基于信息技術(shù)的建設(shè)項目生命周期管理

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[摘要]本文針對建設(shè)項目生命周期管理的信息化問題，提出了生命周期總成本控制原列和信息歸一原則，介紹了應(yīng)用計算機模擬技術(shù)進(jìn)行生命周期性能預(yù)測的方法，描述了以建設(shè)項目為對象的生命周期信息管理的結(jié)構(gòu)，勾畫出應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行建設(shè)項目生命周期管理的輪廓。

[關(guān)鍵詞]建設(shè)項目管理  生命周期性能設(shè)計  信息技術(shù)   

建設(shè)項目生命周期是指建筑物從勘測、設(shè)計、施工．經(jīng)使用、管理、維護(hù)階段，最終被廢棄或再生利用的全過程。對建設(shè)項目生命周朔進(jìn)行全程管理，其主要目的在于使建筑物滿足使用要求的同時，盡量降低成本，從質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性兩方面尋求最佳干衡點。建設(shè)項目的生命周期成本可以分為初始成本和運行成本，初始成本包括從項目開始到建成完工的勘測、設(shè)計、施工、材料、監(jiān)理等費用，運行成本則包括交付使用后的管理、維持、維護(hù)、維修等費用。隨著對保護(hù)環(huán)境重視程度的提高，除了在以上的初始成本和運行成本里計入環(huán)境影響費用(如建設(shè)垃圾的處理費用、使用中的能耗等)以外，建筑物由于耐久性能不夠?qū)е绿崆巴顺龇燮?，而產(chǎn)生的垃圾等對環(huán)境的影響都會帶來很大的開銷。因此，對于建設(shè)項目業(yè)主來說，其利益的體現(xiàn)將不再局限于韌始的建筑過程，還應(yīng)考慮到完工后的使用過程。這就得要針對建設(shè)項目的全生命周期進(jìn)行管理。   

隨著信息技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，建設(shè)項目生命周期管理也開始從概念進(jìn)入了實際操作階段。比如在設(shè)計上引入三維對象設(shè)計方法、在計算機中直接建立包括三維模型在內(nèi)的設(shè)計對象，與施工階段和試用期的維護(hù)階段共享建設(shè)項目的數(shù)字化信息，這些不僅為修改設(shè)計提供了方便，還為試用期的維護(hù)和管理提供了真實可靠的依據(jù)。又例如在設(shè)計上采用非線性有限元計算模擬技術(shù)，對建筑物的經(jīng)時劣化和生命周期中的地震破壞進(jìn)行評價，在設(shè)計階段就可以針對建筑物未來的維修加固費用和環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，達(dá)到對建設(shè)項目的全過程管理的目的。本文將結(jié)合建設(shè)項目生命周期管理的基本原則，著重介紹生命周期性能預(yù)測技術(shù)和生命周期信息管理的結(jié)構(gòu)，勾畫出應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行建設(shè)項目生命周期管理的輪廓。

1 建設(shè)項目生命周期管理的原則

1．1  生命周期總成本控制原則(Life Cycle Cost Control Principle)   

建設(shè)項目初始階段．通常要針對其規(guī)模、結(jié)構(gòu)形態(tài)和相應(yīng)的建設(shè)剪用進(jìn)行詳細(xì)的分折比較。但是對于業(yè)主持別是公共設(shè)施的業(yè)主來說，建設(shè)費用僅僅是冰山露出水面的一角，建筑物使用過程中的維護(hù)管理、維修加固以及最終的廢棄拆毀都需要使用大量的資金。這樣在初期建設(shè)費用之上加上建筑物生命周期可能花費的所有費用就稱為生命周期總成本，如下式：   

LCC=C(i)+C(r)+C(m)+C(l)+C(f)+C(a)   

LCC：生命周期總成本(Life Cycle Cost)   
C(i)：初始成本(Intial Cost)，建設(shè)費用   
C(m)：維護(hù)管理成本(Mantaining Cost)   
C(r)：運行成本(Running Cost)   
C(l)：損失成本  (Losing Cost)   
C(f)：維修加固成本(Fixing Cost)   
C(a)：拆員廢棄成本(Abandon Cost)   

將生命周期總成本與商業(yè)計劃中的收益進(jìn)行比較，就可以判斷本建設(shè)項目的可行性和回報率。   

以建筑物抗震設(shè)計為例，由于地震使建筑物破壞，業(yè)主或使用者遭受的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失將計入C(l)，對受損建筑物進(jìn)行修復(fù)的費用將計入C(f)抗震性能高的建筑物．初始建設(shè)費用也許簡一些，但是可以降低生命周期中國地震受強而產(chǎn)生的其他成本，從而降低生命周期總成本。在建筑物生命周期中，除了象地震這樣的突發(fā)損失以外，還存在建筑頓隨時間劣化而引發(fā)的維修費用，建筑物在運行過程中的空調(diào)、取暖、照明及其他運行費用等，都可以通過在設(shè)計階段的考慮達(dá)到盡量節(jié)省的目的。參照生命周期成本進(jìn)行規(guī)劃和管理示意，見圖1。  

