1前言
施工管理的過程實際上就是信息流動的過程，通過信息從上級到下級或從下級到上級的縱向流動以及同級之間的橫向流動，達到管理和控制的目的。然而，目前在我國建設項目管理過程中，信息流主要采用人工統計數據和報表編制(即使有些企業使用計算機，也主要用於將手寫報表編織成打印報表)，工作量大，效率低，難以保證信息的及時性和有效性。
隨著“數字地球”概念的提出，“數字化”時代已經到來。與其他行業和領域相比，建築工程領域的數字化概念還很模糊，對數字化施工管理方法的研究更是鳳毛麟角。因此，本文主要從“數字化施工管理”的概念出發，分析數字化施工管理的內涵以及實現數字化施工管理的可能手段。數字化施工管理是工程管理領域的必然趨勢。本文旨在引起同仁的積極討論，為數字化施工管理帶來繁榮。
2數字化施工管理的內涵
類似於“數字地球”的概念，“數字施工”就是將施工過程數字化，包括工程所有施工過程信息的數字化、網絡化、智能化和可視化。“數字化施工管理”是指在數字化施工的基礎上，用數字化手段整體解決工程施工問題，最大限度地利用信息資源。
數字化施工管理是壹個基於知識的系統，它利用空間的概念集成了信息和數據庫。它是壹種強調知識的享受和更新的機制和過程，註重將原始數據經過整理、統計和分析後轉化為信息，信息經過充分利用和享受後才能轉化為有用的知識。
因此，本文認為數字化施工管理的內涵應包括以下幾個部分:
①空間信息技術；
②系統模擬計算；
③可視化和虛擬現實；
④多主體構建。數字化施工管理的興起將對加快工程進度、節約工程成本、保證工程質量起到巨大的作用。
2.1空間信息技術
空間信息是數字化施工管理的首要前提，它包括施工現場的地形、地貌、建築物、施工項目等所有空間信息。空間信息技術是處理空間信息最有力的工具，主要包括遙感技術(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項目管理中發揮著越來越重要的作用。
地理信息系統(GIS)是地球科學和信息科學之間的交叉學科，近年來發展迅速。它也是地理空間數據與計算機技術相結合的壹種新的空間信息技術。它是在計算機硬件和軟件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，對具有空間內涵的地理數據進行科學管理和綜合分析，為規劃、管理、決策和研究提供所需信息的空間信息系統。
GIS具有存儲、處理、傳輸和顯示海量地理信息或空間數據的功能，適用於管理日益龐大的工程建設系統的信息。目前，已有學者開發了基於GIS和數字媒體技術的三峽工程決策支持系統綜合指揮中心，在可視化環境中以各種媒體形式為決策用戶提供各種動態和靜態的施工信息，為提高決策效率提供了有效的工具[3]。GIS可以對信息進行空間分析和可視化表達，這些功能適用於工程地質勘探、工程選址分析、工程風險評估、施工平面規劃等工程建設領域。豐富的查詢功能也是GIS的壹個顯著特點。GIS提供圖形查詢、文本查詢、事件查詢和過程查詢。利用這些功能，不僅可以獲取與空間坐標相關的各種實體信息(如設計參數和圖紙)，還可以獲取動態過程信息，如施工過程信息。文獻[4]在公路施工管理中使用GIS，動態反映路基、構築物的施工進度，隨時反映工程的變化，實現了各構築物施工進度圖像及各類信息的統計分析。近年來，隨著三維和四維數據模型的成熟，三維和四維GIS逐漸得到研究和應用。天津大學鐘將GIS技術與系統仿真技術相結合，廣泛應用於水利水電工程建設領域，如壩區地質三維可視化、地下洞室和大壩施工過程三維動態演示、導流截流施工管理、施工現場總平面布置等。，並在業界取得了相當大的反響[5-7]。如圖1所示，是應用GIS技術生成的水電工程施工場地總平面圖。此外，結合人工智能、面向對象、萬維網、虛擬現實等技術的新型地理信息系統不斷湧現，符合建設管理數字化的趨勢，因此將更加深入和廣泛地應用於工程建設領域。
