李勇 薛东升 鞠文杰 孙超 率鹏(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

1 研究背景

随着近年信息化、数字化、大数据、云存储等计算机技术的飞速发展，给各个行业带来了极大的便利，尤其是在工程建设行业受计算机影响较大。随着海洋工程项目的施工工作量日趋扩大化以及技术复杂化，对于项目管理也带来巨大的挑战，为了能够更好地应对项目管理的工作，行业内将工程建设行业和计算机专业相结合，从而引出了4D可视化管理技术。通过先进的项目管理技术，提高整个项目管理的水平，利用先进的信息科技化技术进步提升项目管理效率，降低项目成本。

2 什么是4D可视化管理

最初的可视化项目管理是基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)和项目实施过程相互融合，将整个项目开展的时间维度融入到建造信息模型中，形成了项目的施工计划和项目的三维模型紧密衔接，将项目或者某一单体3D模型以动态形式展现出现，形成动态的可视化模型。同时在3D单体模型的框架基础上，附加设计、采办、建造、后调试等阶段过程中的相关参数信息，如物资、人力、资源、大型机械设备、施工机具、成本等相关信息，将形式复杂、标准极高的项目直观展现，为项目管理人员提供决策依据，形成4D可视化管理(见图1)[1、2]。

图1 4D可视化模型建立

3 4D可视化管理的目标

作为一项投资规模大，项目复杂度高的海洋工程项目，工程建设阶段将是大范围、多层次的系统工程，需要及时、准确的信息交互、协调和沟通。本文旨在建立一套符合海洋工程项目管理需要的可视化管理系统，将设计、采办及材料、建造、调试等模块施工阶段与4D技术、计算机虚拟现实技术、工程数据库等相结合，实现项目动态管理过程，并与分包商、业主方、监督方协同工作，将进一步促使海洋工程项目工作有序推进，使项目的工程建设水平和项目管理水平提高到一个新的高度。同时可以实现业务的动态、透明、可追溯管理。[1、3、5]

4 4D可视化管理在海洋工程项目的开展应用

海洋工程项目是依靠信息最多的工程行业之一，项目施工的过程也比较长，一般的项目从设计开始到机械完工，通常需要两三年的时间，需要项目信息各种各样，且信息量比较大。对于公司决策方以及项目管理方都需要及时、直观、准确了解相关信息。以下从几个方面阐述4D可视化管理在海洋工程项目的应用。

4.1 施工场地的3D布置

与其他工程项目不同，海洋工程项目对场地的布置要求极为严格，海洋工程石油平台的规模基本上都在一万吨左右，并且在同一块施工场地和滑道上存在几个同时施工的模块。鉴于大型单体模块后期需要进行拖拉装船以及海上安装，存在模块施工顺序问题，对于场地的布置需要统筹提前进行布置规划。在进行施工场地3D布置，需要利用详设设计阶段的3D实体模型，同时考虑后续施工方案和施工计划、工序，在施工现场平面和空间进行周密规划和合理布局。除了考虑到单体模型3D的布置，还需要考虑到单体建造过程中配套设施布置，比如油漆间、预制间、组装间的布置，大型履带吊机具的运输路线，后续拖拉装船和调试的施工机具摆放位置，模块上大型设备吊装路径等。施工场地3D模型的布置合理，可以确保后续4D可视化管理系统的建立，同时根据后续施工进展的变化调整，随时对场地3D布置进行更新，保证对模块单体和设施规划的合理性，为项目前期决策提供有力支持。

4.2 3D单体模型与项目计划的双向链接

4D可视化管理体系建立的基础就是3D模型和项目计划。4D可视化系统管理中的3D模型，不同于传统的模型，需要将将模型中的杆件进行细化并制定一定的编码规则，赋予杆件相对于的属性，比如海洋石油工程中石油平台结构片，需要将其中一个组合梁细化成上翼板、腹板、下翼板，同时赋予对应的编码，这样从项目最初设计图纸、物资料单生成、料单采办、后续建造施工、质检跟踪均可以跟踪到该编码，并且该组合梁相对应的设计计划、采办计划、建造计划、质检计划均可以进行编制。当项目管理人员在3D模型中输入编码，对应的图纸、料单来源、项目计划均可以体现出来。通过研究3D模型与施工进度、施工机具资源、材料的供给和需要，并制定时间-空间-数量的关系和规则以及动态规律，从而将3D模型和项目计划融合起来，建立起4D模型。在这个4D模型平台上，不同专业模型设计工程与项目参与方、各阶段计划工程可以利用该平台进行推演项目实施过程，更加直观、有效地发现项目实施过程中可能存在的交叉冲突问题，避免了传统项目管理过程中的各专业施工干涉、项目组织和管理不健全带来的认识偏差、计划编制不直观、抽象的缺点。

