【摘要】总承包事业部作为公司新成立的部门，在面对承接的项目越来越多，每个项目都需要精细化管理的背景下，如何借用数字孪生及相关信息化手段，提升管理水平，已成为总承包未来发展需要思考的问题。本文以数字孪生为基础架构，阐述了数字孪生技术、BIM技术在总承包项目中的开发与应用方式。
【关键词】数字孪生 水利总承包 BIM 项目管理
1 背景概述
在水利工程总承包模式在水利水电行业逐渐普及的背景下，随着总承包项目的高速发展，如何在管理人员有限，项目多、范围广的现实情况下，实现降本增效、统一决策、科学管理的目标，已成为总承包未来可持续发展的关键。
引入智慧项目管理系统，借助数字孪生技术实现BIM模型与工程项目管理中进度、质量、安全等数据的互融互通，实时仿真现有工程进度和状态，实现工程管理水平的提升。
2 需求分析
2.1 需求架构图
2.2 需求详情
针对用户在PC端和移动端不同的使用特性，将需求内容分为PC端需求和移动端需求。
2.2.1 BIM轻量化管理平台
BIM轻量化技术可以使本地模型实现Web端查看、剖切、测距、漫游等，BIM轻量化管理平台将轻量化后的模型根据项目、工程、专业等进行分类和版本控制。
2.2.2 人员考勤
由于项目数量多，人员分散，工作人员的在岗时间和体温情况难以管理控制。引入人脸识别+测温考勤硬件，将考勤数据通过API接口的方式写入系统内，供管理者使用。
2.2.3 工程数字展示大屏
全面展示工程全貌，对工程的态势进行图表的展示分析，如投资态势、质量态势、进度态势等。通过BIM+GIS（影像地图+倾斜摄影）技术构建三维数字孪生体系，掌握工程进度、工程详情，以及运输车辆的运输线路等信息。
2.2.4 进度管理
为统一管理工程进度，系统将工程划分为单位工程、分部工程和单元工程，并支持录入计划开工、竣工时间和实际开工、竣工时间。将单元工程与BIM进行关联，通过BIM模型的不同着色，展示当前工程的进度情况。支持施工单位按周、月上传进度周月报。
2.2.5 质量管理
施工过程中时常会发现质量问题，系统支持相关人员拍照上传和记录问题，并将问题流转给指定下一级代办人。结合BIM对不同单元工程进行工程量预估，防止材料的浪费，降低项目成本。通过视频监控对重点工程进行监控，并集成到系统，支持查看实时视频和回放视频。
2.2.6 设计管理
对重点工程进行三维BIM展示和工艺视频展示，BIM模型支持沉浸式漫游，加强各方对工程工艺的理解，提升工程品质。
2.2.7 安全管理
通过LECS法，将危险源清单导入，将重大危险源进行标记。在施工现场遇到的安全问题支持相关人员拍照上传和记录问题，并支持将安全问题交给指定待办人，实现安全问题的闭环处理。
2.2.8 文件管理
供相关人员上传不涉密的公司规章制度、工程信息、工程照片等，实现工程信息的跨端、跨单位共享，实现Word、Excel、PowerPoin的在线查看等。
2.2.9 权限管理
由于项目涉及公司较多，系统内模块可查看、可编辑等权限需要精确到部门和个人。由于部分数据需要人工录入，难免会造成数据的误删等误操作，针对误删除的数据要支持恢复备份。
2.2.10 移动端
移动端需要支持质量问题和安全问题的上传录入，以及相关问题分配到指定责任人后，对其进行手机的消息推送。支持相关人员在移动设备查看视频监控和模型的在线查看。
3 开发架构
3.1 开发架构图
3.2 技术选型
3.2.1 前端
Web端采用阿里巴巴公司基于React.js的二次开源框架Umi开发，Umi是可扩展的企业级前端应用框架。Umi 以路由为基础的，同时支持配置式路由和约定式路由，保证路由的功能完备，并以此进行功能扩展。然后配以生命周期完善的插件体系，覆盖从源码到构建产物的每个生命周期，支持各种功能扩展和业务需求。
移动端为了适配IOS、Android、鸿蒙、H5等不同平台，选用国内开源的Uni-APP框架，Uni-APP实现了一套代码，同时运行到多个平台。Uni-APP框架使用Vue.js进行编写代码，降低了开发和学习多个平台不同代码规范的成本。
3.2.2 后端服务端
后端服务端采用阿里巴巴公司基于Koa的二次开源框架Egg.js开发，提供基于Egg定制上层框架的能力，具备高度可扩展的插件机制，并且内置多进程管理，且该框架测试覆盖率搞、安全稳定。前后端语言使用统一的JavaScript/TypeScript，实现了代码编写的无缝转换，以及函数方法库的共享。
3.2.3 数据库服务
数据库采用Oracle旗下产品MySQL，MySQL是一个关系型数据库管理系统，关系数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。MySQL速度快、体积小，源代码开放，一般中小型和大型网站的开发都选择 MySQL作为网站数据库。
4 研发重难点
4.1 BIM与GIS的结合
国内提供在线影像地图服务有天地图、百度地图、高德地图等，天地图较其他地图具有免费，高层级地图显示效果好等优势，成为该项目的首选。
BIM模型与倾斜摄影模型均需要通过轻量化处理，再通过轻量化平台提供的JavaScript接口，将BIM+GIS的场景进行加载（图4.1-1），再给予每一个模型以三维标签，通过标签的点击事件控制主视角的转变和工程信息的变化（图4.1-2）。
图4.1-1场景加载代码片段
图4.1-2三维标签加载代码片段
通过BIM+GIS技术，构建工程数字大屏，可以实现工程电子沙盘的在线演示，实现水利工程宏观上的数字孪生。（图4.1-3和图4.1-4）
图4.1-3工程数字大屏
图4.1-4工程数字大屏
4.2 工程进度数据与BIM数据的关联展示
将进度计划表中的分部工程关联BIM的文件ID和构件ID，把每个构件ID绑定预计开工、竣工时间和实际开工、竣工时间等4个字段。再将工程进度分为以下4种状态：
·提前竣工：实际竣工时间 <= 预计竣工时间
·延期竣工：实际竣工时间 > 预计竣工时间
·正在施工：实际竣工时间为空
·暂未施工：当前时间 < 预计开工时间
对以上4中状态绑定的构件ID进行分组（图4.2-1）
图4.2-1 工程进度状态分组代码片段
当点击BIM模型时，再通过BIMID调用API接口反查工程进度时间，获取当前构件的进度信息（图4.2-2，图4.2-3）
图4.2-1 工程进度BIM展示
图4.2-1 工程进度与数字大屏结合
5 结语
水利总承包事业部在公司内处在起步但高速发展的阶段，引入数字孪生信息化管理平台，不仅是管理手段的提升，更是一种全新的管理思维模式。随着管理内容的不断深化，管理的需求与系统功能的优化相辅相成，以优化流程、提升人效、降低成本为目标，实现对项目管理总承包全生命周期的信息化。
【作者简介】
许洪健，男，1994年1月，工程师，水利信息化研究，17621779756，420958126@qq.com