數(shù)字化項(xiàng)目管理工程施工

1、數(shù)字化項(xiàng)目管理-工程施工、前言施工管理過程其實(shí)就是信息流動(dòng)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(dòng)， 以及在同一層次間的橫向流動(dòng)， 達(dá)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(dòng)主要采用手工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、編制報(bào)表的方式（一些企業(yè)即使采用了計(jì)算機(jī)，也主要用于將手寫的報(bào)表編織成打印的報(bào)表） ，這種方式工作量大、效率低，難以保證信息的及時(shí)性和有效性。隨著“數(shù)字化地球”概念的提出， “數(shù)字化”時(shí)代已經(jīng)到來，相對(duì)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(diǎn)分析了數(shù)字化施工管理的內(nèi)涵及

2、可能實(shí)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(shì)，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(shí)為基礎(chǔ)， 運(yùn)用空間的概念整合信息及資料庫的體系，是一種強(qiáng)調(diào)知識(shí)共享與更新的機(jī)制及過程，注重將原始資料經(jīng)過整理、統(tǒng)計(jì)與分析后變成信息， 而信息經(jīng)過充分運(yùn)用及共享，則可轉(zhuǎn)化為有用的知識(shí)。 因此，本文認(rèn)為數(shù)字化

3、施工管理的內(nèi)涵應(yīng)包括以下幾個(gè)部分： 空間信息技術(shù)； 系統(tǒng)仿真計(jì)算； 可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)；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(jìn)度、節(jié)約工程造價(jià)、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(chǎng)地的地形、地貌、建筑物、施工項(xiàng)目等一切空間的信息?？臻g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(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合

4、的新型空間信息技術(shù)。它是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件支持下， 運(yùn)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(duì)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(chǔ)、 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(dòng)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(duì)信息進(jìn)行空間分析和可視化表達(dá)， 這些功能適用于工程地質(zhì)勘探、 工程項(xiàng)目選址分析、 工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、 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(diǎn)， 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(biāo)有關(guān)的各項(xiàng)實(shí)體的信息（如設(shè)計(jì)參數(shù)、圖紙等），還可以獲得動(dòng)態(tài)的過程信息， 如施工過程信息等。 文獻(xiàn) 4 將用于公路建設(shè)管理中， 利用動(dòng)態(tài)反映路基、 結(jié)構(gòu)物的施工進(jìn)展情況，隨時(shí)反映出工程的變更情況， 實(shí)現(xiàn)各構(gòu)造物的施工進(jìn)展形象圖及各種信息的統(tǒng)計(jì)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(dòng)態(tài)演

6、示、 施工導(dǎo)截流施工管理、 施工場(chǎng)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(chǎng)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(shí)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(shì)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(jì)算系統(tǒng)仿真技術(shù)是 20 世紀(jì) 40 年代末以來隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)等設(shè)備為工具， 利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)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(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)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(jì)、評(píng)價(jià)、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(fèi)用預(yù)測(cè)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(shí)的施工計(jì)劃仿真系統(tǒng)； 用于施工過程動(dòng)態(tài)交互仿真的等等。隨著人們對(duì)建模方法學(xué)研究的不斷深入及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)仿真技術(shù)提出了更高的要求。 20 世

8、紀(jì) 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(duì)大型地下洞室群、 混凝土壩的施工過程進(jìn)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(shí)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(jì)大學(xué) 21 根據(jù)已有的盾構(gòu)法隧道施工引起地層移動(dòng)理論， 采用了

9、基于數(shù)據(jù)體視化算法的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)， 研制了盾構(gòu)法隧道施工實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)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(jìn)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(jì)算25 ，等等。沙梅 26 用離散系統(tǒng)仿真對(duì)集裝箱碼頭的工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，為集裝箱港口工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(duì)一個(gè)多服務(wù)臺(tái)的土方運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了傳真試驗(yàn)。2.3 可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)可視化即科學(xué)計(jì)算可視化（，）28 ，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計(jì)算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來， 并進(jìn)行交

10、互處理的理論、 方法和技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實(shí)（，簡(jiǎn)稱）是采用以計(jì)算機(jī)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(jìn)行交互， 從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)。與可視化相比，在系統(tǒng)中用戶與計(jì)算機(jī)的交互方式就像現(xiàn)實(shí)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(dòng)地接受計(jì)算機(jī)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(rèn)識(shí)， 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(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)在建設(shè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用成為了新的熱點(diǎn)。利用的可視化特性， 對(duì)整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景和施工過程進(jìn)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(yàn)施工組織設(shè)計(jì)方案的可行性； 用戶也可以進(jìn)入數(shù)據(jù)本身所在的環(huán)境， 通過實(shí)時(shí)交互修改參數(shù)來對(duì)不同施工方案進(jìn)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(shí)踐性較強(qiáng)的課程， 而現(xiàn)實(shí)條件又不可能提供所有的實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用構(gòu)建一個(gè)虛擬的工程建設(shè)環(huán)境，使學(xué)生“參與”其中，將會(huì)提高學(xué)生的“實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)” 。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(duì)一些特殊的或危險(xiǎn)的操作進(jìn)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(fèi)用。2.4 多智能體施工智能體（） 是指為了實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)或任務(wù)而獨(dú)立自主的運(yùn)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(shí)以提高自身能力， 具有學(xué)習(xí)和推理功能的智能實(shí)體。 多智能體系統(tǒng)34 是由多個(gè)可計(jì)算的智能體組成的集合， 其中每個(gè)智能體是一個(gè)物理的或抽象的實(shí)體， 能作用于自身和環(huán)境， 并與其他智能體通訊。 其目標(biāo)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(shí)際應(yīng)用問題， 具有很強(qiáng)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(diǎn)，它在解決復(fù)雜大系統(tǒng)的問題是具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和新技術(shù)、 新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)， 工程項(xiàng)目規(guī)模不斷擴(kuò)大、 形式日益復(fù)雜， 工程建設(shè)過程涉及的單位和個(gè)人也越來越多， 因而對(duì)建設(shè)工程管理的統(tǒng)籌性、 協(xié)調(diào)性、時(shí)效性提出的要求就越來越高。 對(duì)于這樣一個(gè)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(jìn)行時(shí)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(xiàng)目

14、進(jìn)行高效管理、協(xié)作設(shè)計(jì)的提供重要的工具35. 曾明 36 以蘇州河綜合整治工程的計(jì)劃管理為背景， 提出一種用于多部門計(jì)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(biāo)時(shí)，需要大量的工程量數(shù)據(jù)計(jì)算工程造價(jià)， 重慶大學(xué)的任玉瓏等提出了構(gòu)建適用于投標(biāo)計(jì)價(jià)和做招標(biāo)的標(biāo)底的招投標(biāo)計(jì)價(jià)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(jì)算和造價(jià)計(jì)算 37. 西北工業(yè)大學(xué)的儲(chǔ)備等從設(shè)計(jì)資源的角度深入研究了通過以招投標(biāo)模型實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)的合理配置從而達(dá)到設(shè)計(jì)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(gè)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?？偟膩碚f，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(jìn)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(shí)現(xiàn)如同數(shù)字地球一樣，數(shù)字化施工的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜的工程，它需要各種相關(guān)知識(shí)、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(shí)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(chǎng)跟蹤攝像設(shè)備， 可隨時(shí)接入、具備無線上網(wǎng)功能的電子計(jì)算機(jī)，數(shù)碼設(shè)備等，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工人員需配備先進(jìn)的數(shù)字設(shè)備。 同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)配備多臺(tái)跟蹤攝像與監(jiān)測(cè)設(shè)備，在施工中