生命周期總成本控制的原則，還需要配合環(huán)境影響最小的條件。隨著對環(huán)境保護(hù)認(rèn)識的不斷提高，建設(shè)項目的規(guī)劃和管理必須滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。建設(shè)項目從初期到運行、最后拆毀廢棄的所有環(huán)境負(fù)荷也都是可以象計算成本一樣進(jìn)行計算，比如計算建筑物生命周期中的CO(2)排出總量．還有產(chǎn)出的垃圾總量等。實際上隨著環(huán)保規(guī)定的細(xì)化，將環(huán)境負(fù)荷換算成金錢費用，即可并人生命周期總成本的計算中。

1．2信息歸一原則(Single Pocket Principle)   

建設(shè)項目生命周期是指建筑物從勘測、設(shè)計、施工、使用、管理、維護(hù)的各個階段特產(chǎn)生大量的信息，包括技術(shù)文件、施工圖紙、合約、訂單、核定單及各種表格。現(xiàn)實中即使制圖是采用CAD等數(shù)字手段，信息傳遞的載體還是由紙來承擔(dān)，這樣每個階段傳遞給下一個階段的信息很難直接再利用，而且這些信息的制作和使用會牽扯到各個方面和部門；鏈狀的傳遞系統(tǒng)難免會造成信息的延誤、缺損甚至是丟失。據(jù)統(tǒng)計，美國每年6500億美元的建筑投資中，無效率、錯誤與延遲浪費掉2000億美元。而且參加建設(shè)項目的各個公司和部門必須建造倉庫儲存這些文件，使用快遞等手段采買現(xiàn)信息的傳遞。比如FedEx的統(tǒng)計表明，每年在美國運送藍(lán)圖的費用簡達(dá)5億美金。   

現(xiàn)在的因特網(wǎng)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫技術(shù)則為上述問題提供了有效的解決方法。如果勘測、設(shè)計、施工、使用、管理、維護(hù)的各個階段特產(chǎn)生的技術(shù)文件、施工圖紙、合約、訂單、核定單及各種表格都統(tǒng)一存儲在基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的數(shù)據(jù)庫中，則可以使文件信息供需要的人隨時使用。由于在同一數(shù)據(jù)庫中信息的唯一性，能保證在任何時刻、所有人看到的文件包含工程圖、材料表等，都是一致的。由于在數(shù)據(jù)庫中很容易實現(xiàn)對各種文件進(jìn)行送審追蹤，因而可以有效縮減因為各種錯誤造成的投資浪費。由于任何文件都可以在線共享和公開，建設(shè)項目每一個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息應(yīng)該能夠直接作為下一個環(huán)節(jié)的工作基礎(chǔ)，可以做到無縫連接。這樣的體系才能提供建設(shè)項目生命周期的規(guī)劃和管理。

2  著眼于建設(shè)項目生命周期管理的性能設(shè)計方法   

建設(shè)項目生命周期起源于對項目的合理規(guī)劃和選擇。由于生命周期中的未知條件很多，在項目的初始階段，要對結(jié)構(gòu)形態(tài)、使用材料等進(jìn)行選擇，針對所選擇的方案進(jìn)行生命周期成本估算。這就需要對尚處于虛擬狀態(tài)的建筑物進(jìn)行評價，通過對其材料劣化、耐久性能、抗震性能的預(yù)測，估算其運行、維護(hù)、維修等費用，進(jìn)而評價其總成本，使得所選擇的建設(shè)方案滿足生命周期總成本最小原則。對于已建成的建筑物來說，進(jìn)行生命周期管理，也需要在調(diào)查其現(xiàn)階段損傷的基礎(chǔ)上，對殘余性能進(jìn)行評估，對殘存試用期和預(yù)計加固效果進(jìn)行預(yù)測，幫助制定維護(hù)管理和維修加固計劃。這種設(shè)計方法被稱作性能設(shè)計方法。其中用到的關(guān)鍵技術(shù)，就是對建筑物的未來性能進(jìn)行評價的數(shù)值模擬技術(shù)。   

通常的建設(shè)項目中采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計，由設(shè)計者設(shè)定建筑物損害極限的狀態(tài)，設(shè)計方案則是要求將要建設(shè)的建筑物在生命周期中不會超過設(shè)定的極限狀態(tài)。這種設(shè)計思想可以延伸為建筑物的設(shè)計和施工應(yīng)滿足權(quán)限狀態(tài)所要求的性能?，F(xiàn)在世界上開始采用性能設(shè)計方法(Performance Design)。比如2002年版的日本土木學(xué)會各項規(guī)范均改為性能設(shè)計規(guī)范，不再對設(shè)計和施工的細(xì)節(jié)做出規(guī)定，而是規(guī)定由業(yè)主針對建設(shè)項目的性能提出要求．設(shè)計、施工承包商則以滿足這些性能要求為目標(biāo)來完成建設(shè)項目。   

采用性繞設(shè)計方法的優(yōu)點是設(shè)計、施工承包商將擁有更大的靈活性，不再受原有規(guī)范中詳細(xì)規(guī)定的約束，這樣可以積極的引進(jìn)新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)，在滿足性能的前提下盡量降低成本：   

