１、前言

　　施工管理過(guò)程其實(shí)就是信息流動(dòng)的過(guò)程，通過(guò)信息從上層到下層或從下層到上層的縱向流動(dòng)，以及在同一層次間的橫向流動(dòng)，達到管理和控制的目的。但目前我國的建設工程管理過(guò)程中，信息的流動(dòng)主要采用手工統計數據、編制報表的方式（一些企業(yè)即使采用了計算機，也主要用于將手寫(xiě)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(shí)性和有效性。

　　隨著(zhù)“數字化地球”概念的提出，“數字化”時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，相對其他行業(yè)和領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，建設工程領(lǐng)域的數字化概念還很模糊，數字化的施工管理方法研究也很少見(jiàn)。為此，本文從“數字化施工管理”概念出發(fā)，重點(diǎn)分析了數字化施工管理的內涵及可能實(shí)現的手段。數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(lái)同仁的積極探討并帶來(lái)數字化施工管理的繁榮。

　　2、數字化施工管理的內涵

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

　　數字化施工管理是以知識為基礎，運用空間的概念整合信息及資料庫的體系，是一種強調知識共享與更新的機制及過(guò)程，注重將原始資料經(jīng)過(guò)整理、統計與分析后變成信息，而信息經(jīng)過(guò)充分運用及共享，則可轉化為有用的知識。因此，本文認為數字化施工管理的內涵應包括以下幾個(gè)部分：①空間信息技術(shù)；②系統仿真計算；③可視化與虛擬現實(shí)；④多智能體施工。數字化施工管理的興起將為建設行業(yè)加快工程進(jìn)度、節約工程造價(jià)、保證工程質(zhì)量等起到巨大作用。

　　2.1空間信息技術(shù)

　　空間信息是數字化施工管理的首要前提，它包括施工場(chǎng)地的地形、地貌、建筑物、施工項目等一切空間的信息�？臻g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（ＧＩＳ）和全球定位系統（ＧＰＳ），即3Ｓ。其中，地理信息系統在建設工程管理中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。

　　地理信息系統（ＧＩＳ，ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓ ｔｅｍ）是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的、一門(mén)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)空間數據與計算機技術(shù)相結合的新型空間信息技術(shù)。它是在計算機硬件和軟件支持下，運用系統工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供對規劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統。

　�。牵桑泳哂写鎯�、處理、傳輸和顯示海量地理信息或空間數據的功能，因而適合用于管理規模越來(lái)越龐大的工程建設系統的信息。目前有學(xué)者研制開(kāi)發(fā)了以ＧＩＳ和數字媒體技術(shù)為基礎的三峽工程決策支持系統集成指揮中心，在可視化的環(huán)境下以多種媒體形式為決策用戶(hù)提供各種施工動(dòng)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，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(jià)、施工平面規劃等工程建設領(lǐng)域。豐富的查詢(xún)功能也是ＧＩＳ的一大顯著(zhù)特點(diǎn)，ＧＩＳ提供圖形查詢(xún)、文字查詢(xún)、事件查詢(xún)和過(guò)程查詢(xún)，利用這些功能不但能獲得與空間坐標有關(guān)的各項實(shí)體的信息（如設計參數、圖紙等），還可以獲得動(dòng)態(tài)的過(guò)程信息，如施工過(guò)程信息等。文獻[4]將ＧＩＳ用于公路建設管理中，利用ＧＩＳ動(dòng)態(tài)反映路基、結構物的施工進(jìn)展情況，隨時(shí)反映出工程的變更情況，實(shí)現各構造物的施工進(jìn)展形象圖及各種信息的統計與分析。近年來(lái)，隨三維、四維的數據模型日趨成熟，三維、四維的ＧＩＳ也逐漸得到研究和應用。天津大學(xué)的鐘登華等將ＧＩＳ技術(shù)與系統仿真技術(shù)相結合，并廣泛應用于水利水電工程的施工領(lǐng)域中，如壩區地質(zhì)三維可視化、地下洞室和大壩施工過(guò)程三維動(dòng)態(tài)演示、施工導截流施工管理、施工場(chǎng)地總布置等，在行業(yè)內取得不小的反響[5-7].如圖1為應用ＧＩＳ技術(shù)生成的某水電工程施工場(chǎng)地總布置圖。另外，與人工智能、面向對象、萬(wàn)維網(wǎng)、虛擬現實(shí)等技術(shù)的結合的新型地理信息系統不斷的出現，這與施工管理數字化的趨勢相符合，因此也必將在工程建設領(lǐng)域得到更加深入和廣泛的應用。

