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论虚拟仿真技术与群体支持系统在工程管理中联合应用
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内容提示：工程施工计划是一项复杂的工作，不断增长的复杂因素决定了工程管理人员需要采取新的、从未被用过、检测过的工程施工方法。缺乏便于工程策划人员进行评估和确认施工计划是否合理的工具，会在工程施工阶段造成许多重复性工作，造成成本浪费。虚拟现实技术为解决上述问题提供了
0 前言
使用虚拟仿真技术对施工过程进行模拟，可以充分利用工程中的大量信息，充分考虑各种工程情况，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系，实验多种施工方法，计算相应工况应力，对施工方案进行优化，从而减少或降低实际工程中可能出现的一些不必要的失误所造成的损失。虚拟了施工计划后，可根据利用虚拟环境所得到的结果进行预测和决策分析。这里主要谈成本控制，即工程项目的价值管理。工程管理决策渗透于建设活动的各个阶段、各个环节，建议利用一种以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、模拟技术和信息技术为手段，面对半结构化的决策问题，支持决策活动的具有智能化的人机计算机系统—— 决策支持系统。它综合利用了大量数据，有机地组合众多模型，通过人机交互，辅助各级决策者实践科学决策。（参考《建筑中文网》）
本文的目的在于介绍工程管理领域里所使用的最新的技术，提出使施工计划与成本控制一体化的思想，充分利用信息技术的新发展，使采用的工程管理手段能满足现在越来越广泛的跨空间，跨国界的大型工程项目的要求，使工程项目国际化更加完善。
1 虚拟仿真技术[1]
虚拟仿真技术是对现实世界的模拟，是基于模型的活动，力图通过计算机及各类装置达到现实世界尽可能精确的再现。它是虚拟现实技术和仿真技术相结合的产物。
虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术显示技术等多种学科的优势，用计算机生成逼真的三维视、听、触觉等感觉，为人机交互对话提供了直接和真实的三维界面，使人能通过适当装置对虚拟世界进行交互式体验的技术。它是仿真技术的升级。
虚拟仿真技术始终贯穿于工程项目施工的整个过程当中，无论是项目设计阶段，还是项目实施阶段，以及项目的检测阶段。利用 VR 的可视化特性，可以更直观地观察工程分析的复杂数据结果。VR 系统可以让用户进入数据本身所在的环境，通过实时交互修改参数来观测这些参数对结果的影响。用户还可以从不同的角度观察数据，改变自身与环境之间的大小比例，因而能获得更有价值的观察结果。
1.1 虚拟仿真系统的构建
VR 系统应由 4 个主要的辅助系统组成系统界面，数据库，三维模型和知识库，如图 1 所示。
（1）系统界面包括用户菜单，它为策划者从三维模型辅助系统中选用三维建筑物、设备模型和非设备模型，来建立虚拟施工现场提供了一个平台。
（2）三维模型由设备模型、非设备模型和建筑物模型组成。为帮助现场操作阶段的 “设备控制”操作，设备模型的可移动部分不得不与其他部分分离开。例如，一台塔式起重机模型的支撑，滚轮和吊钩在三维模型中必须是相互独立的；建筑物模型包括非设备模型的预制件。
（3）根据三维模型的设置，需要准备设备数据库、非设备数据库和劳动力数据库。设备数据库存储设备的运作途经，移动速度和载重能力；非设备数据库存储非设备资源的直径和重量；劳动力数据库存储了不同施工操作所需的劳动力数量。
（4）知识库包含了试探法和相关规则，为现场计划和规划、现场操作和布置等提供了指导和帮助。例如，当混合应力还没有完全达到时，知识库会发出警告信息“加固大面板模板”。
1.2 土木工程中虚拟技术工具
（1）地理信息系统（GIS）[2]。GIS 是近年来在土木工程领域日益广泛使用的工具，尤其在模拟土木工程现象方面，是土木工程领域公认的一项有益的技术。大型工程项目中越来越多地引入地理信息系统，通过将二维地图以扫描和数字化方式将图形信息直接存储在计算机中，并将信息存储在地图上与之相关联的地理位置上，使数据与地理信息紧密结合起来，实现数据信息的可视化；或遥感技术再结合 GIS来完成信息管理，这相对于传统的以文本和表格为特征的地理信息办公系统是一个进步。
