虚拟建设

虚拟建设（Virtual Construction，VC）

虚拟建设: 虚拟建设由来及其应用

Virtual Construction（VC），可称为虚拟建设，或虚拟建造，本文对此不加区分，统称为虚拟建设。虚拟建设来源于两大方面：

1.来源于以虚拟现实（VR）等为核心的现代计算机技术在建筑业的应用

虚拟现实技术起源于美国，是包括图形/图像处理、人体器官位置跟踪、音响处理、交互传感、网络通讯及建模技术在内的综合性极强的高新信息技术，“它为人机交互对话提供了更直接的真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感”.

虚拟现实技术在军事、工程建设等领域得到了广泛的应用，我国 863 高新技术计划将 VR 技术列为关键技术进行研究，此后 VR 技术在我国得以发展。以下是建筑业应用 VR 技术取得的一些成果：

Graphisoft 公司开发了以“虚拟建筑”为核心的 Archi CAD 软件，对设计项目的三维计算机模型可视、可编辑、可定义。Ahmed F. Waly 等人利用虚拟现实建模技术（VR modeling techniques）和面向对象的 CAD 技术开发了集成虚拟计划工具——虚拟建设环境（VCE），该工具可以经济而逼真地模拟主要施工过程，并可检验各种行动方案.

二滩电站的展示部分采用了虚拟现实技术，用户可以轻松浏览二滩环境及大坝的任意一个部位.国内在对施工过程中结构的仿真和可视化计算方面取得了一些成果，可以模拟各种施工过程[3].上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。

技术层面的虚拟建设可以在下列方面得到应用：（1）规划设计阶段：采用计算机信息通讯、计算机图形学、图像处理、人机界面、计算机模拟仿真、虚拟现实等多种技术，可以逼真地展现建成后的项目是否与周围环境匹配，以优化规划方案；建立三维虚拟场景，使建筑、结构、设备设计协同进行；通过改变视点和光源设计、修改材质等，方便设计师和顾客沟通和评价处于设计阶段的各种方案；借助于 VR 浏览器虚拟巡游建筑物各组成部分，从而提高设计效果和设计质量；检验建筑设计的可施工性等。

（2）施工阶段：通过虚拟仿真在施工前对施工全过程或关键过程进行模拟施工，以验证施工方案的可行性或优化施工方案；对重要结构进行计算机模拟试验以分析影响项目的安全因素，达到控制质量和施工安全的目的；可视化施工计划进度和实际形象进度等。这些应用都将大大提高建设项目的实施效果和管理效率。

1.由虚拟企业引申而来

“虚拟企业”一词由肯尼斯。普瑞斯等人于 1991 年在向美国国会提交的一份报告中首先提出。“虚拟企业可以视为一些相互独立的业务过程或企业等多个伙伴组成的暂时性联盟，每一个伙伴各自在诸如设计、制造、销售等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。”自此以后，关于虚拟企业的理论研究成为管理科学中一个研究前沿和热点，并已经在实际中得到广泛应用.

虚拟建设的概念由虚拟企业引申而来，是虚拟企业理论在工程项目管理中的具体应用。美国发明者协会于 1996 年首先提出了虚拟建设的概念。

国内外在这一方面的研究成果如下：

（1）欧美发达国家近年来的研究主要集中在如何增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作问题上，即研究如何利用 3-D CAD、4-D CAD、VR 等计算机技术将建设项目管理的各项职能进行集成。主要研究项目有：OSCON 项目、ATLAS 项目、SPACE 项目、CAVALCADE 项目、WISPER 项目、OSMOS 项目、DIVERCITY 项目，不少项目已有成果报道等。

（2）目前国内的研究成果有：徐友全做了题为《虚拟建设模式（Virtual Construction）的研究》的博士论文，论文从虚拟企业理论出发研究了虚拟建设模式的思想、组织、方法和手段。论文研究的主要创新点是：虚拟建设模式的思想；虚拟建设模式的组织设计原则；虚拟建设模式的组织模型、组建步骤及协调中心的组织和任务；虚拟建设模式信息系统（PIS/NT）的概念和功能.何清华在《虚拟组织在建筑业中的应用——虚拟建设》一文中总结出虚拟组织必须具备的特点，然后提出将虚拟组织应用于建筑业的可行性及挑战性；最后提出虚拟建设的组织模式、特点及对建筑业所带来的意义。

彭勇在《虚拟建设——新型的工程项目管理组织模式》中分析了虚拟建设产生的背景，提出了虚拟建设的概念和内涵，并概述了虚拟建设实施过程中信息分类的方法等。

虚拟建设: 虚拟建设产生的背景

传统工程项目管理组织存在问题、国际环境的变化以及现代信息技术和通讯技术的推动是虚拟建设产生的背景。

(1)传统工程项目管理组织模式存在问题

传统的工程项目管理的组织模式是建立在分工与合作的基础上的“金字塔”式组织。

该组织结构存在的问题为:

