一种高效的动态工程管理系统和方法

本发明涉及一种对大型工程建设的全过程实现全面、有效的动态管理和控制的计算机应用系统。

目前的大型工程建设，一般是应用计算机网络技术、数据库技术和其它相关技术的成果，建成“管理信息系统(ManagementInformation System，缩写：MIS)”。把工程建设过程中的“计划、统计、人事、财务、物资、设备、项目合同……等”各方面工作所涉及的各种信息收集、整理、分析、规纳，用以帮助了解工程进展，对工程建设的“人流、物流、资金流……”进行辅助管理。为适应工程建设不同于一般制造业企业的特点，提高管理效率，在一般MIS系统功能的基础之上引人如“专家系统”……等各种上层软件；还发展了如各种“项目管理软件”……之类的专用软件。

必须指出，MIS系统(含各种发展、扩充的MIS系统)和客观对象的发展变化(即工程的客观规律和工程发展的实际情况)之间存在着相当大的间隔。这样，不仅使得系统运行必须的信息只能通过“人工”搜集和输入，成为系统运行的瓶颈；更重要的是：无法帮助我们预先深入地认识工程的内部规律，驾驭工程建设的发展过程。

本发明的主要目的在于提供一套：贯穿从规划、论证、立项、总体设计、技术设计、施工设计、分标招标、实际施工、测量监理……直到工程竣工验收后投入营运的全过程，能深入到工程建设的客观对象内部，充分而准确地揭示工程建设发展的客观规律，从而实现高效控制和管理的系统和方法。

本发明的又一目的在于提供一套：在实际施工以前，能预先充分而精确地把握工程建设的发展，特别是能预先发现在施工过程中可能出现的问题，预先采取措施，从而避免损失和挫折，保障工程顺利建成的系统和方法。

本发明的又一目的在于提供一套：在实际施工的全过程中，能有效地监测工程进展，根据实际情况和原定计划之间的偏差，进行反馈、调整，实现动态控制和管理的系统方法。

本发明的又一目的在于提供一套：在工程建成以后，能把工程建设的各种文件(特别是可视化三维图形文件所包含的大量信息)，转入“营业运行管理系统”，确保工程建成后的高效营运。

本发明的目的，可以通过“动态工程管理系统”(DynamicEngeneenng Management System，缩写：DEMS)的应用来实现。

DEMS系统由：设计系统、人-机交互施工模拟系统、施工计划系统、测量监理系统、施工调度系统、工程档案系统和MIS系统等七个子系统构成。

MIS系统为公知的技术，以下从略。

DEMS系统各子系统的功能、各子系统之间的相互联系如下：1.设计系统系统输入：a.工程总体目标体系。b.工程的客观对象(原始DTM)系统输出：优化设计方案，输出到人-机交互施工模拟系统。

系统反馈：根据工程总体目标体系对设计方案进行评价，未达优化，反馈到输入端，进一步设计提出更好的设计方案。

2.人-机交互施工模拟系统系统输入：a.优化设计方案。b.施工必需的各种要求、条件。

系统输出：优化施工方案，输出到施工计划系统。

系统反馈：根据施工目标体系对施工方案进行比较、评价，若未达优化，反馈到输入端，进一步模拟提出更好的施工方案。

3.施工计划系统系统输入：优化施工方案。

系统输出：a.以精确三维数值模型系列DTMp(ti)表示的施工计划，输出到工程档案系统。b.计划文件，输出到MIS系统。c.指导实际施工。

系统反馈：根据施工目标体系中工程关键控制点的要求，对施工计划进行判定，未能满足要求，反馈到人-机交互施工模拟系统输入端，进一步模拟提出更好的施工方案、制定满足工程关键控制点要求的施工计划。

4.测量、监理系统系统输入：测量数据。

系统输出：a.以实测三维数值模型系列DTMR(ti)表示的施工进展情况，输出到施工调度系统。b.进度监理报告和质量监理报告，输出到MIS系统和工程档案系统。

5 施工调度系统系统输入：a.计划三维数值模型系列DTMp(ti)。b.实测三维数值模型系列DTMR(ti)。

系统输出：a.三维数值模型系列DTMp(ti)和DTMR(ti)之间无差别，若未达设计文件要求，按计划继续施工。b.若三维数值模型系列DTMp(ti)和DTMR(ti)之间有差别，反馈到人-机交互施工模拟系统输入端，通过模拟提出在实际情况下，施工计划调整方案。

