可視化工程建設管理

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　　對工程項目建設的可視化要求，自古就有,例如，北宋李誡在《營造法式》中繪制大量工程圖樣, 書中所謂的地盤圖、正樣圖、側樣圖,也既現(xiàn)在的建筑的平面、立面、剖面圖，這些其實質可理解為古代人類對工程建設可視化的一種最初的需求。實際上，只要技術經濟上可能，對工程項目建設的可視化要求是往往最迫切的，由于建設項目的固有的單一性，不可重復，不可逆轉性等特點，項目的決策者只要有可能，都希望在項目實施前，看到項目是如何建成的，建成后又是什么樣的，是否符合自己的要求，以便作出最恰當的決策。在計算機技術出來前，人們是通過手工繪制效果圖，透視圖等，表現(xiàn)將要建成的建筑物。到現(xiàn)代，隨著計算機技術，特別是計算機圖象技術的飛速發(fā)展，實現(xiàn)建設項目的可視化更加容易，表現(xiàn)方式越來越多，因而對建設項目的可視化要求也越來越高，越來越多。

　　但由于對現(xiàn)代技術發(fā)展迅速程度認識的局限性，以及觀念的限制，目前對可視化技術在工程建設管理中起到作用的認識程度和實際應用范圍基本上都是片面和局部的，一般的著重點在于解決個別獨立問題，如在建筑方案競賽中，做一個效果圖，目的爭取方案中標;在一個吊裝施工或鋼架拼裝施工中，電腦模擬一個吊裝或拼裝方案，目的是論證該方案的可行性等等，雖然上敘的這些實例具有局限性，但這些都充分說明可視化工程建設管理作為一種管理理念已經在工程建設管理的局部開始萌芽。而本文的目的是將可視化工程建設管理作為一種工程建設方面的管理理念整體提出來，并作相應的闡述。

　　1 可視化工程建設管理的定義

　　簡單的講，可視化工程建設管理就是在工程建設周期內，將管理對象數據化后，采用一定形式存儲，并通過使用這些數據形成相應的可視化形態(tài)來進行工程建設管理。

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

　　定義中的管理對象包括建設過程，建設投入物，產出物等。

　　定義中的管理對象具有以下特征，

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

　　二是同一須數據化對象在被數據化時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;施工中機械產生的噪音可以通過現(xiàn)場數字錄音記錄，也可采用同類施工機械已經有的錄音數字化。

　　三是對象數據化時與對象是否在現(xiàn)實中已經存在或已經發(fā)生是無關的，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，建筑物并未實際建設完成，但建筑物基本數據已經形成，并可據此形成虛擬的建筑物的效果圖等。施工現(xiàn)場某時間段的施工并未到來，但其產生的噪音可以通過該施工段需要的所有施工機械產生的噪音來合成施工現(xiàn)場的噪音數據。

　　對象數據化主要有兩種方式，第一種方式是虛擬現(xiàn)實，使用根據已經有的條件，按要求，依據一定的規(guī)律推導得出的數據，將對象數據化，主要是適用于那些數據化時還未出現(xiàn)，未存在、未發(fā)生的對象，在數據化時采用。這一類對象由于是虛擬的現(xiàn)實，實際上可能不會發(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)實虛擬，根據已經存在的實際物體，正發(fā)生的過程等通過量測攝等手段記錄得來的數據，將對象數據化，這些數據是不可變的。適用于數據化時已經存在的，正發(fā)生的對象。

　　數據存儲形式指兩方面，一方面是指存儲用的數據結構，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。另一方面是數據存儲位置，在一個管理系統(tǒng)中，通常數據存儲采用集中存儲，各局部易地多個備份。

