数据可视化在工程项目管理中的应用

于程水，张绍秋，胡乃刚，张 羽

（中铁建发展集团有限公司，北京 100043）

1 项目管理可视化

把可视化工具及相关方法用在各种领域内，通过分析与呈现大量的、即时化的多维数据，能够快捷呈现出实际所需的特征及结果信息；在模拟计算与数据分析中应用视觉交互方法，显著提升工作执行过程的简洁性，有益于提升管理质效；结合数据计算与处理过程，达到了可视化实时模拟[1]。

2 三维GIS建模及操作过程

2.1 三维GIS的创建

（1）数据输入过程：GIS需要的数据类型有建筑物及构筑物数据、底图或卫星影像图、数字化地形模型等，其中植被、街道及字标等是视觉增强附件。

（2）创建三维场景：采用桌面软件ArcGlobe执行该项任务，结合需要增添文字标注、街景与植被数据等要素。可以尝试应用二维底图构建三维建筑模型，或者直接导进由第三方软件提供的3D模型数据。

2.2 ArcGIS对二维三维进行的操作

ArcGIS Server是以服务器为基础衍生出的一种GIS产品，其本体功能强大且多样化，适用于创建集中化管理的、支持多用户操作的、有高级GIS功能的企业级GIS运用与服务执行过程，包括管理空间数据、地图实现可视化、数据信息编辑、空间状态分析等。ArcGIS Server能以Web为基础对外提供大量服务，辅助复杂环境内地理数据管理、图形制作、地理处置、空间分析以及其他GIS功能的实现过程。

支持二维三维地图实现可视化是ArcGIS的主要功能，其支持对象不仅是标准浏览器，还有ArcGISDesktop、ArcGIS Explorer等客户端的访问。首先，ArcGIS Server可以应用ArcGIS桌面产品构建出用于发布环节的地图产品、Globe及空间处置任务，这样就可以在ArcGIS Server之上运行发布过程。如果有共享这些资源的需求，要先于ArcGIS Server用这些资源创建出Web服务，而后在各类客户端的协助下访问与应用这些资源。其次，提供二维地图服务。地图服务创建之前，要先在ArcMap内组建出一个地图文档，让其可以成为地图的服务。结合实际需求，创建地图缓存，创建的基础是比例尺条件之下渲染处理的分块地图，这些地图集合在一起，其作用在于可以提高地图呈现的辨识率和应用率。由于影像不用结合用户请求，可以完成实施的渲染工作，所以缓存服务可以明显加快。地图服务在运用的时候，通过系统化设计，明确哪些比例尺和含有的各种信息。配合运用所具备的根据比例地图呈现的功能，可以实现快速的地图缓存服务。最后创建空间处理服务。空间处理的宗旨是协助使用者自动执行GIS任务，基本上在使用GIS时均要重复执行一些工作内容，故而需要建设一个空间处理框架，在该框架下可以智能化执行任务的定义与实施过程、制定工作流模型文档及实现模型信息的共享等。空间处理还具备空间建模以及分析功能，进而协助使用者更全面地分析现实问题。GIS服务器基本提供把空间处理模型与脚本发布成Web服务的功能，使其更具实用性，很多客户端可以访问与应用以上功能，而无须考虑客户端使用类型的差异。在工程项目管理实践中，可以利用ArcGIS Explorer将某一请求传送到ArcGIS Server的处理服务，ArcGIS Server执行后台分析过程，针对分析形成的结果可以利用图形将其呈现在3D地图内，也能提供问题诊断报告，并实现故障点的精准定位。

2.3 三维化过程的性能完善

因为三维空间对于数据的传输有着非常严格的要求，再加上系统数据非常大，为了最大限度地提升综合的呈现率，ArcGIS提供以下的优化方法：分级化呈现比例尺，以数据精准度作为基础，根据显示比例尺对数据进行加载，提高三维的呈现率。

