大數據技術下重大工程組織系統集成模式

施騫，黃遙，陳進道，丁雪

（同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092）

重大工程面臨建設規模巨大、工程結構復雜以及參與主體眾多的復雜管理情境，這也導致了其組織的復雜性[1-2]。重大工程組織作為一種復雜系統，具有系統內部結構復雜和系統外部聯系廣泛的特點。傳統項目的組織模式已經很難滿足重大工程建設中面臨的大規模、開放性、多元化以及新技術運用帶來的復雜需求。Flyvbjerg[3]進一步指出，傳統的項目管理理論已經不太適用于重大工程中。國內外主要利用組織、管理、技術和經濟等4種手段來保證項目成功，其中組織手段又是工程項目順利實施的重要基礎，著名的管理學家西蒙曾說過一種合理有效的組織結構是社會資源被有效開發利用的必要條件[4]。也即說明工程建設中出現管理混亂、目標缺失等問題的根源是項目的組織設計缺乏系統性，所以，項目管理績效提升的一個重要途徑是組織模式創新。特別是管理技術的變革將引發工程項目業務流程的重組并直接影響組織運行的績效，但目前在進行有關重大工程項目管理的研究時經常會忽略現代技術條件下的組織問題。

隨著互聯網、物聯網、云計算等一系列新技術的興起，基于信息和網絡的生產模式開始出現，緊接著大數據技術也將再次引發一場顛覆性的技術變革[5-6]。大數據技術正在重新定義企業管理和組織決策的過程和方式[7]。麥肯錫認為，“大數據”是指無法在限定時間內使用傳統數據庫或軟件對其內容進行有效獲取、管理和處理的數據集合，大數據具有規模性、多樣性、高速性及價值性等特征[8-10]?；诖髷祿墓芾頉Q策研究有助于梳理因數據高速增長而引起的復雜性，把握因數據缺失或冗余造成的不確定性，駕馭因數據交叉互連產生的涌現性。進而，通過數據挖掘從中獲取信息、知識和智慧以滿足實際需求，實現大數據價值的充分利用[7]。目前，大數據技術在金融、商業和醫療等領域的研究已經取得了一定的進展。一些學者也開始應用大數據技術在建設工程領域處理多源異構的數據資源[11-12]。但是有關依靠大數據技術引發的技術變革來推動工程項目管理理論創新的研究還相對較少。重大工程本身蘊藏著規模巨大、分布廣泛、動態演變、模態多樣和關聯復雜的數據資源，如何將表征重大工程技術、組織、資源和環境等異質要素的數據進行有效集成并加以利用，為重大工程項目管理決策提供有效支持，是項目管理領域所面臨的一項重要課題[13]。

因此，本文通過系統的觀點，針對大數據技術下重大工程組織復雜性的適應問題進行研究，探討提高重大工程組織管理績效的新方法，并構建大數據技術下的重大工程組織系統集成模式，以期推動大數據時代項目管理理論創新。

1 文獻綜述

1.1 大數據技術的發展及應用趨勢

大數據技術可以分解為4個連續的階段，包括數據生成、數據獲取、數據儲存和數據分析[14]。大數據的發展一直是伴隨著諸多技術共同進行的，大數據技術地圖展示了不同階段的開源或專有技術相互融合促進了大數據的發展，如圖1所示[15]。在數據生成階段，多樣的數據源產生了大量復雜的數據；在數據獲取階段，專用的數據采集技術被用于采集不同數據源產生的原始數據，并進行數據清洗和降噪；在數據儲存階段，由硬件基礎設施和數據管理軟件構建的大型數據倉庫被用于大數據的儲存；在數據統計的基礎上經過不斷發展與創新逐漸形成以數據挖掘技術為代表的大數據分析方法。