6 工程档案系统系统输入：a.优化的设计方案。b.计划(文件和DTMp(ti))。c.进度监理报告和质量监理报告。d.MIS系统需永久保存的信息。

系统输出：a.为整个DEMS系统提供检索、查询。b.工程建成时移交营运管理系统。

7 MIS系统系统输入：a.计划文件。b.监理报告。

系统输出：调动计划、统计、人事、财务、物资、设备、项目合同……等各功能子系统以及相对应的职能部门围绕工程建设的总目标而高效运行。

DEMS系统功能实现的途径：DEMS系统利用计算机网络技术将：计算机三维图形工作站、人工或半自动或者全自动的测量、输入设备、以及各种必要的配套外部设备……根据实际的需要组成局域或广域网络。

对于整个工程的各项目而言，测量监理系统，工程档案系统和MIS系统是通过网络而提供共享；而设计系统、人-机交互施工模拟系统、施工计划系统和施工调度系统相对是为特定的项目专用的。

对于确定的项目而言，设计系统、人-机交互施工模拟系统、施工计划系统和施工调度系统，每一项目用一套项目专用的三维图形工作站配以三维计算机辅助设计软件、三维图形、三维图象处理软件、三维造型软件和配套应用软件实现；测量监理系统，工程档案系统和MIS系统的功能则通过网络提供共享而实现。

对于包含若干项目的工程而言，在各项目三维图形工作站进行设计、人-机交互施工模拟、施工计划和施工调度等工作的基础上，用具有足够配置的工程总体超级三维图形工作站，通过网络汇总各项目工作站的工作，进行总体模拟、总体优化，制定总体施工计划，进行总体调度，协调各项目，以实现整个工程建设的系统总体优化。

测量监理系统由：测量设备、输入设备、监理专用三维图形工作站和配套应用软件实现。

工程档案系统由：不可改写的光盘为介质的存储、检索设备、计算机缩微设备、配套外部设备和配套应用软件实现。

本发明和现用于工程建设管理的各种系统及方法相比，具备如下效果：对于土石方工程、混凝土工程、水利工程、机电设备安装工程……等可应用计算机三维图形、三维图象、三维造型技术描述、表达其特征的工程(不同类型的工程，涉及到不同的专业技术，只要配以相应的软件及软件组合即可实现)。

本发明使我们能在从规划、论证、立项、总体设计、技术设计、施工设计、分标招标、实际施工、测量监理……直到工程竣工验收后投入营运的全过程，充分而准确地揭示工程建设发展的内部客观规律，从而实现对工程建设高效控制和管理。

本发明使我们能在实际施工以前，预先充分而精确地把握工程建设的发展，特别是能预先发现在施工过程中可能出现的问题，预先采取措施避免损失和挫折，保障工程顺利建成。

本发明使我们能在实际施工的全过程中，有效地监测工程进展，根据实际情况和原计划偏差进行反馈、调整，实现动态控制和管理。

本发明能使我们能在工程建成以后，把工程建设的各种文件(特别是可视化三维图形文件所包含的大量信息)，转入“营业运行管理系统”，确保工程建成后的高效营运。

这样，本发明能使我们极大地提高工程建设的效率，保证甚至缩短工期，节约人力、物力、财力……各种资源，从而获得极大的经济效益。

附图的图例说明：图1. MIS系统功能结构框图图2. DEMS系统功能结构框图图3. DEMS系统实现网络结构框图图4. DEMS系统运行流程图本发明的最佳实施方式：如图2所示，本发明DEMS系统由：设计系统、人-机交互施工模拟系统、施工计划系统、测量监理系统、施工调度系统、工程档案系统以及MIS系统(在此仅标出部分子系统，不作叙述)等七个子系统构成。

整个DEMS系统利用“三维数值地理(包括地表和地层)模型”和“机电设备三维数值模型”，作为系统深入工程改造的客观对象内部获取各种信息的途径；作为应用计算机技术对客观对象进行描述、加工的对象；作为在各个子系统之间传递大量信息的媒介。

“三维数值地理模型”是施工范围内全部地理数据(测量、钻探……获取的数据)输入计算机经“加工”而形成的；“机电设备三维数值模型”是由设备制造厂家直接提供或提供设计文件输入计算机经“加工”而形成的(为叙述方便，以下把二者合称为：三维数值模型DTM)。DTM是实际施工场地和需安装的机电设备在三维图形工作站上的“映射”，是具有足够精度，可度量的“电子模型”；是利用计算机三维图形、图象技术以及其他计算机技术成果对施工客观对象进行观察分析、规划、设计、模拟施工、研究施工规律……等操作的对象；使DEMS系统能够深入到客观对象内部发挥作用。

