建设工程项目数字化施工管理概述

1、建设工程程项目数数字化施施工管理理、前言言施工工管理过过程其实实就是信信息流动动的过程程，通过过信息从从上层到到下层或或从下层层到上层层的纵向向流动，以及在在同一层层次间的的横向流流动，达达到管理理和控制制的目的的。但目目前我国国的建设设工程管管理过程程中，信信息的流流动主要要采用手手工统计计数据、编制报报表的方方式（一一些企业业即使采采用了计计算机，也主要要用于将将手写的的报表编编织成打打印的报报表），这种方方式工作作量大、效率低低，难以以保证信信息的及及时性和和有效性性。随着着“数字化化地球”概念的的提出，“数字化化”时代已已经到来来，相对对其他行行业和领领域来说说，建设设工程领领域的数数

2、字化概概念还很很模糊，数字化化的施工工管理方方法研究究也很少少见。为为此，本本文从“数字化化施工管管理”概念出出发，重重点分析析了数字字化施工工管理的的内涵及及可能实实现的手手段。数数字化施施工管理理是工程程管理领领域的必必然趋势势，本文文抛砖引引玉，以以期引来来同仁的的积极探探讨并带带来数字字化施工工管理的的繁荣。2、数字化化施工管管理的内内涵与“数字地地球”的概念念相似，“数字化化施工”就是将将施工过过程数字字化，它它包括工工程全部部施工过过程信息息的数字字化、网网络化、智能化化和可视视化。“数字化化施工管管理”即在数数字化施施工的基基础上，用数字字化手段段整体性性地解决决工程施施工问题题

3、并最大大限度地地利用信信息资源源。数字字化施工工管理是是以知识识为基础础，运用用空间的的概念整整合信息息及资料料库的体体系，是是一种强强调知识识共享与与更新的的机制及及过程，注重将将原始资资料经过过整理、统计与与分析后后变成信信息，而而信息经经过充分分运用及及共享，则可转转化为有有用的知知识。因因此，本本文认为为数字化化施工管管理的内内涵应包包括以下下几个部部分：空间信信息技术术；系统仿仿真计算算；可视化化与虚拟拟现实；多智能能体施工工。数字字化施工工管理的的兴起将将为建设设行业加加快工程程进度、节约工工程造价价、保证证工程质质量等起起到巨大大作用。2.1空间间信息技技术空间间信息是是数字化化

4、施工管管理的首首要前提提，它包包括施工工场地的的地形、地貌、建筑物物、施工工项目等等一切空空间的信信息。空空间信息息技术是是处理空空间信息息最为有有力的工工具，它它主要包包括遥感感技术（）、地理理信息系系统（）和全球球定位系系统（），即33。其其中，地地理信息息系统在在建设工工程管理理中发挥挥了越来来越重要要的作用用。地理理信息系系统（， ）是是近年来来迅速发发展起来来的、一一门介于于地球科科学与信信息科学学之间的的交叉学学科，亦亦是地学学空间数数据与计计算机技技术相结结合的新新型空间间信息技技术。它它是在计计算机硬硬件和软软件支持持下，运运用系统统工程和和信息科科学的理理论，科科学管理理和综

5、合合分析具具有空间间内涵的的地理数数据，以以提供对对规划、管理、决策和和研究所所需信息息的空间间信息系系统。具有有存储、处理、传输和和显示海海量地理理信息或或空间数数据的功功能，因因而适合合用于管管理规模模越来越越庞大的的工程建建设系统统的信息息。目前前有学者者研制开开发了以以和数字字媒体技技术为基基础的三三峡工程程决策支支持系统统集成指指挥中心心，在可可视化的的环境下下以多种种媒体形形式为决决策用户户提供各各种施工工动态、静态信信息，为为提高决决策效率率提供有有效的工工具33.可可以对信信息进行行空间分分析和可可视化表表达，这这些功能能适用于于工程地地质勘探探、工程程项目选选址分析析、工程程

6、项目风风险评价价、施工工平面规规划等工工程建设设领域。丰富的的查询功功能也是是的一大大显著特特点，提提供图形形查询、文字查查询、事事件查询询和过程程查询，利用这这些功能能不但能能获得与与空间坐坐标有关关的各项项实体的的信息（如设计计参数、图纸等等），还还可以获获得动态态的过程程信息，如施工工过程信信息等。文献4将将用于公公路建设设管理中中，利用用动态反反映路基基、结构构物的施施工进展展情况，随时反反映出工工程的变变更情况况，实现现各构造造物的施施工进展展形象图图及各种种信息的的统计与与分析。近年来来，随三三维、四四维的数数据模型型日趋成成熟，三三维、四四维的也也逐渐得得到研究究和应用用。天津津

