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虛擬建設

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虛擬建設(Virtual Construction,VC)

目錄

  • 1 虛擬建設由來及其應用
  • 2 虛擬建設產生的背景
  • 3 虛擬建設的內涵
  • 4 虛擬建設要點
  • 5 虛擬建設實施過程的信息分類
  • 6 參考文獻

虛擬建設由來及其應用

  Virtual Construction(VC),可稱為虛擬建設,或虛擬建造,本文對此不加區分,統稱為虛擬建設。虛擬建設來源於兩大方面:

  1.來源於以虛擬現實(VR)等為核心的現代電腦技術在建築業的應用

  虛擬現實技術起源於美國,是包括圖形/圖像處理、人體器官位置跟蹤、音響處理、交互感測、網路通訊及建模技術在內的綜合性極強的高新信息技術,“它為人機交互對話提供了更直接的真實的三維界面,並能在多維信息空間上創建一個虛擬信息環境,使用戶具有身臨其境的沉浸感”.

  虛擬現實技術在軍事、工程建設等領域得到了廣泛的應用,我國 863 高新技術計劃將 VR 技術列為關鍵技術進行研究,此後 VR 技術在我國得以發展。以下是建築業應用 VR 技術取得的一些成果:

  Graphisoft 公司開發了以“虛擬建築”為核心的 Archi CAD 軟體,對設計項目的三維電腦模型可視、可編輯、可定義。Ahmed F. Waly 等人利用虛擬現實建模技術(VR modeling techniques)和麵向對象的 CAD 技術開發了集成虛擬計劃工具——虛擬建設環境(VCE),該工具可以經濟

而逼真地模擬主要施工過程,並可檢驗各種行動方案.

  二灘電站的展示部分採用了虛擬現實技術,用戶可以輕鬆瀏覽二灘環境及大壩的任意一個部位.國內在對施工過程中結構的模擬和可視化計算方面取得了一些成果,可以模擬各種施工過程[3].上海正大廣場工程是我國首次將虛擬現實技術應用於建築工程的項目。

  技術層面的虛擬建設可以在下列方面得到應用:(1)規劃設計階段:採用電腦信息通訊、電腦圖形學、圖像處理、人機界面、電腦模擬模擬、虛擬現實等多種技術,可以逼真地展現建成後的項目是否與周圍環境匹配,以優化規劃方案;建立三維虛擬場景,使建築、結構、設備設計協同進行;通過改變視點和光源設計、修改材質等,方便設計師和顧客溝通和評價處於設計階段的各種方案;藉助於 VR 瀏覽器虛擬巡游建築物各組成部分,從而提高設計效果和設計質量;檢驗建築設計的可施工性等。(2)施工階段:通過虛擬模擬在施工前對施工全過程或關鍵過程進行模擬施工,以驗證施工方案的可行性或優化施工方案;對重要結構進行電腦模擬試驗以分析影響項目的安全因素,達到控制質量和施工安全的目的;可視化施工計划進度和實際形象進度等。這些應用都將大大提高建設項目的實施效果和管理

效率。

  1.由虛擬企業引申而來

  “虛擬企業”一詞由肯尼斯。普瑞斯等人於 1991 年在向美國國會提交的一份報告中首先提出。“虛擬企業可以視為一些相互獨立的業務過程或企業等多個伙伴組成的暫時性聯盟,每一個伙伴各自在諸如設計、製造、銷售等領域為聯盟貢獻出自己的核心能力,並相互聯合起來實現技能共用和成本分擔,以把握快速變化的市場機遇。”自此以後,關於虛擬企業的理論研究成為管理科學中一個研究前沿和熱點,並已經在實際中得到廣泛應用.

  虛擬建設的概念由虛擬企業引申而來,是虛擬企業理論在工程項目管理中的具體應用。美國發明者協會於 1996 年首先提出了虛擬建設的概念。

  國內外在這一方面的研究成果如下:

  (1)歐美髮達國家近年來的研究主要集中在如何增強建設項目全壽命周期中各組織間的溝通和合作問題上,即研究如何利用 3-D CAD、4-D CAD、VR 等電腦技術將建設項目管理的各項職能進行集成。主要研究項目有:OSCON 項目、ATLAS 項目、SPACE 項目、CAVALCADE 項目、WISPER 項目、OSMOS 項目、DIVERCITY 項目,不少項目已有成果報道等。

  (2)目前國內的研究成果有:徐友全做了題為《虛擬建設模式(Virtual Construction)的研究》的博士論文,論文從虛擬企業理論出發研究了虛擬建設模式的思想、組織、方法和手段。論文研究的主要創新點是:虛擬建設模式的思想;虛擬建設模式的組織設計

原則;虛擬建設模式的組織模型、組建步驟及協調中心的組織和任務;虛擬建設模式信息系統(PIS/NT)的概念和功能.何清華在《虛擬組織在建築業中的應用——虛擬建設》一文中總結出虛擬組織必須具備的特點,然後提出將虛擬組織應用於建築業的可行性及挑戰性;最後提出虛擬建設的組織模式、特點及對建築業所帶來的意義。彭勇在《虛擬建設——新型的工程項目管理組織模式》中分析了虛擬建設產生的背景,提出了虛擬建設的概念和內涵,並概述了虛擬建設實施過程中信息分類的方法等。

