可视化工程建设管理

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　　对工程项目建设的可视化要求，自古就有,例如，北宋李诫在《营造法式》中绘制大量工程图样, 书中所谓的地盘图、正样图、侧样图,也既现在的建筑的平面、立面、剖面图，这些其实质可理解为古代人类对工程建设可视化的一种最初的需求。实际上，只要技术经济上可能，对工程项目建设的可视化要求是往往最迫切的，由于建设项目的固有的单一性，不可重复，不可逆转性等特点，项目的决策者只要有可能，都希望在项目实施前，看到项目是如何建成的，建成后又是什么样的，是否符合自己的要求，以便作出最恰当的决策。在计算机技术出来前，人们是通过手工绘制效果图，透视图等，表现将要建成的建筑物。到现代，随着计算机技术，特别是计算机图象技术的飞速发展，实现建设项目的可视化更加容易，表现方式越来越多，因而对建设项目的可视化要求也越来越高，越来越多。

　　但由于对现代技术发展迅速程度认识的局限性，以及观念的限制，目前对可视化技术在工程建设管理中起到作用的认识程度和实际应用范围基本上都是片面和局部的，一般的着重点在于解决个别独立问题，如在建筑方案竞赛中，做一个效果图，目的争取方案中标;在一个吊装施工或钢架拼装施工中，电脑模拟一个吊装或拼装方案，目的是论证该方案的可行性等等，虽然上叙的这些实例具有局限性，但这些都充分说明可视化工程建设管理作为一种管理理念已经在工程建设管理的局部开始萌芽。而本文的目的是将可视化工程建设管理作为一种工程建设方面的管理理念整体提出来，并作相应的阐述。

　　1 可视化工程建设管理的定义

　　简单的讲，可视化工程建设管理就是在工程建设周期内，将管理对象数据化后，采用一定形式存储，并通过使用这些数据形成相应的可视化形态来进行工程建设管理。

　　其中，工程建设周期在不同的工程管理系统中,其周期定义是不一致的，例如对于建设项目而言，指的是项目生命周期。而对施工企业而言，其周期是施工企业生命周期。而城市工程建设管理则是城市生命周期。

　　定义中的管理对象包括建设过程，建设投入物，产出物等。

　　定义中的管理对象具有以下特征，

　　一是均为可数据化的对象，例如，建筑物可以通过专业人员采用CAD建模，再加以光线，材质等以DWG或其他格式的数据形式存储，当然也可采用MAYA等其他工具将其数据化;施工过程可以通过录像设备摄录后，以AVI、MPEG、MPG、DAT等格式形式数据化;施工中机械产生的噪音可以通过数字录音设备直接记录为相应的数据。

　　二是同一须数据化对象在被数据化时采用的方法不是唯一的，例如，施工过程可以是现场录像，也可采用模拟形成;施工中机械产生的噪音可以通过现场数字录音记录，也可采用同类施工机械已经有的录音数字化。

　　三是对象数据化时与对象是否在现实中已经存在或已经发生是无关的，例如，施工中梁的吊装过程并未发生，但可以通过模拟来形成。再如，建筑物并未实际建设完成，但建筑物基本数据已经形成，并可据此形成虚拟的建筑物的效果图等。施工现场某时间段的施工并未到来，但其产生的噪音可以通过该施工段需要的所有施工机械产生的噪音来合成施工现场的噪音数据。

　　对象数据化主要有两种方式，第一种方式是虚拟现实，使用根据已经有的条件，按要求，依据一定的规律推导得出的数据，将对象数据化，主要是适用于那些数据化时还未出现，未存在、未发生的对象，在数据化时采用。这一类对象由于是虚拟的现实，实际上可能不会发生，或不会如此发生，因此会随边界条件动态变化。第二种方式是现实虚拟，根据已经存在的实际物体，正发生的过程等通过量测摄等手段记录得来的数据，将对象数据化，这些数据是不可变的。适用于数据化时已经存在的，正发生的对象。