圖1 大數據技術地圖

大數據技術早已在制造業、商業、金融及醫療健康等行業展現出了巨大的潛力[16-19]。經過不斷地發展，大數據技術也越來越受到管理界的關注[20-21]。學者們從不同領域對大數據技術的應用進行了研究，如表1所示。由表1可以看出，已有的研究主要集中在供應鏈管理、風險管理、運營管理和管理決策等方面，這些研究也為大數據技術在工程項目管理中的應用研究提供了參考。

1.2 大數據相關技術在工程項目管理中的應用

數字技術的應用能夠提升數據處理效率和信息交互水平。如通過信息與通信技術（ICT）、移動互聯網（Mobile-internet）、物聯網（IoTs）及云計算技術提高復雜工程數據采集、傳輸效率并促進項目參與方之間信息交流和實時共享[33]；通過可視化技術提高人機交互能力并實現工程物理世界與虛擬場景的即時互動[34]；通過建筑信息模型（BIM）中信息的全方位和全過程的交互優化設計和建筑性能[35]。Shi等[33]提出可結合互聯網和云計算制定合理的招投標或采購策略。Lu等[36]指出，可通過基于無線傳感網絡（WSN）和射頻識別（RFID）技術的物料跟蹤系統優化建筑材料的需求和庫存計劃，并以此來提升建設工程精益建造水平。虛擬現實（VR）技術能使人在虛擬場景中獲得類似于現實世界的真實體驗，Lipman[37]在手持終端（PDA）上結合VR建模語言構建三維模型，實現了建筑結構在移動中端的三維可視化。增強現實（AR）技術能夠使虛擬的數字信息與現實事物深度的結合，Wang等[38]通過AR與BIM 的集成來挖掘建設現場事物背后的相關信息，進行管理目標分析和管理績效評價。Han等[39]借助無人機（UAV）航拍這種大范圍、高頻率的圖像數據采集手段來獲取大量建筑結構、場景或設施的三維點云數據集，并結合BIM 實現結構、場景或設施的三維可視化，以此進行建設績效分析與評價，如項目質量、進度分析和安全評價。此外，針對運營階段，有學者提出了結合BIM 與地理信息系統（GIS）數據的建筑災情響應辦法，以及基于全球定位系統（GPS）與情境識別技術的應急救援措施[33，40]。由此可見，多種數字技術與BIM 的有效結合可以實現不同的項目管理目標。

表1 大數據技術在管理領域的相關研究

同時，大數據相關技術也提升了工程組織間的互操作性水平。針對由建筑業碎片化和動態化特性引起的不同組織之間數據融合及群體決策的障礙，Jiao等[41]提出了云計算的解決方案來實現項目生命周期管理中數據的統一問題，從而促進個人、團隊和組織三位一體的全過程數據共享。Ren等[42]指出，基于代理的方法能夠支持群體決策活動，多代理建模也在工程項目管理的組織協調中扮演著重要角色。同時，相關研究顯示，針對工程項目管理涉及地域分布廣泛的不同專業團隊和諸多異構的管理信息系統，建立集成數字化協作平臺對提升組織間互操作性水平也具有重要作用[43-44]。

以數據挖掘為代表的大數據分析技術可以從多源異構數據集中獲取有價值的信息，以此幫助人們更好地了解研究對象，發現、洞察其內在規律[45-46]。一些學者應用數據挖掘技術對工程項目目標管理進行了研究。在職業健康和安全領域，Cheng等[47]依據分類和回歸樹的數據挖掘方法分析和預測了導致職業傷害發生的關鍵因素。在成本和進度管理中，Son等[48]通過收集53 個綠色建筑認證項目的數據，結合數據挖掘技術開發和構建出針對前期規劃階段的綠色建筑成本和進度績效的預測模型。在質量管理方面，Cheng 等[49]基于遺傳算法-多層關聯規則挖掘方法進行了建筑業缺陷分析，發現以關聯規則形式表示的信息能通過缺陷預測和因果分析來提高項目的質量管理水平。

