數(shù)字化項目管理工程施工

1、數(shù)字化項目管理-工程施工、前言施工管理過程其實就是信息流動的過程， 通過信息從上層到下層或從下層到上層的縱向流動， 以及在同一層次間的橫向流動， 達到管理和控制的目的。 但目前我國的建設(shè)工程管理過程中， 信息的流動主要采用手工統(tǒng)計數(shù)據(jù)、編制報表的方式（一些企業(yè)即使采用了計算機，也主要用于將手寫的報表編織成打印的報表） ，這種方式工作量大、效率低，難以保證信息的及時性和有效性。隨著“數(shù)字化地球”概念的提出， “數(shù)字化”時代已經(jīng)到來，相對其他行業(yè)和領(lǐng)域來說， 建設(shè)工程領(lǐng)域的數(shù)字化概念還很模糊，數(shù)字化的施工管理方法研究也很少見。為此，本文從“數(shù)字化施工管理”概念出發(fā)，重點分析了數(shù)字化施工管理的內(nèi)涵及

2、可能實現(xiàn)的手段。數(shù)字化施工管理是工程管理領(lǐng)域的必然趨勢，本文拋磚引玉， 以期引來同仁的積極探討并帶來數(shù)字化施工管理的繁榮。2、數(shù)字化施工管理的內(nèi)涵與“數(shù)字地球”的概念相似， “數(shù)字化施工”就是將施工過程數(shù)字化，它包括工程全部施工過程信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化?！皵?shù)字化施工管理”即在數(shù)字化施工的基礎(chǔ)上，用數(shù)字化手段整體性地解決工程施工問題并最大限度地利用信息資源。數(shù)字化施工管理是以知識為基礎(chǔ)， 運用空間的概念整合信息及資料庫的體系，是一種強調(diào)知識共享與更新的機制及過程，注重將原始資料經(jīng)過整理、統(tǒng)計與分析后變成信息， 而信息經(jīng)過充分運用及共享，則可轉(zhuǎn)化為有用的知識。 因此，本文認為數(shù)字化

3、施工管理的內(nèi)涵應(yīng)包括以下幾個部分： 空間信息技術(shù)； 系統(tǒng)仿真計算； 可視化與虛擬現(xiàn)實；多智能體施工。 數(shù)字化施工管理的興起將為建設(shè)行業(yè)加快工程進度、節(jié)約工程造價、保證工程質(zhì)量等起到巨大作用。2.1 空間信息技術(shù)空間信息是數(shù)字化施工管理的首要前提，它包括施工場地的地形、地貌、建筑物、施工項目等一切空間的信息。空間信息技術(shù)是處理空間信息最為有力的工具，它主要包括遙感技術(shù)（） 、地理信息系統(tǒng)（）和全球定位系統(tǒng)（） ，即 3。其中，地理信息系統(tǒng)在建設(shè)工程管理中發(fā)揮了越來越重要的作用。地理信息系統(tǒng)（，）是近年來迅速發(fā)展起來的、 一門介于地球科學(xué)與信息科學(xué)之間的交叉學(xué)科，亦是地學(xué)空間數(shù)據(jù)與計算機技術(shù)相結(jié)合

4、的新型空間信息技術(shù)。它是在計算機硬件和軟件支持下， 運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)， 以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統(tǒng)。具有存儲、 處理、傳輸和顯示海量地理信息或空間數(shù)據(jù)的功能，因而適合用于管理規(guī)模越來越龐大的工程建設(shè)系統(tǒng)的信息。 目前有學(xué)者研制開發(fā)了以和數(shù)字媒體技術(shù)為基礎(chǔ)的三峽工程決策支持系統(tǒng)集成指揮中心， 在可視化的環(huán)境下以多種媒體形式為決策用戶提供各種施工動態(tài)、 靜態(tài)信息，為提高決策效率提供有效的工具3. 可以對信息進行空間分析和可視化表達， 這些功能適用于工程地質(zhì)勘探、 工程項目選址分析、 工程項目風(fēng)險評價、 施工平面規(guī)劃等工

5、程建設(shè)領(lǐng)域。 豐富的查詢功能也是的一大顯著特點， 提供圖形查詢、 文字查詢、事件查詢和過程查詢， 利用這些功能不但能獲得與空間坐標有關(guān)的各項實體的信息（如設(shè)計參數(shù)、圖紙等），還可以獲得動態(tài)的過程信息， 如施工過程信息等。 文獻 4 將用于公路建設(shè)管理中， 利用動態(tài)反映路基、 結(jié)構(gòu)物的施工進展情況，隨時反映出工程的變更情況， 實現(xiàn)各構(gòu)造物的施工進展形象圖及各種信息的統(tǒng)計與分析。 近年來，隨三維、四維的數(shù)據(jù)模型日趨成熟，三維、四維的也逐漸得到研究和應(yīng)用。 天津大學(xué)的鐘登華等將技術(shù)與系統(tǒng)仿真技術(shù)相結(jié)合， 并廣泛應(yīng)用于水利水電工程的施工領(lǐng)域中， 如壩區(qū)地質(zhì)三維可視化、 地下洞室和大壩施工過程三維動態(tài)演