如图3所示，本发明DEMS系统由：局域网络(或广域网)联接的n台项目专用三维图形工作站Wj，(j=1，2，3……n，n为工程的项目数)、工程总体超级三维图形工作站SW、测量设备、输入设备、监理专用三维图形工作站Ws、光盘系统、计算机缩微设备、系统服务器及必要的配套外部设备和配套应用软件……等，和MIS系统相联而构成。

对于地域分布广的大型、特大型工程，可将结构相类似的局域网DEMS(p)”(p＝2，3，……h，h为局域网数)联成广域网；测量、监理系统，工程档案系统的功能则是通过广域网络为所有联在各个局域网的各项目三维图形工作站Wj所共享，从而满足管理需要。

以下，以DEMS系统运行流程(图4)为线，详细说明DEMS系统和应用方法：1.规划、论证、立项、设计a 研究、制定工程总体目标体系。

b 根据工程总体目标体系，从工程的客观对象(精确的原始三维数值模型DTM(t0))的实际情况出发，利用计算机辅助设计工具进行三维设计，做出总体方案，给出相应的技术、经济数据。

c 根据工程总体目标体系，进行总体方案评价、论证。

d 提出修改意见，按上述a-c的步骤优化并完成总体规划。

e 在总体规划基础上，进行可行性研究，按上述a-c的步骤优化并完成可行性报告的论证。项目立项。

f 根据可行性报告确定的工程总体目标体系，分解制定设计目标体系(用于指导设计工作、评价设计方案)和施工目标体系(用于评价和优化模拟施工方案)。

g 根据设计目标体系，按上述a-b的步骤，进行工程总体设计并进行总体方案评价、研究、论证，反馈、再设计，提出新的设计方案，对不同的设计方案进行比较研究……最终实现设计方案优化。

h 把通过评价、审查的优化设计方案存入“工程档案系统”作为今后一切工作的基础。

i 根据优化的总体设计方案，进一步细化，按上述g的步骤完成技术设计。

j 进入人-机交互施工模拟阶段。

2.人-机交互施工模拟有三种模拟顺序：正向模拟，反向模拟和混合顺序模拟。

正向模拟，是从给定的起始的精确三维数值模型DTM(t0)开始，按施工的正常顺序(时间序列：t1，t2，……tm，m为预设的施工阶段数)，一步一步地从前向后模拟。这种模拟方法和施工时序相同，容易理解和操作。

反向模拟，是从按设计文件所确定，经施工最终实现的精确三维数值模型DTM(tm)开始，即从希望达到的目标开始，按同施工步骤相反的顺序(时间序列：tm，tm-1，……t0)，一步一步地从后向前模拟。这种模拟方法紧紧围绕最终目标进行，容易优化，模拟效率高。

混合顺序模拟，根据实际情况在某些时间段采用正向模拟，而在另一些时间段采用反向模拟，综合应用正向模拟和反向模拟的优点。

以下，以正向模拟为例，说明模拟的方法：a 对于给定的项目(或子项目)，根据设计(总体设计和技术设计)文件和施工进行必须的各种要求，以给定的第i精确三维数值模型DTM(ti)(i＝0，1，2，……m，i＝0时，为原始的精确三维数值模型DTM(t0))为基础，按设定的一定施工顺序和时间间隔Δti(Δti可以是相等的，也可以是不相等的)建立下一阶段的精确三维数值模型DTM(ti+1)。

b 审查新的精确三维数值模型DTM(ti+1)，确认没有错误。

c 用i+1替代i，重复上述a-b的步骤，建立一个精确三维数值模型系列DTM(ti)(i＝0，1，2，……m)，其中：DTM(t0)为原始精确三维数值模型，DTM(tm)为该项目(或子项目)设计文件规定的精确三维数值模型，形成用可视化精确三维数值模型系列DTM(ti)表示的施工方案。

d 在可视化精确三维数值模型系列DTM(ti)形成的可视化三维图形系列的基础上，应用可视化计算机三维图形技术对其进行多视图、任意视角、任意剖面、任意比例尺、任意缩、放地对总体和局部进行反复、仔细审查，发现该方案可能出现的问题，研究并提出解决问题的方案。

e 在重复上述a-d的步骤，制定新的施工方案，解决问题。

f 在数个方案都无法解决问题时，可考虑把问题反馈到设计阶段，修改设计以彻底解决问题，最终形成没有“问题”的、成熟的施工方案。

g 根据“施工目标体系”和模拟施工过程中计算出的不同施工方案的技术经济数据，对不同的成熟的施工方案以及不同方案的组合进行比较评价，优选出最佳的项目施工方案。

h 在各项目优选出最佳施工方案的基础上，应用工程总体超级三维图形工作站SW，按同一时间段，把全部项目的优化施工方案的精确三维数值模型DTMj(t)(j＝1，2，3…n，为项目的序号)相加，按时间序列生成第i个时间段的工程总体的精确三维数值模型∑DTMj(ti)(j＝1，2，3……n，为项目的序号)，以工程总体系统优化为目标，审查各项目在施工过程中可能产生的相互干扰，研究调整、解决的办法，必要时，以工程总体系统优化为原则对一些项目进一步模拟……，直到获得系统总体的优化的施工方案。最终完成施工设计。

