第五章 工程项目管理软件应用及前沿理论
5.1 国内工程项目管理软件应用现状
5.1.1 项目管理思想的发展
20 世纪 80 年代中期，美国项目管理学会 PMI（Project Management Institute）和国际项目管理协会 IPMA（International Project Management Association）先后提出了项目管理知识体系 PMBOK（Project Management Body of Knowledge）的理论和知识框架，PMBOK 把项目全生命周期的概念和管理过程引入系统的工程项目管理学，为建立项目全生命周期的信息处理模型提供了理论框架。
项目控制论思想产生于 20 世纪 90 年代中期的德国，与传统的工程控制思想不同，项目控制论的核心思想是项目信息处理的战略模型和结构，强调在项目信息处理基础上组织的项目总控模型。项目总控模型是由德国 Peter Greiner 提出的，是在信息化条件下的一种工程项目的管理流程和组织模型，是一种基于项目信息处理的战略结构，他在德国同意后的慕尼黑国际机场建设和铁路改造项目中成功应用。作为现代化信息技术在工程项目中的创新和应用，项目控制论为集成项目管理软件及企业级项目管理信息系统的产生提供了理论基础。
同样在 20 世纪 90 年代，项目协同学思想在美国的工程项目管理实践中产生，其核心思想是工程项目中供需方的关系（如业主和承包商、承包商和分包商、建设方和政府监管之间的关系）建立的基础应该是项目参与方共同的核心价值基础上，而不是传统的合同条款和工程计量。项目协同思想为项目建设中各参与单位之间的合作确定了新的价值理念，也为统一项目信息管理平台的建立提供了全新的思想方法。
美国项目管理学会 PMI 于 1998 年开始启动 OPM3 计划，经过五年努力，OPM3（Organizations Project Management Maturity Model,组织项目管理成熟度模型）终于在 2003 年 12 月问世。组织项目管理是指通过项目将知识、技能、工具和技术应用于组织和项目活动来达到组织目标。它将传统项目管理范畴从单一项目的成功交付扩展到了多项目组合管理，成为组织在市场环境中的一项战略优势。成熟度模型为项目管理提供了一种过程性框架，可以理解为随着时间的推移，组织的能力得到不断的提高，从而在竞争中持续获得优势。PMI 对 OPM3 的定义是：它是评估组织通过管理单个项目和组合项目来实施自己战略目标能力的一种方法，也是帮助组织提高市场竞争力的工具。作为PMI 最新发布的标准，OPM3 为组织提供了一个测量、比较、改进项目管理能力的方法和工具。不管组织是要依据标准对自己进行评估，还是要制定某种最佳的项目管理的实施计划，都可以通过 OMP3 取得掌握目前状态和获取期望目标的工具并加以检验成功与否，并使用绩效指标对实践结果进行评估，从而能够全面了解需要做什么才能完成组织目标。
项目管理在我国得到了快速的普及和发展。美国项目管理协会 PMI（ProjectManagement Institute）作为项目管理领域唯一真正全球通用的权威认证在中国国内授权了大批制定的教育机构；国际项目管理协会 IPMA（International Project ManagementAssociation）也在国内设立了专门的中国项目管理委员会，进行专业的教育培训和资格认证；国内不少管理理念超前的企业也都非常重视项目管理的应用和培训，建立了自己的项目管理系统，运用项目管理思想进行有效的管理。
5.1.2 工程项目管理软件在国内的应用
5.1.2.1 项目管理软件的应用
项目管理是动态的，需要处理大量的数据和信息，并根据数据和信息的变化不断调整项目各阶段的实施，最终实现整个项目的目标。这些具体工作的实施过程，离不开工程项目管理软件的应用，项目管理软件在工程项目管理中的应用程度反映了工程项目管理的信息化程度。
