可視化工程建設(shè)管理

摘要：本文提出一種新的工程建設(shè)管理模式：可視化工程建設(shè)管理，并對該模式下的工程建設(shè)管理做出相應(yīng)的定義、并就該類工程建設(shè)管理的基本特征、基本工作流程、典型應(yīng)用形式、以及相關(guān)的支持技術(shù)，和該技術(shù)目前的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展前景等作出相應(yīng)的闡述。

關(guān)鍵詞：可視化 工程建設(shè) 管理

1、可視化工程建設(shè)管理的定義

簡單地講，可視化工程建設(shè)管理就是在工程建設(shè)周期內(nèi)，將管理對象數(shù)據(jù)化后，采用一定形式存儲，并通過使用這些數(shù)據(jù)形成相應(yīng)的可視化形態(tài)來進(jìn)行工程建設(shè)管理。

其中，工程建設(shè)周期在不同的工程管理系統(tǒng)中，其周期定義是不一致的，例如對于建設(shè)項(xiàng)目而言，指的是項(xiàng)目生命周期。而對施工企業(yè)而言，其周期是施工企業(yè)生命周期。而城市工程建設(shè)管理則是城市生命周期。

定義中的管理對象包括建設(shè)過程，建設(shè)投入物，產(chǎn)出物等。

定義中的管理對象具有以下特征：

一是均為可數(shù)據(jù)化的對象。例如，建筑物可以通過專業(yè)人員采用CAD建模，再加以光線，材質(zhì)等以DWG或其他格式的數(shù)據(jù)形式存儲，當(dāng)然也可采用MAYA等其他工具將其數(shù)據(jù)化，施工過程可以通過錄像設(shè)備攝錄后，以AVI、MPEG、MPG、DAT等格式形式數(shù)據(jù)化；施工中機(jī)械產(chǎn)生的噪音可以通過數(shù)字錄音設(shè)備直接記錄為相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

二是同一須數(shù)據(jù)化對象在被數(shù)據(jù)化時(shí)采用的方法不是唯一的。例如，施工過程可以是現(xiàn)場錄像，也可采用模擬形成；施工中機(jī)械產(chǎn)生的噪音可以通過現(xiàn)場數(shù)字錄音記錄，也可采用同類施工機(jī)械已經(jīng)有的錄音數(shù)字化。

三是對象數(shù)據(jù)化時(shí)與對象是否在現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)存在或已經(jīng)發(fā)生是無關(guān)的。例如，施工中梁的吊裝過程并未發(fā)生，但可以通過模擬來形成。再如，建筑物并未實(shí)際建設(shè)完成，但建筑物基本數(shù)據(jù)已經(jīng)形成，并可據(jù)此形成虛擬的建筑物的效果圖等。施工現(xiàn)場某時(shí)間段的施工并未到來，但其產(chǎn)生的噪音可以通過該施工段需要的所有施工機(jī)械產(chǎn)生的噪音來合成施工現(xiàn)場的噪音數(shù)據(jù)。

對象數(shù)據(jù)化主要有兩種方式，第一種方式是虛擬現(xiàn)實(shí)，使用根據(jù)已經(jīng)有的條件，按要求，依據(jù)一定的規(guī)律推導(dǎo)得出的數(shù)據(jù)，將對象數(shù)據(jù)化，主要是適用于那些數(shù)據(jù)化時(shí)還未出現(xiàn)，未存在、未發(fā)生的對象，在數(shù)據(jù)化時(shí)采用。這一類對象由于是虛擬的現(xiàn)實(shí)，實(shí)際上可能不會發(fā)生，或不會如此發(fā)生，因此會隨邊界條件動態(tài)變化。第二種方式是現(xiàn)實(shí)虛擬，根據(jù)已經(jīng)存在的實(shí)際物體，正發(fā)生的過程等通過量測攝等手段記錄得來的數(shù)據(jù)，將對象數(shù)據(jù)化，這些數(shù)據(jù)是不可變的。適用于數(shù)據(jù)化時(shí)已經(jīng)存在的，正發(fā)生的對象。

