一、项目管理背景分析

（一）适应时代发展趋势，加快企业数字化转型

当前，经济全球化进入新时期，以工业互联网、电子商务等产业为代表的数字经济已上升为国家战略，成为拉动经济增长的重要引擎和产业升级的重大突破口。总的建设工程项目管理主要是依靠以人为中心，耗费的人力成本过于复杂，同时这样的管理容易由于工作人员的疏忽而造成不必要的麻烦，效率低下。而实施信息管理，能够将以人为中心的管理思路转向依靠于信息技术，将管理过程作信息化处理，显著的提高建设工程的管理效率，同时能够节约相应的成本。总体看来，虽然信息管理在建设工程项目中已经取得一定成效，但依然存在一些问题，换句话说，要想解决这些问题就需要深刻的明确信息管理的意义，及时处理和传统管理过渡中存在的问题，实现信息化的建模过程。BIM(Building Information Modeling)技术已经在全球范围内得到业界的广泛认可，它可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。

（二）在工程建设过程中各阶段的数据利用率低

流程工厂的协同三方（设计、采购施工、运维）由于使用的功能性软件各不相同，设计院使用的是设计软件，工程公司常用的是工程管理软件，运维单位常用的是运维系统软件，而这些不同功能性软件之间的数据并不能共享，目前的三方协作状态可能大多通过PDF、Excel、Word等图文图档格式，这类文件多数情况下并非结构化数据，难以被利用。

（三）各参与方之间数据孤立，形成“数据孤岛”

由于三方使用的功能性软件定位不一致，所以不同功能软件之间的通信是被孤立的，比如工程建设阶段的管理软件数据信息无法加载到设计院提供的三维模型，而设计院提供的三维模型里面的设计信息工程管理软件也无法识别。例如，设计院三维设计软件生产的材料报表以纸质形式报送给施工单位，而施工单位需要手动将材料清单中非结构化数据手动转换为结构化数据，数据流转过程多为线下流转，即便手动转换完成，也无法保障数据的实时有效性。

二、工业工程数字化设计管理的内涵和主要做法

（一）搭建三维协同设计系统

1、多专业的三维设计系统

Bentley软件平台针对不同专业分别有不同的建模软件，每一个软件在建模过程中都有不同的侧重点，相互之间数据可以无缝切换。同时对基础功能模块进行保留，例如“碰撞检测”功能是经常可以用到的，因此碰撞检测需要放置在各个软件模块的底层。

2、精确三维建模，实现正向设计

与其他二维界面转三维的建模软件不同，Bentley软件是实实在在地在三维环境里进行建模，在建模视图中可以非常直观的看到三维建模结果，这样的建模环境对于设计师而言非常方便，可以直接进行正向设计。

3、协同设计平台

Bentley的管道设计和建筑结构设计模块都是使用同一个平台MicroStation，软件的语言版本和项目环境可以自由组合，因此建模的过程是实时协同工作的过程，在数据交互过程可以实现数据无损传输，提高设计质量和效率。

4、协同工作管理平台

结合协同管理平台ProjectWise可以实现对工作内容、工作标准和工作环境的统一管理，采用分布式项目部署方式，进行跨领域和项目团队的协同，实时进行沟通工作流程，对不同的参与方进行不同的权限设置，使不同地点的项目参与方好像面对面工作一样。

ProjectWise典型的三层体系结构，既提供了标准的客户端/服务器访问方式（C/S），同时也提供了浏览器/服务器访问方式（B/S），可以随时随地调用文档，使信息的交互和共享方式更加灵活，各参与方根据不同的权限，及时得到准确的工程数据。