项目管理软件的应用存在两种形式：一是项目的某一个参与方单独应用项目管理软件的形式，在很多工程项目中，业主没有布置统一的项目管理软件，往往是工程的参与方单独选用适合自己使用的项目管理软件，比如谁机房采用 CAD 和概预算软件、承包商采用进度计划管理、费用管理和风险管理软件、监理方采用专门的监理软件等，这些软件可以很好的帮助参与方提高各自的工作效率，缺点是软件与软件之间不能做到完整有效的信息共享，难以形成协同化作业，容易形成信息的不一致和不完整。第二种形式是以业主为主导的统一的项目管理软件应用形式 ,在一些大型或特大型工程项目的实施过程中，业主根据自身的具体情况和工程项目的特点引进或者开发适合本项目运作的专门的项目管理软件或系统，通过软件或系统的应用，使工程项目的各个参与方成为一个有机的整体，实现了对项目的统一规划、统一标准，保证整个工程项目顺利的完成。
随着互联网技术的迅速发展、项目管理理念的不断完善，项目管理软件的功能也得到了迅速的增强，涉及的行业领域也从最初的国防、工程建设领域发展到了目前社会的各个行业。总的来说，目前各行业各种类型的项目管理软件主要功能都是围绕项目管理的总体目标来设置的，主要完成人力资源配置、进度计划、成本控制和分析、资金调配和风险识别等功能。进度管理是项目管理软件的核心功能，项目管理软件通过对实际进度和计划进度的比较，及时调整影响进度的数据信息，实施工程项目的动态管理。基于各种目标控制的工程项目管理软件在集成项目信息资源的同时，能够实现项目信息的智能联动，全方位的对工程项目的各个环节进行有效控制。
项目管理软件凭借其先进的功能、理念越来越为企业所接受。在我国新经济情况下，国内项目管理软件发展也展现出了新的趋势。首先，专业化程度越来越高。项目管理软件的应用涉及的行业领域越来越多，而且在对项目管理软件的需求方面各个行业之间上存在着不少的差别，现在市场上还没有完全适应所有行业的项目管理软件，因此，排除成本因素，针对不同项目量身定制的软件开发更受市场的欢迎；第二，项目管理软件集成化。对一些企业级项目管理来说，仅仅满足其单个项目的需求是不够的。还需要从企业经营角度出发，满足与企业整体层面的管理需求，比如人事管理、供求关系管理等等，把不同功能全完集合到一个系统平台上，而且所有功能模块的数据都是联动的，是未来项目管理软甲发展的必然趋势。
5.1.2 国内项目管理软件应用存在的问题及原因
目前在我国的国防、建筑、桥梁及水电等工程领域，通过运用项目管理软件，成功解决了很多工程项目的各种工程难题，使工程项目管理的效率得到了很大幅度的提升。
然而，我国国内项目管理自动化领域的发展正处在起步阶段，还面临着诸多问题。首先，各类工程项目管理软件的数量较多，在功能上各有不同，具体的应用效果也是良莠不齐；另外，虽然国家在宏观层面上对工程项目管理信息化的建设工作十分重视，项目管理软件的推广也在一定程度上促进了我国项目管理水平的提高，但在实际应用中还是存在不少问题。根据已有的调查统计资料，可以从以下几各方面归纳分析国内项目管理软件的应用存在的问题：
（1）固守传统的管理模式，难以形成突破性认识
由于工程项目管理软件在短期内不能带来明显的经济效益，加上对程项目管理信息化的认识不够，有些企业对于工程项目管理软件的应用缺乏重视，不愿在工程项目管理软件的应用上增加投入，在这种情况下，要把项目管理软件的应用提升为企业的主动行为难度很大。随着现代工程项目管理理论在我国的普及和工程管理实践的发展，与项目管理软件相关的管理思想和信息技术的成熟及成本下降，会使企业积极性进一步提高，意识上的问题必将得到解决。
（2）项目管理知识体系在建筑行业的普及程度不够
我国建筑领域大部分业主单位都是围绕某一个项目才组建起来的，大多数人员仅限于本职工作的专业范围，缺乏现代项目管理方面的专业知识，对整个项目管理知识体系缺乏深入的学习和了解。目前，由于知识理论的缺乏导致项目管理软件应用流于形式、甚至不但没有提高效率反而造成了不必要的人财物的浪费现象仍然屡见不鲜，严重阻碍了项目管理软件应用，也减缓了项目管理信息化建设的整个进程。基于这个问题，工程项目管理领域的各个方面的相关培训就显得额外重要，通过有效的专业培训，不但能提高软件的使用水平，充分挖掘其应用功能，更重要的是可以统一思想，使现代化项目管理思想深入人心，为推进企业信息化的建设创造基础。