數(shù)據(jù)存儲形式指兩方面，一方面是指存儲用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如文檔文件通常采用word文件格式，圖形采用dwg格式，影像采用MPEG/MPG/DAT格式，聲音采用mp3格式等等，這些主要隨軟件不同而不同，通常要求是通用性，交互性好，易傳輸。另一方面是數(shù)據(jù)存儲位置，在一個(gè)管理系統(tǒng)中，通常數(shù)據(jù)存儲采用集中存儲，各局部易地多個(gè)備份。

使用數(shù)據(jù)包括直接使用數(shù)據(jù)，和加工數(shù)據(jù)后使用等，例如，要看見現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況，可通過直接播發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)來觀看。就是直接使用數(shù)據(jù)。而施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的數(shù)據(jù)，再結(jié)合自己生產(chǎn)要素性能等數(shù)據(jù)，模擬施工過程片段則屬于加工使用數(shù)據(jù)。而施工單位將模擬施工片段以DVD或其他可視化格式存儲，并交建設(shè)單位觀看審查，則建設(shè)單位變?yōu)橹苯邮褂脭?shù)據(jù)了。

形成的可視化形態(tài)是指基于視覺的仿真，可被直接觀察到，并能依據(jù)觀察到的結(jié)果作出判斷或指導(dǎo)下一步實(shí)際動作，這些可視化形態(tài)包括錄像，實(shí)時(shí)影像，過程模擬影像、照片，各類圖表，文字等等。

定義中的工程建設(shè)管理包括兩方面的管理及其相互轉(zhuǎn)化，一方面是對實(shí)際工程建設(shè)的管理，另一方面是對數(shù)據(jù)化后形成的可視化工程建設(shè)進(jìn)行的虛擬管理。虛擬管理的可視化工程建設(shè)邊際條件和實(shí)際工程建設(shè)一致，可視化工程建設(shè)過程是可再現(xiàn)的，且在實(shí)際工程建設(shè)實(shí)施前，其過程不是唯一的，各過程可以比選，比選的結(jié)果可運(yùn)用于實(shí)際工程建設(shè)，而實(shí)際工程建設(shè)實(shí)施后，又成為可視工程建設(shè)的邊際條件。兩種管理交替進(jìn)行，相互驗(yàn)證補(bǔ)充。

2、可視化工程建設(shè)管理的最基本特征

可視化工程建設(shè)管理的最基本特征在兩個(gè)可視：第一是指項(xiàng)目實(shí)施前的全面預(yù)可視；第二是指項(xiàng)目實(shí)施中的實(shí)時(shí)可視。

第一個(gè)可視實(shí)際是指在項(xiàng)目本階段實(shí)施前，各種關(guān)于本階段的實(shí)施方案，實(shí)施后的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)成品已經(jīng)通過各種技術(shù)手段，在虛擬的建設(shè)管理中通過可視化管理已經(jīng)完成，或者結(jié)果已經(jīng)可視。在這里，要指出的是，在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施前，也可看到部分實(shí)施后的結(jié)果和過程，但這些都是片面的、局部的，而不是全面的。全面的預(yù)可視，通常包含兩個(gè)方面，一方面指整個(gè)工程建設(shè)全過程的虛擬可視，例如，對于某高層建筑，依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，在某個(gè)具體時(shí)間，其主體土建建設(shè)到哪層，其空間高度是不同的，當(dāng)然其效果是不同的，外表裝修到某層，其效果也是不一樣的，因此每一時(shí)間點(diǎn)，其可視形態(tài)是不同的，全面的可視就是在其建設(shè)的每一時(shí)間點(diǎn)，都有對應(yīng)的可視形態(tài)，在虛擬管理系統(tǒng)中，其可視形態(tài)是時(shí)間的函數(shù)；另一方面是指建設(shè)的主要、關(guān)鍵或是對周圍環(huán)境影響重大的工序、工藝，要實(shí)現(xiàn)虛擬可視，并且是多方案比選后的虛擬可視。

第二個(gè)可視實(shí)際是指項(xiàng)目實(shí)施中，各個(gè)正實(shí)施的工作面的實(shí)際情況，或者已經(jīng)完成的施工成果正表現(xiàn)的狀況，這個(gè)可視主要通過現(xiàn)場監(jiān)控技術(shù)來收集到的影像結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，也就是建設(shè)項(xiàng)目范圍內(nèi)實(shí)施的全面的施工現(xiàn)場監(jiān)控，這個(gè)可視包括為項(xiàng)目建設(shè)生產(chǎn)主要設(shè)備、半成品基地的監(jiān)控。

