工程管理信息化架構研究

劉人懷，孫 凱

(暨南大學戰略管理研究中心，廣州 510632)

1 前言

工程管理信息化是指為了更好更有效地實施工程管理，利用信息技術，構建信息系統，并在工程管理實踐中加以應用的過程［1］。由于大中型工程的投資較大，對社會及環境的影響廣泛。通過信息化實現資源共享，能夠有效降低工程管理中的協作成本和重復投資，有效監控工程的設計、建設、運行和維護等各階段。這將有助于降低工程全生命周期內的總投入，提高工程質量及運作效率，同時促進工程環保效益的實現和改善民生滿意度，使得工程的經濟效益與社會效益得以大幅度提升。

信息化建設不僅是信息技術系統的建立問題，同時也是與之相適應的組織架構與溝通機制、信息共享與知識創新模式不斷調整、不斷完善的過程。它涉及不同組織內部或組織之間、不同工程之間，以及工程與政府和社會公眾之間的信息溝通等一系列問題。基于對工程的全生命周期分析，工程管理信息化的內涵可以歸結為4個方面，分別是運營管理、伙伴協作、公眾服務與集成創新［2］。

文章在以前研究的基礎上，對工程管理信息化的架構進行了探討。工程管理的信息化架構是用于描述在工程管理實現信息化過程中，其涉及的所有要素及要素間關系的一般框架。其中，要素包括與工程建設及運營相關的各類組織、業務流程、信息系統及人員。

2 工程管理信息化的利益相關者分析

工程管理信息化的實現涉及與特定工程相關的多個組織和社會公眾，是典型的跨組織信息系統應用。一項工程，特別是大中型工程，往往具有實體設施投資巨大、技術標準復雜、建設及運營周期長等特點，且大都屬于高耗能項目，對環境、社會民生及國民經濟等都有著較大的影響。通過對特定工程利益相關者的分析，可以將工程管理信息化架構所涉及的各類組織及人群劃分為5類角色，分別是運營組織、建設組織、政府部門、公共資源和社會公眾。

1)運營組織。工程運營組織是在工程的全生命周期之中，對不可移動的實體設施進行經營、維護和升級的組織。這類組織有明顯的地域特征，大都擁有或管理著龐大的固定資產。運營、管理實體設施是該組織的主要業務，貸款償還、資產折舊和能源消耗在其運營成本中占有較大比重。

針對特定工程而言，工程運營組織是工程管理信息化的主體。工程的所有者或管理者為確保工程的順利運營，建立溝通協作平臺。及時的信息溝通和有效的信息共享，可以確保工程設計方、施工方、供應商、運營商等一系列與工程直接相關的組織之間進行有效協作，以提升工程的運作效益，實現對工程全方位的管理［3～5］。

對于管理多個大中型工程的企業來說，一般存在多個工程運營系統并存的情況。這些系統的實現方式、技術水平、設備狀況等可能存在較大的差異。實現多個運營系統的相互集成、資源共享，并與管理系統之間實現有效的數據交互，是提高工程整體運營效率的重要途徑。

2)建設組織。建設組織主要指是在工程交付之前，受業主委托完成工程的設計、建設及監理等一系列工作的組織，它也可以包括相關的物流企業等。

工程建設組織自身的信息化建設，是工程管理信息化建設的重要組成。沒有相關企業信息化的實現，就沒有工程管理信息化的全面實現。在工程設計與施工期間，工程業主、施工方、設計方、監理方等相關企業之間的信息系統集成、數據交換和信息共享水平是與工程相關各方自身的信息化水平密切相關的。

3)政府部門。在實現工程管理信息化的過程中，政府部門扮演的是政策引導、規劃、監管、標準制定及應急指揮的角色。政府進行工程規劃和監管的不同模式，對工程建設的進度和質量有著深遠的影響［6］，也間接地決定了工程管理信息化的實現模式。

此外，建立國家或行業層面的信息交換標準和信息共享機制，完善相應的公共信息技術基礎設施建設，建立為眾多工程所能享的信息資源平臺，通過建立知識庫、案例庫、專家系統等，提升各類工程的知識管理水平，也是研究工程管理信息化的重要內容之一。

4)公共資源。與工程管理信息化建設相關的公共資源包括:金融保險、能源交通、教育科研、設備租賃、電子商務及交易平臺等相關組織。有效利用公共資源，可以降低工程的重復投資率和風險強度，實現不同組織、不同工程項目之間的資源共享，有利于更加高效地完成財務融資、人力資源培養、市場開拓等管理活動。