5.2 建设工程生命周期信息管理（BLM）
5.2.1 BLM 提出的背景
CD（Computer-Aided Architectural Design,计算机辅助建筑设计）在建筑设计业中的应用自 20 世纪 60 年代至今经历了几个发展阶段（如图 5-1 所示）。但是传统的CAD 技术并不能实现真正意义上的“计算机辅助设计”,其实现的知识“计算机辅助制图”,是一种纯图形设计，设计数据彼此无法建立关联，无法形成有效的信息共享，容易造成项目信息的不完整。基于这方面的问题，整合建设工程生命周期各阶段的信息并形成有序的、可利用的信息集合，就成为一个迫切需要解决的课题。二十世纪末计算机领域面向对象的应用技术的发展推动了建筑设计软件的开发和利用，智能化建筑构建技术得到了普遍的使用，在建立建筑对象的基础上，可以智能实现多种图形模式以及多种构建模型之间的联动，也就是 BIM（Building Information Model,建筑信息模型）。现阶段建筑工程领域多数有关 BLM 的研究实践都是基于 BIM 展开的，由此可见 BIM 是 BLM 产生和发展的重要基础。
根据普华永道的研究报告，BLM 的应用，可使工程项目总体周期缩短 5%,其中沟通交流时间节省 30%~60%,信息搜索时间节省达到 50%,显着加快工程信息交流过程，节约了工程成本。而美国独立调查机构 Counsel House Research 已将 BLM 技术称为“改进建筑设计、建造、管理流程的重要推动力量。”
作为全球数字化设计产业的主流软件技术供应商，早在 2000 年，Autodesk 就提出了工程项目生命周期管理的理念，也就是 BLM 理论。Autodesk 面向建筑行业还推出了一些列支持 BLM 解决方案的软件产品，如 AutoCAD/REVIT 软件，BUZZSAW 协同服务平台。
通过 REVIT 软件生成的可视化三维建筑模型，是一种具备完整的模拟功能的工程项目数据库，实现了相关信息数据的智能联动；BUZZSAW 从 1999 年诞生至今，已经发展成为国外工程建筑业中用量最大的网络化协同服务平台。
同时，作为我国建筑行业重要的合作伙伴和信息化技术软件供应商，Autodesk 公司在过去的 10 年中通过 BLM 给我国建筑行业带来的变化，对我国工程管理的信息化也发挥了重要的作用。2004 年，全球第一所 BLM 实验室由 Autodesk 于哈尔滨工业大学共同创建，通过这种合作模式来推动高等院校与建筑产业的科研力量在BLM应用领域的联合，从而达到提高我国建筑企业在国际市场中的竞争力。
5.2.2 BLM 的基本内涵
根据维基百科的解释：Building lifecycle management or BLM is the adaptationof product lifecycle management （PLM）-like techniques to the design,construction, and management of buildings. Building lifecycle managementrequires accurate and extensive building information modeling （BIM）。由此来看 BLM 是制造业的 PLM（Product Lifecycle Management - 产品生命周期管理）在工程建设行业的改造应用，BIM 也不例外。
BLM（Building Lifecycle Management）“建设工程生命周期管理”主要由信息过程和物质过程两个部分组成。其中，信息是贯穿于整个建设工程生命周期的，从施工前的项目策划和设计，到施工阶段的各个组织环节，都离不开信息的处理、传播和利用。
信息过程对物质过程是一种信息指导，而伴随着物质的生产和使用又产生了新的信息。
