基于信息技術的建設項目生命周期管理

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[摘要]本文針對建設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，介紹了應用計算機模擬技術進行生命周期性能預測的方法，描述了以建設項目為對象的生命周期信息管理的結構，勾畫出應用信息技術進行建設項目生命周期管理的輪廓。

[關鍵詞]建設項目管理  生命周期性能設計  信息技術   

建設項目生命周期是指建筑物從勘測、設計、施工．經(jīng)使用、管理、維護階段，最終被廢棄或再生利用的全過程。對建設項目生命周朔進行全程管理，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，從質量和經(jīng)濟性兩方面尋求最佳干衡點。建設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、維修等費用。隨著對保護環(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導致提前退出服役期，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，還應考慮到完工后的使用過程。這就得要針對建設項目的全生命周期進行管理。   

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

1 建設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)   

建設項目初始階段．通常要針對其規(guī)模、結構形態(tài)和相應的建設剪用進行詳細的分折比較。但是對于業(yè)主持別是公共設施的業(yè)主來說，建設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)，建設費用   
C(m)：維護管理成本(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)計劃中的收益進行比較，就可以判斷本建設項目的可行性和回報率。   

以建筑物抗震設計為例，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)濟損失將計入C(l)，對受損建筑物進行修復的費用將計入C(f)抗震性能高的建筑物．初始建設費用也許簡一些，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、取暖、照明及其他運行費用等，都可以通過在設計階段的考慮達到盡量節(jié)省的目的。參照生命周期成本進行規(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)境保護認識的不斷提高，建設項目的規(guī)劃和管理必須滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。建設項目從初期到運行、最后拆毀廢棄的所有環(huán)境負荷也都是可以象計算成本一樣進行計算，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)定的細化，將環(huán)境負荷換算成金錢費用，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)   

建設項目生命周期是指建筑物從勘測、設計、施工、使用、管理、維護的各個階段特產(chǎn)生大量的信息，包括技術文件、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，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，每年在美國運送藍圖的費用簡達5億美金。   

現(xiàn)在的因特網(wǎng)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫技術則為上述問題提供了有效的解決方法。如果勘測、設計、施工、使用、管理、維護的各個階段特產(chǎn)生的技術文件、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，建設項目每一個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息應該能夠直接作為下一個環(huán)節(jié)的工作基礎，可以做到無縫連接。這樣的體系才能提供建設項目生命周期的規(guī)劃和管理。

2  著眼于建設項目生命周期管理的性能設計方法   

建設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，要對結構形態(tài)、使用材料等進行選擇，針對所選擇的方案進行生命周期成本估算。這就需要對尚處于虛擬狀態(tài)的建筑物進行評價，通過對其材料劣化、耐久性能、抗震性能的預測，估算其運行、維護、維修等費用，進而評價其總成本，使得所選擇的建設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，進行生命周期管理，也需要在調查其現(xiàn)階段損傷的基礎上，對殘余性能進行評估，對殘存試用期和預計加固效果進行預測，幫助制定維護管理和維修加固計劃。這種設計方法被稱作性能設計方法。其中用到的關鍵技術，就是對建筑物的未來性能進行評價的數(shù)值模擬技術。   

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

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

性能設計思想的另一個優(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項目的生命周期管理。   

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

3  建設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，這就為維護管理增加了極大的障礙，加大了運行成本。應用信息歸一原則，針對建設項目進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行。針對建設項目對象進行信息創(chuàng)建和管理的示意圖，見圖3。   

可以看出對于設計院，通過三維建模直接設計建設對象，不僅加快設計速度，提高準確性，更可以通過圖形化的視覺效果提高對設計的理解和表達。三維對象設計的相關對象自動調整引攀還可以在局部修改后自動調整全部設計，大大提高了設計的靈活性，對修改設計迅速作出反應。設計產(chǎn)生的包含結構形狀和材料參數(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)境下進行施工實施過程演示，從而制定流暢的施工組織設計。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有機地整合到本系統(tǒng)中去，另一方面還要將建設項目數(shù)據(jù)庫與社會、國家的數(shù)據(jù)庫(如資質庫、人才庫、資材庫、資金庫等)進行有機鏈接和數(shù)據(jù)共享，才能最終在建設領城實現(xiàn)生命周期管理和可持續(xù)發(fā)展的目標。 

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

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，但是這應該是建筑CAD的發(fā)展趨勢，軟件開發(fā)商不應該因為開發(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軟件大部分構件將按照這種自定義繪圖的模式央設置．它不但直觀、簡捷，并且可以建立自己常用的圖庫。   

結論

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