工程項目成本目標控制平臺設計——基于大數據與數字孿生

岳增良 許道勇 李永福

（1、山東誠祥建設集團股份有限公司，山東 嘉祥272400 2、山東建筑大學管理工程學院，山東 濟南250101）

伴隨數字化變革、信息化浪潮以及數字中國建設戰略的不斷推進，一個大規模生產、分享和應用數據的時代悄然開啟，真正的“大數據時代”正在來臨。雖然，美國Cartner 咨詢公司于2016 年度發布的技術成熟度曲線，首次將大數據技術移除，這并不是意味著大數據技術不重要了，而是旨在說明“大數據”不再“新”了。這傳達了一個訊號[1]。大數據技術已經有了一套合理的整合方法，到了真正解決問題的時候了，新的技術和實踐要不斷添加到現有方案中，數字孿生技術便是其中之一。大數據時代的競爭是知識和生產率的競爭。因此，為了解決建筑施工行業在大數據時代中固有的弊端，應時刻關注相關新技術發展對大數據應用的影響和促進作用。

1 大數據技術

目前為止，大數據并沒有統一的定義，不同的學者或機構都試圖通過對大數據特征的描述來闡述自己對大數據的定義的理解：麥肯錫全球研究院（McKinsey Global Institute）認為，大數據指的是那些使用傳統數據庫軟件所不能采集、存儲、管理和分析的數據集；Grobelnik 認為大數據具有體量大、樣式多、速度快的特征；高德納咨詢公司（Cartner Group）認為大數據是一種信息資產，具有大容量、高速度和多樣性等特點，是一種低成本、新形式的信息處理方式，能夠增強管理者洞察力以提高決策水平和效率。

2 數字孿生技術簡介

“數字孿生”（Digital Twin）是指在融合利用物理實體模型、傳感器實時更新、運行歷史資料等大數據集合的基礎上，匯集各類學科、各物理量、多維度、多概率的仿真過程，在賽博空間中完成映射，構建孿生數字模型，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程[2]。

當下，數字孿生技術的應用仍處于起步階段，且多用于工業領域：在工業制造方面，西門子公司搭建的生產系統模型便是基于數字孿生理念對制造流程的融匯，從而構建出以數字化模型為核心的虛擬企業和以自動化技術為核心的企業鏡像，支撐企業進行全方位整合及數字化轉型，并在西門子工業設備Nannobox PC 的生產流程中開展了應用驗證。

3 基于大數據與數字孿生的工程項目成本目標控制

3.1 工程項目投資成本分析

工程項目的投資成本控制是利用成本計算相關成果，采取經濟、技術和組織等方式實現成本核算與分析、施工資源配置優化等一系列活動。由于投資成本構成的復雜性，在工程項目建設的實施過程中將產生大量的成本數據，要求管理者對這些數據進行整合、歸納、分析，控制項目成本[3]。

在傳統的成本管理中，企業投入大量的人力、物力、精力和時間去收集、統計信息，但所收集到的信息無論是準確性還是時效性都有所欠缺。大數據技術用于成本控制的典型應用要點應包含以下幾點：

a.基于大數據背景，可精確查詢現階段市場經濟狀況、類似工程成本數據、各成本要素管控要點、經典成本管理案例等信息，結合國家定額的相關規定，有效把控各項成本數據，對異常數據及時分析糾偏，保證工程項目成本始終運行在合理區間。

b.保持大數據分析的工程投資控制成果可共享，對后來的類似建設項目進行投資成本控制提供指導。

大數據在成本控制方面十分顯著的優勢，而數字孿生技術的出現更使得大數據的應用前景更加廣闊。通過建立工程項目的數字孿生體，實現BIM 模型的高度可視化，能夠在施工開始前便于虛擬的施工環境中模擬施工，對比分析各種施工方案，確定最佳施工方法，達到施工前期的成本控制目的；共享化功能可實現建設過程中項目各參與方所有的建筑工程信息隨時互聯互通，實時掌握建設最新動向，實現物理信息的深度融合，及時發現和調整實際成本與目標的偏差，合理控制不必要的變更，實現工程項目全過程成本管控，提高項目利潤率。

3.2 基于大數據與數字孿生的成本目標控制平臺

對工程項目投資成本進行控制，需要在項目建設過程中的不同階段，經常的、定期或不定期的將實際發生的投資數與相應的計劃投資目標值進行比較，涉及設計前期準備、工程設計、工程施工、工程竣工驗收、工程保修等階段的建設全過程。

隨著行業發展，越來越多的高端承包模式相繼出現，比如BOT（Building-Operate-Transfer，建設- 經營- 轉讓）、PPP（Public-Private-Partnership，政府和社會資本合作）等模式，這些工程要求在運營方面加大投入，對成本的管控更加嚴苛，而傳統的成本管控方式過于狹窄，無法有效處理龐雜、眾多的成本控制數據，因此，基于大數據與數字孿生的成本控制平臺具有顯著優勢。

該成本控制平臺通過結合工程項目的內部成本數據（包括人材機成本、施工運行成本等數據）和外部環境的成本數據（如市場價格波動、國家定額調控等宏觀經濟數據），此后將收集到的數據在處理層進行抽取、清洗、分析、轉換等處理工作，進而整理出系統化的成本數據分析報告，搭建實際項目的數字孿生決策模型[4]?；诖髷祿c數字孿生的成本控制平臺通過對實體工程與虛擬模型的實時信息交互與雙向信息映射，實現對虛擬工程、實際工程以及服務的全生命周期的數據關聯和集成，在成本控制過程中，基于上一階段的成本數據報告，構造出對應問題的決策模型，通過仿真模擬、模型訓練、算法預測等手段，得出各階段的成本控制方案并對項目運行的各階段成本和總成本進行實時監控。在數據應用層，基于ROLAP/HOLAP 等聯機處理技術的項目成本控制大數據平臺可對數字孿生模型的運行結果進行評估與共享，將各類成本數據可視化處理，以更直接的人機交互方式為項目管理人員進行合理成本控制提供數據支撐，進而實現符合質量要求的最大限度成本節約。

基于大數據與數字孿生的成本控制平臺將具備以下優勢：a.能夠整合各種來源的數據，通過大數據處理平臺進行挖掘分析，結合數字孿生體進行模型訓練、算法預測以及結果評價，對工程項目產生的成本數據進行實時動態監控與反饋，并幫助決策者從大量數據集中快速檢索有效信息。b.利用上述的成本控制平臺，通過分布式分析處理與存儲技術對項目進行綜合分析，并將處理結果進行系統化規范化調整，自動共享至大數據平臺數據庫中，提高成本控制的水平與效率。c.虛擬模型與物理對象的動態實時連接，使得數字孿生的多維度高保真模型能夠真實刻畫和映射物理工程的真實狀態，將大數據分析結果可視化，對項目運行狀態精確預測與可靠評估，是管理者對項目成本控制有更加全面與深入的把握。

4 結論

大數據和數字孿生技術的快速發展，對建筑施工行業來說無疑是擺脫落后產能的巨大機遇[5]。對于成本控制方面，該平臺可基于大數據條件關聯分析工程項目內外部成本數據，通過數字孿生模型進行模擬訓練、成本預測、結果統計、聯機分析，并與現實項目數據雙向傳輸，實時比對，實現工程項目成本控制的即時化，實現進一步成本優化。大數據技術的出現為建筑施工行業的發展帶來了新動能，興起于工業制造的數字孿生技術雖處于起步階段，但其作為工業4.0、智慧城市、互聯網+等先進理念的先驅技術，必將對大數據在建筑施工行業的應用起到極大的推進作用。