6、示、 施工導(dǎo)截流施工管理、 施工場地總布置等， 在行業(yè)內(nèi)取得不小的反響 5-7. 如圖 1 為應(yīng)用技術(shù)生成的某水電工程施工場地總布置圖。另外，與人工智能、面向?qū)ο?、萬維網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的結(jié)合的新型地理信息系統(tǒng)不斷的出現(xiàn)， 這與施工管理數(shù)字化的趨勢相符合，因此也必將在工程建設(shè)領(lǐng)域得到更加深入和廣泛的應(yīng)用。2.2 系統(tǒng)仿真計算系統(tǒng)仿真技術(shù)是 20 世紀 40 年代末以來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展逐步形成的一門新興學(xué)科， 它以相似性原理、 系統(tǒng)工程方法、 信息技術(shù)以及應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)， 以計算機等設(shè)備為工具， 利用系統(tǒng)模型對真實的或設(shè)想的系統(tǒng)進行動態(tài)研究的一門多學(xué)科的綜合技術(shù) 8. 仿真就是通

7、過建立系統(tǒng)模型對實際系統(tǒng)進行試驗研究的過程。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展， 現(xiàn)代仿真技術(shù)已經(jīng)成為任何復(fù)雜系統(tǒng)不可缺少的分析、研究、設(shè)計、評價、決策和訓(xùn)練的重要手段。國外從 70 年代開始將仿真技術(shù)應(yīng)用到工程施工過程仿真，以循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件為代表的一系列軟件已廣泛的應(yīng)用在隧洞施工、 土石方開挖、橋梁施工、管道施工等工程施工領(lǐng)域， 如用于工程施工過程仿真的； 用于費用預(yù)測的隧道施工仿真軟件； 用于土方工程施工仿真的； 用于代替的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)； 基于知識的施工計劃仿真系統(tǒng)； 用于施工過程動態(tài)交互仿真的等等。隨著人們對建模方法學(xué)研究的不斷深入及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對系統(tǒng)仿真技術(shù)提出了更高的要求。 20 世

8、紀 90 年代以來，系統(tǒng)仿真的研究主要集中在： 分布式交互仿真 （） 、面向?qū)ο蠓抡妫?- ） 、智能仿真（） 、可視化仿真（） 、多媒體仿真（）等等 10. 圖 2 為可視化與仿真相結(jié)合而生成的可視化施工管理過程。在國內(nèi)，天津大學(xué)的孫錫衡 13 等于 80 年代初首先把仿真技術(shù)引入水電工程施工領(lǐng)域， 隨后，鐘登華等人對大型地下洞室群、 混凝土壩的施工過程進行仿真研究， 尤其是近期提出基于的可視化仿真等理論和方法在眾多大型實際工程中得到了成功的應(yīng)用 14-20. 其他的一些研究單位和學(xué)者也在施工過程仿真領(lǐng)域作了一定的工作。其中，同濟大學(xué) 21 根據(jù)已有的盾構(gòu)法隧道施工引起地層移動理論， 采用了

9、基于數(shù)據(jù)體視化算法的計算機仿真技術(shù)， 研制了盾構(gòu)法隧道施工實時預(yù)測與控制仿真軟件；武漢水利電力大學(xué)和大連理工均在混凝土壩澆筑仿真方面進行了研究 22-24 ；四川大學(xué)主要研究了地下洞室群施工過程的仿真計算25 ，等等。沙梅 26 用離散系統(tǒng)仿真對集裝箱碼頭的工藝系統(tǒng)設(shè)計進行模擬，為集裝箱港口工程項目設(shè)計提供決策支持。 曾賽星 27 引入了可用于離散事件和連續(xù)事件的仿真系統(tǒng)， 針對一個多服務(wù)臺的土方運輸系統(tǒng)進行了傳真試驗。2.3 可視化與虛擬現(xiàn)實可視化即科學(xué)計算可視化（，）28 ，是指運用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來， 并進行交

10、互處理的理論、 方法和技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實（，簡稱）是采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新科技生成逼真的集視覺、聽覺、觸覺與嗅覺為一體的特定范圍的模擬環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備 （如頭盔顯示器、 立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等）使用戶以自然的方式與模擬環(huán)境中的物體進行交互， 從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。與可視化相比，在系統(tǒng)中用戶與計算機的交互方式就像現(xiàn)實中人與自然的交互一樣，即具有沉浸性（）；在系統(tǒng)中用戶不再是被動地接受計算機所給予的信息或者是旁觀者，而是能夠使用交互輸入設(shè)備來操縱虛擬物體， 以改變虛擬世界的，即具有良好的交互性（） ；用戶利用系統(tǒng)可以從定性和定量綜合集成的環(huán)境中獲得感性和理性的認識， 從