隨著建設工程逐漸進入大數據時代，資產信息也變得可以被交付。Morris[50]曾指出數字技術將徹底改變項目的交付模式。Whyte等[1]提出通過基于大數據分析的配置管理能夠實現資產信息的跨組織交付，這些資產信息包括設計原理、組成來源和維護計劃等。實際上，英國已經出臺了針對政府投資的基礎設施資產信息必須通過BIM 平臺進行交付的規定。另一方面，無所不在的數字化傳感正在重塑項目管理方式。眾包是一種基于現場視頻流集合眾人智慧，并對建設環境、建設行為和活動進行監控的一種新型工程項目管理模式[51-52]。Kaijian等[52]首先依靠計算機視覺算法來識別工人和設備的活動，再以眾包形式完成對工作面的評價。眾包項目管理模式允許專業管理人員將有限的精力集中于項目的關鍵節點或管理的薄弱環節，同時結合眾人經驗與智慧最大限度地提高管理績效。

綜上所述，相關研究在一定程度上促進了工程項目管理方式的變化與發展，但是面對日益復雜的建設工程項目，尤其是針對具有開放、復雜和社會性的重大工程，還需加強利用大數據技術在有助于信息融合、知識提取和組織協同管理方面的優勢，來促進復雜組織系統的綜合智能涌現，最終得以大力提高組織的項目管理水平[43，53]。

1.3 重大工程項目管理復雜性相關研究

重大工程項目管理復雜性可從管理對象的復雜性和管理系統本身的復雜性兩方面進行探討。重大工程項目管理系統復雜性主要來源于它的組織復雜性[54]。由阿什比定律（Ashby）可知，復雜系統需要具備一個能夠駕馭其復雜性的管理系統，重大工程同樣需要一種與其相互適應的復雜管理系統——重大工程組織適應性系統，以此實現組織中多元能力的涌現[55]。Robertson等[56-57]根據復雜適應性理論把組織視為一種復雜適應系統（CAS），指出系統的適應性行為同時包含了組織行為和自組織行為兩方面，并通過復雜適應系統理論探討組織秩序中的“涌現”現象。一些學者在組織認知復雜性、結構復雜性和行為復雜性研究的基礎上提出了組織適應問題的研究，呂鴻江等[58]研究得出，組織戰略選擇和組織演化受到組織相關主體的認知能力及組織適應性行為的重要影響。所以，要提高重大工程組織系統的適應性，組織必然要通過調整自身結構來應對內部和外部的復雜性問題。同時，人們也逐漸關注到在加入技術手段作為組織要素后對組織進行再設計的重要價值，如借助信息交流和通信技術，可以極大地提高被視為認知主體的組織的認知能力。因此，基于信息和網絡技術發展而來的大數據技術也將為組織認知、結構與行為的復雜適應性問題的研究提供新途徑[59]。

2 大數據技術下的重大工程組織系統集成

工程項目管理的發展一直緊密伴隨著系統工程、現代管理理論和計算機技術的發展，而當今數字技術的發展促進了數字化信息在組織間的相互作用，有助于更加敏捷型組織的構建[60-61]以及組織系統的協同管理和綜合集成，進而提升項目的交付質量。重大工程組織系統內外部的不確定性和條件的實時變化是實現其綜合集成面臨的主要挑戰之一，而“大數據”既作為一門新技術，也作為一種全新的思維方式能為復雜工程實現組織系統集成提供一種新的研究范式[54]。大數據時代企業組織形式、產品制造流程以及同客戶和供應商的交付方式均產生了很大變化，競爭也從企業間轉向供應鏈，大數據環境也將促進企業間流程共享，即業務流程跨越了組織邊界。所以，本研究借鑒跨組織流程的虛擬組織協同管理理念并結合集成項目交付組織結構形式，來實現大數據技術條件下的重大工程組織系統集成。

