數(shù)據(jù)可視化在工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

于程水，張紹秋，胡乃剛，張 羽

（中鐵建發(fā)展集團(tuán)有限公司，北京 100043）

1 項(xiàng)目管理可視化

把可視化工具及相關(guān)方法用在各種領(lǐng)域內(nèi)，通過(guò)分析與呈現(xiàn)大量的、即時(shí)化的多維數(shù)據(jù)，能夠快捷呈現(xiàn)出實(shí)際所需的特征及結(jié)果信息；在模擬計(jì)算與數(shù)據(jù)分析中應(yīng)用視覺(jué)交互方法，顯著提升工作執(zhí)行過(guò)程的簡(jiǎn)潔性，有益于提升管理質(zhì)效；結(jié)合數(shù)據(jù)計(jì)算與處理過(guò)程，達(dá)到了可視化實(shí)時(shí)模擬[1]。

2 三維GIS建模及操作過(guò)程

2.1 三維GIS的創(chuàng)建

（1）數(shù)據(jù)輸入過(guò)程：GIS需要的數(shù)據(jù)類(lèi)型有建筑物及構(gòu)筑物數(shù)據(jù)、底圖或衛(wèi)星影像圖、數(shù)字化地形模型等，其中植被、街道及字標(biāo)等是視覺(jué)增強(qiáng)附件。

（2）創(chuàng)建三維場(chǎng)景：采用桌面軟件ArcGlobe執(zhí)行該項(xiàng)任務(wù)，結(jié)合需要增添文字標(biāo)注、街景與植被數(shù)據(jù)等要素?？梢試L試應(yīng)用二維底圖構(gòu)建三維建筑模型，或者直接導(dǎo)進(jìn)由第三方軟件提供的3D模型數(shù)據(jù)。

2.2 ArcGIS對(duì)二維三維進(jìn)行的操作

ArcGIS Server是以服務(wù)器為基礎(chǔ)衍生出的一種GIS產(chǎn)品，其本體功能強(qiáng)大且多樣化，適用于創(chuàng)建集中化管理的、支持多用戶操作的、有高級(jí)GIS功能的企業(yè)級(jí)GIS運(yùn)用與服務(wù)執(zhí)行過(guò)程，包括管理空間數(shù)據(jù)、地圖實(shí)現(xiàn)可視化、數(shù)據(jù)信息編輯、空間狀態(tài)分析等。ArcGIS Server能以Web為基礎(chǔ)對(duì)外提供大量服務(wù)，輔助復(fù)雜環(huán)境內(nèi)地理數(shù)據(jù)管理、圖形制作、地理處置、空間分析以及其他GIS功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

支持二維三維地圖實(shí)現(xiàn)可視化是ArcGIS的主要功能，其支持對(duì)象不僅是標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器，還有ArcGISDesktop、ArcGIS Explorer等客戶端的訪問(wèn)。首先，ArcGIS Server可以應(yīng)用ArcGIS桌面產(chǎn)品構(gòu)建出用于發(fā)布環(huán)節(jié)的地圖產(chǎn)品、Globe及空間處置任務(wù)，這樣就可以在ArcGIS Server之上運(yùn)行發(fā)布過(guò)程。如果有共享這些資源的需求，要先于ArcGIS Server用這些資源創(chuàng)建出Web服務(wù)，而后在各類(lèi)客戶端的協(xié)助下訪問(wèn)與應(yīng)用這些資源。其次，提供二維地圖服務(wù)。地圖服務(wù)創(chuàng)建之前，要先在ArcMap內(nèi)組建出一個(gè)地圖文檔，讓其可以成為地圖的服務(wù)。結(jié)合實(shí)際需求，創(chuàng)建地圖緩存，創(chuàng)建的基礎(chǔ)是比例尺條件之下渲染處理的分塊地圖，這些地圖集合在一起，其作用在于可以提高地圖呈現(xiàn)的辨識(shí)率和應(yīng)用率。由于影像不用結(jié)合用戶請(qǐng)求，可以完成實(shí)施的渲染工作，所以緩存服務(wù)可以明顯加快。地圖服務(wù)在運(yùn)用的時(shí)候，通過(guò)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，明確哪些比例尺和含有的各種信息。配合運(yùn)用所具備的根據(jù)比例地圖呈現(xiàn)的功能，可以實(shí)現(xiàn)快速的地圖緩存服務(wù)。最后創(chuàng)建空間處理服務(wù)?？臻g處理的宗旨是協(xié)助使用者自動(dòng)執(zhí)行GIS任務(wù)，基本上在使用GIS時(shí)均要重復(fù)執(zhí)行一些工作內(nèi)容，故而需要建設(shè)一個(gè)空間處理框架，在該框架下可以智能化執(zhí)行任務(wù)的定義與實(shí)施過(guò)程、制定工作流模型文檔及實(shí)現(xiàn)模型信息的共享等?？臻g處理還具備空間建模以及分析功能，進(jìn)而協(xié)助使用者更全面地分析現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。GIS服務(wù)器基本提供把空間處理模型與腳本發(fā)布成Web服務(wù)的功能，使其更具實(shí)用性，很多客戶端可以訪問(wèn)與應(yīng)用以上功能，而無(wú)須考慮客戶端使用類(lèi)型的差異。在工程項(xiàng)目管理實(shí)踐中，可以利用ArcGIS Explorer將某一請(qǐng)求傳送到ArcGIS Server的處理服務(wù)，ArcGIS Server執(zhí)行后臺(tái)分析過(guò)程，針對(duì)分析形成的結(jié)果可以利用圖形將其呈現(xiàn)在3D地圖內(nèi)，也能提供問(wèn)題診斷報(bào)告，并實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。