任何一個工程都不是獨立存在的，在全生命周期的工程管理中，需要不斷吸收相關及類似的工程方法、經驗和教訓;同樣，該工程的信息和知識資源也可以為其他工程所借鑒。知識在今后的生產和社會活動中的重要性是與日俱增的，通過不同工程之間的信息共享，可以形成新的知識財富，為今后的工程項目所受益。

5)社會公眾。社會公眾是工程的受益群體，是工程的服務對象和工程質量的最終評判者。在國民經濟建設浪潮中，社會和百姓期待千千萬萬的工程是民心工程、科學工程、合理工程［7］。無論是公益性工程還是經營性工程，其目的都是為社會公眾服務。建立公眾服務平臺，可以使工程的開發者或管理者與社會公眾之間形成有效的溝通，并使得受工程影響的社會公眾群體，如水利工程的移民、交通工程的乘客、房地產工程的拆遷戶等，以及環境影響的受益者或受害者都能及時準確地獲取信息，形成公開與透明的信息機制。

3 傳統的工程管理信息化架構

工程管理信息化的實現涉及多個組織信息系統的有效集成。各組織現有的信息系統是在其不斷發展的過程中逐步引入的，且大都是為適應特定需要而建立的專用系統。由于早期的信息技術在安全措施及傳輸速率等方面具有一定的局限性且大都造價昂貴，加之系統只能根據即時的需求，在遵循成本與效益對等的原則下逐步引入和更新，在客觀上造成了技術應用的局限性。

由于沒有統一的信息系統規劃來進行指導，各組織的信息系統建設存在很大的無序性、重復性和局部性，工程整體的信息化架構在事實上是不存在的，所有的系統大都以孤立的方式運作，即通常所說的“信息煙囪”(information silo)或“信息孤島”(information island)，如圖1所示。

圖1 傳統的信息化架構Fig．1 The stand － alone information silo

圖1也可視作孤立運作狀態下的工程管理信息化架構。這種孤立運作的信息系統狀態已無法適應現代工程建設的需要，主要源于以下幾個方面的問題:

1)系統目標不一致。各類系統都是根據特定時期的需求，由不同組織或部門根據自身需求而建立的。系統建立與運作的目標大都從屬于業務單元的局部利益，而非工程管理的總體目標。

2)技術體系缺乏標準化。由于缺乏統一的整體規劃，各系統的網絡、硬件、軟件都是專用的，具有各自不同的技術標準、運行流程及維護團隊，因此系統的互聯互通性較差。

3)信息交互渠道不暢。不同組織之間、不同信息系統之間的信息交互無法實時進行，很多環節依賴人工操作。數據的重復錄入不僅會導致運營成本的增加，而且會導致錯誤機率的提高。

4)風險隱患難以消除。沒有統一的網絡管理和監控措施，具有較大的風險隱患。因為獨立的網絡大都只能實現設備級的安全管理和較低層次的容錯機制，安全性完全由設備決定，如硬件發生設備故障，可能導致所屬網絡發生癱瘓，并可能影響到其他系統的運作。

5)潛在的安全問題。缺乏集中的安全管理，不能對網絡、安全、數據、業務等進行統一管理，不能識別網絡業務和用戶行為。由于網絡邊緣安全設施的不足，各類終端技術標準不一，安全事件不可見、不可控，也無法預防。

6)數據存儲問題。各系統的數據存儲方式和存儲標準不一致，數據可靠性不足，資源共享性差，存儲系統的可用性欠缺，不利于建立統一的備份和災難恢復機制。

以上問題制約著工程管理信息化的實現，并與現代工程的建設與運營要求不相適應，因此應逐步過渡到具有一體化的系統應用、集中的數據存儲、基于IP的統一網絡，以及全面深入的安全機制和高效智能管理的模式，從而建立設施共用、數據共享、應用集成及服務統一的完善體系。

4 工程管理信息化的二層架構

在工程的全生命周期中，工程各利益相關者之間存在著廣泛的聯系，任何一方的變化都會對其他組織產生一定的影響;重大的業務流程、運營模式及技術架構的變革只能在一定時期內，以相對平穩的方式發生。對舊系統的改造需要一個漸進的過程，二層架構的實現具有重要的現實意義，如圖2所示。

