淺析基于工程數字化的新一代管理信息化理論建構及實踐展望

楊文廣 張 茜

(1.深圳高速工程顧問有限公司，深圳 518000； 2.中建科工集團有限公司，深圳 518000)

1 工程數字化與管理信息化

1.1 數字化與信息化

(1)數字化是信息化的一部分，這就意味著沒有數字化也可以進行信息化。最簡單的例子，在淘寶沒有建立信用大數據、交易大數據和供應鏈大數據之前，淘寶就是一個物品交易的信息整合平臺，只有信息化，沒有數字化。

(2)數字化更加聚焦數字價值，數字價值和信息價值是有區別的，信息化更多的是一種規范、習慣、現有的信息通過互聯網工具在線化，數字化則更多的是將物理世界或已有信息進行重新解構，以得到原來所沒有的信息資源，并創造數據獨有的價值。

(3)信息化是數字化的有效延伸。單純地進行數字化往往只是一種數據處理的過程，只有通過信息化渠道，將數字信息進行有效表達，才能實現數字價值的應用。

1.2 工程的數字化表達

(1)工程數字化的理解

這里的工程主要是指以實體為主的，是可以分解和組合的，可以用數字、文字等進行信息化表達，但主要以數字的表達為核心。工程的數字化表達，就是要對工程這個對象進行數字解構，通過新一代的信息技術，將對象用數字信息進行表達，實現了基于幾何數據信息，對工程實體進行虛擬轉化，使其完全變成數字可以表達的虛擬體。

工程數字化對工程對象進行數字解構，最重要的基礎工作是工程實體結構分解[1]，即EBS(Engineering Breakdown Structure)。EBS是屬于工程實體單元的標準化、結構化數字表達。EBS的分解一般要確定基準分解單元或最小單元，這個單元的分解標準隨著管理的需要，在越來越完善和細化。目前關于分解單元的標準，已經有質量管理需求、成本管理需求、進度管理需求、BIM建模需求、運營管理需求等幾大維度，遠期還有智慧城市建設、實景三維地理建設、萬物互聯與設施智能需求等。

(2)工程數字化特征

一是解構對象。解構對象是數字化最重要的一步，如果不解構，面對海量的信息，則無法進行數字特征的描述。解構的步驟一般有分類、排序、最小單元、屬性數字等。

二是計算機語言。數字化的根本目的是將結構對象用計算機語言表達并通過計算機技術進行展示和應用。

三是邏輯算法。數字化表達后更容易進行高端和廣泛的算法設計，通過符合特定目的的邏輯分析，設置合理的算法，進行數字價值挖掘，實現數據分析是數字化的最終目的。

1.3 管理的信息化表達

1.3.1 管理信息化的理解

管理是主體對客體的行為過程，可以是創造客體也可以是改變客體，工程管理就是創造客體。而這種創造，主要是通過對客體屬性信息的干涉，不斷完善和改變客體屬性信息來實現包括技術、業務、組織等要素的管理。工程管理的過程，核心是對創造客體的全過程的信息處理，而信息的形式有文本、語音、視頻、圖表、數據等，數據只是信息的一種形式，而不是全部。例如最典型的管理審批流，可能就包含了文本、表格、數據、圖片等。所以管理是以綜合信息的管理為主的，這個過程的形式不僅僅是數據的，更多的可能是圖片、語音、視頻等，所以不能用數字化進行全部表達，但可以用信息化進行全部表達。

1.3.2 管理信息化的特征

管理信息化，是實現實體結構(固定資產投資)建設目標和運營效益的活動過程[2]，致力于產生明顯的經濟或社會效益，因此而進行組織在線化、業務規范化、流程標準化的三化管理。

(1)組織在線化。對組織進行結構分解，形成OBS(Organizational Breakdown Structure)，建立符合信息化目標、符合當前組織體系、符合當前業務現狀的組織結構，形成角色、崗位、權限三位一體的信息化組織結構，組織結構在線化是管理信息化的前提和基礎。

