基于信息技术的建设项目生命周期管理

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[摘要]本文针对建设项目生命周期管理的信息化问题，提出了生命周期总成本控制原列和信息归一原则，介绍了应用计算机模拟技术进行生命周期性能预测的方法，描述了以建设项目为对象的生命周期信息管理的结构，勾画出应用信息技术进行建设项目生命周期管理的轮廓。

[关键词]建设项目管理  生命周期性能设计  信息技术   

建设项目生命周期是指建筑物从勘测、设计、施工．经使用、管理、维护阶段，最终被废弃或再生利用的全过程。对建设项目生命周朔进行全程管理，其主要目的在于使建筑物满足使用要求的同时，尽量降低成本，从质量和经济性两方面寻求最佳干衡点。建设项目的生命周期成本可以分为初始成本和运行成本，初始成本包括从项目开始到建成完工的勘测、设计、施工、材料、监理等费用，运行成本则包括交付使用后的管理、维持、维护、维修等费用。随着对保护环境重视程度的提高，除了在以上的初始成本和运行成本里计入环境影响费用(如建设垃圾的处理费用、使用中的能耗等)以外，建筑物由于耐久性能不够导致提前退出服役期，而产生的垃圾等对环境的影响都会带来很大的开销。因此，对于建设项目业主来说，其利益的体现将不再局限于韧始的建筑过程，还应考虑到完工后的使用过程。这就得要针对建设项目的全生命周期进行管理。   

随着信息技术在建设领域得到越来越广泛的应用，建设项目生命周期管理也开始从概念进入了实际操作阶段。比如在设计上引入三维对象设计方法、在计算机中直接建立包括三维模型在内的设计对象，与施工阶段和试用期的维护阶段共享建设项目的数字化信息，这些不仅为修改设计提供了方便，还为试用期的维护和管理提供了真实可靠的依据。又例如在设计上采用非线性有限元计算模拟技术，对建筑物的经时劣化和生命周期中的地震破坏进行评价，在设计阶段就可以针对建筑物未来的维修加固费用和环境负荷进行预测，达到对建设项目的全过程管理的目的。本文将结合建设项目生命周期管理的基本原则，着重介绍生命周期性能预测技术和生命周期信息管理的结构，勾画出应用信息技术进行建设项目生命周期管理的轮廓。

1 建设项目生命周期管理的原则

1．1  生命周期总成本控制原则(Life Cycle Cost Control Principle)   

建设项目初始阶段．通常要针对其规模、结构形态和相应的建设剪用进行详细的分折比较。但是对于业主持别是公共设施的业主来说，建设费用仅仅是冰山露出水面的一角，建筑物使用过程中的维护管理、维修加固以及最终的废弃拆毁都需要使用大量的资金。这样在初期建设费用之上加上建筑物生命周期可能花费的所有费用就称为生命周期总成本，如下式：   

LCC=C(i)+C(r)+C(m)+C(l)+C(f)+C(a)   

LCC：生命周期总成本(Life Cycle Cost)   
C(i)：初始成本(Intial Cost)，建设费用   
C(m)：维护管理成本(Mantaining Cost)   
C(r)：运行成本(Running Cost)   
C(l)：损失成本  (Losing Cost)   
C(f)：维修加固成本(Fixing Cost)   
C(a)：拆员废弃成本(Abandon Cost)   

将生命周期总成本与商业计划中的收益进行比较，就可以判断本建设项目的可行性和回报率。   

以建筑物抗震设计为例，由于地震使建筑物破坏，业主或使用者遭受的直接或间接的经济损失将计入C(l)，对受损建筑物进行修复的费用将计入C(f)抗震性能高的建筑物．初始建设费用也许简一些，但是可以降低生命周期中国地震受强而产生的其他成本，从而降低生命周期总成本。在建筑物生命周期中，除了象地震这样的突发损失以外，还存在建筑顿随时间劣化而引发的维修费用，建筑物在运行过程中的空调、取暖、照明及其他运行费用等，都可以通过在设计阶段的考虑达到尽量节省的目的。参照生命周期成本进行规划和管理示意，见图1。  

生命周期总成本控制的原则，还需要配合环境影响最小的条件。随着对环境保护认识的不断提高，建设项目的规划和管理必须满足可持续发展的要求。建设项目从初期到运行、最后拆毁废弃的所有环境负荷也都是可以象计算成本一样进行计算，比如计算建筑物生命周期中的CO(2)排出总量．还有产出的垃圾总量等。实际上随着环保规定的细化，将环境负荷换算成金钱费用，即可并人生命周期总成本的计算中。

1．2信息归一原则(Single Pocket Principle)   

建设项目生命周期是指建筑物从勘测、设计、施工、使用、管理、维护的各个阶段特产生大量的信息，包括技术文件、施工图纸、合约、订单、核定单及各种表格。现实中即使制图是采用CAD等数字手段，信息传递的载体还是由纸来承担，这样每个阶段传递给下一个阶段的信息很难直接再利用，而且这些信息的制作和使用会牵扯到各个方面和部门；链状的传递系统难免会造成信息的延误、缺损甚至是丢失。据统计，美国每年6500亿美元的建筑投资中，无效率、错误与延迟浪费掉2000亿美元。而且参加建设项目的各个公司和部门必须建造仓库储存这些文件，使用快递等手段采买现信息的传递。比如FedEx的统计表明，每年在美国运送蓝图的费用简达5亿美金。   