以上所述的最基本特征，也是區(qū)分傳統(tǒng)的工程建設(shè)管理和可視化工程建設(shè)管理的最根本的區(qū)別點(diǎn)。凡是能實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)可視化管理，也就本文提出的可視化工程建設(shè)管理，否則不是。

3、可視化工程建設(shè)管理的基本流程

(省略)

4、幾種典型可視化工程建設(shè)管理概述

4．1施工企業(yè)項(xiàng)目部的工程項(xiàng)目建設(shè)可視化管理

施工企業(yè)項(xiàng)目部的工程項(xiàng)目建設(shè)，是指將由施工企業(yè)組建的項(xiàng)目部去完成的，由施工企業(yè)通過投標(biāo)或其他途徑承包到的工程建設(shè)項(xiàng)目，它通常是一個(gè)大的建設(shè)項(xiàng)目中的一部分，也可能是整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目。對于這樣的工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)行可視化管理，通常是在施工企業(yè)接收到招標(biāo)書或其他形式的建設(shè)任務(wù)書時(shí)，依據(jù)該招標(biāo)文件或任務(wù)書，將自己將要承擔(dān)部分依據(jù)企業(yè)自身的特點(diǎn)，全面可視化施工過程和并形成建設(shè)成果的可視化影像，參與投標(biāo)，中標(biāo)后按可視化的理念設(shè)相應(yīng)機(jī)構(gòu)，依據(jù)前期形成的可視化成果開展管理，實(shí)施工程項(xiàng)目的建設(shè)，當(dāng)然，也可能在實(shí)施中對前期的可視化管理做調(diào)整，同時(shí)，項(xiàng)目建設(shè)完成后，將最后的可視化成果移交建設(shè)單位或相應(yīng)的檔案部門。實(shí)際上，這種可視化管理通常可能是最小單元的可視化管理的管理，也是目前最容易實(shí)現(xiàn)的可視化管理。

4．2建設(shè)項(xiàng)目的可視化管理

建設(shè)項(xiàng)目主要是從建設(shè)業(yè)主的角度和整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的角度出發(fā)考慮的建設(shè)項(xiàng)目，在這樣的建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)可視化管理，通常是由建設(shè)業(yè)主在項(xiàng)目建設(shè)前期既提出可視化管理的要求，并在前期的設(shè)計(jì)階段完善，總體實(shí)現(xiàn)初步的可視化，招標(biāo)階段再將局部重要過程的可視化要求提出，由投標(biāo)單位完善，并從中優(yōu)選施工單位。施工實(shí)施過程中，在參建的各個(gè)施工單位項(xiàng)目部的可視化管理的基礎(chǔ)上，通過業(yè)主設(shè)立相應(yīng)的可視化機(jī)構(gòu)，整合整個(gè)項(xiàng)目的可視化管理，項(xiàng)目建設(shè)期完成后，形成相應(yīng)的可視化建筑物，在整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)營其間，為生產(chǎn)運(yùn)營提供可視化影像，以利項(xiàng)目建筑物的維修、保養(yǎng)、改擴(kuò)建等需要，直到項(xiàng)目完成后，為項(xiàng)目的后評估提供依據(jù)。

4．3施工企業(yè)可視化管理

施工企業(yè)可視化管理主要是從施工企業(yè)內(nèi)部管理角度出發(fā)考慮的工程建設(shè)管理，由于施工企業(yè)通常會同時(shí)承建不同工程建設(shè)項(xiàng)目的部分或全部，管理的工程建設(shè)項(xiàng)目分布遍布各地。這樣的工程建設(shè)管理實(shí)現(xiàn)可視化，通常是在施工企業(yè)各項(xiàng)目部的可視化管理的基礎(chǔ)上，由企業(yè)設(shè)置的專門部門，通過制訂企業(yè)可視化標(biāo)準(zhǔn)等手段，整合成整個(gè)企業(yè)的可視化管理。