2.1 協同虛擬組織模式

重大工程的建設周期長、涉及的信息量大且參與者眾多[53]。眾多參與者往往將自身利益凌駕于工程整體利益之上，致使重大工程組織相比普通規模工程組織穩定性要差。然而，重大工程有著更加復雜的工程任務和緊張的工期，必然要求具備更為高效的組織系統。因此，重大工程組織所面臨的重要挑戰之一是如何集成眾多參與者，形成跨越組織流程的松耦合戰略聯盟，協同一致并表現出更強的涌現性[55]。

跨組織流程是指企業之間形成松耦合、自組織網絡，并向市場提供產品和服務的過程[62]。虛擬組織（VirtualOrganization，VO）是一種以信息技術為支撐的人、機一體化組織，它使分散的供應商、合作伙伴和團隊不論何時何地都能通過啟動共享軟件從中央數據庫獲得需要的信息，并且相互之間可以進行產品分享和電子通信[43]。制造業中包含產品制造生命周期數據和產品制造標準的集成數據庫系統是虛擬組織的核心。在制造業之后，虛擬組織的概念也被引入到建設行業中，形成虛擬建設模式[43]，并結合現代化的信息、通信、互聯網等先進技術共同推進了組織結構的扁平化、管理方法的集成化以及管理手段的信息化和網絡化[63]。虛擬組織的核心是學習型組織，這種戰略聯盟的組織形式促進了工程項目管理的發展。也即通過組織系統要素和子系統之間相互作用和相互協調實現組織模式創新，使組織系統涌現出整體大于部分之和的系統功能。該功能強調通過松散和柔性的組織結構對相應資源、技術、信息和知識進行有機結合，從而能夠跨組織、開放式地處理系統的復雜問題[59]。虛擬組織相對于傳統層級管理模式，在組織結構或制度規范方面更加靈活，在信息和資源共享方面也更加充分，從而具備了更強的組織適應性。大數據技術將使虛擬組織優勢得到更大的體現：①跨地區、甚至跨國界的地理分布；②核心競爭力和資源優勢互補；③實時信息通訊和知識共享；④扁平化組織模式及動態化戰略聯盟。

2.2 工程項目集成交付

除了系統內部結構的復雜性外，重大工程項目管理還受到如政策變化、需求差異和生態破壞等外部不確定性帶來的廣泛影響[64]。隨著現代化管理步伐的加快，提出了一種更加靈活、快速地響應客戶需求和項目目標的管理新方法，即敏捷項目管理[65]。敏捷項目管理強調組織、流程與技術的有機結合及綜合集成，從而發揮出項目最佳的整體效益。盛昭瀚[66]提出，通過組織建設構建復雜工程綜合集成管理模式以應付重大工程中日益復雜的管理問題。Levitt[65]指出，傳統的項目管理模式不再適應當前建設行業技術變革和市場需求，尤其是針對如重大工程中更加復雜、動態的管理情境，需要更為敏捷性的項目管理過程，并由此提出了精益建造工程項目管理——集成項目交付。

集成項目交付（IntegratedProjectDelivery，IPD）伴隨精益建造和集成制造理念發展而來，隨之被引入到建設領域中并形成一種新的工程項目交付模式。美國建筑師協會（AIA）發布的IPD《集成項目交付指南》[67]對IPD進行了定義：將人力、體系、企業結構和實踐經驗整合為一個統一的過程，最大限度開發出參與者的才能和對事物的洞察力，在實現工程項目效益最大化及為業主增值的同時減少浪費。管理模式的不同也決定了契約結構的不同，而不同的合同關系也將形成與之相適應的組織模式。過渡的IPD 合同是咨詢、設計和承包三方均單獨與業主簽訂合同，咨詢、設計和承包方彼此之間不存在合同關系；而IPD多方協議指工程參與方以多方協議的方式形成的一種契約結構，該模式下團隊間合作等級有了進一步提高；革命式IPD 合同中存在一個各參與方基于SPE（Single Purpose Entity）形成的利益和風險共同體，將促進各參與方提前介入和密切配合[68-69]。