BLM 从三个维度对整个建设项目的信息过程进行了描述：首先是建设项目的发展极端，包括项目的策划、设计、及实施；其次是各项目参与方，包括开发方、投资方、策划风、施工总包、施工分包、政府监管部门、以及其他许许多多的参与方，据统计，一般高层建筑项目的合同数量在 300 个左右，由此大致可以推断参与方的数量；第三维度主要是指信息资源的操作行为，包括收集、组织、共享利用、更新维护等。
工程建设行业对于 BLM 的需求可以用一个比较形象的例子来说明：在工程项目的设计阶段，结构工程师在进行结构计算时，需要与 BLM 进行如下交互：首先，从 BLM 中提取材料性能、边界条件、梁柱墙板的布置、荷载、截面尺寸、节点形式等进行结构计算所需要的信息，然后将这些计算结果和决策依据增加到 BLM 系统中，其中可以进行反复修改。在上述过程中，BLM 需要保证每个项目参与增加或修该的信息在整个项目信息中保持一致，并利用数据信息的智能联动，使增加修改的信息在项目所有相关的地方生效。
虽然从理论上来看，BLM 并没有规定使用什么样的技术手段和方法，但是从实际能够成为生产力的角度来分析， BLM 得以真正实现需要一定的基础：
（1）需要支持项目所有参与方的快速和准确决策，因此这个信息一定是三维形象容易理解不容易产生歧义的；对于任何参与方返回的信息增加和修改必须自动更新整个项目范围内所有与之相关联的信息，非参数化建模不足以胜任；需要支持任何项目参与方专业工作的信息需要，系统必须包含项目的所有数据、功能等信息。
（2）对于数据众多的不同类型项目参与方各自专业领域的不同需求，没有一个单个软件可以完成所有参与方的所有专业需要，必须由多个软件去分别完成整个项目开发、建设、使用过程中各种专门的分析、统计、模拟、显示等任务，因此软件之间的数据互用必不可少。
（3）建设项目的参与方来自不同的企业、不同的地域甚至讲不同的语言，项目开发和建设阶段需要持续若干年，而项目的使用阶段需要持续几十年甚至上百年，如果缺少一个统一的协同作业和管理平台其结果将无法想象。
5.2.3 BLM 的实现基础-BIM
BIM 的概念是由美国乔治亚技术学院的查克？伊斯曼教授提出的，即建筑信息模型（Building Information Modeling），是一种建立在三维数字化技术基础上的工程数据模型，它集成了建筑工程项目各种相关信息，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。
BIM 是建筑业的一个颠覆性技术，是对工程项目功能特征和实施主体的数字化、智能化模拟，是一个完整搭载建筑信息的数据平台，能够全面反映建筑项目生命期不同阶段的数据和资源，为真正实现 BLM 提供了技术支撑。BIM 将工程项目的设计、施工、运营和维护各阶段数据（包括三维模型信息、具体构件的参数等）全部整合于一个统一的标准化数据库，这个数据库可以实现信息数据的智能联动，任何一个环节的数据改变，都会对工程项目的其他相关数据产生影响，从而实现全方位的对工程项目的各个环节进行有效控制。
BIM 能够协助整合工程项目的工作内容，优化项目进程，对各参与方带来显着的经济效益。对于设计方来说，BIM 作为设计工具整合了设计师的各项工作，利用设计内容的关联映射简化了设计师的工作方式，显着提高了设计效率和设计质量；对于承建方来说，BIM 模型能够有效进行工程项目施工各系统组件的冲撞模拟检测，减少施工过程中1行施工管理计划，制定完善的项目计划，提高整个工程项目施工的效率和质量。利用最新的五维概念，可以将 BIM 应用于工程造价领域，优化施工；投资方借助 BIM 全周期模拟的帮助，能够更方便直观的了解项目进展情况，可以更有效的参与到设计中来，根据自己的需求掌控设计方案和资金预算，保证高效率的交付，提高产出比。
如今，BIM 在世界建筑行业得到了广泛的应用，欧美国家已经开始普及 BIM 技术，美国专门制定了国家 BIM 标准 NBIMS,在芬兰、德国、挪威等国家，基于 BIM 技术应用软件的普及率已达到了 60%~70%.