(2)業務規范化。與工程分解結構相對應，業務的規范化過程也可以稱之為工作分解過程，即WBS(Work Breakdown Structure)，是工程管理要素的標準化、結構化進行數字表達的過程。業務規范化有幾個方面：一是按照國家、行業或地方相關規范、標準、制度而進行的規范化工作，簡單來說就是要“合規”； 二是按照客戶要求或習慣進行業務建模，滿足業務場景需要； 三是企業按照自身的專業理解和經驗，提供某一解決方案，滿足某個業務場景需要，一般是通用、常用做法的規范化。業務規范化最主要的內容是明確業務職責、梳理業務內容、準備業務資料、確定業務流程、完善業務表單、厘清業務數據、管理業務檔案等。

(3)流程標準化。流程標準化是管理信息化的核心工作，流程的標準化是在業務規范化的基礎上，進行符合軟件開發的算法設計。軟件開發有三大核心工作，算法設計、代碼編程和軟件測試，算法就是流程標準化的過程，通過以流程為主導的標準化工作，實現角色、職責、權限、表單、資料、成果的有機統一。狹義上，流程以審批流為主，例如開工審批、變更審批、驗收審批等； 廣義上，對數據、文本等信息資料的傳遞和匯總、分析處理過程，也應屬于流程標準化的過程。

2 基于工程數字化的新一代管理信息化理論構建

2.1 新一代管理信息化內涵

新一代管理信息化是在工程數字化的基礎上實現的。我們可以這樣定義新一代管理信息化：區別于碎片化、應用少、價值低、效率耗損的傳統工程項目管理信息化，新一代項目管理信息化基于融合新一代信息技術的工程數字化，實現工程項目管理組織、要素、流程等的更高程度信息化，給工程項目管理帶來真正的降本增效價值，并帶來工程管理數據決策、數據生產、數據監管的全新變革和超級價值。

基于工程數字化的新一代項目管理實現了：

1)管理主體明確：就是項目實體；

2)信息打通不斷層：基于數字化模型實現全生命期信息流轉；

3)數據流通不獨立：基于數字化模型實現全生命期數據流動，明確數據標準和數據管理模式，打破數據孤島；

4)系統精細化不粗放：新一代項目管理系統打破傳統CS架構笨拙粗放形態，積極采用開放生態的微服務架構開發，融合云技術和可視化BI界面，讓管理更加精致；

5)無需線上線下兩條腿，不做重復工作：新一代項目管理信息化借助工程數字化，充分利用移動網、物聯網實現數據一次填報，全過程有效。

2.2 新一代管理信息化的內容要點

(1)全生命期信息化。新一代管理信息化不僅是工程建設階段的管理信息化，同時也可以延伸到策劃期的規劃立項和建成后的運營養護階段。

(2)解決傳統信息化難題。傳統的管理信息化在信息利用和數據價值上是碎片化、應用少、低價值、損耗效率的。碎片化是指各個信息技術的應用分割的，例如質量、安全、進度、檔案這些管理系統是嚴重獨立的，很難有效整合； 應用少是指傳統的二維手段，沒有新一代信息技術的輔助，信息來源少、數據采集效率低、管理內容少等； 低價值是指只能實現部分工作線上化，數據孤獨嚴重，數據價值不高，利用率低； 損耗效率是傳統管理信息化在實施和落地過程中技術手段有限、信息化方式有限，不僅沒有真正提高工程管理效率，降低成本，反而在一定程度上成了管理人員的負擔，工程資料要線上線下兩遍走、線上流程要在線下督促、線上資料要在線下修改等。

(3)融合新一代信息技術。融合BIM、GIS、IOT、云計算、5G、VR/AR、人工智能等新一代技術的工程數字化，是實現新一代管理信息化的基礎，沒有這個基礎，新一代管理信息化就無法落地。新一代管理信息化，管理的對象是工程，沒有對象的數字化，無法進行有管理的信息化。

