基于信息技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目生命周期管理

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[摘要]本文針對(duì)建設(shè)項(xiàng)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(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行生命周期性能預(yù)測(cè)的方法，描述了以建設(shè)項(xiàng)目為對(duì)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(xiàng)目生命周期管理的輪廓。

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

建設(shè)項(xiàng)目生命周期是指建筑物從勘測(cè)、設(shè)計(jì)、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(duì)建設(shè)項(xiàng)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(shí)，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(diǎn)。建設(shè)項(xiàng)目的生命周期成本可以分為初始成本和運(yùn)行成本，初始成本包括從項(xiàng)目開始到建成完工的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、材料、監(jiān)理等費(fèi)用，運(yùn)行成本則包括交付使用后的管理、維持、維護(hù)、維修等費(fèi)用。隨著對(duì)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(yùn)行成本里計(jì)入環(huán)境影響費(fèi)用(如建設(shè)垃圾的處理費(fèi)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(duì)環(huán)境的影響都會(huì)帶來很大的開銷。因此，對(duì)于建設(shè)項(xiàng)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(duì)建設(shè)項(xiàng)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(xiàng)目生命周期管理也開始從概念進(jìn)入了實(shí)際操作階段。比如在設(shè)計(jì)上引入三維對(duì)象設(shè)計(jì)方法、在計(jì)算機(jī)中直接建立包括三維模型在內(nèi)的設(shè)計(jì)對(duì)象，與施工階段和試用期的維護(hù)階段共享建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)字化信息，這些不僅為修改設(shè)計(jì)提供了方便，還為試用期的維護(hù)和管理提供了真實(shí)可靠的依據(jù)。又例如在設(shè)計(jì)上采用非線性有限元計(jì)算模擬技術(shù)，對(duì)建筑物的經(jīng)時(shí)劣化和生命周期中的地震破壞進(jìn)行評(píng)價(jià)，在設(shè)計(jì)階段就可以針對(duì)建筑物未來的維修加固費(fèi)用和環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，達(dá)到對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的全過程管理的目的。本文將結(jié)合建設(shè)項(xiàng)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(cè)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(xiàng)目生命周期管理的輪廓。

1 建設(shè)項(xiàng)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(xiàng)目初始階段．通常要針對(duì)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(duì)于業(yè)主持別是公共設(shè)施的業(yè)主來說，建設(shè)費(fèi)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(fèi)用之上加上建筑物生命周期可能花費(fèi)的所有費(fèi)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(fèi)用   
C(m)：維護(hù)管理成本(Mantaining Cost)   
C(r)：運(yùn)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(jì)劃中的收益進(jìn)行比較，就可以判斷本建設(shè)項(xiàng)目的可行性和回報(bào)率。   

以建筑物抗震設(shè)計(jì)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(jì)入C(l)，對(duì)受損建筑物進(jìn)行修復(fù)的費(fèi)用將計(jì)入C(f)抗震性能高的建筑物．初始建設(shè)費(fèi)用也許簡一些，但是可以降低生命周期中國地震受強(qiáng)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(shí)間劣化而引發(fā)的維修費(fèi)用，建筑物在運(yùn)行過程中的空調(diào)、取暖、照明及其他運(yùn)行費(fèi)用等，都可以通過在設(shè)計(jì)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(duì)環(huán)境保護(hù)認(rèn)識(shí)的不斷提高，建設(shè)項(xiàng)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(xiàng)目從初期到運(yùn)行、最后拆毀廢棄的所有環(huán)境負(fù)荷也都是可以象計(jì)算成本一樣進(jìn)行計(jì)算，比如計(jì)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(shí)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(fèi)用，即可并人生命周期總成本的計(jì)算中。

1．2信息歸一原則(Single Pocket Principle)   