7、大学的的钟登华华等将技技术与系系统仿真真技术相相结合，并广泛泛应用于于水利水水电工程程的施工工领域中中，如坝坝区地质质三维可可视化、地下洞洞室和大大坝施工工过程三三维动态态演示、施工导导截流施施工管理理、施工工场地总总布置等等，在行行业内取取得不小小的反响响5-7.如图11为应用用技术生生成的某某水电工工程施工工场地总总布置图图。另外外，与人人工智能能、面向向对象、万维网网、虚拟拟现实等等技术的的结合的的新型地地理信息息系统不不断的出出现，这这与施工工管理数数字化的的趋势相相符合，因此也也必将在在工程建建设领域域得到更更加深入入和广泛泛的应用用。2.2系统统仿真计计算系统统仿真技技术是220世

8、纪纪40年年代末以以来随着着计算机机技术的的发展逐逐步形成成的一门门新兴学学科，它它以相似似性原理理、系统统工程方方法、信信息技术术以及应应用领域域相关专专业技术术为基础础，以计计算机等等设备为为工具，利用系系统模型型对真实实的或设设想的系系统进行行动态研研究的一一门多学学科的综综合技术术8.仿真真就是通通过建立立系统模模型对实实际系统统进行试试验研究究的过程程。随着着仿真技技术的发发展，现现代仿真真技术已已经成为为任何复复杂系统统不可缺缺少的分分析、研研究、设设计、评评价、决决策和训训练的重重要手段段。国外外从700年代开开始将仿仿真技术术应用到到工程施施工过程程仿真，以循环环网络仿仿真软件

9、件为代表表的一系系列软件件已广泛泛的应用用在隧洞洞施工、土石方方开挖、桥梁施施工、管管道施工工等工程程施工领领域，如如用于工工程施工工过程仿仿真的；用于费费用预测测的隧道道施工仿仿真软件件；用于土土方工程程施工仿仿真的；用用于代替替的循环环网络仿仿真系统统；基于于知识的的施工计计划仿真真系统；用用于施工工过程动动态交互互仿真的的等等等。随着着人们对对建模方方法学研研究的不不断深入入及计算算机技术术的飞速速发展，对系统统仿真技技术提出出了更高高的要求求。200世纪990年代代以来，系统仿仿真的研研究主要要集中在在：分布布式交互互仿真（）、面向向对象仿仿真（-）、智智能仿真真（ ）、可视视化仿真真

10、（）、多媒媒体仿真真（）等等等100.图图2为可可视化与与仿真相相结合而而生成的的可视化化施工管管理过程程。在国国内，天天津大学学的孙锡锡衡113等等于800年代初初首先把把仿真技技术引入入水电工工程施工工领域，随后，钟登华华等人对对大型地地下洞室室群、混混凝土坝坝的施工工过程进进行仿真真研究，尤其是是近期提提出基于于的可视视化仿真真等理论论和方法法在众多多大型实实际工程程中得到到了成功功的应用用144-200.其其他的一一些研究究单位和和学者也也在施工工过程仿仿真领域域作了一一定的工工作。其其中，同同济大学学211根据据已有的的盾构法法隧道施施工引起起地层移移动理论论，采用用了基于于数据体体

11、视化算算法的计计算机仿仿真技术术，研制制了盾构构法隧道道施工实实时预测测与控制制仿真软软件；武武汉水利利电力大大学和大大连理工工均在混混凝土坝坝浇筑仿仿真方面面进行了了研究22-24；四川川大学主主要研究究了地下下洞室群群施工过过程的仿仿真计算算255，等等等。沙沙梅226用用离散系系统仿真真对集装装箱码头头的工艺艺系统设设计进行行模拟，为集装装箱港口口工程项项目设计计提供决决策支持持。曾赛赛星227引引入了可可用于离离散事件件和连续续事件的的仿仿真系统统，针对对一个多多服务台台的土方方运输系系统进行行了传真真试验。2.3可视视化与虚虚拟现实实可视化化即科学学计算可视化（，）288，是是指运用

12、用计算机机图形学学和图像像处理技技术，将将科学计计算过程程中产生生的数据据及计算算结果转转换为图图形或图图像在屏屏幕上显显示出来来，并进进行交互互处理的的理论、方法和和技术。而虚拟拟现实（ ，简称称）是采用用以计算算机技术术为核心心的现代代高新科科技生成成逼真的的集视觉觉、听觉觉、触觉觉与嗅觉觉为一体体的特定定范围的的模拟环环境，通通过多种种传感设设备（如如头盔显显示器、立体眼眼镜、数数据手套套、数据据衣等）使用户户以自然然的方式式与模拟拟环境中中的物体体进行交交互，从从而产生生身临其其境的感感受和体体验。与可可视化相相比，在在系系统中用用户与计计算机的的交互方方式就像像现实中中人与自自然的交