(4)核心價值是降本增效。只有降本增效，提高行業生產效率，提供行業利潤空間，才是管理信息化的根本初衷。目前以BIM為核心的工程數字化創新給工程行業建設帶來了明顯的建設成本，但是效益卻很難說清楚，這是因為BIM不能單獨地以工程數字化模型存在，讓模型發揮管理價值，才是根本解決之道。新一代管理信息化要實現的是提高溝通效率、提高在線協同效率、提高組織動員效率、提高知識共享水平、提供數據流暢傳遞通道以提高效率； 減少不必要的崗位人員、減少工程變更和工程風險、減少決策的周期、減少信息傳遞的鏈條、減少資料等信息管理的復雜性以降低成本。

(5)根本目的是挖掘數據價值。新一代管理信息化實現工程建設的數據決策、數據生產、數據監管。在工程數字化基礎上，一切信息有了更加豐富的維度和廣泛的內涵，數據的格式化、標準化、結構化程度更加提高，進行工程大數據處理分析成為真實可能的動作。在這種情況下，數據治理可以發揮遠超于傳統管理模式的價值，具體表現在利用數據進行工程建設的決策、生產和監管這三大工程建設的本位工作。

2.3 基于工程數字化的新一代管理信息化架構

基于以上理解，我們提出了基于工程數字化的新一代管理信息化架構，該架構由兩大系統組成，第一部分為工程數字化體系，第二部分為項目管理信息化體系。

(1)工程數字化體系。主要是以工程實體為基本對象，進行WBS分解[3]，形成數字化編碼的實體單元，在此基礎上進行參數化設計，直接形成三維BIM模型，結合IT技術，滿足數字平臺管理需求。

(2)項目管理信息化體系。新一代項目管理信息化體系是基于工程管理的需求，充分結合新一代信息技術而實現的工程管理組織在線化、業務規范化、流程標準化，從而實現工程行業項目級、項目群級、行業級、政府監管治理四個級別的工程管理，并以此支撐未來國家的數字中國、智慧城市[4]、萬物互聯[5]、國家實景三維計劃、車路協同等戰略。

2.4 新一代管理信息化與傳統管理信息化的區別

管理可能有其共性，而工程自有其特點。工程行業的管理信息化早于數字化開始多年，直到BIM等新一代信息技術的興起，通過推動數字化，新一代管理信息化的價值才開始真正凸顯。在新一代信息技術引入工程建設領域并進行工程數字化之前，工程建設行業的管理信息化存在信息斷層、數據獨立、管理對象模糊、數據管理粗糙等問題，借助新一代信息技術，傳統管理到新一代管理實現了本質飛躍，參見表1。

圖1 基于工程數字化的新一代管理信息化架構圖

表1 傳統管理信息化與新一代管理信息化的關系

3 推動兩化融合并落地實施

在明確了工程數字化與新一代管理信息化的基本框架后，應重點從工廠數字化與新一代管理信息化的融合角度入手，挖掘其在工程領域的應用價值。結合當前工程數字化發展趨勢，量化融合主要從以下六個方面進行實施。

3.1 全面借助新一代信息技術，做好工程數字化

當前物理世界的發展已經離不開新一代信息技術的支持和應用，尤其是隨著5G、人工智能、區塊鏈等技術的普及和發展，以及數字中國、智慧城市、國家實景三維、天眼工程、天網工程等重大戰略的推進，工程數字化已完全具備了可實現的技術基礎，也是數字經濟社會發展的必然要求。工程數字化能有效地應用在工程建設和運營階段，當下應全面借助新一代信息技術，通過做好工程結構分解、工程BIM技術應用、數據流建模和大數據應用等工作，完成工程數字化升級，為新一代管理信息化做好鋪墊。