性能設(shè)計思想的另一個優(yōu)點是將生命周期性能和生命周期總成本的概念明確地引入了規(guī)范之中，通過規(guī)定耐久性能和計算生命周期總成本的方式加強建設(shè)項目的生命周期管理。   

在擬定了建設(shè)項目的設(shè)計對象后，針對設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形態(tài)和使用材料，結(jié)合生命周期中的使用環(huán)境和包括地震在內(nèi)的預(yù)計荷載，利用生命周期性能預(yù)測和評價技術(shù)進(jìn)行材料的耐久性預(yù)測、結(jié)構(gòu)的損傷預(yù)測、針對建筑物生命周期中各個時段進(jìn)行性能評價，并可進(jìn)行受損后的性能恢復(fù)方案設(shè)計．進(jìn)而可以做生命周期總成本估算和優(yōu)化設(shè)計。圖2結(jié)出了利用有限元分析，將劣化模擬和損傷模擬有機地結(jié)合在一起，綜合進(jìn)行耐久性評份和結(jié)構(gòu)性能評價的例子。

3  建設(shè)項目生命周期的信息化管理   

在現(xiàn)實中信息是越來越多的，但是由于信息不銜接的原因，造成人為的信息流失，從而最終造成使用者對建筑物的實際情況不甚了解的局面，這就為維護(hù)管理增加了極大的障礙，加大了運行成本。應(yīng)用信息歸一原則，針對建設(shè)項目進(jìn)行實體對象過程管理，從開始就將實際建筑物置換成三維對象，建設(shè)過程中的所有信息無論是添加還是修改，都針對這個唯一的三維對象進(jìn)行。針對建設(shè)項目對象進(jìn)行信息創(chuàng)建和管理的示意圖，見圖3。   

可以看出對于設(shè)計院，通過三維建模直接設(shè)計建設(shè)對象，不僅加快設(shè)計速度，提高準(zhǔn)確性，更可以通過圖形化的視覺效果提高對設(shè)計的理解和表達(dá)。三維對象設(shè)計的相關(guān)對象自動調(diào)整引攀還可以在局部修改后自動調(diào)整全部設(shè)計，大大提高了設(shè)計的靈活性，對修改設(shè)計迅速作出反應(yīng)。設(shè)計產(chǎn)生的包含結(jié)構(gòu)形狀和材料參數(shù)的三維對象可以直接給(如有限元計算的性能)評價系統(tǒng)提供計算模型，大大提高性能評價和方案選擇的靈活性。對于施工單位，可以直接針對設(shè)計單位提供的三維對象繪制三維施工圖，在虛擬環(huán)境下進(jìn)行施工實施過程演示，從而制定流暢的施工組織設(shè)計。統(tǒng)一的以三維對象為核心的數(shù)據(jù)流則可以提高各個階段的工作效率，大大減少產(chǎn)生錯誤的可能性。   

本文介紹的建設(shè)項目生命周期信息化管理系統(tǒng)還處于發(fā)展的階段，一方面要將已有的各種技術(shù)有機地整合到本系統(tǒng)中去，另一方面還要將建設(shè)項目數(shù)據(jù)庫與社會、國家的數(shù)據(jù)庫(如資質(zhì)庫、人才庫、資材庫、資金庫等)進(jìn)行有機鏈接和數(shù)據(jù)共享，才能最終在建設(shè)領(lǐng)城實現(xiàn)生命周期管理和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。 

制圖細(xì)節(jié)，而把精力主要放在了建筑方察設(shè)計上。當(dāng)建筑方案完成后，設(shè)計者只需要再進(jìn)行簡單的定位，軟件會自動完成細(xì)部的修改，這樣，從方案圖到施工圖之間將有完美的結(jié)合。   

CAD制圖是很精確的．用這種軟件來實現(xiàn)圖紙的定位和保證其精確的方式；將加大軟件開發(fā)的強度和難度，但是這應(yīng)該是建筑CAD的發(fā)展趨勢，軟件開發(fā)商不應(yīng)該因為開發(fā)的難度就把困難丟給使用者。

3．2．4自定義繪圖   

“自定義繪圖。即采用參數(shù)化的萬式，定制其基本參數(shù)，就能按照制圖者的要求繪制出圖形。如圖4所示，繪圖者可以先將這種宙畫入圖中，當(dāng)所有布局完成后，只得修改a、b、c參數(shù)，即可將這種宙按照尺寸修改過來。

未來的建筑CAD軟件大部分構(gòu)件將按照這種自定義繪圖的模式央設(shè)置．它不但直觀、簡捷，并且可以建立自己常用的圖庫。   

結(jié)論

筆者結(jié)合自己開發(fā)建筑CAD軟件的實踐，對現(xiàn)今流行的建筑CAD軟件作了總結(jié)分析，并提出以后建筑CAD軟件在二次開發(fā)過程中應(yīng)該著重發(fā)展的具體方向，希望能促進(jìn)建筑CAD軟件的二次開發(fā)研究。