13、交互一样样，即具具有沉浸浸性（）；在系统统中用户户不再是是被动地地接受计计算机所所给予的的信息或或者是旁旁观者，而是能能够使用用交互输输入设备备来操纵纵虚拟物物体，以以改变虚虚拟世界界的，即即具有良良好的交交互性（）；用户户利用系统统可以从从定性和和定量综综合集成成的环境境中获得得感性和和理性的的认识，从而深深化概念念和萌发发新意，即具有有想象性性（ ）。由于上上述特点点，虚拟拟现实在在建设工工程领域域的应用用成为了了新的热热点。利用用的的可视化化特性，对整个个施工现现场场景景和施工工过程进进行三维维展现，可以充充分挖掘掘人类视视觉获取取信息的的潜能，使工程程技术人人员和决决策人员员可以最最大

14、限度度地获得得施工过过程的信信息，有有效地检检验施工工组织设设计方案案的可行行性；用用户也可可以进入入数据本本身所在在的环境境，通过过实时交交互修改改参数来来对不同同施工方方案进行行比较。的交互互性是学学校教学学或培训训员工的的有效工工具。建建筑工程程施工和和管理是是实践性性较强的的课程，而现实实条件又又不可能能提供所所有的实实践环节节，采用用构构建一个个虚拟的的工程建建设环境境，使学学生“参与”其中，将会提提高学生生的“实践经经验”。采用用技技术虚拟拟施工过过程，也也有助于于操作人人员全面面了解操操作流程程，优质质安全地地完成施施工任务务，尤其其对一些些特殊的的或危险险的操作作进行全全面培训

15、训，可以以大大提提高培训训的安全全性，并并降低培培训的费费用。2.4多智智能体施施工智能能体（）是是指为了了实现自自己的设设计目标标或任务务而独立立自主的的运行，能适应应自身所所处的环环境，并并能不断断地从环环境中获获取知识识以提高高自身能能力，具具有学习习和推理理功能的的智能实实体。多多智能体体系统34是由多多个可计计算的智智能体组组成的集集合，其其中每个个智能体体是一个个物理的的或抽象象的实体体，能作作用于自自身和环环境，并并与其他他智能体体通讯。其目标标是特大大的复杂杂系统（软硬件件系统）建造成成小的、彼此相相互通讯讯及协调调的、易易于管理理的系统统。多智智能体技技术是人人工智能能技术的

16、的一次质质的飞跃跃。多智智能体技技术具有有自主性性、分布布性、协协调性，并具有有自组织织能力、学习能能力和推推理能力力。采用用多智能能体系统统解决实实际应用用问题，具有很很强的鲁鲁棒性和和可靠性性，并具具有较高高的问题题求解效效率。由由于多智智能体技技术的这这些特点点，它在在解决复复杂大系系统的问问题是具具有明显显的优势势。随着着国民经经济的发发展和新新技术、新材料料、新工工艺的不不断出现现，工程程项目规规模不断断扩大、形式日日益复杂杂，工程程建设过过程涉及及的单位位和个人人也越来来越多，因而对对建设工工程管理理的统筹筹性、协协调性、时效性性提出的的要求就就越来越越高。对对于这样样一个复复杂的

17、系系统，应应用多智智能体技技术来保保证工程程建设任任务的顺顺利进行行时非常常合适的的。目前前，已有有学者研研究基于于的的工程建建设协同同工作方方法，为为工程建建设项目目进行高高效管理理、协作作设计的的提供重重要的工工具335.曾明36以苏州州河综合合整治工工程的计计划管理理为背景景，提出出一种用用于多部部门计划划协调支支持系统统的协同工工作组织织结构。由于在在招投标标时，需需要大量量的工程程量数据据计算工工程造价价，重庆庆大学的的任玉珑珑等提出出了构建建适用于于投标计计价和做做招标的的标底的的招投标标计价多多协协同工作作系统的的思想，该多 协协同工作作系统包包含工程程量计算算和和造价计计算37

18、7.西西北工业业大学的的储备等等从设计计资源的的角度深深入研究究了通过过以以招投标标模型实实现产品品设计任任务的合合理配置置从而达达到设计计资源的的合理分分布与合合理流转转388.大大型水利利工程的的物资供供应系统统是一个个复杂系系统，为为此，刘刘三伢等等399将供供应链管管理理论论和技术引引入大型型工程物物资供应应系统的的研究中中。总的的来说，多智能能体技术术在建设设工程领领域的研研究和应应用还很很有限，有待进进一步拓拓展其应应用的深深度和广广度。3、数字化化施工管管理的实实现如同同数字地地球一样样，数字字化施工工的实现现是一个个长期复复杂的工工程，它它需要各各种相关关知识、技术等等的共同同提高与与发展，软环境境与硬（件）环环境同时时不可或或缺。在在硬件方方面，要要在工程程施工区区内布置置高速宽宽带互联联网，大大量的现现场跟踪踪摄像设设备，可可随时接接入、具备备无线上上网功能能的电子子计算机机，数码码设备等等，每个个现场施施工人员员需配备备先进的的数字设设备。同同时现场场配备多多台跟踪踪摄像与与监测设设备，在在施工中中结合