3.2 全面借助工程數字化，實現新一代管理信息化

在工程數字化的基礎上實現新一代管理信息化，才能發揮工程數字化的價值。降本增效減風險，作為工程建設和運營的最終目標，光有數字化是無法完成的，只有通過管理手段的信息化才能有效完成。在新一代管理信息化的發展目標下，應緊扣工程數字化基礎，充分挖掘數據信息，拓展數字價值，打造數字經濟新活力，實現助力全社會數字經濟新發展。

3.3 突破重點關隘，構建工程數字化與新一代管理信息化多維統一體系

當前在工程數字化和新一代管理信息化領域面臨諸多落地難題，主要有三個方面：一是新技術與工程建設、運營、養護全生命期的深度融合；二是工程建設、運營、養護全生命期數據邏輯標準化體系建設；三是新技術推動工程行業變革時期工程各行為主體方的不配合。前者典型地反映在BIM技術方面，BIM技術作為工程數字化和管理信息化的核心載體和手段，存在圖紙翻模增加工作量、模型出圖條件不成熟、基于BIM的項目管理應用程度淺、BIM協同設計形式化、BIM動態變更與管理兩條線等問題。后者的典型問題反映在工程建設、運營、養護全生命期業務、數據、管理分割，以及對實體和設施分類編碼不標準，基礎數據量大難處理，變更頻繁難管理等方面。新技術推動工程行業變革，帶來了技術手段、管理方式、組織行為、工程文化的大不同，對傳統工程各行為主體的轉型提出了要求和挑戰，這其中以建設單位、設計方、承包人、咨詢方等各方的不同表現和反應為特征，需要較長時間的適應和演進。

3.4 問題為導向，解決工程管理和項目運營薄弱環節

在當前工程建設中，普遍存在管理手段落后、管理對象行為控制難、管理內容標準化程度不高、管理人員缺少必要決策依據、管理過程透明度低、管理結果缺評估驗證，管理效益缺少量化，管理數據缺少互通共享和分析等問題。在項目運營中，存在資產量統計缺失、維護費用支出量化難、隱蔽空間缺少監測、單次健康維護費用高、重大事件應急處置能力待提高、運營風險管控薄弱等問題[6]。兩者結合方面，還存在管理分階段信息傳遞衰減、設計不合理對建設與運營造成困擾、兩階段信息不共享等問題。

3.5 目標為導向，實現物理世界數字化全息管理

工程數字化的最終目標是實現物理真實世界的全息三維化，從外形的幾何到內在的信息，將全人類生存的地理世界、工程活動的建筑物和設施物全部遷移到虛擬空間，并在虛擬空間進行新的規劃、設計、建設和運營模擬工作，以找到最優的現實方案，以及在虛擬世界實現對物理世界的監測[7]、控制和數字化管理。

3.6 從源頭和過程管控，形成數據動態流動，提升決策治理能力

從工程實踐的角度而言，設計是項目實施的最重要階段，決定了投資、進度、技術等一系列項目因素。而準備工作也應該是項目管理實施的最重要階段，包括合同、計劃、目標、考核、圖紙、施工準備等，做好這些工作是項目順利實施的保證。但是反觀當前的工程管理，因為進度要求高，準備工作往往不充分，變更、索賠、資源配置不合理、管理信息不充分等問題頻發。實施新一代信息化管理，是從源頭上加強信息管理工作，充分做足做好基礎數據，支撐項目建設過程實施的有效手段。信息化管理的首要內容就是工作標準化、流程化、數據化的處理，這里面包括了制度建設、工作機制、工程信息等各方面的內容。當然這樣會大大增加前期的工作量和工作難度，但是這種源頭管控十分有利于過程監管，這種精細化的準備工作，本質上就是過程工作的前期再現，這樣能極大提高過程管控水平和防止重大風險的出現[8]。