GIS 提供了一个对具有空间特征的工程现象建模的框架。分布式模型可以在矢量模型中利用地理实体固有的布局，或是在栅格模型中考虑周围栅格单元的影响。地理数据精确的模型尽管不可能明确地由空间确定，却可以在区域范围内相对高效率地计算出结果。面向对象高级语言是未来 GIS 发展的催化剂。面向对象方法的优点在于其内部数据结构和数据存储的方式。面向不同对象的 GIS 软件采取不同的机制来联接空间和非空间数据。有些系统采用面向对象的数据库，还有的采用面向对象的语言。
GIS 技术的进步将会更加有利于空间现象的表征，为更多的应用领域提供便利。GIS 可以提供一个虚拟的环境，在这个环境中，决策者和科学家可以探究理论，权衡不同的管理策略。但是作为这种进步的前提，空间数据的稀缺性、对数据质量的较高要求以及收集途径的缺乏仍然是有待解决的问题。目前GIS 还没有完全达到这种高层次的水平，只是提供了普通的模拟环境。
（2）基于图像的虚拟现实技术（Image-Based Virtual Reality，IBVR）。IBVR 最大程度地再现了场景，同时能够加入虚拟物体，即计算机所产生的物像，以扩充现实信息。通过 IBVR 技术能形象、真实地再现整个施工的全过程，从而为领导和专家的决策提供支持。
（3）虚拟设计工作室（Virtual Design Studio，VDS）。VDS 表明了怎样通过设计协作中的异步和同步技术，实现一个跨越较大时间、空间距离的工作室，包括同种或不同专业设计人员之间，设计人员与用户、业主、管理部门之间通过计算机网络进行协同工作。VDS 的过程是工程项目协作设计的参与者了解自己在虚拟设计工作室中的位置，研究人员分析各种设计活动。
2 群体支持系统[3]
决策支持系统（Group Support System，GSS）是辅助决策者通过数据、模型、知识以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是在管理信息系统（Management Information System，MIS）的基础上发展起来的，在 MIS 的基础上增加了非结构化问题处理，模型计算和各种方法，为解决结构化、非结构化和半结构化的问题提供了更广泛的方法。GSS 最初被称为群体决策支持系统（Group Decision Support System，GDSS），出现于 20 世纪 80 年代。GSS 被定义为一个交互作用的以计算机为基础的系统，通过一系列决策者组成一个工作组一起工作来促进非结构化问题的解决。它包括硬件、软件、人和程序。它同时也被认为是协作系统、计算机支持合作工作系统、电子会议系统。是一个集手段、软件和技术为一体的关注并提高决策组的交流、协商和决策的系统。
2.1 工程项目价值管理与 GSS[4]
工程项目价值管理（Value Management，VM）指出不必要的开支导致了低价值，应该被正视和剔除的。美国通用电气公司于 1963 年首次应用 VM 到建筑领域中，它是一个结构化的和可分析的过程，通过以最低开支并满足质量和性能的前提下，提供所有所需功能来寻找实现货币价值的过程。VM 在 20 世纪80 年代传入中国香港，现在已经在工程领域获得了认可，许多机构包括政府部门、公共事业单位和私人企业都已经应用 VM 到大型工程项目中。GSS 包括了交流技术、计算机技术和决策支持技术，所有这些都是用来为 VM 研究开发一个 GSS 框架的。该框架设计用来提供 4 种支持类型，包括讨论支持，信息支持，合作支持和决策分析支持。
（1）交流技术目的在于通过控制会议中的抑制因素促进人的动力，它可被用来提供“讨论支持”，克服缺乏参与和相互作用的问题。面对面交流，这项技术提供了一个可选择的沟通渠道—— 电子沟通来促进创造和分析每个阶段成员间观点、看法和偏好的交流。此外，该技术也可被用来提高沟通的有效性。应用电子交流工具像电子邮件和文档传输协议，简化并缩短了信息交换过程的时间，因此，促进了研究阶段和实施阶段成员间的沟通和合作。
（2）计算机技术包括数据交换，存储，管理和分析，可用来提供“信息支持”，并克服 VM 研究中缺乏信息的问题。信息管理工具的使用，像数据库和文档管理工具设备和获取，项目信息的保存和显示。这就提高了信息的可连接性和质量，来支持大量工作，特别在评估阶段的成本分析上。而且，这项技术可以用来提供“决策分析支持”并克服在指导评估和分析时的困难。
（3）决策支持技术包括决策建模方法（决策树、风险分析），结构化的分组方法和指导分组讨论的规则。该项技术可用来开发一个新的“组群结构技术”来为讨论支持的应用提供补充。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200606/456.htm
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