• 项目参与各方在工程建设过程中的地位不平等。
• 项目参与各方只顾自身利益,从而忽略了项目的总目标。
• 存在大量的管理界面和过程界面,项目建设过程中的协调量大。
• 组织结构层次多,使得项目控制的难度增大。
• 只存在命令和控制,缺少协调和合作氛围。
• 决策过程缓慢,信息孤岛现象严重。
• 信息传递短缺、过载、扭曲、失真和延误等。

(2)国际环境的变化

现代经济朝着全球化发展,同样建筑业也不例外,世界上一些大型的建筑企业业务范围已拓展到世界各地,大型项目的设计和施工的全球化趋势越发明显。随着全球化进展,建筑业的竞争更加激烈,大型工程项目为了能达到预定的进度、质量、投资和安全目标,越来越感觉到传统的工程项目管理模式和工具已满足不了要求, 需要寻求一种新的并能适应当今剧烈竞争的国际环境的工程项目管理模式。

(3)现代信息和通讯技术的推动

现代信息技术和通讯技术得到了前所未有的迅猛发展,并且已深刻地影响了人们的生活和工作方式,同样也在逐渐地改变着工程项目管理的模式。信息技术和通讯技术的广泛应用不但改变着建筑业整个行业的体制和机制,而且也改变着建筑产品生产的组织模式、管理思想、管理方法和管理手段。正如许多研究机构和专业者所说的,建筑业正在经历一场革命,而这革命的推动者是现代的信息技术和通讯技术。

大型工程项目参与各方分布在世界各地,给项目的实施和协调带来了极大的困难,投资增加、进度拖延、质量得不到保证,而信息技术和通讯技术正是促使项目成功的使能器(ｅｎａｂｌｅｒ),通过信息技术和通讯技术将项目参与各方紧密联系,使项目信息得以有效地沟通。

正是这些外在和内在因素的影响和推动,使得虚拟建设这种新型的工程管理模式出现了,并且将会对整个建筑业和工程项目管理水平产生重大影响。

虚拟建设: 虚拟建设的内涵

1、狭义(微观)的虚拟建设

从狭义(微观)上理解，虚拟建设是指在计算机技术和信息技术基础上，利用VRML、AutoCAD、3DSMAX等软件，系统仿真技术，三维建模理论以及用LOD算法优化虚拟系统，对建筑物或项目事先进行模拟建设，进行各种虚拟环境条件下的分析，以提前发现可能出现的问题，提前采取预防措施，以达到优化设计、节约工期、减少浪费、降低造价的目的，或者应用JavaScript语言扩展虚拟世界的动态行 为，提前为顾客提供一个可以观看，可以感觉，可以视听的虚拟环境。

从这个角度可以看出，虚拟建设的第1层含义是在虚拟的环境下对项目进行建设，并尽早的发现可能出现的问题，不断的修改方案直到建设项目的整个过程符合建设者和顾客的要求。这有助于项目管理者对实际建设过程有一个事先的了解，并对建设过程中容易出现问题的地方加强管理，以最终达到节约工期和造价的目的。

微观虚拟建设的第2层含义是虚拟现实在建设领域的应用。在建筑和规划学科领域，使用虚拟现实演示单体建筑、居住小区乃至整个城市空间，可以让人以不同的俯仰角度去审视或欣赏其外部空间的动感形象及其平面布局特点，感受整个小区建成以后的环境(包括交通、绿化、音乐以及小区的周边环境)。它所产生的融合性，要比模型或效果图更形象、完整和生动。

2、广义(宏观)虚拟建设

从广义(宏观)上讲虚拟建设指的是一种组织管理模式，承包商为适应市场变化和顾客需求，基于计算机和网络技术的发展，敏锐的发现市场目标，在internet或WWW上寻找合作伙伴，利用彼此的优势资源结成联盟，共同完成项目，以达到占领市场实现双赢或多赢的目的。随着建设项目的不断优化，建设水平的不断提高，顾客对项目的要求也越来越高，不仅需要建筑企业及时有效的完成项目的本身建设，还要求建设企业参与项目的前期策划以更好的对项目进行管理和监控，同时，还要求企业参与项目的后期运营和维护。

从企业内部的角度来看，现在国内的建筑企业往往拥有某一方面(比如说土建或安装)比较强的优势，但对其他方面比如说设计、物业管理和商业运营缺乏经验或能力技术达不到要求的标准。对于大型的综合性比较强的或技术要求比较高的项目，单个企业很难独立的有效的完成，这就要求各企业利用自己的优势资源联合起来，共同开发项目。

广义虚拟建设有以下几个特点：一是一个虚拟项目管理组织，以有效完成项目为目标。二是需要建筑管理知识和计算机信息技术的有机结合。三是参与单位通过基于网络的项目管理软件联系在一起，最大程度实现信息共享及数据交换。四是需要以先进的项目管理知识作为支撑。五是联盟伙伴之间实行资源、利益共享，费用、风险共担，相互合作，相互信任，自由平等。