2.4 客户端呈现

在ArcGIS Explorer客户端上可以免费下载3D高清可视化图像，ArcGIS Server对外提供信息浏览功能，浏览对象可以是2D或3D信息，也具备查询与分析数据的功能[2]。ArcGIS Explorer访问ArcGIS Server提供的GIS功能，实现对GIS数据集及服务器空间处置功能的有效整合，这样便能为使用者提供空间信息处理与3D服务。ArcGIS Explorer自身也具备开发性与互动操作能力，不管是什么专业的人员均可以下载应用。ArcGIS Explorer实现的功能有：利用2D与3D形式浏览各种数据，各类数据集成化，支持基于KML与KMZ格式的数据文件，采用任务进行GIS可视化分析，完成建模与统计任务；应用ArcGIS Online发布内容协助用户构建三维或二维地图，演示照片、报表及链接等资源；新增了2D/3D切换的功能按钮，点击后能自由切换2D与3D视图，进而为使用者提供完成的地图数据可视化管理功能。

2.5 ArcGIS的三维特征

一是可视化增强。增强三维模型的显示性能，可以按照地理坐标实时将视频资料粘贴在ArcGlobe内的独立窗口上，进而同步提升其对文字及点标注的呈现能力。二是创建与管理三维数据的功能。ArcGlobe和ArcScene内均有标准化的编辑环境，可以独立执行带有高程值的GIS与多面体要素的创建维护任务，能够即刻获得编辑效果，还能移动、旋转三维模型。三是三维分析功能强化。新增了三维布尔计算、虚拟城市工作流创建所需的GP工具，于三维空间内可以直接进行交互测试及网络分析。四是二维三维图形的一体化。不必转换原来的二维数据格式，这就无须准备两份数据，降低空间冗余量，便于更新维护。在创建三维场景环节中，可以采用原二维数据进行空间引擎，其对动态投影过程起到良好支撑作用，减短数据处理用时，使运行效率提升有更强大的支持。

3 数据可视化在工程项目管理中的应用

3.1 规划阶段

工程项目规划是一个系统化决策与控制的过程，从宏观层面上可以将其划分成决策、规划方案编制与规划成果表达等不同阶段。项目规划开展的宗旨是梳理工程建设活动中的各种空间关系，现已经证实信息技术内约75%左右的数据具备某种形式的空间信息。卫星系统反馈的遥感数据与地理信息均具备强大的空间分析和管理功能，能够精准测算出项目的主要技术经济指标，比如，旧城区拆迁整改中需拆迁的具体数量，新工厂设施建造时划拨用地的来源、所属性质、规模大小及其对周围居民日常生活与生态环境产生的影响等；能科学系统规划设计城市道路的施工路线等；合理规划新扩改建建筑物或构造物的范围，实现对工程施工进度的宏观控制等[3]。

3.2 勘测阶段

勘察测量是项目施工之前必须执行的一项工作内容，工程施工及运营管理过程中之所以开展测量工作，是因为控制工程正常执行中形成的各类管理数据。勘察人员前往工程现场通过规范化测量获得各种数据，并将其统一输送至数据库内。针对项目测量所得的数据结果，有特殊授权的高层管理人员可以对数据库内储有的测量数据进行增减、删除等操作，依照名称、级别、坐标、高程、观测精准度等差异，随时查阅观测数据。在项目现场施工时，实体工程的很多数据处于不断变化状态，比如，构造物的沉降量、水平及倾斜坐标移动、局部裂缝等，把以上属性的变化数据整合至数据库内，结合项目施工需求实时更新、修改，并即时生成模型变化过程图、观测值对照图及变形分布图等，进而帮助管理人员更加直观地开展数据分析工作。在工程施工结束后，测量已完工处的平面、高程位置等信息，通过数据库系统存储数据实现对项目施工图形及属性的双向查询[4]。