　　数据存储形式指两方面，一方面是指存储用的数据结构，如文档文件通常采用word文件格式，图形采用dwg格式，影像采用MPEG/MPG/DAT格式，声音采用mp3格式等等，这些主要随软件不同而不同，通常要求是通用性，交互性好，易传输。另一方面是数据存储位置，在一个管理系统中，通常数据存储采用集中存储，各局部易地多个备份。

　　使用数据包括直接使用数据，和加工数据后使用等，例如，要看见现场实际生产情况，可通过直接播发远程监控系统采集来的现场数据来观看。就是直接使用数据。而施工单位根据设计方提供的数据，再结合自己生产要素性能等数据，模拟施工过程片段则属于加工使用数据。而施工单位将模拟施工片段以DVD或其他可视化格式存储，并交建设单位观看申查，则建设单位变为直接使用数据了。

　　形成的可视化形态是指基于视觉的仿真，可被直接观察到，并能依据观察到的结果作出判断或指导下一步实际动作，这些可视化形态包括录像，实时影像，过程模拟影像、照片，各类图表，文字等等。

　　定义中的工程建设管理包括两方面的管理及其相互转化，一方面是对实际工程建设的管理，另一个是对数据化后形成的可视化工程建设进行的虚拟管理。虚拟管理的可视化工程建设边际条件和实际工程建设一致，可视化工程建设过程是可再现的，且在实际工程建设实施前，其过程不是唯一的，各过程可以比选，比选的结果可运用于实际工程建设，而实际工程建设实施后，又成为可视工程建设的边际条件。两种管理交替进行，相互验证补充。

　　2 可视化工程建设管理的最基本特征

　　可视化工程建设管理的的最基本特征在两个可视，第一个可视是指项目实施前的全面预可视，第二个可视是指项目实施中的实时可视。

　　第一个可视实际是指在项目本阶段实施前，各种关于本阶段的实施方案，实施后的结构，产成品已经通过各种技术手段，在虚拟的建设管理中通过可视化管理已经完成，或者结果已经可视。在这里，要指出的是，当然，在目前的一些项目管理中，在实际项目实施前，也可看到部分实施后的结果和过程，但这些都是片面的、局部的，而不是全面的。全面的预可视，通常包含两个方面，一方面指整个工程建设全过程的虚拟可视，例如，对于某高层建筑，依据施工组织设计，在某个具体时间，其主体土建建设到哪层，其空间高度是不同的，当然其效果是不同的，外表装修到某层，其效果也是不一样的，因此每一时间点，其可视形态是不同的,全面的可视就是在其建设的每一时间点，都有对应的可视形态，在虚拟管理系统中，其可视形态是时间的函数。另一方面是指建设的主要、关键或是对周围环境影响重大的工序、工艺，要实现虚拟可视，并且是多方案比选后的虚拟可视。

　　第二个可视实际是指项目实施中，各个正实施的工作面的实际情况，或者已经完成的施工成果现正表现的状况，这个可视主要通过现场监控技术来收集到的影像结构数据来实现，也就是建设项目范围内实施的全面的施工现场监控，这个可视包括为项目建设生产主要设备、半成品基地的监控。

　　以上所述的最基本特征，也是区分传统的工程建设管理和可视化工程建设管理的最根本的区别点。凡是能实现这两个可视化管理，也就本文提出的可视化工程建设管理，否则则不是。

　　3 几种典型可视化工程建设管理的概述

　　3.1 施工企业项目部的工程项目建设可视化管理

　　施工企业项目部的工程项目建设，是指将由施工企业组建的项目部去完成的，由施工企业通过投标或其他途径承包到的工程建设项目，它通常是一个大的建设项目中的一部分，也可能是整个建设项目。对于这样的工程建设项目实行可视化管理，通常是在施工企业接收到招标书或其他形式的建设任务书时，依据该招标文件或任务书，将自己将要承担部分依据企业自身的特点，全面可视化施工过程和并形成建设成果的可视化影像，参与投标，中标后按可视化的理念设相应机构，依据前期形成的可视化成果开展管理，实施工程项目的建设，当然，也可能在实施中对前期的可视化管理做调整，同时，项目建设完成后，将最后的可视化成果移交建设单位或相应的档案部门。实际，这种可视化化管理通常可能是最小单元的可视化管理的管理，也是目前最容易实现的可视化管理。

