１、前言

　　施工管理過程其實就是信息流動的過程，通過信息從上層到下層或從下層到上層的縱向流動，以及在同一層次間的橫向流動，達(dá)到管理和控制的目的。但目前我國的建設(shè)工程管理過程中，信息的流動主要采用手工統(tǒng)計數(shù)據(jù)、編制報表的方式（一些企業(yè)即使采用了計算機(jī)，也主要用于將手寫的報表編織成打印的報表），這種方式工作量大、效率低，難以保證信息的及時性和有效性。

　　隨著“數(shù)字化地球”概念的提出，“數(shù)字化”時代已經(jīng)到來，相對其他行業(yè)和領(lǐng)域來說，建設(shè)工程領(lǐng)域的數(shù)字化概念還很模糊，數(shù)字化的施工管理方法研究也很少見。為此，本文從“數(shù)字化施工管理”概念出發(fā)，重點分析了數(shù)字化施工管理的內(nèi)涵及可能實現(xiàn)的手段。數(shù)字化施工管理是工程管理領(lǐng)域的必然趨勢，本文拋磚引玉，以期引來同仁的積極探討并帶來數(shù)字化施工管理的繁榮。

　　2、數(shù)字化施工管理的內(nèi)涵

　　與“數(shù)字地球”的概念相似，“數(shù)字化施工”就是將施工過程數(shù)字化，它包括工程全部施工過程信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化。“數(shù)字化施工管理”即在數(shù)字化施工的基礎(chǔ)上，用數(shù)字化手段整體性地解決工程施工問題并最大限度地利用信息資源。

　　數(shù)字化施工管理是以知識為基礎(chǔ)，運用空間的概念整合信息及資料庫的體系，是一種強(qiáng)調(diào)知識共享與更新的機(jī)制及過程，注重將原始資料經(jīng)過整理、統(tǒng)計與分析后變成信息，而信息經(jīng)過充分運用及共享，則可轉(zhuǎn)化為有用的知識。因此，本文認(rèn)為數(shù)字化施工管理的內(nèi)涵應(yīng)包括以下幾個部分：①空間信息技術(shù)；②系統(tǒng)仿真計算；③可視化與虛擬現(xiàn)實；④多智能體施工。數(shù)字化施工管理的興起將為建設(shè)行業(yè)加快工程進(jìn)度、節(jié)約工程造價、保證工程質(zhì)量等起到巨大作用。

　　2.1空間信息技術(shù)

　　空間信息是數(shù)字化施工管理的首要前提，它包括施工場地的地形、地貌、建筑物、施工項目等一切空間的信息。空間信息技術(shù)是處理空間信息最為有力的工具，它主要包括遙感技術(shù)（ＲＳ）、地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ）和全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ），即3Ｓ。其中，地理信息系統(tǒng)在建設(shè)工程管理中發(fā)揮了越來越重要的作用。

　　地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ，ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓ ｔｅｍ）是近年來迅速發(fā)展起來的、一門介于地球科學(xué)與信息科學(xué)之間的交叉學(xué)科，亦是地學(xué)空間數(shù)據(jù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的新型空間信息技術(shù)。它是在計算機(jī)硬件和軟件支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統(tǒng)。