2.3 重大工程大數據代理服務組織模式

一直以來，IPD 主要依靠BIM 技術作為多主體協同管理的技術支持，力求通過BIM 達到跨組織邊界的工程信息共享，這在一定程度上推動了項目管理模式的創新[69]。但BIM 主要呈現與設計建造、施工過程及建筑性能等相關的工程內部數據，而重大工程中蘊藏著體量巨大、分布廣泛、動態演變、模態多樣和關聯復雜的數據資源，既涉及與規劃、設計、合同、采購及施工等相關的內部數據，也涉及與環境保護、經濟發展、移民搬遷等相關的外部數據；既包括用信息傳感技術采集的工程物理數據，又包括基于網絡的市場需求、民意訴求和輿論導向等虛擬社區數據。只有綜合運用各種大數據相關技術才能充分挖掘出這些多源異構數據對重大工程的潛在影響，才能將表征重大工程技術、組織、資源和環境等異質要素進行有效集成并加以利用。

借助先進的數字信息技術，不同組織（企業）間可實現基于虛擬組織協同管理理念的技術共享、信息互通、風險共擔和優勢互補，可有效消除IPD 模式推廣中技術單一、缺乏信任、責任不明、風險和收益分配不均等障礙因素，從而實現從規劃、實施到使用階段的重大工程全壽命周期組織系統集成。本文以不同合作等級的IPD合同形式為例，通過設置第三方代理運營大數據服務系統，形成一種基于大數據代理服務的重大工程組織系統集成模式。大數據代理服務可由政府指定，也可由工程參與方共同認定，變革式IPD合同形式中可由工程各參與方組建的利益風險共同體（SPE）來執行該角色。表2所示為3種合同形式下基于大數據代理服務的重大工程組織模式。

表2 重大工程大數據代理服務組織模式演化

在重大工程大數據代理服務組織模式下定義了組織進入的權限驗證接口，基于合作關系的各方信息交流和分享權限以及組織結構中角色交互規范。圖中實箭線表示信息的交流和傳輸路徑和方向，連接各參與方與大數據代理；虛箭線表示參與方之間的原合同關系。不同參與方可以通過大數據服務系統中包含的如BIM、GIS、互聯網、云計算、數據挖掘等數字化集成技術，進行基于合作關系的資源、技術、信息及知識的整合，實現組織協同管理。重大工程大數據服務系統由4個子系統構成，如圖2所示，分別為各項目管理工作提供配套服務：①大數據分析系統；②集成式云數據庫系統；③安全認證系統；④電子公文處理和信息交流系統。

大數據代理服務組織模式實現了不同組織間信息交流與知識共享，有助于消除“信息孤島”，通過持續的數據收集、集成與挖掘獲取更多有價值的信息及知識經驗，它也被視為一種云資源，幫助數據實時分析和決策制定、合規性檢查、資源計劃調整、風險預測等，并最終形成重大工程項目管理知識聯盟，為新的工程實踐提供參照。

圖2 重大工程大數據服務系統架構

在工程項目進行的不同階段，一些參與方之間并沒有建立契約結構的責、權、利關系，但因不同參與方提前介入項目管理流程，結合虛擬組織協同管理理念其關系可被視為一種業務關系，并依托大數據技術便能夠形成一種松耦合、自適應組織系統，實現全壽命周期的供應鏈組織系統集成，以滿足重大工程全壽命周期的決策管理與目標控制。大數據技術下重大工程組織系統集成管理服務流程架構如圖3所示。