4.3 4D模型实时动态模拟

4D动态模拟是将3D模型附加在时间维度上，4D动态模拟形象地反映了施工过程和场地状况 ，而且模拟过程是可逆的，既可以按照项目计划正顺序模拟，又可以按照项目计划倒序模拟。而4D实时动态模拟的模型与4D模拟不同在于，前者需要建立在项目实际施工过程中数据收集。根据项目前期相关建模信息要求，通过协同项目不同阶段作业方，将设计、采办、建造等施工现场已完成的数据进行收集，录入4D可视化实时模型中去，数据采集主要是依靠现场的施工日报、周报、月报、采办进展跟踪等。通过对4D模型实时查看，可以很容易的发现单体模块已经完成的作业内容。同时并将相关施工作业划分WBS和权重，直接技术算出项目的实际进度。在单体模型中将计划完成作业、实际完成作业、未按计划完成作业标记不同颜色，较为直观的展现项目的施工进展状态。同时，根据模型中未按照计划完成作业的杆件附件的相关参数信息，查看导致施工作业落后的原因，是因为图纸未按计划出图，还是因为物资未按时到货或者建造施工现场缺少人力、机具等原因。结合查找出来的原因，及时进行反馈到各阶段作业方(如图2)。

图2 基于实时施工动态4D模型

通过将4D模型中完成作业作为后续项目施工作业以及计划的基础，及时更新施工计划，并将制定的项目施工计划与3D模型相结合，形成新的4D模型，作为指导后续施工作业的依据。同时4D实时动态模拟模型可以实现设计、采办、建造、调试等各个施工阶段信息共享平台，只需点击4D可视化管理平台上相关杆件信息，对应的设计图纸编号、设计料单、出图时间、采办进展状态、到货状态、现场施工状态均可呈现出来，以便业主房、总包方、分包商以及第三方及时查看了解项目信息。

4.4 4D衍生管理信息系统

在4D可视化管理系统中，除了可以实现场地的3D布置、3D模型和计划的双向融合、4D的实时 动态模拟，还可以根据杆件附属的参数信息，建立起其他管理信息系统，比如材料管理系统、建造跟踪系统、焊接跟踪系统、完工调试系统，通过建立这些4D衍生管理信息系统，使用4D可视化平台共享的信息更加全面的涵盖项目的施工信息。下文将对衍生的管理系统依次进行介绍。

5 4D可视化管理的优势

(1)提高项目管理水平，该系统需项目所有部门参与合作，数据统一整合汇总，对管理人员提出了更高的要求，有利于提高整体水平。

(2)提高数据的真实可靠性，数据每天由基层填报，管理部门核实或抽查，避免了以前凭空编造的情况。

(3)数据汇总分析快捷，系统运算可靠安全，避免了手工计算经常出错的情况。

(4)方便数据积累，通过一定时间的积累，通过整理分析，可以编制出切合实际的工时定额。

(5)集成三维模型和P6、采办、材料跟踪、建造跟踪、完工调试等系统 ，建立可视化智能生产管理平台，在项目执行过程中基于现有项目状况推演不同项目执行方案选择最优执行。

6 结语

通过本文中4D可视化管理模式的介绍，可以发现可视化技术在海洋工程项目具有较大的优势，其不仅可以进行施工场地3D布置，还可以进行4D模型实时动态模拟，将项目整个施工进行精准的呈现出来，项目管理人员可是直观的了解项目在某一时间的进展状态。同时借助4D可视化衍生的管理系统，能极大地收集项目信息，建立信息共享平台，提高各方沟通效率和决策水平，缩短项目施工工期，降低项目运行成本。这是企业走向国际化的一种重要途径，也是海洋工程EPCI总包模式下必备的管理模式。