　　3.2 建设项目的可视化管理

　　建设项目主要是从建设业主的角度和整个项目建设的角度出发考虑的建设项目，在这样的建设项目中实现可视化管理，通常是由建设业主在项目建设前期既提出可视化管理的要求，并在前期的设计阶段完善，总体实现初步的可视化，招标阶段再将局部重要过程的可视化要求提出，由投标单位完善，并从中优选施工单位。施工实施过程中，在参建的各个施工单位项目部的可视化管理的基础上，通过业主设立相应的可视化机构，整合整个项目的可视化管理，项目建设期完成后，形成相应的可视化建筑物，在整个项目的运营其间，为生产运营提供可视化影像，以利项目建筑物的维修，保养，改扩建等需要，直到项目完成后，为项目的后评估提供依据。

　　3.3 施工企业可视化管理

　　施工企业可视化管理主要是从施工企业内部管理角度出发考虑的工程建设管理，由于施工企业通常会同时承建不同工程建设项目的部分或全部，管理的工程建设项目分布遍布各地。这样的工程建设管理实现可视化，通常是在施工企业各项目部的可视化管理的基础上，由企业设置的专门部门，通过制订企业可视化标准等手段，整合成整个企业的可视化管理。

　　3.4 城镇建设的可视化管理

　　城镇建设可视化管理主要是从城镇建设管理角度出发，城市建设包含所有在城市内的建设项目，对于这样的建设管理，通常由负责城镇建设的部门，设立专门的可视化机构，负责发布在本城市实施可视化管理的标准、规范，同时监督检查可视化实施情况，收集可视化成果，整合在城市中准备实施或正实施的建设项目，进而形成整个城市建设的可视化管理。

　　4 可视化化工程建设管理实施需要大力发展的几项技术

　　4.1 地理信息技术

　　任何工程建设地，都有相应的地形，地址、地貌、地物特征等地理信息。地理信息技术就是将这些信息数字化并存储的技术。可视化工程建设管理的初始条件都可从相应的地理信息系统中得到，实际完成的工程建设对既有的地理信息所做的修改又保存到相应的地理信息系统中，为下一步或其他管理服务。可见，地理信息技术是支持可视化化工程建设管理的一项重要技术的。

　　目前，我国的地理信息技术发展还不是很充分，还未形成一个民用的实用的虚拟数字中国，或某个数字地区、城市等地理信息系统。因此，在绝大多数的工程建设中，都需要自己建立相应的地理信息系统。这也限制了可视化工程建设管理的发展。

　　4.2 智能辅助工程设计技术

　　随着现代建设技术的发展，工程项目越来越复杂，设计量也越来越大，特别是可视化化工程建设管理，还需要建立虚拟可视化对象，设计量更大，因此，只有采用智能辅助工程设计技术，尽可能的替代人的脑力劳动，减少设计工作量，才能满足实际要求。实际上，也正是近来的智能辅助设计技术有了长足的发展，也才得以使可视化化工程建设管理实现成为可能。

　　目前，智能辅助工程设计技术已逐渐由二维平面转向三维立体，

　　4.3 三维实体仿真技术

　　人生活的空间是三维，绝大大部分的工程建设管理对象也是三维实体的，因此对其实现真正可视化管理也只有用三维实体影像才能达到效果。同时可视化工程建设管理的大部分工作都在工程实施前完成，而此时项目还未实施，实体还未建成，只有借助三维实体仿真技术才能得到三维实体影像。因此，可视化管理中，绝大部分建设管理对象是三维实体，三维实体仿真技术是实现虚拟三维可视化建设管理对象的主要手段，