　　2.2系統仿真計算

　　系統仿真技術(shù)是20世紀40年代末以來(lái)隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展逐步形成的一門(mén)新興學(xué)科，它以相似性原理、系統工程方法、信息技術(shù)以及應用領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)為基礎，以計算機等設備為工具，利用系統模型對真實(shí)的或設想的系統進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究的一門(mén)多學(xué)科的綜合技術(shù)[8].仿真就是通過(guò)建立系統模型對實(shí)際系統進(jìn)行試驗研究的過(guò)程。隨著(zhù)仿真技術(shù)的發(fā)展，現代仿真技術(shù)已經(jīng)成為任何復雜系統不可缺少的分析、研究、設計、評價(jià)、決策和訓練的重要手段。

　　國外從70年代開(kāi)始將仿真技術(shù)應用到工程施工過(guò)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用在隧洞施工、土石方開(kāi)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(guò)程仿真的ＣＹＣＬＯＮＥ；Ｍｏａｖｅｎｚａｄｅｈ用于費用預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ＳＩＲＥＮ；Ｏｄｅｈ基于知識的施工計劃仿真系統ＣＩＰＲＯＳ；Ｈｕａｎｇ用于施工過(guò)程動(dòng)態(tài)交互仿真的ＤＩＳＣＯ等等。

　　隨著(zhù)人們對建模方法學(xué)研究的不斷深入及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對系統仿真技術(shù)提出了更高的要求。20世紀90年代以來(lái)，系統仿真的研究主要集中在：分布式交互仿真（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、面向對象仿真（Ｏｂｊｅｃｔ-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合而生成的可視化施工管理過(guò)程。

　　在國內，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(guò)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(shí)際工程中得到了成功的應用[14-20].其他的一些研究單位和學(xué)者也在施工過(guò)程仿真領(lǐng)域作了一定的工作。其中，同濟大學(xué)[21]根據已

　　有的盾構法隧道施工引起地層移動(dòng)理論，采用了基于數據體視化算法的計算機仿真技術(shù)，研制了盾構法隧道施工實(shí)時(shí)預測與控制仿真軟件；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(guò)程的仿真計算[25]，等等。沙梅[26]用離散系統仿真對集裝箱碼頭的工藝系統設計進(jìn)行模擬，為集裝箱港口工程項目設計提供決策支持。曾賽星[27]引入了可用于離散事件和連續事件的ＳＬＡＭⅡ仿真系統，針對一個(gè)多服務(wù)臺的土方運輸系統進(jìn)行了傳真試驗。

　　2.3可視化與虛擬現實(shí)可視化即科學(xué)計算

　　可視化（ＶｉＳＣ，ＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）[28]，是指運用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計算過(guò)程中產(chǎn)生的數據及計算結果轉換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。而虛擬現實(shí)（ＶｉｒｔｕａｌＲｅ ａｌｉｔｙ，簡(jiǎn)稱(chēng)ＶＲ）是采用以計算機技術(shù)為核心的現代高新科技生成逼真的集視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)與嗅覺(jué)為一體的特定范圍的模擬環(huán)境，通過(guò)多種傳感設備（如頭盔顯示器、立體眼鏡、數據手套、數據衣等）使用戶(hù)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系統中用戶(hù)與計算機的交互方式就像現實(shí)中人與自然的交互一樣，即具有沉浸性（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）；在ＶＲ系統中用戶(hù)不再是被動(dòng)地接受計算機所給予的信息或者是旁觀(guān)者，而是能夠使用交互輸入設備來(lái)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(hù)利用ＶＲ系統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(diǎn)，虛擬現實(shí)在建設工程領(lǐng)域的應用成為了新的熱點(diǎn)。