　　使用數據包括直接使用數據，和加工數據后使用等，例如，要看見現(xiàn)場實際生產情況，可通過直接播發(fā)遠程監(jiān)控系統(tǒng)采集來的現(xiàn)場數據來觀看。就是直接使用數據。而施工單位根據設計方提供的數據，再結合自己生產要素性能等數據，模擬施工過程片段則屬于加工使用數據。而施工單位將模擬施工片段以DVD或其他可視化格式存儲，并交建設單位觀看申查，則建設單位變?yōu)橹苯邮褂脭祿恕?/p>

　　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，并能依據觀察到的結果作出判斷或指導下一步實際動作，這些可視化形態(tài)包括錄像，實時影像，過程模擬影像、照片，各類圖表，文字等等。

　　定義中的工程建設管理包括兩方面的管理及其相互轉化，一方面是對實際工程建設的管理，另一個是對數據化后形成的可視化工程建設進行的虛擬管理。虛擬管理的可視化工程建設邊際條件和實際工程建設一致，可視化工程建設過程是可再現(xiàn)的，且在實際工程建設實施前，其過程不是唯一的，各過程可以比選，比選的結果可運用于實際工程建設，而實際工程建設實施后，又成為可視工程建設的邊際條件。兩種管理交替進行，相互驗證補充。

　　2 可視化工程建設管理的最基本特征

　　可視化工程建設管理的的最基本特征在兩個可視，第一個可視是指項目實施前的全面預可視，第二個可視是指項目實施中的實時可視。

　　第一個可視實際是指在項目本階段實施前，各種關于本階段的實施方案，實施后的結構，產成品已經通過各種技術手段，在虛擬的建設管理中通過可視化管理已經完成，或者結果已經可視。在這里，要指出的是，當然，在目前的一些項目管理中，在實際項目實施前，也可看到部分實施后的結果和過程，但這些都是片面的、局部的，而不是全面的。全面的預可視，通常包含兩個方面，一方面指整個工程建設全過程的虛擬可視，例如，對于某高層建筑，依據施工組織設計，在某個具體時間，其主體土建建設到哪層，其空間高度是不同的，當然其效果是不同的，外表裝修到某層，其效果也是不一樣的，因此每一時間點，其可視形態(tài)是不同的,全面的可視就是在其建設的每一時間點，都有對應的可視形態(tài)，在虛擬管理系統(tǒng)中，其可視形態(tài)是時間的函數。另一方面是指建設的主要、關鍵或是對周圍環(huán)境影響重大的工序、工藝，要實現(xiàn)虛擬可視，并且是多方案比選后的虛擬可視。

　　第二個可視實際是指項目實施中，各個正實施的工作面的實際情況，或者已經完成的施工成果現(xiàn)正表現(xiàn)的狀況，這個可視主要通過現(xiàn)場監(jiān)控技術來收集到的影像結構數據來實現(xiàn)，也就是建設項目范圍內實施的全面的施工現(xiàn)場監(jiān)控，這個可視包括為項目建設生產主要設備、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)的工程建設管理和可視化工程建設管理的最根本的區(qū)別點。凡是能實現(xiàn)這兩個可視化管理，也就本文提出的可視化工程建設管理，否則則不是。

　　3 幾種典型可視化工程建設管理的概述

　　3.1 施工企業(yè)項目部的工程項目建設可視化管理

　　施工企業(yè)項目部的工程項目建設，是指將由施工企業(yè)組建的項目部去完成的，由施工企業(yè)通過投標或其他途徑承包到的工程建設項目，它通常是一個大的建設項目中的一部分，也可能是整個建設項目。對于這樣的工程建設項目實行可視化管理，通常是在施工企業(yè)接收到招標書或其他形式的建設任務書時，依據該招標文件或任務書，將自己將要承擔部分依據企業(yè)自身的特點，全面可視化施工過程和并形成建設成果的可視化影像，參與投標，中標后按可視化的理念設相應機構，依據前期形成的可視化成果開展管理，實施工程項目的建設，當然，也可能在實施中對前期的可視化管理做調整，同時，項目建設完成后，將最后的可視化成果移交建設單位或相應的檔案部門。實際，這種可視化化管理通?？赡苁亲钚卧目梢暬芾淼墓芾恚彩悄壳白钊菀讓崿F(xiàn)的可視化管理。