3 案例分析

上海中心大廈坐落于上海陸家嘴CBD 核心區域，占地面積約3萬m2，總建筑面積達57.5萬m2，主樓結構高度580 m，建筑高度632 m，由地上121層及地下5 層構成，總投資約人民幣148 億元，于2008年11 月29 日 開 工 至2014 年12 月31 日 竣工[70]。上海中心大廈作為一種超高層大型復雜項目，除了規模大、施工工藝復雜外，還具有參與主體多、統籌協調難度高、海量信息流通不暢等特點。如9大功能分區、7大結構體系，30多個機電及智能化子系統，聘請了30多家建筑結構、幕墻、機電和消防專業的顧問公司，同時還包括10余家基礎和機械方面的專業分包隊伍[71-72]。不同領域的專家和多類型的工種迫使項目管理中必須找到一種有效的協同機制。為此，上海中心大廈引入了以BIM 為基礎多種數字技術結合的全過程管理。該項目的組織架構如圖4所示。

為解決傳統項目管理模式下由于信息不對稱引起的“信息孤島”現象，上海中心大廈建設項目建立了以BIM 等數字技術為基礎的項目協同管理平臺，形成了以建設單位為主導、參建單位協同參與的精益建造管理模式，如圖5所示[70]。各參與方通過該管理平臺形成了協同工作的環形架構，以保證組織間信息的實時交流及無縫管理，從而實現了項目信息在計劃、實施、運營等項目全壽命周期中的無損傳遞和充分共享。

圖3 大數據技術下重大工程組織系統集成管理服務流程架構

圖4 上海中心大廈BIM 項目組織架構示意圖

圖5 基于BIM 等數字技術的精益建造管理模式

上海中心大廈建設項目基于BIM 等數字技術的精益建造管理流程架構如圖6所示。首先，集成各種應用軟件和數字信息技術以滿足各階段的不同需求，如通過協同設計和可視化設計來深化設計效果、提高設計效率；通過管線綜合、現場實時監控、三維施工協調及四維施工模擬來實現對施工進度、質量和安全等目標的有效控制；通過資產管理和災害應急響應等提升運營和維護水平。再次，基于專業的協同管理平臺針對項目整體實施過程進行協調管理，提高了商務合約管理的可靠性，技術資料、實施方案的科學和合理性，以及各專業的信息溝通效率和協調管理能力?？傊?，該項目很好地實現了組織間的分工與合作，且展現了以BIM 及數字技術為基礎的無邊界虛擬組織發揮出的無縫對接協同管理的巨大優勢。

圖6 基于BIM 等數字技術的精益建造管理流程架構

4 結語

大數據技術正在重新定義業務流程、組織決策和企業管理的過程和方式，因為它開創了一個全新的管理范式來應對當前和未來的科學和技術挑戰，所以大數據技術與思維方式也將推動傳統的項目管理方式的變革。這種變化針對具有開放性、復雜性和社會性的重大工程尤為關鍵，例如，通過大數據技術可以實現復雜組織系統的智能涌現。

重大工程的管理復雜性主要來源于它的組織復雜性，而技術變革驅動下的組織系統復雜適應性研究有助于解決重大工程組織模式設計、組織績效提升等方面的難題。本文在大數據時代背景下，通過系統的觀點對重大工程組織系統內部的結構復雜性和系統外部的聯系廣泛性進行了分析，借鑒跨組織流程的虛擬組織協同管理理念，并以集成項目交付合同形式為例，提出了一種基于大數據代理服務的重大工程組織系統集成模式，試圖實現組織系統的協同管理及技術、信息、組織和資源的綜合集成，最終提高重大工程項目的交付水平。

國內一些比較先進的工程項目（如上海中心大廈）雖然并非采用集成項目交付的合同形式，但已逐漸開始引入集成交付理念和管理方法，即在項目公司成立之初就邀請各主要參與方提前介入到設計或施工方案的討論之中。大數據技術目前在建筑業領域的應用還不太成熟，但基于大數據環境下的工程項目管理過程儼然已經發生，如上海中心大廈建設項目基于BIM 等數字技術的精益建造管理模式。所以，針對基于大數據的重大工程組織系統集成研究有助于項目管理精益化水平的有效提升。