2.3 三維化過(guò)程的性能完善

因?yàn)槿S空間對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸有著非常嚴(yán)格的要求，再加上系統(tǒng)數(shù)據(jù)非常大，為了最大限度地提升綜合的呈現(xiàn)率，ArcGIS提供以下的優(yōu)化方法：分級(jí)化呈現(xiàn)比例尺，以數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度作為基礎(chǔ)，根據(jù)顯示比例尺對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加載，提高三維的呈現(xiàn)率。

2.4 客戶端呈現(xiàn)

在ArcGIS Explorer客戶端上可以免費(fèi)下載3D高清可視化圖像，ArcGIS Server對(duì)外提供信息瀏覽功能，瀏覽對(duì)象可以是2D或3D信息，也具備查詢與分析數(shù)據(jù)的功能[2]。ArcGIS Explorer訪問(wèn)ArcGIS Server提供的GIS功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS數(shù)據(jù)集及服務(wù)器空間處置功能的有效整合，這樣便能為使用者提供空間信息處理與3D服務(wù)。ArcGIS Explorer自身也具備開(kāi)發(fā)性與互動(dòng)操作能力，不管是什么專(zhuān)業(yè)的人員均可以下載應(yīng)用。ArcGIS Explorer實(shí)現(xiàn)的功能有：利用2D與3D形式瀏覽各種數(shù)據(jù)，各類(lèi)數(shù)據(jù)集成化，支持基于KML與KMZ格式的數(shù)據(jù)文件，采用任務(wù)進(jìn)行GIS可視化分析，完成建模與統(tǒng)計(jì)任務(wù)；應(yīng)用ArcGIS Online發(fā)布內(nèi)容協(xié)助用戶構(gòu)建三維或二維地圖，演示照片、報(bào)表及鏈接等資源；新增了2D/3D切換的功能按鈕，點(diǎn)擊后能自由切換2D與3D視圖，進(jìn)而為使用者提供完成的地圖數(shù)據(jù)可視化管理功能。

2.5 ArcGIS的三維特征

一是可視化增強(qiáng)。增強(qiáng)三維模型的顯示性能，可以按照地理坐標(biāo)實(shí)時(shí)將視頻資料粘貼在ArcGlobe內(nèi)的獨(dú)立窗口上，進(jìn)而同步提升其對(duì)文字及點(diǎn)標(biāo)注的呈現(xiàn)能力。二是創(chuàng)建與管理三維數(shù)據(jù)的功能。ArcGlobe和ArcScene內(nèi)均有標(biāo)準(zhǔn)化的編輯環(huán)境，可以獨(dú)立執(zhí)行帶有高程值的GIS與多面體要素的創(chuàng)建維護(hù)任務(wù)，能夠即刻獲得編輯效果，還能移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)三維模型。三是三維分析功能強(qiáng)化。新增了三維布爾計(jì)算、虛擬城市工作流創(chuàng)建所需的GP工具，于三維空間內(nèi)可以直接進(jìn)行交互測(cè)試及網(wǎng)絡(luò)分析。四是二維三維圖形的一體化。不必轉(zhuǎn)換原來(lái)的二維數(shù)據(jù)格式，這就無(wú)須準(zhǔn)備兩份數(shù)據(jù)，降低空間冗余量，便于更新維護(hù)。在創(chuàng)建三維場(chǎng)景環(huán)節(jié)中，可以采用原二維數(shù)據(jù)進(jìn)行空間引擎，其對(duì)動(dòng)態(tài)投影過(guò)程起到良好支撐作用，減短數(shù)據(jù)處理用時(shí)，使運(yùn)行效率提升有更強(qiáng)大的支持。