　　ＧＩＳ具有存儲、處理、傳輸和顯示海量地理信息或空間數(shù)據(jù)的功能，因而適合用于管理規(guī)模越來越龐大的工程建設(shè)系統(tǒng)的信息。目前有學(xué)者研制開發(fā)了以ＧＩＳ和數(shù)字媒體技術(shù)為基礎(chǔ)的三峽工程決策支持系統(tǒng)集成指揮中心，在可視化的環(huán)境下以多種媒體形式為決策用戶提供各種施工動態(tài)、靜態(tài)信息，為提高決策效率提供有效的工具[3].ＧＩＳ可以對信息進(jìn)行空間分析和可視化表達(dá)，這些功能適用于工程地質(zhì)勘探、工程項目選址分析、工程項目風(fēng)險評價、施工平面規(guī)劃等工程建設(shè)領(lǐng)域。豐富的查詢功能也是ＧＩＳ的一大顯著特點，ＧＩＳ提供圖形查詢、文字查詢、事件查詢和過程查詢，利用這些功能不但能獲得與空間坐標(biāo)有關(guān)的各項實體的信息（如設(shè)計參數(shù)、圖紙等），還可以獲得動態(tài)的過程信息，如施工過程信息等。文獻(xiàn)[4]將ＧＩＳ用于公路建設(shè)管理中，利用ＧＩＳ動態(tài)反映路基、結(jié)構(gòu)物的施工進(jìn)展情況，隨時反映出工程的變更情況，實現(xiàn)各構(gòu)造物的施工進(jìn)展形象圖及各種信息的統(tǒng)計與分析。近年來，隨三維、四維的數(shù)據(jù)模型日趨成熟，三維、四維的ＧＩＳ也逐漸得到研究和應(yīng)用。天津大學(xué)的鐘登華等將ＧＩＳ技術(shù)與系統(tǒng)仿真技術(shù)相結(jié)合，并廣泛應(yīng)用于水利水電工程的施工領(lǐng)域中，如壩區(qū)地質(zhì)三維可視化、地下洞室和大壩施工過程三維動態(tài)演示、施工導(dǎo)截流施工管理、施工場地總布置等，在行業(yè)內(nèi)取得不小的反響[5-7].如圖1為應(yīng)用ＧＩＳ技術(shù)生成的某水電工程施工場地總布置圖。另外，與人工智能、面向?qū)ο�、萬維網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的結(jié)合的新型地理信息系統(tǒng)不斷的出現(xiàn)，這與施工管理數(shù)字化的趨勢相符合，因此也必將在工程建設(shè)領(lǐng)域得到更加深入和廣泛的應(yīng)用。

　　2.2系統(tǒng)仿真計算

　　系統(tǒng)仿真技術(shù)是20世紀(jì)40年代末以來隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展逐步形成的一門新興學(xué)科，它以相似性原理、系統(tǒng)工程方法、信息技術(shù)以及應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)等設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)研究的一門多學(xué)科的綜合技術(shù)[8].仿真就是通過建立系統(tǒng)模型對實際系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究的過程。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代仿真技術(shù)已經(jīng)成為任何復(fù)雜系統(tǒng)不可缺少的分析、研究、設(shè)計、評價、決策和訓(xùn)練的重要手段。

　　國外從70年代開始將仿真技術(shù)應(yīng)用到工程施工過程仿真，以循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件為代表的一系列軟件已廣泛的應(yīng)用在隧洞施工、土石方開挖、橋梁施工、管道施工等工程施工領(lǐng)域，如Ｈａｌｐｉｎ用于工程施工過程仿真的ＣＹＣＬＯＮＥ；Ｍｏａｖｅｎｚａｄｅｈ用于費用預(yù)測的隧道施工仿真軟件ＴＣＭ；Ｃｌｅｍｍｉｎｓ用于土方工程施工仿真的ＳＣＲＡＰＥＳＩＭ；Ｋａｖａｎａｇｈ用于代替ＣＰＭ的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)ＳＩＲＥＮ；Ｏｄｅｈ基于知識的施工計劃仿真系統(tǒng)ＣＩＰＲＯＳ；Ｈｕａｎｇ用于施工過程動態(tài)交互仿真的ＤＩＳＣＯ等等。

　　隨著人們對建模方法學(xué)研究的不斷深入及計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對系統(tǒng)仿真技術(shù)提出了更高的要求。20世紀(jì)90年代以來，系統(tǒng)仿真的研究主要集中在：分布式交互仿真（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、面向?qū)ο蠓抡妫ǎ希猓辏澹悖?ＯｒｉｅｎｔｅｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、智能仿真（Ｉｎｔｅｌ ｌｉｇｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、可視化仿真（ＶｉｓｕａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、多媒體仿真（ＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）等等[10].圖2為可視化與仿真相結(jié)合而生成的可視化施工管理過程。

　　在國內(nèi)，天津大學(xué)的孫錫衡[13]等于80年代初首先把仿真技術(shù)引入水電工程施工領(lǐng)域，隨后，鐘登華等人對大型地下洞室群、混凝土壩的施工過程進(jìn)行仿真研究，尤其是近期提出基于ＧＩＳ的可視化仿真等理論和方法在眾多大型實際工程中得到了成功的應(yīng)用[14-20].其他的一些研究單位和學(xué)者也在施工過程仿真領(lǐng)域作了一定的工作。其中，同濟(jì)大學(xué)[21]根據(jù)已