2.2系統模擬計算
系統仿真技術是20世紀40年代後期以來，隨著計算機技術的發展而逐漸形成的壹門新學科。它是以相似原理、系統工程方法、信息技術和應用領域相關專業技術為基礎，以計算機等設備為工具，利用系統模型動態研究真實或想象系統的多學科綜合技術[8]。仿真是通過建立系統模型，對實際系統進行實驗研究的過程。隨著仿真技術的發展，現代仿真技術已經成為任何復雜系統分析、研究、設計、評估、決策和培訓不可缺少的手段。
自20世紀70年代以來，國外已將仿真技術應用於工程建設過程仿真。以循環網絡模擬軟件為代表的壹系列軟件已廣泛應用於隧道施工、土方開挖、橋梁施工、管道施工等工程建設領域，如Halpin用於工程建設過程模擬的CYCLONEMoavenzadeh公司用於成本預測的隧道施工模擬軟件TCM用於土方施工模擬的Clemmins SCRAPESIM:用卡瓦納格代替CPM的循環網絡模擬系統SIRENCIPROS，Odeh基於知識的施工規劃模擬系統；DISCO由黃使用，用於施工過程的動態交互仿真等。
隨著建模方法研究的深入和計算機技術的快速發展，對系統仿真技術提出了更高的要求。自20世紀90年代以來，系統仿真的研究主要集中在:分布交互仿真、面向對象仿真、智能仿真、可視化仿真、多媒體仿真等[10]。圖2顯示了可視化和模擬相結合產生的可視化施工管理過程。
在國內，天津大學的孫希恒[13]於80年代初首次將仿真技術引入水電工程建設領域。後來，鐘等人對大型地下洞室和混凝土壩的施工過程進行了仿真研究，特別是基於GIS的可視化仿真理論和方法，在多個大型實際工程中得到成功應用[14-20]。其他研究單位和學者在施工過程仿真領域也做了壹些工作。其中同濟大學[21]有
盾構隧道施工引起地層移動的壹些理論采用基於數據體可視化算法的計算機仿真技術，開發盾構隧道施工實時預測與控制仿真軟件。武漢水利電力大學和大連理工大學都進行過混凝土壩澆築仿真研究[22-24]；四川大學主要研究地下洞室群施工過程的模擬計算[25]等等。沙梅[26]利用離散系統仿真模擬集裝箱碼頭的工藝系統設計，為集裝箱港口工程設計提供決策支持。曾賽星[27]介紹了可用於離散事件和連續事件的SLAMⅱⅱ仿真系統，並對壹個有多個服務站的土方運輸系統進行了傳真測試。
2.3可視化與虛擬現實可視化是科學計算。
可視化可視化計算[28]是指利用計算機圖形和圖像處理技術，將科學計算過程中產生的數據和計算結果轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示，並進行交互處理的理論、方法和技術。虛擬現實(VirtualRe ality，簡稱VR)是利用以計算機技術為核心的現代高新技術，生成集視覺、聽覺、觸覺、嗅覺於壹體的特定範圍的逼真模擬環境。用戶可以通過各種傳感設備(如頭盔顯示器、立體眼鏡、數據手套、數據服等)以自然的方式與仿真環境中的物體進行交互。)，從而產生身臨其境的感受和體驗。
與可視化相比，VR系統中用戶與計算機的交互就像現實中人與自然的交互壹樣，即具有沈浸感；在VR系統中，用戶不再是被動地接受計算機或旁觀者給出的信息，而是可以使用交互式輸入設備操縱虛擬物體來改變虛擬世界，即具有良好的交互性。使用VR系統，用戶可以從定性和定量相結合的環境中獲得感性和理性的知識，從而深化概念，萌發新的想法，即想象。由於上述特點，虛擬現實在建築工程領域的應用已經成為壹個新的熱點。