　　3.2 建設項目的可視化管理

　　建設項目主要是從建設業(yè)主的角度和整個項目建設的角度出發(fā)考慮的建設項目，在這樣的建設項目中實現(xiàn)可視化管理，通常是由建設業(yè)主在項目建設前期既提出可視化管理的要求，并在前期的設計階段完善，總體實現(xiàn)初步的可視化，招標階段再將局部重要過程的可視化要求提出，由投標單位完善，并從中優(yōu)選施工單位。施工實施過程中，在參建的各個施工單位項目部的可視化管理的基礎上，通過業(yè)主設立相應的可視化機構，整合整個項目的可視化管理，項目建設期完成后，形成相應的可視化建筑物，在整個項目的運營其間，為生產運營提供可視化影像，以利項目建筑物的維修，保養(yǎng)，改擴建等需要，直到項目完成后，為項目的后評估提供依據。

　　3.3 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)內部管理角度出發(fā)考慮的工程建設管理，由于施工企業(yè)通常會同時承建不同工程建設項目的部分或全部，管理的工程建設項目分布遍布各地。這樣的工程建設管理實現(xiàn)可視化，通常是在施工企業(yè)各項目部的可視化管理的基礎上，由企業(yè)設置的專門部門，通過制訂企業(yè)可視化標準等手段，整合成整個企業(yè)的可視化管理。

　　3.4 城鎮(zhèn)建設的可視化管理

　　城鎮(zhèn)建設可視化管理主要是從城鎮(zhèn)建設管理角度出發(fā)，城市建設包含所有在城市內的建設項目，對于這樣的建設管理，通常由負責城鎮(zhèn)建設的部門，設立專門的可視化機構，負責發(fā)布在本城市實施可視化管理的標準、規(guī)范，同時監(jiān)督檢查可視化實施情況，收集可視化成果，整合在城市中準備實施或正實施的建設項目，進而形成整個城市建設的可視化管理。

　　4 可視化化工程建設管理實施需要大力發(fā)展的幾項技術

　　4.1 地理信息技術

　　任何工程建設地，都有相應的地形，地址、地貌、地物特征等地理信息。地理信息技術就是將這些信息數字化并存儲的技術?？梢暬こ探ㄔO管理的初始條件都可從相應的地理信息系統(tǒng)中得到，實際完成的工程建設對既有的地理信息所做的修改又保存到相應的地理信息系統(tǒng)中，為下一步或其他管理服務?？梢?，地理信息技術是支持可視化化工程建設管理的一項重要技術的。

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

　　4.2 智能輔助工程設計技術

　　隨著現(xiàn)代建設技術的發(fā)展，工程項目越來越復雜，設計量也越來越大，特別是可視化化工程建設管理，還需要建立虛擬可視化對象，設計量更大，因此，只有采用智能輔助工程設計技術，盡可能的替代人的腦力勞動，減少設計工作量，才能滿足實際要求。實際上，也正是近來的智能輔助設計技術有了長足的發(fā)展，也才得以使可視化化工程建設管理實現(xiàn)成為可能。

　　目前，智能輔助工程設計技術已逐漸由二維平面轉向三維立體，

　　4.3 三維實體仿真技術

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

　　4.4 動畫技術

　　建設過程是一個動態(tài)的過程，即使是采用三維圖像，如果是靜態(tài)的，實際上反映的信息也是不全面的，不能全面反映一個建設過程。例如，在大型構件吊裝過程中，由于周圍障礙物，起吊初始條件，就位條件等的影響，采用動畫技術演示吊裝過程，比采用靜態(tài)圖形來演示的優(yōu)勢要明顯的多。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，采用動畫預演做技術交底，能讓實際操作者有更直觀和明白的了解。動畫技術是實施可視化化工程建設管理必不可少的一項技術。