　　有的盾構(gòu)法隧道施工引起地層移動理論，采用了基于數(shù)據(jù)體視化算法的計算機(jī)仿真技術(shù)，研制了盾構(gòu)法隧道施工實時預(yù)測與控制仿真軟件；武漢水利電力大學(xué)和大連理工均在混凝土壩澆筑仿真方面進(jìn)行了研究[22-24]；四川大學(xué)主要研究了地下洞室群施工過程的仿真計算[25]，等等。沙梅[26]用離散系統(tǒng)仿真對集裝箱碼頭的工藝系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行模擬，為集裝箱港口工程項目設(shè)計提供決策支持。曾賽星[27]引入了可用于離散事件和連續(xù)事件的ＳＬＡＭⅡ仿真系統(tǒng)，針對一個多服務(wù)臺的土方運輸系統(tǒng)進(jìn)行了傳真試驗。

　　2.3可視化與虛擬現(xiàn)實可視化即科學(xué)計算

　　可視化（ＶｉＳＣ，ＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）[28]，是指運用計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實（ＶｉｒｔｕａｌＲｅ ａｌｉｔｙ，簡稱ＶＲ）是采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新科技生成逼真的集視覺、聽覺、觸覺與嗅覺為一體的特定范圍的模擬環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備（如頭盔顯示器、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等）使用戶以自然的方式與模擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。

　　與可視化相比，在ＶＲ系統(tǒng)中用戶與計算機(jī)的交互方式就像現(xiàn)實中人與自然的交互一樣，即具有沉浸性（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）；在ＶＲ系統(tǒng)中用戶不再是被動地接受計算機(jī)所給予的信息或者是旁觀者，而是能夠使用交互輸入設(shè)備來操縱虛擬物體，以改變虛擬世界的，即具有良好的交互性（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）；用戶利用ＶＲ系統(tǒng)可以從定性和定量綜合集成的環(huán)境中獲得感性和理性的認(rèn)識，從而深化概念和萌發(fā)新意，即具有想象性（Ｉｍａｇｉｎａ ｔｉｏｎ）。由于上述特點，虛擬現(xiàn)實在建設(shè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用成為了新的熱點。

　　利用ＶＲ的可視化特性，對整個施工現(xiàn)場場景和施工過程進(jìn)行三維展現(xiàn)，可以充分挖掘人類視覺獲取信息的潛能，使工程技術(shù)人員和決策人員可以最大限度地獲得施工過程的信息，有效地檢驗施工組織設(shè)計方案的可行性；用戶也可以進(jìn)入數(shù)據(jù)本身所在的環(huán)境，通過實時交互修改參數(shù)來對不同施工方案進(jìn)行比較。

　�。郑业慕换バ允菍W(xué)校教學(xué)或培訓(xùn)員工的有效工具。建筑工程施工和管理是實踐性較強(qiáng)的課程，而現(xiàn)實條件又不可能提供所有的實踐環(huán)節(jié)，采用ＶＲ構(gòu)建一個虛擬的工程建設(shè)環(huán)境，使學(xué)生“參與”其中，將會提高學(xué)生的“實踐經(jīng)驗”。采用ＶＲ技術(shù)虛擬施工過程，也有助于操作人員全面了解操作流程，優(yōu)質(zhì)安全地完成施工任務(wù)，尤其對一些特殊的或危險的操作進(jìn)行全面培訓(xùn)，可以大大提高培訓(xùn)的安全性，并降低培訓(xùn)的費用。

　　2.4多智能體施工

　　智能體（Ａｇｅｎｔ）是指為了實現(xiàn)自己的設(shè)計目標(biāo)或任務(wù)而獨立自主的運行，能適應(yīng)自身所處的環(huán)境，并能不斷地從環(huán)境中獲取知識以提高自身能力，具有學(xué)習(xí)和推理功能的智能實體。多智能體系統(tǒng)[34]是由多個可計算的智能體組成的集合，其中每個智能體是一個物理的或抽象的實體，能作用于自身和環(huán)境，并與其他智能體通訊。其目標(biāo)是特大的復(fù)雜系統(tǒng)（軟硬件系統(tǒng)）建造成小的、彼此相互通訊及協(xié)調(diào)的、易于管理的系統(tǒng)。多智能體技術(shù)是人工智能技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍。多智能體技術(shù)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性，并具有自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力。采用多智能體系統(tǒng)解決實際應(yīng)用問題，具有很強(qiáng)的魯棒性和可靠性，并具有較高的問題求解效率。由于多智能體技術(shù)的這些特點，它在解決復(fù)雜大系統(tǒng)的問題是具有明顯的優(yōu)勢。

