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)，通過分析與呈現(xiàn)大量的、即時化的多維數(shù)據(jù)，能夠快捷呈現(xiàn)出實際所需的特征及結(jié)果信息；在模擬計算與數(shù)據(jù)分析中應(yīng)用視覺交互方法，顯著提升工作執(zhí)行過程的簡潔性，有益于提升管理質(zhì)效；結(jié)合數(shù)據(jù)計算與處理過程，達(dá)到了可視化實時模擬[1]。

2 三維GIS建模及操作過程

2.1 三維GIS的創(chuàng)建

（1）數(shù)據(jù)輸入過程：GIS需要的數(shù)據(jù)類型有建筑物及構(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)等是視覺增強(qiáng)附件。

（2）創(chuàng)建三維場景：采用桌面軟件ArcGlobe執(zhí)行該項任務(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GIS功能的企業(yè)級GIS運用與服務(wù)執(zhí)行過程，包括管理空間數(shù)據(jù)、地圖實現(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功能的實現(xiàn)過程。

支持二維三維地圖實現(xiàn)可視化是ArcGIS的主要功能，其支持對象不僅是標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器，還有ArcGISDesktop、ArcGIS Explorer等客戶端的訪問。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之上運行發(fā)布過程。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)，而后在各類客戶端的協(xié)助下訪問與應(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)組建出一個地圖文檔，讓其可以成為地圖的服務(wù)。結(jié)合實際需求，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)的辨識率和應(yīng)用率。由于影像不用結(jié)合用戶請求，可以完成實施的渲染工作，所以緩存服務(wù)可以明顯加快。地圖服務(wù)在運用的時候，通過系統(tǒng)化設(shè)計，明確哪些比例尺和含有的各種信息。配合運用所具備的根據(jù)比例地圖呈現(xiàn)的功能，可以實現(xiàn)快速的地圖緩存服務(wù)。最后創(chuàng)建空間處理服務(wù)。空間處理的宗旨是協(xié)助使用者自動執(zhí)行GIS任務(wù)，基本上在使用GIS時均要重復(fù)執(zhí)行一些工作內(nèi)容，故而需要建設(shè)一個空間處理框架，在該框架下可以智能化執(zhí)行任務(wù)的定義與實施過程、制定工作流模型文檔及實現(xiàn)模型信息的共享等。空間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)實問題。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，使其更具實用性，很多客戶端可以訪問與應(yīng)用以上功能，而無須考慮客戶端使用類型的差異。在工程項目管理實踐中，可以利用ArcGIS Explorer將某一請求傳送到ArcGIS Server的處理服務(wù)，ArcGIS Server執(zhí)行后臺分析過程，針對分析形成的結(jié)果可以利用圖形將其呈現(xiàn)在3D地圖內(nèi)，也能提供問題診斷報告，并實現(xiàn)故障點的精準(zhǔn)定位。

2.3 三維化過程的性能完善

因為三維空間對于數(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客戶端上可以免費下載3D高清可視化圖像，ArcGIS Server對外提供信息瀏覽功能，瀏覽對象可以是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ArcGIS Server提供的GIS功能，實現(xiàn)對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自身也具備開發(fā)性與互動操作能力，不管是什么專業(yè)的人員均可以下載應(yīng)用。ArcGIS Explorer實現(xiàn)的功能有：利用2D與3D形式瀏覽各種數(shù)據(jù)，各類數(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、報表及鏈接等資源；新增了2D/3D切換的功能按鈕，點擊后能自由切換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)實時將視頻資料粘貼在ArcGlobe內(nèi)的獨立窗口上，進(jìn)而同步提升其對文字及點標(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、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)換原來的二維數(shù)據(jù)格式，這就無須準(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，其對動態(tài)投影過程起到良好支撐作用，減短數(shù)據(jù)處理用時，使運行效率提升有更強(qiáng)大的支持。

3 數(shù)據(jù)可視化在工程項目管理中的應(yīng)用

3.1 規(guī)劃階段

工程項目規(guī)劃是一個系統(tǒng)化決策與控制的過程，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。項目規(guī)劃開展的宗旨是梳理工程建設(shè)活動中的各種空間關(guān)系，現(xiàn)已經(jīng)證實信息技術(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)測算出項目的主要技術(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)施建造時劃撥用地的來源、所屬性質(zhì)、規(guī)模大小及其對周圍居民日常生活與生態(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，實現(xiàn)對工程施工進(jìn)度的宏觀控制等[3]。