　　4.5 海量數據存儲及傳輸

　　可視化工程建設管理的一項關鍵的工作是將管理對象數據化，然后存取加工這些數據，形成的可視化工程建設。從中，首先我們可以看到工程管理涉及的管理對象就很多，形成的數據就很多，再則，建立的是這些可視化工程建設系統(tǒng)也以數據形式存取，因此，不難理解，可視化工程建設管理是需要海量數據存儲技術支持的。其次，參加建設人眾多，不可能集中工作，因此海量數據必須在不同的管理者之間交換，這就存在一個傳輸問題。保證數據傳輸的暢通，也是才能保證可視化工程建設管理得以實施。

　　4.6 遠程實時監(jiān)控技術

　　由于建設項目，特別是一些大型的項目，由于構成項目的各單項工程分布范圍廣泛，有時甚至跨省市地區(qū)，在這樣的項目中，實施可視化建設管理，只有通過遠程實時監(jiān)控技術，將項目實施過程數據化，同時將其與實際實施前虛擬的建設過程聯(lián)系起來，實現(xiàn)將虛擬的可視化工程建設管理和現(xiàn)實的工程建設管理聯(lián)系起來。

　　當然，除了以上技術，在可視化工程建設管理中，還涉及很多技術和理論，這里只是提及其與其他管理手段有明顯不同要求的幾項技術，同時以上提及的技術也包含許多其他技術，例如，在數據傳輸里面又涉及到數據壓縮技術和壓縮算法理論，在遠程實時監(jiān)控技術、海量數據存儲及傳輸中又涉及網絡技術等。這里就不再一一提及。

　　5 可視化工程建設管理的發(fā)展前景

　　5.1 可視化是各領域管理工作發(fā)展的共同方向

　　目前，不管在國內還是國外，可視化管理都是管理共同發(fā)展的方向，以國外其他領域的比較著名的項目為例，都可以看到可視化已經越來越不可缺少。例如，美國宇航局噴氣推進實驗室2004年的火星探測計劃，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、火星車進入大氣層、降落、安全氣囊打開、著陸等的各環(huán)節(jié)均按項目實際發(fā)展狀況進行了模擬，實現(xiàn)項目實施前的預可視，同時，火星車項目執(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，實現(xiàn)了項目的現(xiàn)實可視。正是這些可視化為整個項目的成功奠定基礎。

　　5.2 工程建設領域內必將形成系統(tǒng)的可視化管理

　　在工程建設領域，幾乎每一項工程建設都具有投資大，對環(huán)境、社會影響大，不確定因素多，風險大，不可重復等特點。因而，為決策不失誤，對項目建設的可視化需求其實是十分迫切的，隨著各項技術的不段完善，同時實現(xiàn)可視化的成本將越來越低，建設決策方必將可視力管理視為最基本的需要之一，以便決策和管理，而各實施方出于競爭的需要，也必將為決策者提供本實施方的可視化方案，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，特別是在實際建設中，存在多方案時，為確定各方案的實際可行性和優(yōu)劣，可視化是最能實現(xiàn)比選的。此外，項目實施者，在技術交底，可視化方案也是最易于接受的，當然，在許多方面，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，工程建設領域內必將形成系統(tǒng)的可視化管理。

       目前, 可視化工程建設管理還處于其發(fā)展的初期階段，甚至可以說是萌芽階段，在建設領域全面推行可視化工程建設管理,還存在一定的難度,主要存在問題是管理人員觀念需要及時轉變,此外,相關的技術也還需要充分完善,但工程建設本身對其管理的可視化要求,使得可視化工程建設管理成為今后工程建設領域管理發(fā)展的方向,因此,目前,急需在一些項目推行可視化工程建設管理,積累經驗,推進工程建設領域的可視化管理理念、理論及技術的發(fā)展。