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)，工程項目規(guī)模不斷擴(kuò)大、形式日益復(fù)雜，工程建設(shè)過程涉及的單位和個人也越來越多，因而對建設(shè)工程管理的統(tǒng)籌性、協(xié)調(diào)性、時效性提出的要求就越來越高。對于這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)用多智能體技術(shù)來保證工程建設(shè)任務(wù)的順利進(jìn)行時非常合適的。

　　目前，已有學(xué)者研究基于Ａｇｅｎｔ的工程建設(shè)協(xié)同工作方法，為工程建設(shè)項目進(jìn)行高效管理、協(xié)作設(shè)計的提供重要的工具[35].曾明[36]以蘇州河綜合整治工程的計劃管理為背景，提出一種用于多部門計劃協(xié)調(diào)支持系統(tǒng)的Ａｇｅｎｔ協(xié)同工作組織結(jié)構(gòu)。由于在招投標(biāo)時，需要大量的工程量數(shù)據(jù)計算工程造價，重慶大學(xué)的任玉瓏等提出了構(gòu)建適用于投標(biāo)計價和做招標(biāo)的標(biāo)底的招投標(biāo)計價多Ａｇｅｎｔ協(xié)同工作系統(tǒng)的思想，該多Ａ ｇｅｎｔ協(xié)同工作系統(tǒng)包含工程量計算Ａｇｅｎｔ和造價計算Ａｇｅｎｔ[37].西北工業(yè)大學(xué)的儲備等從設(shè)計資源的角度深入研究了通過Ａｇｅｎｔ以招投標(biāo)模型實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)的合理配置從而達(dá)到設(shè)計資源的合理分布與合理流轉(zhuǎn)[38].大型水利工程的物資供應(yīng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，為此，劉三伢等[39]將供應(yīng)鏈管理理論和Ａｇｅｎｔ技術(shù)引入大型工程物資供應(yīng)系統(tǒng)的研究中。

　　總的來說，多智能體技術(shù)在建設(shè)工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還很有限，有待進(jìn)一步拓展其應(yīng)用的深度和廣度。

　　3、數(shù)字化施工管理的實現(xiàn)

　　如同數(shù)字地球一樣，數(shù)字化施工的實現(xiàn)是一個長期復(fù)雜的工程，它需要各種相關(guān)知識、技術(shù)等的共同提高與發(fā)展，軟環(huán)境與硬（件）環(huán)境同時不可或缺。在硬件方面，要在工程施工區(qū)內(nèi)布置高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)，大量的現(xiàn)場跟蹤攝像設(shè)備，可隨時接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、具備無線上網(wǎng)功能的電子計算機(jī)，數(shù)碼設(shè)備等，每個現(xiàn)場施工人員需配備先進(jìn)的數(shù)字設(shè)備。同時現(xiàn)場配備多臺跟蹤攝像與監(jiān)測設(shè)備，在施工中結(jié)合系統(tǒng)仿真計算，部分實現(xiàn)了數(shù)字化施工。在軟環(huán)境方面，要組建高效精干的數(shù)字化施工管理機(jī)構(gòu)，做好施工前的數(shù)據(jù)資料收集準(zhǔn)備工作，強(qiáng)化施工過程中的管理與控制。

　　4、結(jié)束語

　　數(shù)字化施工管理是工程管理現(xiàn)代化的需要，也是數(shù)字化時代的必然趨勢。雖然，目前數(shù)字化施工管理還是一個全新的概念，相關(guān)理論和技術(shù)尚不成熟，但是應(yīng)該看到，在一些方面我們已取得了一定的成果。本文僅粗淺地討論了對數(shù)字化施工管理的概念和相關(guān)理論方法的認(rèn)識，以期帶來更多的探討，共同促進(jìn)數(shù)字化施工管理的繁榮。

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