　　利用ＶＲ的可視化特性，對整個(gè)施工現場(chǎng)場(chǎng)景和施工過(guò)程進(jìn)行三維展現，可以充分挖掘人類(lèi)視覺(jué)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(guò)程的信息，有效地檢驗施工組織設計方案的可行性；用戶(hù)也可以進(jìn)入數據本身所在的環(huán)境，通過(guò)實(shí)時(shí)交互修改參數來(lái)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)或培訓員工的有效工具。建筑工程施工和管理是實(shí)踐性較強的課程，而現實(shí)條件又不可能提供所有的實(shí)踐環(huán)節，采用ＶＲ構建一個(gè)虛擬的工程建設環(huán)境，使學(xué)生“參與”其中，將會(huì )提高學(xué)生的“實(shí)踐經(jīng)驗”。采用ＶＲ技術(shù)虛擬施工過(guò)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，可以大大提高培訓的安全性，并降低培訓的費用。

　　2.4多智能體施工

　　智能體（Ａｇｅｎｔ）是指為了實(shí)現自己的設計目標或任務(wù)而獨立自主的運行，能適應自身所處的環(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)習和推理功能的智能實(shí)體。多智能體系統[34]是由多個(gè)可計算的智能體組成的集合，其中每個(gè)智能體是一個(gè)物理的或抽象的實(shí)體，能作用于自身和環(huán)境，并與其他智能體通訊。其目標是特大的復雜系統（軟硬件系統）建造成小的、彼此相互通訊及協(xié)調的、易于管理的系統。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)調性，并具有自組織能力、學(xué)習能力和推理能力。采用多智能體系統解決實(shí)際應用問(wèn)題，具有很強的魯棒性和可靠性，并具有較高的問(wèn)題求解效率。由于多智能體技術(shù)的這些特點(diǎn)，它在解決復雜大系統的問(wèn)題是具有明顯的優(yōu)勢。

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷出現，工程項目規模不斷擴大、形式日益復雜，工程建設過(guò)程涉及的單位和個(gè)人也越來(lái)越多，因而對建設工程管理的統籌性、協(xié)調性、時(shí)效性提出的要求就越來(lái)越高。對于這樣一個(gè)復雜的系統，應用多智能體技術(shù)來(lái)保證工程建設任務(wù)的順利進(jìn)行時(shí)非常合適的。

　　目前，已有學(xué)者研究基于Ａｇｅｎｔ的工程建設協(xié)同工作方法，為工程建設項目進(jìn)行高效管理、協(xié)作設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(mén)計劃協(xié)調支持系統的Ａｇｅｎｔ協(xié)同工作組織結構。由于在招投標時(shí)，需要大量的工程量數據計算工程造價(jià)，重慶大學(xué)的任玉瓏等提出了構建適用于投標計價(jià)和做招標的標底的招投標計價(jià)多Ａｇｅｎｔ協(xié)同工作系統的思想，該多Ａ ｇｅｎｔ協(xié)同工作系統包含工程量計算Ａｇｅｎｔ和造價(jià)計算Ａｇｅｎｔ[37].西北工業(yè)大學(xué)的儲備等從設計資源的角度深入研究了通過(guò)Ａｇｅｎｔ以招投標模型實(shí)現產(chǎn)品設計任務(wù)的合理配置從而達到設計資源的合理分布與合理流轉[38].大型水利工程的物資供應系統是一個(gè)復雜系統，為此，劉三伢等[39]將供應鏈管理理論和Ａｇｅｎｔ技術(shù)引入大型工程物資供應系統的研究中。

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

　　3、數字化施工管理的實(shí)現

　　如同數字地球一樣，數字化施工的實(shí)現是一個(gè)長(cháng)期復雜的工程，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(shí)不可或缺。在硬件方面，要在工程施工區內布置高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)，大量的現場(chǎng)跟蹤攝像設備，可隨時(shí)接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、具備無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)功能的電子計算機，數碼設備等，每個(gè)現場(chǎng)施工人員需配備先進(jìn)的數字設備。同時(shí)現場(chǎng)配備多臺跟蹤攝像與監測設備，在施工中結合系統仿真計算，部分實(shí)現了數字化施工。在軟環(huán)境方面，要組建高效精干的數字化施工管理機構，做好施工前的數據資料收集準備工作，強化施工過(guò)程中的管理與控制。

　　4、結束語(yǔ)

　　數字化施工管理是工程管理現代化的需要，也是數字化時(shí)代的必然趨勢。雖然，目前數字化施工管理還是一個(gè)全新的概念，相關(guān)理論和技術(shù)尚不成熟，但是應該看到，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字化施工管理的概念和相關(guān)理論方法的認識，以期帶來(lái)更多的探討，共同促進(jìn)數字化施工管理的繁榮。

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