圖2 二層信息化架構Fig．2 The 2 － layer architecture

二層架構可視為由孤立到全面整合的信息化過渡架構，其突出特點是實現了信息技術基礎設施的互聯互通。二層架構能對各組織的信息技術基礎進行集成。在技術實現上，二層架構是在不改變網絡拓撲結構及應用范圍的情況下，對各個孤立的網絡進行連接，對各網絡的外部出口進行整合和規范。相比于系統孤立運作的方式，其特點十分突出，分別敘述如下:

1)統一的信息系統規劃。基礎設施的互聯互通，使得整體工程的管理信息化架構得到了初步建立，為實現統一的信息系統規劃創造了物質條件;在此基礎上，相關業務流程的優化及運作模式的變革成為可能。

2)單一的技術標準和維護體系。各組織間的網絡優化、單一標準體系的建立，以及統一的系統維護等都可以在網絡互聯互通的過程中實現，是技術架構進一步完善的基礎步驟。

3)充分利用社會公共資源。不同工程建設和運營階段的信息化需求是不同的，很多系統是臨時建立的，且短期使用的。基礎設施層的互聯互通，為充分利用社會公共網絡及信息資源提供了便利，減少了工程建設中的信息化投入成本，加快了信息化實現的進度。

4)安全措施得到了極大的完善。基礎設施整合的兩個重要指標，分別是內部網絡的連通和外部接口的統一。內部網絡的連通，使得安全標準得以統一、網絡安全監控得以實現、各組織的網絡安全水平得以提高。外部接口的整合，將跨組織的數據交換納入統一的管理之下，可以有效地杜絕各類信息安全隱患。

5)實現的難度相對較低。相比較而言，基礎設施的技術標準更加通用，比直接進行應用系統層面的集成更容易實現;且基礎設施與具體業務的關聯度也小于應用系統，集成過程對整體運作的影響程度較小。

6)為各類系統的遷移和集成創造了條件。在系統孤立運作狀態下，信息系統的升級往往需要更新大量硬件設備及延伸各自的網絡。基礎設施的整合則為網絡和設備共用創造了條件，降低了系統更新方面的投資強度。

7)降低了新系統引入的投資門檻和技術難度。在系統孤立運作狀態下，新系統的建立必須考慮網絡建設、設備采購、維護機制等一系列相關問題。基礎設施的整合為降低新系統的投資規模和技術難度、縮短系統實施周期，創造了條件。

8)使用效率提高，產生環保效益。信息系統大都是按照最高承載標準和快速應對突發事件的原則建立的。在日常運作中，很多設備都處于較低的使用率狀態。基礎設施的整合可以實現跨組織的資源共享，使得整體系統冗余有所降低，而能源方面損耗的降低可以帶來直接的環保收益。

就不足而言，二層架構只是整合了基礎設施層面，系統在應用層面仍是獨立運作的。因為，相比于基礎設施集成的單純技術實現而言，應用系統直接與業務運作相關，由其變化產生的影響遠大于基礎設施的。此外，應用系統的種類繁多，各類接口標準的變化很大。相比于基礎設施，應用系統的整合難度較大。鑒于此，二層架構還無法實現各組織內部及外部資源的充分整合，架構的整體性、靈活性或可擴展性都還有待加強。

5 工程管理信息化的四層架構

工程管理信息化實現涉及不同組織的多個業務系統。由于各類應用系統種類繁多，建設年代先后不一，技術標準有異，供應商也各不相同，因而直接對應用系統進行集成的難度和所耗費的成本較大;而且應用系統間的兩兩集成，會造成系統的靈活性下降，對于某些外部購買的系統，可能還會因為供應商的軟件升級而變更集成方案。此外，不同業務流程之間的數據交換有時是臨時性的，為此設置專門的集成方案則過于低效。因而，在充分保持現有應用系統狀態的情況下，通過建立集成式的公共平臺完成系統是比較合理的選擇。

四層架構在二層架構的基礎上增加了資源層和服務層:通過資源層，實現數據的集中傳遞和備份，借此實現數據的專門存儲和建立災難恢復機制;通過服務層，進行不同系統之間的數據交換和消息傳遞，形成跨組織溝通和遠程應用。架構的4個層分別是:服務(service)、應用(application)、資源(resource)和基礎設施(infrastructure)，取各層的第一個字母，將其稱之為 SARI［8］，如圖 3 所示。