3 數(shù)據(jù)可視化在工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

3.1 規(guī)劃階段

工程項(xiàng)目規(guī)劃是一個(gè)系統(tǒng)化決策與控制的過(guò)程，從宏觀層面上可以將其劃分成決策、規(guī)劃方案編制與規(guī)劃成果表達(dá)等不同階段。項(xiàng)目規(guī)劃開(kāi)展的宗旨是梳理工程建設(shè)活動(dòng)中的各種空間關(guān)系，現(xiàn)已經(jīng)證實(shí)信息技術(shù)內(nèi)約75%左右的數(shù)據(jù)具備某種形式的空間信息。衛(wèi)星系統(tǒng)反饋的遙感數(shù)據(jù)與地理信息均具備強(qiáng)大的空間分析和管理功能，能夠精準(zhǔn)測(cè)算出項(xiàng)目的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，比如，舊城區(qū)拆遷整改中需拆遷的具體數(shù)量，新工廠設(shè)施建造時(shí)劃撥用地的來(lái)源、所屬性質(zhì)、規(guī)模大小及其對(duì)周?chē)用袢粘Ｉ钆c生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響等；能科學(xué)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)城市道路的施工路線等；合理規(guī)劃新擴(kuò)改建建筑物或構(gòu)造物的范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工進(jìn)度的宏觀控制等[3]。

3.2 勘測(cè)階段

勘察測(cè)量是項(xiàng)目施工之前必須執(zhí)行的一項(xiàng)工作內(nèi)容，工程施工及運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中之所以開(kāi)展測(cè)量工作，是因?yàn)榭刂乒こ陶?zhí)行中形成的各類(lèi)管理數(shù)據(jù)?？辈烊藛T前往工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)規(guī)范化測(cè)量獲得各種數(shù)據(jù)，并將其統(tǒng)一輸送至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。針對(duì)項(xiàng)目測(cè)量所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，有特殊授權(quán)的高層管理人員可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)有的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行增減、刪除等操作，依照名稱(chēng)、級(jí)別、坐標(biāo)、高程、觀測(cè)精準(zhǔn)度等差異，隨時(shí)查閱觀測(cè)數(shù)據(jù)。在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，實(shí)體工程的很多數(shù)據(jù)處于不斷變化狀態(tài)，比如，構(gòu)造物的沉降量、水平及傾斜坐標(biāo)移動(dòng)、局部裂縫等，把以上屬性的變化數(shù)據(jù)整合至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，結(jié)合項(xiàng)目施工需求實(shí)時(shí)更新、修改，并即時(shí)生成模型變化過(guò)程圖、觀測(cè)值對(duì)照?qǐng)D及變形分布圖等，進(jìn)而幫助管理人員更加直觀地開(kāi)展數(shù)據(jù)分析工作。在工程施工結(jié)束后，測(cè)量已完工處的平面、高程位置等信息，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目施工圖形及屬性的雙向查詢[4]。

3.2 設(shè)計(jì)階段

工程設(shè)計(jì)方結(jié)合前期形成的勘察測(cè)繪及其他有關(guān)資料，去設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)、暖通等項(xiàng)目的施工方案，并初步確定建筑物的結(jié)構(gòu)形式與整體施工方案。建設(shè)方要求相關(guān)專(zhuān)家、領(lǐng)導(dǎo)等論證設(shè)計(jì)方案的合理性、可行性，協(xié)商后選擇出最優(yōu)方案。3D GIS能夠通過(guò)三維立體化形式呈現(xiàn)出工程地質(zhì)勘測(cè)狀況與設(shè)計(jì)方提供的設(shè)計(jì)方案，在分析設(shè)計(jì)方案時(shí)可以進(jìn)行演示與對(duì)照，并且和各設(shè)計(jì)方案的成本及工期信息相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而更能客觀地評(píng)估方案，做出最優(yōu)選擇。

針對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案內(nèi)設(shè)定的分項(xiàng)施工次序與具體操作方法，及時(shí)將其呈交給項(xiàng)目建設(shè)方，便于其盡早進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)籌安排。GIS能立體化呈現(xiàn)出各分部、分項(xiàng)工程施工方案的執(zhí)行過(guò)程，有益于提升相關(guān)人員決策的合理性、有效性。GIS能結(jié)合工程施工進(jìn)度計(jì)劃的部署情況，快捷分析出各分項(xiàng)工程的最早及最晚開(kāi)工時(shí)間、自由時(shí)差與總時(shí)差，并應(yīng)用三維模型將其直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。針對(duì)重要線路上的主要工作內(nèi)容、前后自由時(shí)差偏小的項(xiàng)目，理論上均要運(yùn)用穩(wěn)定系數(shù)較高、風(fēng)險(xiǎn)低的施工方案[5]。