（二）平台架构

1、系统架构

项目的参与方对项目的查看和文档的访问一般都是在不同的地理位置，因此需要分布式部署相应的服务器组件（如图1所示）。需要在另外一个地点部署相应的额网关/缓存服务器组件，与集成服务器进行通信。网关服务器作为地址转换的工具，避免了多用户利用VPN远程访问集成服务器效率不高的问题；缓存服务器主要用来缓存文件，做计划任务，利用晚上的时间将文件从集成服务器下载到本地，大大提高访问效率；集成服务器是整个ProjectWise系统的核心服务器，沟通文件服务器和数据库服务器，负责整个ProjectWise系统的管理和协调工作。

图1系统架构

2、软件架构

在软件应用过程中将软件架构分为三层，最基层是以ProjectWise为基础的协同平台，确保各个参与方可以通过不同的方式对模型信息进行查看；第二层是工作内容创建平台MicroStation，在这一平台中要针对不同的项目设置不同的工作环境和工作标准，各专业建模软件的功能模块都是在MicroStation的基础上建立延伸的，提供了统一的底层数据结构，这样做既可以实现模型的兼容又可以实现信息的无损交互；置于顶层的是各个专业应用工具软件集，其中OpenBuildings Designer是核心设计软件，主要是建筑结构专业设计，到了施工建筑阶段，它用来对设计的模型进行加工制作，以满足施工模型的需求（如图2所示）。OpenBuildings Designer涵盖了建筑（Architecture）、结构（Structural）、建筑设备及建筑电气四个专业设计模块，其中的而建筑设备又涵盖了暖通、给排水及其他低压管道的设计功能。

图2软件架构

（三）工业设计实施规划

1、需求分析

在项目开始之前，要对项目目标进行分解，分层级进行需求分析，从全生命周期的角度来考量创建的内容是否满足工程需求，根据实际情况明确各个项目要做什么、能做什么，将需求与团队实施能力相结合，达到投入产出效益最大化。

2、项目划分

整个项目使用单一模型文件进行是不太可能实现的，必须对模型进行拆分。不同的建模软件和硬件环境对于模型的处理能力会有所不同。因此完成需求分析之后，根据分析结果对项目进行划分，工业工程中模型拆分没有硬性的标准和规则，一般根据实际情况分专业或分层级进行。以OpenBuildings Designer或OpenPlantModeler为例：

（1）使用专业区域组装的模式对项目分区域建模，例如厂房专业主机间三维模型组装文件，为避免后期模型参考导致重复引用，这一层级的嵌套为0，即“无嵌套”；

（2）使用参考模型的模式对项目进行专业间模型组装，将不同专业区域的总装文件进行组装，参考嵌套设为1；

（3）全区模型组装。对各专业总装文件进行总装，实现全区模型整合，参考嵌套最多为2。

3、人员组织架构

项目划分完成后要有明确的人员组织架构,根据不同的项目划分确定不同人员的职责和工作内容，提高组织管理效率。（如图3.所示）

① BIM设计经理：全面负责设计阶段的BIM设计管理，控制设计进度及质量，与工程项目经理进行及时沟通来调整模型的创建内容，并负责对相关合作方进行沟通协调。

② BIM专业负责人：对BIM模型设计深度、进度、质量进行具体管理，负责各专业间或同专业间以及特殊工艺需求的沟通协调，按时完成现场BIM 协调任务并保证工作质量。

③ BIM各专业模型工程师：按照合同约定与规定的标准、规范和程序进行BIM模型设计与审核，并负责施工过程设计模型变更配合。

图3.人员组织架构

4、文件命名规则

设置文件命名规则的目的是为了“见名知意”，在ProjectWise平台中建立文件夹树状结构，文件夹要参考需求分析和项目划分的结果进行命名，要求层次分明结构清晰，保证各个参与方根据文件夹名称都可以快速准确地找到相应文件。文件的命名分为5部分，各部分以英文的下划线“_”为分割符号，如下所示