圖3 四層信息化架構(SARI)Fig．34 － layer architecture(SARI)

5．1 四層架構概述

SARI可以適應工程全生命周期中多組織進行有效協作及持續變革的需求。相比較而言，二層架構只是基礎設施層面的整合，而SARI則是各個層面的全面集成和共享，因而架構的整體性、靈活性、可擴展性和可操作性有了較大的提升。

1)基礎設施層(infrastructure layer)。基礎設施層為技術架構的其他層面提供統一的支持。作為供多個流程及系統共享的物理平臺，基礎設施層主要包括網絡及共用設備兩部分。基礎設施的網絡部分包括由有線、無線及其他特殊網絡構成的園區網絡，它涉及各類線路及相關的軟件及硬件設備。園區網絡與外部網絡的整合能夠采用VPN及VLAN等技術，通過構建虛擬網絡來支持各類系統的運作，即在互通互聯的基礎上，通過建立單一的技術標準和規范，按照統一的規劃對相關的網絡進行分期分步合并，將各類外部網絡接口納入統一管理，進行物理上的集中，從而形成真正意義上的基礎設施共享平臺。隨著技術的發展，諸如自動設別、樓宇控制、媒體傳輸、通信設備等都可以采用基于IP的技術進行改造。基于IP的技術，意味著這些設備可以運行于公共平臺之上，相互之間的數據傳輸可以不再依賴于專門的網絡。同時，這也意味著這類設備不再被特定的系統所獨占，并可以為多個信息系統或業務流程提供支持。

2)資源層(resource layer)。資源層實現對工程相關數據資源的集中管理，在具體實現上，它包括支持日常運作的運營數據庫(operation database，ODB)、支持管理事務的管理數據倉庫(management data warehouse，MDW)，及與之相關的存儲、備份及災難恢復的硬件、軟件及專用網絡，以及數據格式、數據接口標準等內容。ODB與MDW有著很強的聯系，前者是后者主要的數據源。兩者基于相同的數據庫技術，都需要對數據存儲、傳輸、備份等相關的設施進行物理上的集中。兩者的數據都來自多個不同的信息系統，因此，需在數據結構等方面進行邏輯上的集中，才能夠有效共享。無論在物理上還是邏輯上，ODB與MDW都不是一個單一的數據庫，而是由一系列主題數據庫構成的數據庫體系。ODB與MDW所不同的是，ODB的主題數據庫一旦確定將長期存在，不會輕易修改，而MDW中的主題數據庫則可以根據不同的需要而動態設置;ODB只存儲與運作有關的內部數據，而MDB不僅包括內部數據，而且還包括經過整理匯總的外部數據。從數據備份及災難恢復的角度而言，ODB的重要程度更高一些。

3)應用層(application layer)。與其他3個層次都是作為公共平臺所不同的是，應用層可看作一系列應用系統的集合。應用層是一種分散的結構，各系統可根據業務的需要靈活配置、增減或升級，保持了系統組合的靈活性、動態性和可升級性。應用系統的劃分與業務流程劃分相對應;在業務流程內部，各類相關系統應逐步整合為單一的系統;業務流程之間的數據交互和消息傳遞分別通過資源層和服務層實現。

4)服務層(service layer)。服務層在整個信息架構中起著重要的作用，既是應用系統界面集成及消息集成的技術平臺，又是組織與合作伙伴之間的信息交流渠道。運營系統的遠程應用，呼叫中心、辦公自動化及知識管理都可以基于此平臺實現。服務層主要包括兩部分:企業服務總線(enterprise service bus，ESB)和公共服務平臺。前者主要完成對應用層系統的消息集成及界面集成，并作為后者的技術提供支持平臺。

公共服務平臺結合電子商務及遠程協作辦公等相關技術手段，通過整合應用層的各項遠程服務及信息發布功能，為各組織提供包括在線服務、信息共享、遠程應用、協同辦公、電子商務等功能的在線基礎應用平臺。

5．2 四層架構的優勢

集成與共享是SARI建立的核心原則。SARI面向工程的全生命周期，提供對各類業務流程的整體支持，實現全面的信息資源共享。與二層架構相比，四層架構有以下變化:

1)設施共用。在基礎設施層面，通過統一規劃基礎設施，由簡單的互聯互通過渡到基于IP協議的整合網絡，降低了網絡的復雜程度;使得二層架構的各項優點得到了進一步的提升。

2)數據共享。將從屬于基礎設施的數據庫硬件及網絡資源進行物理集中，將從屬于應用系統的數據庫資源進行邏輯集中，兩者結合形成獨立的數據資源層，并在此基礎上建立統一的數據存儲、備份與災難恢復機制。

3)應用集成。對各類應用系統，按照業務流程的優化和調整進行合并，通過資源層實現數據集成，通過服務層實現消息集成。這一方面實現了系統之間的有效交互，另一方面又保持了系統的靈活性和獨立性。

4)服務統一。對各類應用系統的操作界面進行統一，形成基于瀏覽器的操作界面，提高了組織間的交互能力;對各類信息溝通渠道進行整合，形成統一的信息溝通渠道，避免了跨組織交互過程中可能產生的信息混亂和無序狀態。

SARI是一種通用架構，可以為工程管理信息化建設提供借鑒［9］。在應用過程中，需要對各組織自身的信息化模式做出較大的調整，由完全分散的模式調整為集中與分散相結合的模式。在業務流程方面，SARI的實現要求將與信息技術應用有關的各類事項整合為一個獨立的業務流程，以為其他的業務流程提供統一的支持和服務。

工程管理者需要制定適用于各組織協作的技術標準與規范、日常維護機制，以確保各組織之間的有效聯系，建立統一的系統集成標準。它具體包括兩方面:一是自有標準的確定，包括硬件設備的選擇標準、軟件接口標準、軟件存儲標準、網絡協議等;二是通用標準的采用，對有關國際標準、地區標準、國家標準、行業標準、組織標準的選取。兩者結合構成組織范圍內適用的單一標準體系。

統一的技術保障體系是工程管理信息化架構的重要組成，具體包括整體的技術保障體系和支持團隊的建設。技術保障體系包括對所有硬件、軟件、網絡，與之相關的弱電系統等其他設施的維護、更新等，以及用戶的定期培訓機制。團隊建設則包括與信息技術有關的人力資源方面的工作，以及形成信息技術人員間相互溝通、資源共享、協作創新的氛圍。

6 結語

文章探討了構建工程管理信息化架構的緣由、構成和實現方式。架構的實現不僅包括單純的技術方面，而且還包括與之相關的運作模式變革及業務流程優化等相關內容。整合與協調運作的信息系統集合，能夠為工程項目的實施提供有效的技術支持和資源保障。

SARI架構的核心是集成與共享，涉及網絡、數據、流程、界面等各個方面;集成包括物理上的集成和邏輯上的集成，具體為由物理集成形成共用平臺，邏輯集成形成各類系統;各類系統在不同的層面通過共用平臺進行交互，共享平臺的各類資源。

從純技術的角度而言，工程管理信息化的實現并不需要特定的專有技術，所有用到的技術都是現有的成熟與通用的技術。SARI架構所關注的并不是追求先進的技術設施，而是關注如何選擇合適的技術，如何確定適用的技術組合，以及如何更有效地使用相關技術的問題;更重要的是，信息化架構應該關注與技術應用相關的組織運作模式變革及業務流程優化所帶來的一系列問題。工程管理信息化的實現過程是各利益相關團體有效協作與資源充分共享的過程，這也是信息化架構逐步由專用與獨占模式演變到集成與共享模式的過程。

［1］朱高峰．對工程管理信息化的幾點認識［J］．中國工程科學，2008，10(12):32 －35．

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［3］孫 凱．關于澳門國際機場實施虛擬化機場戰略的初步設想［C］//亞洲戰略管理學會:亞澳論壇論文集，2008．

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［6］劉人懷，孫 凱，孫東川．大型工程項目管理的中國特色及與美蘇的比較［J］．科技進步與對策，2009，26(21):5－12．

［7］劉人懷．工程管理:管理對國民經濟的深度加入［C］//廣州:首屆中國工程管理論壇論文集，2007．

［8］Sun Kai，Weng Chio Lai．SARI:A common architecture for information systems planning［C］//Changsha:Proceedings of the 2010 International Conference on Future Information Technology，2010．

［9］Sun Kai，Weng Chio Lai．Integrated passenger service system for airport based on SARI［C］//Changsha:Proceedings of the 2010 International Conference on Future Information Technology，2010．