建設(shè)項(xiàng)目生命周期是指建筑物從勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、使用、管理、維護(hù)的各個(gè)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?，F(xiàn)實(shí)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(gè)階段傳遞給下一個(gè)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(huì)牽扯到各個(gè)方面和部門；鏈狀的傳遞系統(tǒng)難免會(huì)造成信息的延誤、缺損甚至是丟失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國每年6500億美元的建筑投資中，無效率、錯(cuò)誤與延遲浪費(fèi)掉2000億美元。而且參加建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)公司和部門必須建造倉庫儲(chǔ)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(jì)表明，每年在美國運(yùn)送藍(lán)圖的費(fèi)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(cè)、設(shè)計(jì)、施工、使用、管理、維護(hù)的各個(gè)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(chǔ)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)各種文件進(jìn)行送審追蹤，因而可以有效縮減因?yàn)楦鞣N錯(cuò)誤造成的投資浪費(fèi)。由于任何文件都可以在線共享和公開，建設(shè)項(xiàng)目每一個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息應(yīng)該能夠直接作為下一個(gè)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(xiàng)目生命周期的規(guī)劃和管理。

2  著眼于建設(shè)項(xiàng)目生命周期管理的性能設(shè)計(jì)方法   

建設(shè)項(xiàng)目生命周期起源于對(duì)項(xiàng)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(xiàng)目的初始階段，要對(duì)結(jié)構(gòu)形態(tài)、使用材料等進(jìn)行選擇，針對(duì)所選擇的方案進(jìn)行生命周期成本估算。這就需要對(duì)尚處于虛擬狀態(tài)的建筑物進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過對(duì)其材料劣化、耐久性能、抗震性能的預(yù)測(cè)，估算其運(yùn)行、維護(hù)、維修等費(fèi)用，進(jìn)而評(píng)價(jià)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(duì)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(duì)殘余性能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)殘存試用期和預(yù)計(jì)加固效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，幫助制定維護(hù)管理和維修加固計(jì)劃。這種設(shè)計(jì)方法被稱作性能設(shè)計(jì)方法。其中用到的關(guān)鍵技術(shù)，就是對(duì)建筑物的未來性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的數(shù)值模擬技術(shù)。   

通常的建設(shè)項(xiàng)目中采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)者設(shè)定建筑物損害極限的狀態(tài)，設(shè)計(jì)方案則是要求將要建設(shè)的建筑物在生命周期中不會(huì)超過設(shè)定的極限狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)思想可以延伸為建筑物的設(shè)計(jì)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(jì)方法(Performance Design)。比如2002年版的日本土木學(xué)會(huì)各項(xiàng)規(guī)范均改為性能設(shè)計(jì)規(guī)范，不再對(duì)設(shè)計(jì)和施工的細(xì)節(jié)做出規(guī)定，而是規(guī)定由業(yè)主針對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的性能提出要求．設(shè)計(jì)、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(xiàng)目。   

采用性繞設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)、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(jì)思想的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jì)算生命周期總成本的方式加強(qiáng)建設(shè)項(xiàng)目的生命周期管理。   

在擬定了建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)對(duì)象后，針對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)荷載，利用生命周期性能預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行材料的耐久性預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)的損傷預(yù)測(cè)、針對(duì)建筑物生命周期中各個(gè)時(shí)段進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，并可進(jìn)行受損后的性能恢復(fù)方案設(shè)計(jì)．進(jìn)而可以做生命周期總成本估算和優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jī)地結(jié)合在一起，綜合進(jìn)行耐久性評(píng)份和結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)的例子。

3  建設(shè)項(xiàng)目生命周期的信息化管理   

在現(xiàn)實(shí)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(duì)建筑物的實(shí)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(yùn)行成本。應(yīng)用信息歸一原則，針對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)體對(duì)象過程管理，從開始就將實(shí)際建筑物置換成三維對(duì)象，建設(shè)過程中的所有信息無論是添加還是修改，都針對(duì)這個(gè)唯一的三維對(duì)象進(jìn)行。針對(duì)建設(shè)項(xiàng)目對(duì)象進(jìn)行信息創(chuàng)建和管理的示意圖，見圖3。   

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

本文介紹的建設(shè)項(xiàng)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(jī)地整合到本系統(tǒng)中去，另一方面還要將建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫與社會(huì)、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(jī)鏈接和數(shù)據(jù)共享，才能最終在建設(shè)領(lǐng)城實(shí)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(jì)上。當(dāng)建筑方案完成后，設(shè)計(jì)者只需要再進(jìn)行簡單的定位，軟件會(huì)自動(dòng)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(shí)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(qiáng)度和難度，但是這應(yīng)該是建筑CAD的發(fā)展趨勢(shì)，軟件開發(fā)商不應(yīng)該因?yàn)殚_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(shí)踐，對(duì)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。