4．4城鎮(zhèn)建設(shè)的可視化管理

城鎮(zhèn)建設(shè)可視化管理主要是從城鎮(zhèn)建設(shè)管理角度出發(fā)，城市建設(shè)包含所有在城市內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目，對于這樣的建設(shè)管理，通常由負(fù)責(zé)城鎮(zhèn)建設(shè)的部門，設(shè)立專門的可視化機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)發(fā)布在本城市實(shí)施可視化管理的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，同時(shí)監(jiān)督檢查可視化實(shí)施情況，收集可視化成果，整合在城市中準(zhǔn)備實(shí)施或正實(shí)施的建設(shè)項(xiàng)目，進(jìn)而形成整個(gè)城市建設(shè)的可視化管理。

5、可視化工程建設(shè)管理實(shí)施需要大力發(fā)展的幾項(xiàng)技術(shù)

5．1地理信息技術(shù)

任何工程建設(shè)地，都有相應(yīng)的地形，地址、地貌、地物特征等地理信息。地理信息技術(shù)就是將這些信息數(shù)字化并存儲的技術(shù)。可視化工程建設(shè)管理的初始條件都可從相應(yīng)的地理信息系統(tǒng)中得到，實(shí)際完成的工程建設(shè)對既有的地理信息所做的修改又保存到相應(yīng)的地理信息系統(tǒng)中，為下一步或其他管理服務(wù)。可見，地理信息技術(shù)是支持可視化化工程建設(shè)管理的一項(xiàng)重要技術(shù)。

目前，我國的地理信息技術(shù)發(fā)展還不是很充分，還未形成一個(gè)民用的實(shí)用的虛擬數(shù)字中國，或某個(gè)數(shù)字地區(qū)、城市等地理信息系統(tǒng)。因此，在絕大多數(shù)的工程建設(shè)中，都需要自己建立相應(yīng)的地理信息系統(tǒng)。這也限制了可視化工程建設(shè)管理的發(fā)展。

5．2智能輔助工程設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著現(xiàn)代建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，工程項(xiàng)目越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)量也越來越大，特別是可視化工程建設(shè)管理，還需要建立虛擬可視化對象，設(shè)計(jì)量更大，因此，只有采用智能輔助工程設(shè)計(jì)技術(shù)，盡可能的替代人的腦力勞動，減少設(shè)計(jì)工作量，才能滿足實(shí)際要求。實(shí)際上，也正是近來的智能輔助設(shè)計(jì)技術(shù)有了長足的發(fā)展，才使可視化化工程建設(shè)管理實(shí)現(xiàn)成為可能。

目前，智能輔助工程設(shè)計(jì)技術(shù)已逐漸由二維平面轉(zhuǎn)向三維立體。

5．5三維實(shí)體仿真技術(shù)

人生活的空間是三維，絕大大部分的工程建設(shè)管理對象也是三維實(shí)體的，因此對其實(shí)現(xiàn)真正可視化管理也只有用三維實(shí)體影像才能達(dá)到效果。同時(shí)可視化工程建設(shè)管理的大部分工作都在工程實(shí)施前完成，而此時(shí)項(xiàng)目還未實(shí)施，實(shí)體還未建成，只有借助三維實(shí)體仿真技術(shù)才能得到三維實(shí)體影像。因此，可視化管理中，絕大部分建設(shè)管理對象是三維實(shí)體，三維實(shí)體仿真技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬三維可視化建設(shè)管理對象的主要手段。

5．4動畫技術(shù)

建設(shè)過程是一個(gè)動態(tài)的過程，即使是采用三維圖像，如果是靜態(tài)的，實(shí)際上反映的信息也是不全面的，不能全面反映一個(gè)建設(shè)過程。例如，在大型構(gòu)件吊裝過程中，由于周圍障礙物、起吊初始條件、就位條件等影響，采用動畫技術(shù)演示吊裝過程，比采用靜態(tài)圖形來演示的優(yōu)勢要明顯得多。一方面其反映的信息是動態(tài)全過程，在吊裝過程中，其反映出的梁在空間位置變化，以及障礙物對吊裝影響，吊臂長短變化，旋轉(zhuǎn)以及其組合變化等信息，采用靜態(tài)的圖像是很難反映的。二是其反映的信息更容易全面理解，易于讓人接受，采用動畫預(yù)演做技術(shù)交底，能讓實(shí)際操作者有更直觀和明白的了解。動畫技術(shù)是實(shí)施可視化工程建設(shè)管理必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。