利用VR的視覺特性，三維展示整個施工現場場景和施工過程，可以充分挖掘人類視覺獲取信息的潛力，使工程師和決策者最大限度地獲取施工過程的信息，有效檢驗施工組織設計方案的可行性；用戶還可以進入數據本身所在的環境，通過參數的實時交互修改，比較不同的建設方案。
虛擬現實的交互性是學校教學或培訓人員的有效工具。建築工程施工與管理是壹門實踐性很強的課程，但實際條件並不能提供所有的實踐環節。利用VR搭建虛擬工程施工環境，讓學生“參與”其中，會提高學生的“實踐體驗”。利用VR技術模擬施工過程，也將有助於操作人員全面了解作業過程，高質量、安全地完成施工任務，特別是對壹些特殊或危險的作業進行綜合培訓，可以大大提高培訓的安全性，降低培訓成本。
2.4多主體構建
Agent是指為了實現自己的設計目標或任務而獨立運行，能適應自身環境，並能不斷從環境中獲取知識以提高自身能力，具有學習和推理功能的智能實體。多智能體系統[34]是許多可計算智能體的集合，其中每個智能體都是壹個物理或抽象的實體，可以作用於自身和環境，並與其他智能體進行通信。其目標是將超大型復雜系統(軟件和硬件系統)構建成相互溝通協調、易於管理的小系統。多智能體技術是人工智能技術的壹次質的飛躍。多智能體技術是自治的、分布式的、協調的，具有自組織、學習和推理的能力。利用多智能體系統解決實際應用問題具有很強的魯棒性和可靠性，並且具有很高的問題求解效率。由於多智能體技術的這些特點，它在解決復雜大系統問題時具有明顯的優勢。
隨著國民經濟的發展和新技術、新材料、新工藝的出現，工程項目的規模不斷擴大，形式日益復雜，越來越多的單位和個人參與到建設過程中，對建設項目管理的統籌性、協調性和時效性要求越來越高。對於這樣壹個復雜的系統，應用多智能體技術來保證工程建設任務的順利進行是非常合適的。
目前有學者研究了基於Agent的工程建設協同工作方法，為工程建設項目的高效管理和協同設計提供了重要工具[35]。曾明[36]基於蘇州河綜合整治工程的規劃管理，提出了多部門規劃協調支持系統的Agent協同工作組織結構。由於在招投標中需要大量的工程量數據來計算工程造價，重慶大學的任玉龍等人提出了構建壹個包括工程量計算代理和造價計算代理的多代理協同工作系統的思想。西北工業大學儲備站在設計資源的角度，深入研究了如何通過代建人以招標模式實現產品設計任務的合理配置，從而實現設計資源的合理分配和合理流轉[38]。大型水利工程物資供應系統是壹個復雜的系統。為此，劉三代等人[39]將供應鏈管理理論和Agent技術引入到大型項目物資供應系統的研究中。
總的來說，多智能體技術在建築工程領域的研究和應用還很有限，其應用的深度和廣度有待進壹步拓展。
3數字化施工管理的實現
就像數字地球壹樣，數字建設的實現是壹項長期而復雜的工程，需要各種相關知識和技術的完善和發展，軟環境和硬環境都不可或缺。硬件方面，需要安排高速寬帶上網、大量現場跟蹤攝像設備、具有無線上網功能的電腦、數碼設備等。在項目施工區域，每個現場施工人員都應配備先進的數字化設備。同時，現場配備多臺跟蹤攝像機和監控設備，施工時結合系統模擬計算，部分實現了數字化施工。在軟環境方面，要成立高效精幹的數字化施工管理機構，做好施工前的資料收集和準備工作，加強施工過程中的管理和控制。
4結論
數字化施工管理是項目管理現代化的需要，是數字化時代的必然趨勢。雖然目前的數字化施工管理還是壹個全新的概念，相關的理論和技術還不成熟，但是應該看到我們在某些方面已經取得了壹定的成績。本文僅對數字施工管理的概念及相關理論方法進行簡要論述，以期引起更多的討論，促進數字施工管理的繁榮。
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