫描模型、地理信息模型开发的轻量化平台应用场景等，进行了一系列的探索。

三维地质信息建模

三维地质信息建模技术原理

传统的地质建模是在拟建项目的红线范围内采用钻孔的方式采集地质信息，从而拟合推算出红线范围内各底层的三维空间。该方法钻点间距大，面对复杂的地质特征与地下管线情况，难以与地表三维模型相匹配。鉴于此，华昕设计凭借在无锡当地的“区位优势”，综合往期承建项目的地质特征，参考临近当前承建项目的已勘察地质数据，结合多参数置信权重分层三角网法进行建模与修正。

地质信息建模

根据上述原理，华昕设计自主研发了基于Revit的地质建模软件，根据钻孔数据自动创建地质模型，根据项目工程条件，实现开挖、地层剖切、地层属性参数查看、三维模型展示的各类功能，并能自动计算任意位置剖切、挖（填）方量。

三维地表建模

无人机倾斜摄影

伴随着无人机技术的发展，倾斜摄影技术突破了正向垂直摄影的局限性，利用具备RTK功能的无人机可实现多角度影像采集，并且无人机自带的软件可实现三维模型的建立并与地理信息相衔接。但由于倾斜影像的局部几何变形大、网平差控制点稀疏、地表附着物形状突变区域存在视野盲区等问题，单纯利用无人机自带软件建模还不足以满足设计与运维的要求。为了解决数据融合过程中点云滤波参数简化、高精度多元特征提取、激光点云与无人机倾斜影像的稳健配准与融合等主要技术问题，宜采用更高端的无人机进行，并在此基础上进行算法修正，使无人机建模与BIM模型误差减小。

典型地表附着物提取与留存

污水处理厂的各种工艺设备通常具有点、线、面等结构特征，对同一附着物的点云采集往往具有不规则、不可重复的特征，即便采用高端无人机也会影响到采集精度。为此，基于经验总结，华昕设计开发了一套地表附着物修正与参数化提取方法，首先将无人机设置回波模式为三回波，采样频率为240千赫兹，提取无人机与激光点云特征点，在Revit中根据附着物的类型建立共享参数模型；然后，结合插件Dynamo将附着物特征参数提取为csv格式，对常用特征参数可直接在Excel中进行修改，极大提高了建模效率与精度。先采用激光扫描，再进行点云拼接、格式转换识别，最后实现Revit参数化族开发。

多元模型融合与轻量化平台

随着BIM模型的精细化提升，对电脑硬件配置的需求也随之增长，这在一定程度上限制了该技术的企业推广。目前，虽然有第三方平台和Revit自带的组件可以帮助配置较低的电脑加载，但仍然难以满足某些特殊项目的特定需求。为了解决这个问题，华昕设计在深入分析大量工程实践的基础上，成功开发出一款多元轻量化平台。此平台能够实现无人机倾斜摄影模型、BIM模型、激光扫描模型、地理信息模型的融合，从而更好地满足各参建单位的需求。

智慧建设与运维

安全管理

2022年4月，住房和城乡建设部发布《房屋市政工程生产安全重大事故隐患判定标准（2022版）》，旨在指导各地开展全面排查问题隐患，扎实推进房屋市政工程安全生产治理行动，进一步凸显了安全双重预防机制的重要性。然而，目前风险分级管控、隐患排查治理机制尚不完善。在这样的背景下，工程总承包企业应当积极探索和应用新的解决方案。针对这一问题，通过大量工程实践的积累和复盘，可将无人机倾斜摄影模型、BIM模型、激光扫描模型、地理信息模型融入多元轻量化平台。多元模型融合轻量化的平台应用将有助于在污水处理厂项目中更好地进行风险评估与管控，防止潜在的安全隐患演变为重大事故，不仅可以提高项目各参建单位对安全隐患的识别和预防能力，同时也能有效推动风险分级管控、隐患排查治理机制的完善。

基于Revit开发的地质信息模型

720°云图监测

多元模型融合轻量化平台

自研污水处理厂智慧运维系统

可视化安全分级交底

以发生频率较高且危害极大的坍塌、高处坠落、机械伤害、火灾事故为对象，根据人员伤亡与直接经济损失情况，邀请本地专家与公司总工程师采用预先危险性分析法（PHA）与层次分析法对事故发生的可能性与危害程度进行分级与评价；将BIM模型与导入Navisworks中进行施工模拟，在安全交底过程中向管理人员与作业人员展示，并对易发生事故的部位与工序进行风险分级，采用不同颜色在模型中标记，使管理人员与从业人员在开展作业前有直观的认识。

GIS+BIM应急管理

在多元模型融合轻量化平台中可实现消防疏散分析，将BIM模型导入，对检查井出口、综合管廊联络通道等关键节点进行人员安全疏散的全过程进行仿真模拟，从而分析作业人员安全疏散的时间。再次结合GIS+BIM技术编制专项应急预案，实现有限空间的信息可视化管理和安全事故点对点救援，从而在安全事故发生的第一时间有序疏散、及时救援，把人员伤亡与财产损失降到最低。

动态施工管理

在施工过程中工种多、不同专业交叉作业环境复杂，总承包单位在施工阶段往往难以实现动态化关系与信息的及时传递。结合无人机+GIS+BIM平台，可实现施工情况向各参建方动态化展示，包括施工阶段、物料投放进展与动态产值情况。此外，开发中的物料跟踪与检测试验物联网功能在逐步完善，旨在规避施工过程中偷工减料与检测数据篡改，为总承包单位与建设单位提供更好的成本管理服务。