5．5海量數(shù)據(jù)存儲及傳輸

可視化工程建設(shè)管理的一項(xiàng)關(guān)鍵的工作是將管理對象數(shù)據(jù)化，然后存取加工這些數(shù)據(jù)，形成的可視化工程建設(shè)。首先我們可以看到工程管理涉及的管理對象很多，形成的數(shù)據(jù)也很多，再則，建立的是這些可視化工程建設(shè)系統(tǒng)也以數(shù)據(jù)形式存取，因此，不難理解，可視化工程建設(shè)管理是需要海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)支持的。其次，參加建設(shè)者眾多，不可能集中工作，因此海量數(shù)據(jù)必須在不同的管理者之間交換，這就存在一個(gè)傳輸問題。保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ǎ拍鼙ＷC可視化工程建設(shè)管理得以實(shí)施。

5．6遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

由于建設(shè)項(xiàng)目，特別是一些大型的項(xiàng)目，由于構(gòu)成項(xiàng)目的各單項(xiàng)工程分布范圍廣泛，有時(shí)甚至跨省市地區(qū)，在這樣的項(xiàng)目中，實(shí)施可視化建設(shè)管理，只有通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，將項(xiàng)目實(shí)施過程數(shù)據(jù)化，同時(shí)將其與實(shí)際實(shí)施前虛擬的建設(shè)過程聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)將虛擬的可視化工程建設(shè)管理和現(xiàn)實(shí)的工程建設(shè)管理聯(lián)系起來。

當(dāng)然，除了以上技術(shù)，在可視化工程建設(shè)管理中，還涉及很多技術(shù)和理論，這里只是提與其他管理手段有明顯不同要求的幾項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)以上提及的技術(shù)也包含許多其他技術(shù)，例如，在數(shù)據(jù)傳輸里面又涉及到數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和壓縮算法理論，在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)臨控技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲及傳輸中又涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。這里就不再一一提及。

6、可視化工程建設(shè)管理的發(fā)展前景

6．1可視化是各領(lǐng)域管理工作發(fā)展的共同方向

目前，不管在國內(nèi)還是國外，可視化管理都是管理共同發(fā)展的方向，以國外其他領(lǐng)域的比較著名的項(xiàng)目為例，都可以看到可視化已經(jīng)越來越不可缺少。例如，美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室2004年的火星探測計(jì)劃，在正式火星車登陸前，就有了火星車登陸全過程模擬圖，其中火箭錐體分離、火星車進(jìn)入大氣層、降落、安全氣囊打開、著陸等的各環(huán)節(jié)均按項(xiàng)目實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了模擬，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施前的預(yù)可視，同時(shí)，火星車項(xiàng)目執(zhí)行過程中，傳回的影像，又是管理人員在地球發(fā)出指令的正確依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)可視。正是這些可視化為整個(gè)項(xiàng)目的成功奠定基礎(chǔ)。

6．2工程建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)必將形成系統(tǒng)的可視化管理

在工程建設(shè)領(lǐng)域，幾乎每一項(xiàng)工程建設(shè)都具有投資大、對環(huán)境、社會影響大、不確定因素多、風(fēng)險(xiǎn)大、不可重復(fù)等特點(diǎn)。因而，為決策不失誤，對項(xiàng)目建設(shè)的可視化需求是十分迫切的。隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷完善，同時(shí)實(shí)現(xiàn)可視化的成本將越來越低，建設(shè)決策方必將可視化管理視為最基本的需要之一，以便決策和管理，而各實(shí)施方出于競爭的需要，也必將為決策者提供本實(shí)施方的可視化方案，體現(xiàn)自身優(yōu)勢，以便決策者了解自身，爭取在競爭中獲勝，特別是在實(shí)際建設(shè)中，存在多方案時(shí)，為確定各方案的實(shí)際可行性和優(yōu)劣，可視化是最能實(shí)現(xiàn)比選的。此外，項(xiàng)目實(shí)施者，在技術(shù)交底方面，可視化方案也是最易于接受的。當(dāng)然，還有許多方面，可視化是最好的選擇，在此就不一一敘述。總之，在各方的需求下，工程建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)必將形成系統(tǒng)的可視化管理。