　　4.4 动画技术

　　建设过程是一个动态的过程，即使是采用三维图像，如果是静态的，实际上反映的信息也是不全面的，不能全面反映一个建设过程。例如，在大型构件吊装过程中，由于周围障碍物，起吊初始条件，就位条件等的影响，采用动画技术演示吊装过程，比采用静态图形来演示的优势要明显的多。一方面其反映的信息是动态全过程，在吊装过程中，其反映出的梁在空间位置变化，以及障碍物对吊装影响，吊臂长短变化，旋转以及其组合变化等信息，采用静态的图像是很难反映的。二是其反映的信息更容易全面理解，易于让人接受，采用动画预演做技术交底，能让实际操作者有更直观和明白的了解。动画技术是实施可视化化工程建设管理必不可少的一项技术。

　　4.5 海量数据存储及传输

　　可视化工程建设管理的一项关键的工作是将管理对象数据化，然后存取加工这些数据，形成的可视化工程建设。从中，首先我们可以看到工程管理涉及的管理对象就很多，形成的数据就很多，再则，建立的是这些可视化工程建设系统也以数据形式存取，因此，不难理解，可视化工程建设管理是需要海量数据存储技术支持的。其次，参加建设人众多，不可能集中工作，因此海量数据必须在不同的管理者之间交换，这就存在一个传输问题。保证数据传输的畅通，也是才能保证可视化工程建设管理得以实施。

　　4.6 远程实时监控技术

　　由于建设项目，特别是一些大型的项目，由于构成项目的各单项工程分布范围广泛，有时甚至跨省市地区，在这样的项目中，实施可视化建设管理，只有通过远程实时监控技术，将项目实施过程数据化，同时将其与实际实施前虚拟的建设过程联系起来，实现将虚拟的可视化工程建设管理和现实的工程建设管理联系起来。

　　当然，除了以上技术，在可视化工程建设管理中，还涉及很多技术和理论，这里只是提及其与其他管理手段有明显不同要求的几项技术，同时以上提及的技术也包含许多其他技术，例如，在数据传输里面又涉及到数据压缩技术和压缩算法理论，在远程实时监控技术、海量数据存储及传输中又涉及网络技术等。这里就不再一一提及。

　　5 可视化工程建设管理的发展前景

　　5.1 可视化是各领域管理工作发展的共同方向

　　目前，不管在国内还是国外，可视化管理都是管理共同发展的方向，以国外其他领域的比较著名的项目为例，都可以看到可视化已经越来越不可缺少。例如，美国宇航局喷气推进实验室2004年的火星探测计划，在正式火星车登陆前，就有了火星车登陆全过程模拟图，其中火箭锥体分离、火星车进入大气层、降落、安全气囊打开、着陆等的各环节均按项目实际发展状况进行了模拟，实现项目实施前的预可视，同时，火星车项目执行过程中，传回的影像，又是管理人员在地球发出指令的正确依据，实现了项目的现实可视。正是这些可视化为整个项目的成功奠定基础。

　　5.2 工程建设领域内必将形成系统的可视化管理

　　在工程建设领域，几乎每一项工程建设都具有投资大，对环境、社会影响大，不确定因素多，风险大，不可重复等特点。因而，为决策不失误，对项目建设的可视化需求其实是十分迫切的，随着各项技术的不段完善，同时实现可视化的成本将越来越低，建设决策方必将可视力管理视为最基本的需要之一，以便决策和管理，而各实施方出于竞争的需要，也必将为决策者提供本实施方的可视化方案，体现自身优势，以便决策者了解自身，争取在竞争中获胜，特别是在实际建设中，存在多方案时，为确定各方案的实际可行性和优劣，可视化是最能实现比选的。此外，项目实施者，在技术交底，可视化方案也是最易于接受的，当然，在许多方面，可视化是最好的选择，在此就不一一叙述，总之，在各方的需求下，工程建设领域内必将形成系统的可视化管理。

       目前, 可视化工程建设管理还处于其发展的初期阶段，甚至可以说是萌芽阶段，在建设领域全面推行可视化工程建设管理,还存在一定的难度,主要存在问题是管理人员观念需要及时转变,此外,相关的技术也还需要充分完善,但工程建设本身对其管理的可视化要求,使得可视化工程建设管理成为今后工程建设领域管理发展的方向,因此,目前,急需在一些项目推行可视化工程建设管理,积累经验,推进工程建设领域的可视化管理理念、理论及技术的发展。