11、而深化概念和萌發(fā)新意，即具有想象性（）。由于上述特點，虛擬現(xiàn)實在建設(shè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用成為了新的熱點。利用的可視化特性， 對整個施工現(xiàn)場場景和施工過程進行三維展現(xiàn)，可以充分挖掘人類視覺獲取信息的潛能， 使工程技術(shù)人員和決策人員可以最大限度地獲得施工過程的信息， 有效地檢驗施工組織設(shè)計方案的可行性； 用戶也可以進入數(shù)據(jù)本身所在的環(huán)境， 通過實時交互修改參數(shù)來對不同施工方案進行比較。的交互性是學(xué)校教學(xué)或培訓(xùn)員工的有效工具。建筑工程施工和管理是實踐性較強的課程， 而現(xiàn)實條件又不可能提供所有的實踐環(huán)節(jié)，采用構(gòu)建一個虛擬的工程建設(shè)環(huán)境，使學(xué)生“參與”其中，將會提高學(xué)生的“實踐經(jīng)驗” 。采用技術(shù)虛擬施工過程，

12、也有助于操作人員全面了解操作流程，優(yōu)質(zhì)安全地完成施工任務(wù)， 尤其對一些特殊的或危險的操作進行全面培訓(xùn)，可以大大提高培訓(xùn)的安全性，并降低培訓(xùn)的費用。2.4 多智能體施工智能體（） 是指為了實現(xiàn)自己的設(shè)計目標或任務(wù)而獨立自主的運行， 能適應(yīng)自身所處的環(huán)境， 并能不斷地從環(huán)境中獲取知識以提高自身能力， 具有學(xué)習(xí)和推理功能的智能實體。 多智能體系統(tǒng)34 是由多個可計算的智能體組成的集合， 其中每個智能體是一個物理的或抽象的實體， 能作用于自身和環(huán)境， 并與其他智能體通訊。 其目標是特大的復(fù)雜系統(tǒng) （軟硬件系統(tǒng)） 建造成小的、 彼此相互通訊及協(xié)調(diào)的、易于管理的系統(tǒng)。 多智能體技術(shù)是人工智能技術(shù)的一次質(zhì)的

13、飛躍。多智能體技術(shù)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性，并具有自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力。 采用多智能體系統(tǒng)解決實際應(yīng)用問題， 具有很強的魯棒性和可靠性， 并具有較高的問題求解效率。 由于多智能體技術(shù)的這些特點，它在解決復(fù)雜大系統(tǒng)的問題是具有明顯的優(yōu)勢。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和新技術(shù)、 新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)， 工程項目規(guī)模不斷擴大、 形式日益復(fù)雜， 工程建設(shè)過程涉及的單位和個人也越來越多， 因而對建設(shè)工程管理的統(tǒng)籌性、 協(xié)調(diào)性、時效性提出的要求就越來越高。 對于這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)， 應(yīng)用多智能體技術(shù)來保證工程建設(shè)任務(wù)的順利進行時非常合適的。目前，已有學(xué)者研究基于的工程建設(shè)協(xié)同工作方法，為工程建設(shè)項目

14、進行高效管理、協(xié)作設(shè)計的提供重要的工具35. 曾明 36 以蘇州河綜合整治工程的計劃管理為背景， 提出一種用于多部門計劃協(xié)調(diào)支持系統(tǒng)的協(xié)同工作組織結(jié)構(gòu)。 由于在招投標時，需要大量的工程量數(shù)據(jù)計算工程造價， 重慶大學(xué)的任玉瓏等提出了構(gòu)建適用于投標計價和做招標的標底的招投標計價多協(xié)同工作系統(tǒng)的思想，該多協(xié)同工作系統(tǒng)包含工程量計算和造價計算 37. 西北工業(yè)大學(xué)的儲備等從設(shè)計資源的角度深入研究了通過以招投標模型實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)的合理配置從而達到設(shè)計資源的合理分布與合理流轉(zhuǎn) 38. 大型水利工程的物資供應(yīng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)， 為此，劉三伢等 39 將供應(yīng)鏈管理理論和技術(shù)引入大型工程物資供應(yīng)系統(tǒng)的研究中。總的來說，多智能體技術(shù)在建設(shè)工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還很有限，有待進一步拓展其應(yīng)用的深度和廣度。3、數(shù)字化施工管理的實現(xiàn)如同數(shù)字地球一樣，數(shù)字化施工的實現(xiàn)是一個長期復(fù)雜的工程，它需要各種相關(guān)知識、技術(shù)等的共同提高與發(fā)展，軟環(huán)境與硬（件）環(huán)境同時不可或缺。 在硬件方面，要在工程施工區(qū)內(nèi)布置高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)，大量的現(xiàn)場跟蹤攝像設(shè)備， 可隨時接入、具備無線上網(wǎng)功能的電子計算機，數(shù)碼設(shè)備等，每個現(xiàn)場施工人員需配備先進的數(shù)字設(shè)備。 同時現(xiàn)場配備多臺跟蹤攝像與監(jiān)測設(shè)備，在施工中