项目名称_专业名称_区域名称_模型划分_设计者

例如：XX钢铁项目_建筑_XX厂房_1层_XXX.dgn

5、建模深度要求

模型在创建过程中应该遵循“适度”原则，要在能够满足BIM应用需求的基础上尽量简化模型，模型过于简单不能支持BIM的相关应用需求；模型创建过于精细，不仅会浪费人力带来无效劳动，而且会降低模型运行效率。因此在创建模型钱要规定建模深度，这也使工程建设项目的各参与方能够在不同阶段描述BIM模型应当包含的内容及模型详细程度时能够使用共同的语言和相同的等级划分规范。

6、模型审核机制

成立模型审核小组，在模型创建完成后对模型的精细度和准确度进行审核，审核人员和设计人员对建筑信息模型基础数据的准确度负责，并且保存模型审核中间文档，避免后期模型使用过程中出现“扯皮”现象。模型审核机制可以大大提升建筑模型的准确性。

三、工业工程实现钢铁企业实现数字化协同设计的管理效果（一）促进两化融合进程，管理水平得到显著提升1、两化融合水平与能力评估

主要评估步骤如下：

（1） 评估个底层指标表征的水平与能力级别；

（2） 基于底层指标，通过加权求和、聚类分析等综合方法确定底层指标以上各级指标的水平云能力级别，并依此类推；

（3） 对企业在基础建设、单项应用、综合集成、协同与创新各评估方面的水平与能力级别及其相互关系进行逻辑性和合理性校验，并作出必要的调整和修正；

（4） 基于各主要评估方面的水平与能力级别，对企业量化融合发展阶段进行判断，得到水平与能力的总体评估结论。

图4.两化融合水平与能力评估曲线

2、效益与效能评估分析

主要评估步骤如下：

（1） 根据竞争力、经济和社会效益的当前水平，与国内平均、国内先进和国际先进分别进行对比，确定效能与效益评估各底层指标的水平层次；

（2） 基于各底层指标水平，通过家全球和、聚类分析等综合方法确定底层指标以上各级指标的水平层次，并以此类推；

（3） 对企业在竞争力、经济和社会效益等方面的水平层次及其相互关系进行逻辑性和合理性校验，并作出必要的调整和修正；

（4） 基于竞争力、经济和社会效益等方面的水平层次，对企业两化融合效能和效益总体水评层次进行半盘，得到效能与效益评估结论。

图5.效益与效能评估分析曲线

（二）构建了协同管理平台，经济效益大幅提升

（1） 在信息化模型的基础上，供应端、制造端之间的信息接入与共享，售后服务的快速响应，形成企业级信息资产；

（2） 通过统一的数据规范和规则约束信息，提高数据质量，减少信息二次整理的资金和人力投入；

（3） 智能三维模型直接应用于工厂运行、维护数字化应用，可减少运维期数字化工厂建立的3D模型重建的资金和人力的投入；

（4） 数字化移交的方式可提升信息移交的过程管理能力，实现数字化的沟通，降低沟通成本50%；

（5） 施工模拟辅助纠偏，可以将施工阶段可能遇到的问题前置解决，施工阶段的工程变更可减少约30%。

图6.协同管理平台

（三）引领了行业转型升级，社会效益显著提升

通过数字化和BIM技术的应用，最终形成适应于企业自身的协同设计管理平台。在与社会各阶层、业主方等项目各参与方对接时，可以非常形象直观、三维一体、透视化、多角度化、实时的基于设计成果进行沟通，有效降低项目各参与方之间的沟通成本。对于设计阶段，各专业设计人员可以基于同一个设计模型进行设计，及时优化各专业的设计成果，特别是专业间协同可以及时发现设计过程中存在的问题，可以有效提高各专业之间的工作效率和设计质量；对于业主而言，可以更早获得可靠的成本估算，从设计阶段就可以介入控制成本，透过协调和预先设计减少现场人力时间，同时可以帮助导出生命周期内相应的设备信息进行维护和优化。协同管理平台、BIM技术的应用对提升企业核心竞争力、实现项目各参与方协同、优化整合共享资源、提升企业精细化管理水平，对促进数字化转型、工业化与数字化融合、加快产业升级、推动企业高质量发展具有非常重要的意义。