虛擬建設產生的背景

  傳統工程項目管理組織存在問題、國際環境的變化以及現代信息技術和通訊技術的推動是虛擬建設產生的背景。

  (1)傳統工程項目管理組織模式存在問題

  傳統的工程項目管理的組織模式是建立在分工與合作的基礎上的“金字塔”式組織。

  該組織結構存在的問題為:

  • 項目參與各方在工程建設過程中的地位不平等。
  • 項目參與各方只顧自身利益,從而忽略了項目的總目標。
  • 存在大量的管理界面和過程界面,項目建設過程中的協調量大。
  • 組織結構層次多,使得項目控制的難度增大。
  • 只存在命令和控制,缺少協調和合作氛圍。
  • 決策過程緩慢,信息孤島現象嚴重。
  • 信息傳遞短缺、過載、扭曲、失真和延誤等。

  (2)國際環境的變化

  現代經濟朝著全球化發展,同樣建築業也不例外,世界上一些大型的建築企業業務範圍已拓展到世界各地,大型項目的設計和施工的全球化趨勢越發明顯。隨著全球化進展,建築業的競爭更加激烈,大型工程項目為了能達到預定的進度、質量、投資和安全目標,越來越感覺到傳統的工程項目管理模式和工具已滿足不了要求, 需要尋求一種新的並能適應當今劇烈競爭的國際環境的工程項目管理模式。

  (3)現代信息和通訊技術的推動

  現代信息技術和通訊技術得到了前所未有的迅猛發展,並且已深刻地影響了人們的生活和工作方式,同樣也在逐漸地改變著工程項目管理的模式。信息技術和通訊技術的廣泛應用不但改變著建築業整個行業的體制和機制,而且也改變著建築產品生產的組織模式、管理思想、管理方法和管理手段。正如許多研究機構和專業者所說的,建築業正在經歷一場革命,而這革命的推動者是現代的信息技術和通訊技術。大型工程項目參與各方分佈在世界各地,給項目的實施和協調帶來了極大的困難,投資增加、進度拖延、質量得不到保證,而信息技術和通訊技術正是促使項目成功的使能器(enabler),通過信息技術和通訊技術將項目參與各方緊密聯繫,使項目信息

得以有效地溝通。

  正是這些外在和內在因素的影響和推動,使得虛擬建設這種新型的工程管理模式出現了,並且將會對整個建築業和工程項目管理水平產生重大影響。

虛擬建設的內涵

  1、狹義(微觀)的虛擬建設

  從狹義(微觀)上理解,虛擬建設是指在電腦技術和信息技術基礎上,利用VRML、AutoCAD、3DSMAX等軟體,系統模擬技術,三維建模理論以及用LOD演算法優化虛擬系統,對建築物或項目事先進行模擬建設,進行各種虛擬環境條件下的分析,以提前發現可能出現的問題,提前採取預防措施,以達到優化設計、節約工期、減少浪費、降低造價的目的,或者應用JavaScript語言擴展虛擬世界的動態行 為,提前為顧客提供一個可以觀看,可以感覺,可以視聽的虛擬環境。

  從這個角度可以看出,虛擬建設的第1層含義是在虛擬的環境下對項目進行建設,並儘早的發現可能出現的問題,不斷的修改方案直到建設項目的整個過程符合建設者和顧客的要求。這有助於項目管理者對實際建設過程有一個事先的瞭解,並對建設過程中容易出現問題的地方加強管理,以最終達到節約工期和造價的目的。微觀虛擬建設的第2層含義是虛擬現實在建設領域的應用。在建築和規劃學科領域,使用虛擬現實演示單體建築、居住小區乃至整個城市空間,可以讓人以不同的俯仰角度去審視或欣賞其外部空間的動感形象及其平面佈局特點,感受整個小區建成以後的環境(包括交通、綠化、音樂以及小區的周邊環境)。它所產生的融合性,要比模型或效果圖更形象、完整和生動。

  2、廣義(巨集觀)虛擬建設

  從廣義(巨集觀)上講虛擬建設指的是一種組織管理模式,承包商為適應市場變化和顧客需求,基於電腦和網路技術的發展,敏銳的發現市場目標,在internet或WWW上尋找合作伙伴,利用彼此的優勢資源結成聯盟,共同完成項目,以達到占領市場實現雙贏或多贏的目的。隨著建設項目的不斷優化,建設水平的不斷提高,顧客對項目的要求也越來越高,不僅需要建築企業及時有效的完成項目的本身建設,還要求建設企業參與項目的前期策劃以更好的對項目進行管理和監控,同時,還要求企業參與項目的後期運營和維護。從企業內部的角度來看,現在國內的建築企業往往擁有某一方面(比如說土建或安裝)比較強的優勢,但對其他方面比如說設計、物業管理和商業運營缺乏經驗或能力技術達不到要求的標準。對於大型的綜合性比較強的或技術要求比較高的項目,單個企業很難獨立的有效的完成,這就要求各企業利用自己的優勢資源聯合起來,共同開發項目。