现在的因特网环境和数据库技术则为上述问题提供了有效的解决方法。如果勘测、设计、施工、使用、管理、维护的各个阶段特产生的技术文件、施工图纸、合约、订单、核定单及各种表格都统一存储在基于网络环境的数据库中，则可以使文件信息供需要的人随时使用。由于在同一数据库中信息的唯一性，能保证在任何时刻、所有人看到的文件包含工程图、材料表等，都是一致的。由于在数据库中很容易实现对各种文件进行送审追踪，因而可以有效缩减因为各种错误造成的投资浪费。由于任何文件都可以在线共享和公开，建设项目每一个环节产生的信息应该能够直接作为下一个环节的工作基础，可以做到无缝连接。这样的体系才能提供建设项目生命周期的规划和管理。

2  着眼于建设项目生命周期管理的性能设计方法   

建设项目生命周期起源于对项目的合理规划和选择。由于生命周期中的未知条件很多，在项目的初始阶段，要对结构形态、使用材料等进行选择，针对所选择的方案进行生命周期成本估算。这就需要对尚处于虚拟状态的建筑物进行评价，通过对其材料劣化、耐久性能、抗震性能的预测，估算其运行、维护、维修等费用，进而评价其总成本，使得所选择的建设方案满足生命周期总成本最小原则。对于已建成的建筑物来说，进行生命周期管理，也需要在调查其现阶段损伤的基础上，对残余性能进行评估，对残存试用期和预计加固效果进行预测，帮助制定维护管理和维修加固计划。这种设计方法被称作性能设计方法。其中用到的关键技术，就是对建筑物的未来性能进行评价的数值模拟技术。   

通常的建设项目中采用极限状态法进行设计，由设计者设定建筑物损害极限的状态，设计方案则是要求将要建设的建筑物在生命周期中不会超过设定的极限状态。这种设计思想可以延伸为建筑物的设计和施工应满足权限状态所要求的性能。现在世界上开始采用性能设计方法(Performance Design)。比如2002年版的日本土木学会各项规范均改为性能设计规范，不再对设计和施工的细节做出规定，而是规定由业主针对建设项目的性能提出要求．设计、施工承包商则以满足这些性能要求为目标来完成建设项目。   

采用性绕设计方法的优点是设计、施工承包商将拥有更大的灵活性，不再受原有规范中详细规定的约束，这样可以积极的引进新材料、新工艺、新结构，在满足性能的前提下尽量降低成本：   

性能设计思想的另一个优点是将生命周期性能和生命周期总成本的概念明确地引入了规范之中，通过规定耐久性能和计算生命周期总成本的方式加强建设项目的生命周期管理。   

在拟定了建设项目的设计对象后，针对设计对象的结构形态和使用材料，结合生命周期中的使用环境和包括地震在内的预计荷载，利用生命周期性能预测和评价技术进行材料的耐久性预测、结构的损伤预测、针对建筑物生命周期中各个时段进行性能评价，并可进行受损后的性能恢复方案设计．进而可以做生命周期总成本估算和优化设计。图2结出了利用有限元分析，将劣化模拟和损伤模拟有机地结合在一起，综合进行耐久性评份和结构性能评价的例子。

3  建设项目生命周期的信息化管理   

在现实中信息是越来越多的，但是由于信息不衔接的原因，造成人为的信息流失，从而最终造成使用者对建筑物的实际情况不甚了解的局面，这就为维护管理增加了极大的障碍，加大了运行成本。应用信息归一原则，针对建设项目进行实体对象过程管理，从开始就将实际建筑物置换成三维对象，建设过程中的所有信息无论是添加还是修改，都针对这个唯一的三维对象进行。针对建设项目对象进行信息创建和管理的示意图，见图3。   

可以看出对于设计院，通过三维建模直接设计建设对象，不仅加快设计速度，提高准确性，更可以通过图形化的视觉效果提高对设计的理解和表达。三维对象设计的相关对象自动调整引攀还可以在局部修改后自动调整全部设计，大大提高了设计的灵活性，对修改设计迅速作出反应。设计产生的包含结构形状和材料参数的三维对象可以直接给(如有限元计算的性能)评价系统提供计算模型，大大提高性能评价和方案选择的灵活性。对于施工单位，可以直接针对设计单位提供的三维对象绘制三维施工图，在虚拟环境下进行施工实施过程演示，从而制定流畅的施工组织设计。统一的以三维对象为核心的数据流则可以提高各个阶段的工作效率，大大减少产生错误的可能性。   

本文介绍的建设项目生命周期信息化管理系统还处于发展的阶段，一方面要将已有的各种技术有机地整合到本系统中去，另一方面还要将建设项目数据库与社会、国家的数据库(如资质库、人才库、资材库、资金库等)进行有机链接和数据共享，才能最终在建设领城实现生命周期管理和可持续发展的目标。 

制图细节，而把精力主要放在了建筑方察设计上。当建筑方案完成后，设计者只需要再进行简单的定位，软件会自动完成细部的修改，这样，从方案图到施工图之间将有完美的结合。   

CAD制图是很精确的．用这种软件来实现图纸的定位和保证其精确的方式；将加大软件开发的强度和难度，但是这应该是建筑CAD的发展趋势，软件开发商不应该因为开发的难度就把困难丢给使用者。

3．2．4自定义绘图   

“自定义绘图。即采用参数化的万式，定制其基本参数，就能按照制图者的要求绘制出图形。如图4所示，绘图者可以先将这种宙画入图中，当所有布局完成后，只得修改a、b、c参数，即可将这种宙按照尺寸修改过来。

未来的建筑CAD软件大部分构件将按照这种自定义绘图的模式央设置．它不但直观、简捷，并且可以建立自己常用的图库。   

结论

笔者结合自己开发建筑CAD软件的实践，对现今流行的建筑CAD软件作了总结分析，并提出以后建筑CAD软件在二次开发过程中应该着重发展的具体方向，希望能促进建筑CAD软件的二次开发研究。