i 利用经模拟优化的施工方案，研究制定工程分标、招标计划。

j 进入制定施工计划阶段。

反向模拟，只要采用相反的时序，建立三维数值模型系列DTM(ti)(i＝m，m-1，m-2，……0)，用和上述步骤相似的步骤进行即可。

3.施工计划a 根据总系统优化施工方案，按模拟的时间序列制定分阶段(周、旬、月、季、年……)的施工计划(项目计划和工程总体施工计划)。

b 根据工程的关键控制点(关键工程、关键工期)的要求，通过模拟，重排施工方案(在此，宜从必须确保的工程关键控制点开始，采用从后向前的反向模拟方法)，调整、优化总体计划，以保障工程的进程。

c 生成各种计划文件。其“设备计划”、“费用计划”、“材料计划”、“人力计划”……，输入MIS系统，构成MIS系统各功能子系统的“目标函数集”。

d 把生成的各种计划文件输入“工程档案系统”。

f 根据计划组织实际施工。

4.测量、监理a 利用人工、半自动或者全自动的方法，进行测量、输入监理专用三维图形工作站Ws，生成第i次实测的三维数值模型DTM(ti)，和原有第k次测量生成的三维数值模型DTM(tk)相比较，通过第i次和第k次测量时间间隔内客观对象所发生的变化，计算出各种技术、经济数据，生成相应的监理报告。

b 把各种数据、资料、分析结果生成质量监理报告。

c 把第i次实测的三维数值模型DTM(ti)输入施工调度系统。

d 输入MIS系统，作为各子系统及时、准确的数据源；从而充分发挥MIS系统的效力，从整体上提高DEMS系统的效率。

e 输入“工程档案系统”，存档。

5.施工调度a 把实测的DTMR(ti)和同一时间的计划DTMp(ti)进行比较，如无差别，按计划继续施工。

b 根据实测的DTMR(ti)和计划DTMp(ti)之间的差别，采取调度措施。

c 以现实测的DTMR(ti)为基础，应用人-机交互施工模拟系统重新模拟并优选出最佳施工方案，动态地调整施工计划。

d 输入MIS系统，发挥各种项目管理软件、数学模型、专家系统或其它决策支持软件的功能，增强对整个工程的控制能力。

6.工程档案a 经设计系统制定并优化的设计方案(包括完整的设计文件)，输入本系统，作为一切工作的依据。

b 经人-机交互施工模拟系统模拟、优化的施工方案(包括总体和项目的优化施工方案)，输入本系统，作为计划系统运行的依据。

c 经计划系统制定、优化的施工计划文件(各种图纸、三维数值模型DTM以及设备计划、费用计划、材料计划、人力计划……等)，输入本系统，作为实际施工和MIS系统运行的依据。

d 测量监理系统生成的施工进度监理报告和质量监理报告以及各种数据，输入本系统，存档并作为施工调度系统和MIS系统运行的依据。

e MIS系统生成的需要永久保存的各种报告、数据，输入本系统，存档f 全部档案作为工程验收的必要条件；验收后，移交“营运管理系统”确保工程建成后的高效营运。

7. MIS系统a 经人-机交互施工模拟系统模拟、优化的施工方案、优化分标方案，输入系统作为拟定招标文件的基础。

b 经施工计划系统生成的各种计划文件(“设备计划”、“费用计划”、“材料计划”、“人力计划”……等)，输入MIS系统，构成整个MIS系统各子系统运行的目标函数集。

c 测量监理系统生成的施工进度监理报告、质量监理报告以及各种数据，输入MIS系统，成为MIS系统最直接、最及时、最准确的信息源，使MIS系统能高效地调动计划、统计、人事、财务、物资、设备、项目合同……等各功能子系统以及相对应的职能部门围绕工程建设的总目标而高效运行。

d 施工调度系统确认的实际情况和计划文件的差别以及形成的调度文件，输入本系统，调动各功能子系统以及相对应的职能部门执行调度文件。

e 本系统生成的需要永久保存的各种报告、各种数据，输入工程档案系统，存档。本系统运行需要的种报告、各种数据，从工程档案系统提取。