在国内，我国建筑标准设计研究院提出了适于建筑生命周期各个阶段内的信息交换及共享的 JG/T198-2007 标准，该标准参照国际 IFC（Industry Foundation Class）标准，规定了建筑对象数字化定义的一般要求。BIM 软件的开发和应用也初见成效，在建筑设计、三维可视化、成本预测、节能设计、施工管理及优化、性能测试与评估、信息资源利用等方面都取得了一定的成果。国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔、株洲神农大剧院等工程项目成功应用 BIM 技术实现 4D 施工动态集成管理。这些大型工程项目对 BIM的应用与推广，引起了我国建筑行业普遍的高度关注，也推动了 BIM 技术在我国建筑业的发展和应用。
5.2.4 BIM 的应用案例
（1）建筑信息模型（BIM）在纽约自由大厦建筑设计中的应用
美国纽约自由大厦是在原世贸大厦旧址上建设的首座建筑，高 1776 英尺，260 万平方英尺的商务及公共空间的宏伟结构将由发光玻璃组成。大厦内有世界一流的餐厅、观景台和最先进的广播设施，内部的一切建设均采用最高级的设计、安全、可持续性和质量标准。为了完成这个庞大且具象征意义的重要工程，SOM、WSPCantorSeinuk 及JarosBaum&Bolles （JB&B）工程公司与欧特克咨询部门密切合作，共同实施AutodeskRevit 建筑信息模型平台，使这一革命性设计得以顺利完成。
自由大厦项目从建筑学的角度看十分复杂，在建筑高度约 450 米的同时还需要做 40度的旋转，目的一致就是为了减弱和分散来自 Hudson 河的大风，这就意味着在整个大楼的每一个楼层中都有不同的设计布局。另外，矗立在自由大厦顶端的广播天线，是由系列钢索所构成，可发挥涡轮风力发电机的作用，利用风力为该大厦发电，其设计需要同布鲁克林大桥建筑主题遥相呼应。
对自由大厦这样高标准的建筑来说，设计过程中的每一步都是不容许错误的，因为任何一个小失误都会造成高昂的成本和工期的拖延，因此所有的复杂设计，都必须藉助尖端的计算机科技，自由大厦必须在一个水平面上设计独特的玻璃环境结构，2D 平面图无法显示周围区域的全景。通过对各种行业软件的筛选，AutodeskRevit 最终脱颖而出，被 SOM 公司确定为该工程首选建筑设计工具，因为它与建筑信息模型平台的其它两个部分软件可以进行无缝集成，可实时产出横切面与摄影机视图，清晰地表现出提议结构方案，AutodeskRevit 平台大大降低了自由大厦的设计风险，让建筑师和工程师的建筑梦想变为现实。AutodeskRevit 平台的核心是建筑信息模型，能够根据各个领域的设计团队交付的信息自动生成其他所有相关的工程信息，包括各种精确的楼层面图、数据提取、进度安排等。在设计的过程中如果模型数据有了更新，其他所有领域的项目参与者都可以即刻看到整个项目实时最新的完整信息。此外，这一软件还可以帮助设计各方展开广发合作，在原来的设计过程中，如果设计者要针对非常复杂的部分进行修改，往往要聚集在一起围绕设计图纸进行讨论，现状有了 Revit 平台的帮助，建筑师们只需在等离子显示屏上打开模型，选定所需要调整的区域，就可以协作完成修改。