虚拟建设: 虚拟建设要点

（1）工程项目是虚拟建设的对象和载体，项目建设通过一系列相互关联的过程来实现，这些过程组合在一起形成一条产品供应链；同时，项目建设过程也是一个价值增值过程，因此也形成一条价值链，链上的每一环对应着实现价值增值的一项或数项能力。图中价值链上的圆圈即表示工程项目建设过程中环环相扣的过程，同时也表示实施项目所需的设计、施工等能力。

（2）由于科技进步、社会分工细化、市场竞争加剧等原因，绝大多数企业不具备项目建设所需的全部专业能力，即只是上述供应链中的一环或几环（如我国鲜有具备设计施工能力的企业），如果没有供应链中上、下游企业的协作（分包商可以看作是总包商的协作单位），根本无法完成工程项目建设的全部任务。而从市场需求看，顾客对企业能力提出了越工能力的企业），如果没有供应链中上、下游企业的协作（分包商可以看作是总包商的协作单位），根本无法完成工程项目建设的全部任务。而从市场需求看，顾客对企业能力提出了越来越高的要求，越来越多的顾客要求企业能提供形成建筑产品的全过程服务。

因此，为满满足顾客需求，这些企业唯有跨越组织界限，在具有不同核心能力的企业间开展合作，以“虚拟组织”形式来整合和利用外部资源，从而扩展自己满足顾客需求的能力，进行组织管理层面的虚拟建设。图中核心企业可称为头脑企业，是智力、知识密集型企业，其技术先进，管理科学，在供应链中占据核心位置；伙伴企业可称为躯干企业，处于供应链中的其他位置，但能以自己的专业特长为项目实施全过程贡献力量，是供应链中不可缺少的环节。

（3）虚拟建设成员可以组成项目联营体，也可以形成总分包关系，基于合同契约进行合作。为了取得组织管理的成功，应综合运用各种现代管理技术：如战略联盟、并行工程、企业流程再造、优化方法、供应链管理、电子商务等，并利用可视化、VR等IT技术对建设项目管理的各项职能进行集成，增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作，达到高效进行项目管理的目的。

（4）对于具体工程项目实施，应借助于计算机技术进行计算机辅助设计、建模，设计方案优化，可视化设计、施工效果，施工过程模拟，施工方案可实施性检验等，即要进行技术层面的虚拟建设。这一层面的虚拟建设建立在现代各项科学技术基础之上，如：计算机模拟仿真技术，CAD 技术，VR 技术，网络技术，数据库技术，多媒体技术，各种现代设计、施工技术，以及各种集成技术等。

虚拟建设: 虚拟建设实施过程的信息分类

虚拟建设的手段是借助于现代信息技术和通讯技术建立起来的供项目参与各方使用的项目信息系统,项目信息系统建立的核心是共享的信息内容。以下是虚拟建设过程中信息分类的一些方法。

(1)按信息流向划分,如自上而下的信息、自下而上的信息、横向信息和知识管理者之间的信息等。

(2)按管理职能划分,如决策信息、执行信息、检查信息和规划信息等。

(3)按管理层次划分,如战略信息、策略信息和基层信息等。

(4)按信息来源划分,如外部信息和内部信息等。

(5)按项目管理目标划分,如投资/成本控制信息、进度控制信息、质量控制信息和安全管理信息等。

(6)按项目管理内容划分,如组织协调信息、投资/成本控制信息、进度控制信息、质量控制信息、安全管理信息、合同管理信息和风险管理信息等。

(7)按项目管理的性质划分,如组织信息、管理信息、经济信息和技术信息等。

(8)按项目参与方划分,如业主方信息、项目管理方信息、设计方信息、施工方信息和供货方信息等。

(9)按阶段划分,如策划阶段信息、招投标阶段信息、设计阶段信息、施工阶段信息、竣工验收阶段信息和保修期信息等。

(10)按信息表现形式划分,如数字信息、文字信息、图象信息和声音信息等。

(11)按工程项目的部位联系划分,如工程项目、子项目、单位工程、分部工程和分项工程等。

虚拟建设: 参考文献

• 梁民、刘珍平、张培仁等。虚拟现实在水坝系统中的实现。计算机应用，1999，19（8）。
• Ahmed F. Waly， Wslid Y. Thabet. A Virtual Construction Environment forpreconstruction planning. Automation in Construction， 2002 （12）： 139-154.
• 袁向荣、高勇利、卜建清。结构工程及虚拟现实技术。石家庄铁道学院学报，2000，13（3）。
• 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（13）。
• 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（9）。
• 彭勇、邢文。虚拟建设——新型工程项目管理组织模式。建筑管理现代化，2001（2）。
• Anthony D.Songer， James E.Diekmann， Khaled-Al Rasheed， Benjamin Hays. Construction scheduling using 3-D CAD and walk-thru. Construction Innovation ， 2001（1）。
• 徐友全。虚拟建设模式的研究[博士学位论文].上海：同济大学，2000.