3.2 设计阶段

工程设计方结合前期形成的勘察测绘及其他有关资料，去设计建筑结构、暖通等项目的施工方案，并初步确定建筑物的结构形式与整体施工方案。建设方要求相关专家、领导等论证设计方案的合理性、可行性，协商后选择出最优方案。3D GIS能够通过三维立体化形式呈现出工程地质勘测状况与设计方提供的设计方案，在分析设计方案时可以进行演示与对照，并且和各设计方案的成本及工期信息相关联，进而更能客观地评估方案，做出最优选择。

针对项目设计方案内设定的分项施工次序与具体操作方法，及时将其呈交给项目建设方，便于其尽早进行科学的统筹安排。GIS能立体化呈现出各分部、分项工程施工方案的执行过程，有益于提升相关人员决策的合理性、有效性。GIS能结合工程施工进度计划的部署情况，快捷分析出各分项工程的最早及最晚开工时间、自由时差与总时差，并应用三维模型将其直观地呈现出来。针对重要线路上的主要工作内容、前后自由时差偏小的项目，理论上均要运用稳定系数较高、风险低的施工方案[5]。

3.3 施工阶段

一是进行工程项目的施工拆迁范围、施工控制点位呈现及复测结果对比，呈现局部沉降量观测值及沉降点布设等情况，项目管理人员主要将被查询实体的属性信息输入数据库系统内，采用范围、目标、SQL、缓冲区查询等多种办法，便能在工程施工现场快速探寻到目标，为相关人员决策提供可靠的信息支持。

二是开展进度管理工作。将施工进度计划与双代号网络规划图输入服务器自带的数据库系统，将其和工程现场实际施工进度进行对比分析。用户将分项工程名称输入客户端界面程序，就能快捷地调取出所需信息，执行相应的计算对比工作，自动呈现出该分项工程是否处于网络规划内的关键路线。若得到的是否定答案，计算机会智能提醒采用调整本体总时差的形式规避给工程进度带来的影响；如果答案为是，计算机系统会提醒通过合理调控当前工作内容以确保后期总进度符合设计要求。利用双代号网络规划图将人、料、机等计划及现场实际应用、调配、供应状况添到数据库内，经统计总结后直观地呈现出计划进度与实际进度两者之间存在的差异。

三是参与质量管理控制的过程。在终端软件的协助下，用户能把项目建材、机械设备及施工质量检测信息等传送至服务器的数据库系统。依据实际情况设定施工方名称、分项名称及检验批等信息，进而智能地生成统计报表、直方图等，为广大用户查询分析创造便利。

四是辅助工程项目的管理。具体是把计划完成成本和工期、设备租金、人工劳务费信息输送到关系数据库内，并依照工程现场施工进度执行情况及其他要素精准计算出己完计划及实际成本，而后将其统一纳入数据库，与计划完成成本做对比分析，据此测算出进度指数和费用指数，自动生成相配套的统计报表[6]。

五是可以进行三维可视化演示。把项目的二维地图整合至GIS内，利用点、线、面等二维数据集等多种形式表示GIS内的部分地形和物体。把高程字段添加至前期已经录入的二维数据集属性内，将其作为新的补充信息，并且为其赋予相应的字段。通过创建数字高程模型，能帮助用户在可视化过程中更全面地了解空间数据之间存在的关系，能形象逼真地显示建筑物与地理形态，进而协助项目管理者实现身临其境的交互式操作，在工程没有完成之前就全面、立体化地呈现出工程形态，为管理人员决策与控制提供可靠的工具支撑。

4 结束语

为了能使建筑行业更有效地应用网络化技术开展项目管理工作，结合应用三维GIS与数据可视化技术，能够较好地满足广大用户的实际需求，实现对工程决策、勘察测量、施工及设计阶段项目三维模型与二维属性的综合管理，这样管理者在直观化影像、全面数据及相关联显示图的协助下，进一步提升其在项目施工整个阶段的有效管理水平，取得理想的管理效果，为项目施工活动顺利推进保驾护航。