在自由大厦的建筑设计中，AutodeskRevitStructure 软件帮助建筑师提高了项目的协调性，因为建筑信息模型能够进行自我调节，这就大大节省了设计时间。该项目的负责人向记者介绍说，在向大厦中嵌入支柱时，为了能清楚支柱是否对重要的视角有影响，工程团队成员只需要在 AutodeskRevit 模型中模拟一个摄像头，这样建筑师无须将问题进行红色标注，并等待一周后出结果，就可以实时了解大厦支柱的具体情况。
AutodeskConsulting 软件帮助建筑师更加高效地组织期整个计划，SOM 公司在软件的协助下将项目划分成地基、自由塔核心和构造、地基外围建筑、主塔外围建筑和塔尖 5 个独立的部分，这种划分清晰界定了跨领域的工作流程，使每个参与设计的团队能够在期限内轻松完成独立投标的项目。可以说，Revit 平台是一场技术革命，在它的帮助下，自由大厦完美地呈现在了世人的面前。
（2）BIM 株洲神农大剧院项目中的应用
神农大剧院是湖南省规模最大、功能最完善的钢结构主体，位于株洲神农城核心区西南角，临泰山西路而建，是神农城核心区重要的节点工程，该工程规模大、造型奇特、结构复杂、施工难度大，声学要求高，机电、钢结构、幕墙及装饰装修系统复杂。该项目钢结构是大剧院建设的难点，难度堪比鸟巢。首先是量大，钢结构总重量近 9000 吨，构件总数上万个；再就是无法量产，每个构件均需定制；此外，钢结构最高高度达 86米，需同时确保安全、美观、防风等，难度系数大。该项目由加拿大 OTT/PPA 建筑师事务所&中国中元国际工程有限公司的设计方案中标，为确保项目有效管理，BIM 技术得到全面运用。在现场操作过程中，BIM 充分发挥其优越性，为项目节省了大量人工与材料成本，因其可视化的模型提高了施工的精确度，直观地体现施工的界面、顺序，使施工空间得到了合理的利用同时，又使各专业施工之间的施工协调变得清晰明了，从而避免了不必要的返工工序，为安装工作争取了宝贵的时间并有效的保证了施工质量。
①优化碰撞，避免返工
神农大剧院项目施工现场各种管线错综复杂，都集中在狭小空间的通道中，如果利用传统的技术手段，很难做到在避免碰撞的前提下布置这些复杂管线。然而，充分利用BIM 的三维可视化技术能够获取任意位置的剖切视图，在前期优化工程项目设计，确定个专业管线的标高和走向，优化管线排布方案，提升净空间，减少在项目施工阶段可能出现的碰撞和返工，②虚拟施工，有效协同利用 BIM4D 关联数据库模拟现场施工，适用于工程项目从设计到后期维护的全过程，是一种基于建筑工程项目各环节的集成化信息模型，可以对整个施工过程进行模拟。
虚拟施工随时随地快速直观地将施工计划与实际进展进行对比，对于出现的进度偏差能够及时有效的发现并纠正。工程项目各参与方也可以通过虚拟施工对工程项目的实施进度和各种问题做到充分了解，有效提升协同斜率。
③精确计划，减少浪费
BIM 的应用帮助施工企业把握工程的基础数据，制定合理准确的人、材、机计划，实现有效的限额领料、消耗控制，制定青雀的采购计划和资金计划，有效降低了资金成本和材料的浪费。在整个项目建设过程中，运用 BIM 模型委托钢结构专业厂进行制作加工，半成品构件运至现场后进行组对拼装，再进行分段吊装和卸载。数据准确、形象直观，节约现场用地，缩短工期 45 天。钢结构利用 Tekla、CAD 等 BIM 软件进行节点详图设计，专业加工厂制作钢材损耗降低 3%,可节余 300 吨，主材、人工、辅材和机械费用节约成本约 300 万；利用 BIM 软件模型直接制作和加工整个项目钢结构 8000 余吨，人工和措施费等节余约 800 余万元，合计节余约 1100 万元。