  廣義虛擬建設有以下幾個特點:一是一個虛擬項目管理組織,以有效完成項目為目標。二是需要建築管理知識和電腦信息技術的有機結合。三是參與單位通過基於網路的項目管理軟體聯繫在一起,最大程度實現信息共用及數據交換。四是需要以先進的項目管理知識作為支撐。五是聯盟伙伴之間實行資源、利益共用,費用、風險共擔,相互合作,相互信任,自由平等。

虛擬建設要點

  (1)工程項目是虛擬建設的對象和載體,項目建設通過一系列相互關聯的過程來實現,這些過程組合在一起形成一條產品供應鏈;同時,項目建設過程也是一個價值增值過程,因此也形成一條價值鏈,鏈上的每一環對應著實現價值增值的一項或數項能力。圖中價值鏈上的圓圈即表示工程項目建設過程中環環相扣的過程,同時也表示實施項目所需的設計、施工等能力。

  (2)由於科技進步、社會分工細化、市場競爭加劇等原因,絕大多數企業不具備項目建設所需的全部專業能力,即只是上述供應鏈中的一環或幾環(如我國鮮有具備設計施工能力的企業),如果沒有供應鏈中上、下游企業的協作(分包商可以看作是總包商的協作單位),根本無法完成工程項目建設的全部任務。而從市場需求看,顧客對企業能力提出了越工能力的企業),如果沒有供應鏈中上、下游企業的協作(分包商可以看作是總包商的協作單位),根本無法完成工程項目建設的全部任務。而從市場需求看,顧客對企業能力提出了越來越高的要求,越來越多的顧客要求企業能提供形成建築產品的全過程服務。

  因此,為滿滿足顧客需求,這些企業唯有跨越組織界限,在具有不同核心能力的企業間開展合作,以“虛擬組織”形式來整合和利用外部資源,從而擴展自己滿足顧客需求的能力,進行組織管理層面的虛擬建設。圖中核心企業可稱為頭腦企業,是智力、知識密集型企業,其技術先進,管理科學,在供應鏈中占據核心位置;伙伴企業可稱為軀幹企業,處於供應鏈中的其他位置,但能以自己的專業特長為項目實施全過程貢獻力量,是供應鏈中不可缺少的環節。

  (3)虛擬建設成員可以組成項目聯營體,也可以形成總分包關係,基於合同契約進行合作。為了取得組織管理的成功,應綜合運用各種現代管理技術:如戰略聯盟、並行工程、企業流程再造、優化方法、供應鏈管理、電子商務等,並利用可視化、VR等IT技術對建設項目管理的各項職能進行集成,增強建設項目全壽命周期中各組織間的溝通和合作,達到高效進行項目管理的目的。

  (4)對於具體工程項目實施,應藉助於電腦技術進行電腦輔助設計、建模,設計方案優化,可視化設計、施工效果,施工過程模擬,施工方案可實施性檢驗等,即要進行技術層面的虛擬建設。這一層面的虛擬建設建立在現代各項科學技術基礎之上,如:電腦模擬模擬技術,CAD 技術,VR 技術,網路技術,資料庫技術,多媒體技術,各種現代設計、施工技術,以及各種集成技術等。

虛擬建設實施過程的信息分類

  虛擬建設的手段是藉助於現代信息技術和通訊技術建立起來的供項目參與各方使用的項目信息系統,項目信息系統建立的核心是共用的信息內容。以下是虛擬建設過程中信息分類的一些方法。

  (1)按信息流向劃分,如自上而下的信息、自下而上的信息、橫向信息和知識管理者之間的信息等。

  (2)按管理職能劃分,如決策信息、執行信息、檢查信息和規劃信息等。

  (3)按管理層次劃分,如戰略信息、策略信息和基層信息等。

  (4)按信息來源劃分,如外部信息和內部信息等。

  (5)按項目管理目標劃分,如投資/成本控制信息、進度控制信息、質量控制信息和安全管理信息等。

  (6)按項目管理內容劃分,如組織協調信息、投資/成本控制信息、進度控制信息、質量控制信息、安全管理信息、合同管理信息和風險管理信息等。

  (7)按項目管理的性質劃分,如組織信息、管理信息、經濟信息和技術信息等。

  (8)按項目參與方劃分,如業主方信息、項目管理方信息、設計方信息、施工方信息和供貨方信息等。

  (9)按階段劃分,如策劃階段信息、招投標階段信息、設計階段信息、施工階段信息、竣工驗收階段信息和保修期信息等。

  (10)按信息表現形式劃分,如數字信息、文字信息、圖象信息和聲音信息等。

  (11)按工程項目的部位聯繫劃分,如工程項目、子項目、單位工程、分部工程和分項工程等。

參考文獻

  • 梁民、劉珍平、張培仁等。虛擬現實在水壩系統中的實現。電腦應用,1999,19(8)。
  • Ahmed F. Waly, Wslid Y. Thabet. A Virtual Construction Environment forpreconstruction planning. Automation in Construction, 2002 (12): 139-154.
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