4 某省高速公路智慧公路試點兩化融合應用要點

2018年2月，交通部發出《關于加快推進新一代國家交通控制網和智慧公路試點的通知》(附件1)，決定在北京、河北、吉林、江蘇、浙江、福建、江西、河南、廣東等九省份加快推進新一代國家交通控制網和智慧公路試點。廣東省在某新建高速公路項目上，以基礎設施數字化為抓手，全面推進基于工程數字化的新一代項目管理信息化落地，主要應用如下：

4.1 標準先行，構建項目EBS數字化標準

數字化、信息化的前提是標準的統一。在本項目建設之初，就緊密結合工程數字化需求和管理要求，完成了BIM標準體系、數據標準體系建設，包括但不限于BIM設計交付、施工應用系列標準； 數據存儲、數據傳輸系列標準； EBS標準、WBS標準等。其中，項目各方一致認為EBS屬于項目基礎標準、核心標準，基于真正的EBS標準才能實現工程的徹底數字化。在EBS拆分細度上，拆解到構件級，甚至零件級，例如一根樁、一個支座等。項目EBS標準的主要編碼結構如圖2所示。

圖2 EBS規則及實例

4.2 以標準為基礎，構建以工程數字化為核心的數字共生世界

在EBS基礎上，在本項目試點中，工程數字化的主要表現形式是以GIS+BIM為主體的信息模型，通過專用BIM標準，實現了全路段模型與信息的有機統一，建模精度達到零件級(如螺栓、焊縫)，在全部工程實體分解下，做到了物理世界與數字世界的共生。

圖3 數字共生體系

4.3 基于工程數字化開展一系列新一代管理信息要點

(1)全在線流程。2020年這場全球大疫情讓更多企業認識到了信息化的重要性，在線辦公慢慢成為一種必須的方式，甚至是一種必然的趨勢。未來的政府事務辦理、企業人財物事管理、工程各項審批業務必然會隨著數字基礎設施和數字平臺完善而不斷進入到線上流程。工程行業各項開工審批、計量支付申報、問題發現與處理、工程驗收等各項工作在試點項目實現了全面在線化。

圖4 計量支付流程

(2)智能施工[9]。以智慧工地、裝配式建筑、工廠化生產為應用重點的智能施工技術在試點項目展開了廣泛應用，比如放線機器人、路面智能攤鋪、隧道智能監測、智能化鋼筋加工車間、護欄自動施工、濕噴智能控制等，同時試點項目也對通用性信息技術如人臉識別、二維碼信息標識、車輛軌跡定位等技術進行了應用。

圖5 開工管理流程

圖6 鋼筋智能化加工

圖7 自動架橋機

(3)無人監管。無人監管是指在現有監控系統、物聯網監測系統、自動巡檢設備下，利用人工智能技術，進行的對現場的遠程在線監督管理。試點項目在全路段重點部位布設了監控視頻，并能進行安全著裝、安全行為等的基本監測； 結合北斗技術，在危大邊坡部位進行了變形監測； 未來將在路段上試點無人巡檢車，自動進行交通事故報警、結構安全掃描等。

圖8 現場無人監管監控系統

4.4 管理的數據化決策、可視化決策、智慧決策

(1)數據決策。試點項目建立了數據中心，對項目一線數據進行全方位匯總展示，包括但不限于項目信息統計、投資進度、施工進度、質量問題統計、安全問題統計、揚塵監測、溫濕度監測等。

圖9 數據化決策視窗

(2)可視化決策。可視化決策主要是基于工程數字化模型，能形象直觀展示項目進度、存在質量安全問題的施工部位、需要進行復雜結構的施工模擬、項目建設過程各部位的施工信息等的應用。

(3)智慧化決策。智慧決策是數字化時代人工智能技術的最高級形式，主要體現在決策的自動化、多維化。自動決策是系統基于預設的算法模型，在觸發一定條件的時候可以自動做出決策，例如邊坡變形、預應力突變、事故識別等情況下的短信通知、預警響應等； 多維決策是數字平臺下，管理者的決策不僅僅是自身的原有視角，同時也覆蓋了真實一線的信息和數據，相當于從原來的領導視角和經驗視角延伸到了一線員工視角和現場視角，進行多維的時空決策。