3.3 施工階段

一是進(jìn)行工程項(xiàng)目的施工拆遷范圍、施工控制點(diǎn)位呈現(xiàn)及復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)比，呈現(xiàn)局部沉降量觀測(cè)值及沉降點(diǎn)布設(shè)等情況，項(xiàng)目管理人員主要將被查詢實(shí)體的屬性信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)，采用范圍、目標(biāo)、SQL、緩沖區(qū)查詢等多種辦法，便能在工程施工現(xiàn)場(chǎng)快速探尋到目標(biāo)，為相關(guān)人員決策提供可靠的信息支持。

二是開(kāi)展進(jìn)度管理工作。將施工進(jìn)度計(jì)劃與雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖輸入服務(wù)器自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，將其和工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析。用戶將分項(xiàng)工程名稱(chēng)輸入客戶端界面程序，就能快捷地調(diào)取出所需信息，執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算對(duì)比工作，自動(dòng)呈現(xiàn)出該分項(xiàng)工程是否處于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃內(nèi)的關(guān)鍵路線。若得到的是否定答案，計(jì)算機(jī)會(huì)智能提醒采用調(diào)整本體總時(shí)差的形式規(guī)避給工程進(jìn)度帶來(lái)的影響；如果答案為是，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)提醒通過(guò)合理調(diào)控當(dāng)前工作內(nèi)容以確保后期總進(jìn)度符合設(shè)計(jì)要求。利用雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖將人、料、機(jī)等計(jì)劃及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用、調(diào)配、供應(yīng)狀況添到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)總結(jié)后直觀地呈現(xiàn)出計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度兩者之間存在的差異。

三是參與質(zhì)量管理控制的過(guò)程。在終端軟件的協(xié)助下，用戶能把項(xiàng)目建材、機(jī)械設(shè)備及施工質(zhì)量檢測(cè)信息等傳送至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。依據(jù)實(shí)際情況設(shè)定施工方名稱(chēng)、分項(xiàng)名稱(chēng)及檢驗(yàn)批等信息，進(jìn)而智能地生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表、直方圖等，為廣大用戶查詢分析創(chuàng)造便利。

四是輔助工程項(xiàng)目的管理。具體是把計(jì)劃完成成本和工期、設(shè)備租金、人工勞務(wù)費(fèi)信息輸送到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，并依照工程現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度執(zhí)行情況及其他要素精準(zhǔn)計(jì)算出己完計(jì)劃及實(shí)際成本，而后將其統(tǒng)一納入數(shù)據(jù)庫(kù)，與計(jì)劃完成成本做對(duì)比分析，據(jù)此測(cè)算出進(jìn)度指數(shù)和費(fèi)用指數(shù)，自動(dòng)生成相配套的統(tǒng)計(jì)報(bào)表[6]。

五是可以進(jìn)行三維可視化演示。把項(xiàng)目的二維地圖整合至GIS內(nèi)，利用點(diǎn)、線、面等二維數(shù)據(jù)集等多種形式表示GIS內(nèi)的部分地形和物體。把高程字段添加至前期已經(jīng)錄入的二維數(shù)據(jù)集屬性內(nèi)，將其作為新的補(bǔ)充信息，并且為其賦予相應(yīng)的字段。通過(guò)創(chuàng)建數(shù)字高程模型，能幫助用戶在可視化過(guò)程中更全面地了解空間數(shù)據(jù)之間存在的關(guān)系，能形象逼真地顯示建筑物與地理形態(tài)，進(jìn)而協(xié)助項(xiàng)目管理者實(shí)現(xiàn)身臨其境的交互式操作，在工程沒(méi)有完成之前就全面、立體化地呈現(xiàn)出工程形態(tài)，為管理人員決策與控制提供可靠的工具支撐。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了能使建筑行業(yè)更有效地應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)開(kāi)展項(xiàng)目管理工作，結(jié)合應(yīng)用三維GIS與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，能夠較好地滿足廣大用戶的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程決策、勘察測(cè)量、施工及設(shè)計(jì)階段項(xiàng)目三維模型與二維屬性的綜合管理，這樣管理者在直觀化影像、全面數(shù)據(jù)及相關(guān)聯(lián)顯示圖的協(xié)助下，進(jìn)一步提升其在項(xiàng)目施工整個(gè)階段的有效管理水平，取得理想的管理效果，為項(xiàng)目施工活動(dòng)順利推進(jìn)保駕護(hù)航。