基于720°云图的动态监测

720°云图动态运维系统包括软硬件的组成、网络拓扑结构、系统功能模块以及与其他系统的接口等，可结合云计算、大数据、物联网等技术实现远程监控、实时数据采集、工艺过程模拟、优化建议等功能。运维过程中，可实现污水处理全过程的实时数据采集与监控，包括进出水水质、流量、能耗等关键指标以及泵站、反应器等主要设备的工作状态。

当出现异常时，亦可通过动态运维系统实现对污水处理过程中异常情况的实时检测与预警，通过对数据异常值的识别、分类与预测，及时发现潜在问题，为运维人员提供决策支持，确保污水处理过程的稳定运行。同时，可结合移动设备（如手机、平板电脑）随时随地访问系统，获取实时数据与监控画面，实现对污水处理厂的远程指挥与管理。此外，该系统还支持多人协同作业，有利于提高运维效率。未来，可在此基础上结合人工智能、区块链等技术，实现更加智能、高效的污水处理运营管理；拓展系统功能，整合多源数据，为环境治理和可持续发展提供更多支持。

信息化集成转型

在总承包业务的转型初期，多数单位对于工程总承包项目的管理往往还依赖于纸质文件、人员面对面的沟通以及会签流转等传统方式。然而，传统管理模式在资料收集和报表填报方面常常出现差错和矛盾，影响了项目的顺利推进。尽管有些单位会针对特定问题开发一些局部应用的软件模块，但由于开发者众多，使用逻辑难以统一，导致这些软件模块较为离散，难以形成系统化的管理。为了顺应工程总承包规范化管理的发展趋势，需建立一个统一且规范化的管理软件平台，使该平台应具备自动统计、实时管控、精确管理以及复盘分析等功能，以提升工程总承包项目的管理效率。

信息化目标

信息化平台将构建污水处理厂全生命的建设体系，打造“强监测、早预警、快处置”污水处理厂全生命周期的监测系统，充分发挥设计牵头的工程总承包技术优势，发展数字化管理，推动智慧建设，实现多专业数据融合、风险交汇分析、综合研判决策、预警应急响应、高效联动处置等功能，深化跨专业、跨部门、跨风险防控及应急处置能力，创新污水处理厂的安全管理和服务模式，使污水处理厂的建设与运维从“交钥匙”向“全生命数字化管理”转变，从“被动应对”向“主动监管”转变，提高智慧化管理水平。

信息化整合功能

工程总承包项目业务管理系统平台集成了BIM技术针对项目管理中的项目信息管理、合同管理、协同沟通、计划管理、过程记录、质量管理、安全管理、材料管理等业务进行多方的管理业务。

信息管理

信息管理依托于BIM技术，通过前期BIM设计信息集成，完成档案管理、图纸资料、模型信息集成；通过集成项目进度信息实施反馈，完成多维度的信息利用整合；通过质量安全信息集成，将项目管理全方位与BIM融合，打造数字孪生的项目管理方式，系统所见即项目管理真实场景。

合同管理

合同管理，通过大数据技术集成BIM模型信息进行项目工程算量，推算项目造价并指导合同定价。通过BIM模型信息与进度信息关联完成合同节点控制。进度管理基于BIM技术模拟施工进度，实现数字孪生，现场施工进度通过BIM三维模型实时反映，并利用AI模拟后期施工工期进展反馈施工方。过程记录将施工过程从报审至资料结算各业务流程绑定项目进度，形成项目管理数据仓库，为施工过程提供数据指导支撑。

质量管理

质量管理将BIM模型与质量分布分项信息匹配，通过构件相关信息生成质量检查方案，将质量检查信息反馈至BIM模型，从数字模型至数字档案全面地对项目质量内容进行管理。

安全管理

安全管理通过现场将安全信息档案上传云端与BIM模型进行信息关联，将数字档案与数字模型关联互通，实现了数字档案与数字模型之间的关联与互通，可做到实时更新数字档案中的数据，确保信息的准确性和时效性；将现场安全信息与建筑信息模型相关联，实现信息的互通与共享，并进一步强化了识别潜在的安全隐患和管理漏洞，为持续改进安全管理提供有力支持。

材料管理

通过BIM模型信息对材料设备的管理进行优化，利用二维码的形式进行区分整理并与BIM模型对应，利用二维码对器具的管理，对物料的出库入库、申请人、使用部门、使用数量等相关数据都可以及时有效记录。

基于以上信息技术在整合、数据共享方面的价值和优势，可以提高施工管理水平、基于BIM实现可视化交底、设计优化，从而实现总承包项目在施工阶段成本、进度、安全、质量动态集成化、精细化、智慧化管理。通过这个平台，旨在为总承包单位的总院、各分院以及相关职能部门提供一个协同工作的环境，使各部门能够更加高效、准确地参与到工程总承包项目的管理中。

结语

设计牵头的工程总承包管理模式综合了设计与施工行业的优势，通过整合无人机倾斜摄影模型、BIM模型、激光扫描模型、地理信息模型，可实现城市道路三维地质信息模型、三维地表模型与BIM模型智慧化融合。采用自研信息化管理平台，可实现以上技术对进度、成本、质量、安全、物资、合同等管理内容进行全生命周期监控，从而借助信息化手段解决“管理紊乱、成本失控、工期延误、质量缺陷”等诸多问题。设计牵头的总承包单位能够更好地结合现有信息化优势，为建设单位提供更完善的一站式技术服务，确保项目的顺利实施。