3.2 勘測階段

勘察測量是項目施工之前必須執(zhí)行的一項工作內(nèi)容，工程施工及運營管理過程中之所以開展測量工作，是因為控制工程正常執(zhí)行中形成的各類管理數(shù)據(jù)?？辈烊藛T前往工程現(xiàn)場通過規(guī)范化測量獲得各種數(shù)據(jù)，并將其統(tǒng)一輸送至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。針對項目測量所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，有特殊授權(quán)的高層管理人員可以對數(shù)據(jù)庫內(nèi)儲有的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行增減、刪除等操作，依照名稱、級別、坐標(biāo)、高程、觀測精準(zhǔn)度等差異，隨時查閱觀測數(shù)據(jù)。在項目現(xiàn)場施工時，實體工程的很多數(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、局部裂縫等，把以上屬性的變化數(shù)據(jù)整合至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，結(jié)合項目施工需求實時更新、修改，并即時生成模型變化過程圖、觀測值對照圖及變形分布圖等，進(jìn)而幫助管理人員更加直觀地開展數(shù)據(jù)分析工作。在工程施工結(jié)束后，測量已完工處的平面、高程位置等信息，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)實現(xiàn)對項目施工圖形及屬性的雙向查詢[4]。

3.2 設(shè)計階段

工程設(shè)計方結(jié)合前期形成的勘察測繪及其他有關(guān)資料，去設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)、暖通等項目的施工方案，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)專家、領(lǐng)導(dǎo)等論證設(shè)計方案的合理性、可行性，協(xié)商后選擇出最優(yōu)方案。3D GIS能夠通過三維立體化形式呈現(xiàn)出工程地質(zhì)勘測狀況與設(shè)計方提供的設(shè)計方案，在分析設(shè)計方案時可以進(jìn)行演示與對照，并且和各設(shè)計方案的成本及工期信息相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而更能客觀地評估方案，做出最優(yōu)選擇。

針對項目設(shè)計方案內(nèi)設(shè)定的分項施工次序與具體操作方法，及時將其呈交給項目建設(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、分項工程施工方案的執(zhí)行過程，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)度計劃的部署情況，快捷分析出各分項工程的最早及最晚開工時間、自由時差與總時差，并應(yīng)用三維模型將其直觀地呈現(xiàn)出來。針對重要線路上的主要工作內(nèi)容、前后自由時差偏小的項目，理論上均要運用穩(wěn)定系數(shù)較高、風(fēng)險低的施工方案[5]。

3.3 施工階段

一是進(jìn)行工程項目的施工拆遷范圍、施工控制點位呈現(xiàn)及復(fù)測結(jié)果對比，呈現(xiàn)局部沉降量觀測值及沉降點布設(shè)等情況，項目管理人員主要將被查詢實體的屬性信息輸入數(shù)據(jù)庫系統(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。

二是開展進(jìn)度管理工作。將施工進(jìn)度計劃與雙代號網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖輸入服務(wù)器自帶的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將其和工程現(xiàn)場實際施工進(jìn)度進(jìn)行對比分析。用戶將分項工程名稱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)的計算對比工作，自動呈現(xiàn)出該分項工程是否處于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃內(nèi)的關(guān)鍵路線。若得到的是否定答案，計算機(jī)會智能提醒采用調(diào)整本體總時差的形式規(guī)避給工程進(jìn)度帶來的影響；如果答案為是，計算機(jī)系統(tǒng)會提醒通過合理調(diào)控當(dāng)前工作內(nèi)容以確保后期總進(jìn)度符合設(shè)計要求。利用雙代號網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖將人、料、機(jī)等計劃及現(xiàn)場實際應(yīng)用、調(diào)配、供應(yīng)狀況添到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，經(jīng)統(tǒng)計總結(jié)后直觀地呈現(xiàn)出計劃進(jìn)度與實際進(jìn)度兩者之間存在的差異。

三是參與質(zhì)量管理控制的過程。在終端軟件的協(xié)助下，用戶能把項目建材、機(jī)械設(shè)備及施工質(zhì)量檢測信息等傳送至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。依據(jù)實際情況設(shè)定施工方名稱、分項名稱及檢驗批等信息，進(jìn)而智能地生成統(tǒng)計報表、直方圖等，為廣大用戶查詢分析創(chuàng)造便利。

四是輔助工程項目的管理。具體是把計劃完成成本和工期、設(shè)備租金、人工勞務(wù)費信息輸送到關(guān)系數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并依照工程現(xiàn)場施工進(jìn)度執(zhí)行情況及其他要素精準(zhǔn)計算出己完計劃及實際成本，而后將其統(tǒng)一納入數(shù)據(jù)庫，與計劃完成成本做對比分析，據(jù)此測算出進(jìn)度指數(shù)和費用指數(shù)，自動生成相配套的統(tǒng)計報表[6]。

五是可以進(jìn)行三維可視化演示。把項目的二維地圖整合至GIS內(nèi)，利用點、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。通過創(chuàng)建數(shù)字高程模型，能幫助用戶在可視化過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)助項目管理者實現(xiàn)身臨其境的交互式操作，在工程沒有完成之前就全面、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

為了能使建筑行業(yè)更有效地應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)開展項目管理工作，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際需求，實現(xiàn)對工程決策、勘察測量、施工及設(shè)計階段項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)一步提升其在項目施工整個階段的有效管理水平，取得理想的管理效果，為項目施工活動順利推進(jìn)保駕護(hù)航。