圖10 可視化決策界面

圖11 基于北斗邊坡變形監測自動預警

5 工程新一代管理信息化展望

5.1 為智慧化管理奠定基礎

智慧化管理是智能化管理的升級，工業時代的智能管理升級到信息時代的智慧管理，可視化管理、大數據決策支持、自動預警與應急處置、全面扁平化管理[10]、透明化穿透式監管、物理世界信息屬性顯性化、數據采傳收[11]等。

5.2 推動行業治理、運行、發展的新智能

近些年來，我國一直在致力于推進國家治理體系的現代化，而國家治理體系的現代化不僅僅是政治體制等的頂層設計，也更多地體現在各行各業治理的現代化。當前階段，隨著5G、VR、物聯網、云計算等技術的迅速發展，各行各業的數字化進程如火如荼，數字中國、數字城市、數字政府、數字工程已經帶動全社會各方面資源參與，數字交通、數字醫療、數字制造、數字金融、數字農業等已經可以明顯看出各行業在數字化方面的努力。

以工程數字化為基礎的工程新一代管理信息化將成為工程建設行業治理現代化的重要基礎和手段。以工程數字化為基礎，可以實現海量實體世界，如房屋建筑[12]、交通基礎設施等固定資產的數字化管理，以GIS和BIM技術為依托，實現真實地理環境和工程實體的在線展示、管理、統計和分析[13]，以此全面展開對人類工程活動的在線化決策，為更加科學有創新的決策和計劃提供平臺。除此以外，新一代管理信息化，徹底解決了傳統管理信息化低下、線上線下重復工作、在線業務量低、數據無法全面在線的問題[14]，讓管理從底層直接投現到頂層，決策信息前所未有的完善、實時，治理現代化提供了全面可能。

5.3 加速數字世界建設，形成新經濟動力

隨著疫情下全球經濟各方面的一些新情況新變化，在線化正在成為我們生活的主流。在線辦公、在線教育、在線醫療、在線政務等開始全面展現無與倫比的生產力，以5G、云計算、大數據中心為核心的新型信息化基礎設施建設為在線化的再一次飛躍發展提供了有效助力。我們看到，以在線化為表象的數字經濟正在蓬勃崛起，替代傳統行業產業成為勢不可擋的趨勢。在此基礎上，一個數字化的世界正在形成，國家三維實景計劃豐富了整個地理信息的數字化程度，推動了原生態世界的數字化； 建筑業、交通基礎設施領域、城市治理領域大力推進的BIM技術應用[15]，不斷推動人造生態的數字化。同時，以工業制造為代表的核心生產力正在全面智能化，工業互聯網平臺、工業智能化控制、產業交易生態在全面形成[16]； 物流服務智能化、車路協同技術進一步發展，一切我們都能看到數字世界下的數字經濟在強勁發展。

5.4 全面提升大集團、大政府、大機構的管理能力

數字化也存在一個和規模相關的效益曲線，一般而言，組織規模、經濟規模越大，數字化效益越好。

組織規模與數字化效益的關系。數字化能有效提高組織的協同效率，提高溝通效率，加速信息流轉，保障信息真實準確無衰減。

經濟規模與數字化效益的關系。數字化的目標本身是降本增效的，但是數字化本身也有成本，組織的經濟規模越大，降本增效帶來的正效益越高，而數字化本身的成本也就相對越低。另外，經濟規模越大，進行數字化的可行性越高，因為規模經濟往往意味著經濟體系內容規章制度完善、標準化程度高，也就越契合數字化要求。同時，經濟規模越大，數據量越大，數字化以后可以進行大數據決策和大數據可視化管理，在對原有管理方式進行可視化、數據化的變革基礎上，還可以挖掘新的管理手段，為智能決策甚至智慧決策奠定基礎。