虚拟建设的由来及其内涵分析

一、由来

随着信息技术的飞速发展，建筑行业面临着新的挑战与机遇。传统建设模式在效率、成本控制、协同合作等方面存在诸多问题。为了应对这些问题，虚拟建设概念应运而生。它借鉴了制造业等其他行业先进的数字化管理理念，整合了计算机技术、网络技术等多方面技术成果，旨在通过数字化的方式对建设项目进行全方位的规划、设计、施工管理等操作，从而提高建设项目的整体效益。

二、内涵分析

1. 数字化模型构建
   • 虚拟建设的核心内涵之一是构建数字化模型。这包括建筑的3D模型、项目进度模型、成本预算模型等。通过这些模型，项目团队可以直观地了解项目的各个方面。例如，3D建筑模型能够让设计师、施工人员和业主清楚地看到建筑的外观、内部结构等，便于发现设计缺陷和优化空间布局。
2. 协同工作优化
   • 强调各参与方的协同工作。在虚拟建设环境下，设计单位、施工单位、供应商等可以在一个共享的数字化平台上进行信息交流和协作。比如，施工单位可以及时向设计单位反馈施工中遇到的设计问题，设计单位能够迅速修改设计方案，减少因沟通不畅导致的工期延误和成本增加。
3. 全生命周期管理
   • 涵盖建设项目的全生命周期，从项目的规划、设计、施工到运营维护。在项目规划阶段，可以利用虚拟建设技术进行可行性分析和方案比选；在施工阶段，能够对施工进度、质量和安全进行实时监控和管理；在运营维护阶段，基于前期构建的数字化模型，可以更高效地进行设施管理、维修决策等操作。

    1   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：

    1.1    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”[1]。（参考《建筑中文网》）

    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[2]。

    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[2]。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。

    1.2    由虚拟企业引申而来

    虚拟企业又称为虚拟组织、虚拟公司等，本文对此不加区分。

    “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。”[4]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[5]。

    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[7]，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[5]。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。

    2 虚拟建设内涵

    集成的虚拟建设如图 1 所示。要点如下：（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。

    3   发展建议

    目前我国建筑业企业实施虚拟建设的状况是：初步涉及技术层面的虚拟建设，已有应用成果报道；组织管理层面的虚拟建设处于理论研究的初始阶段，未见应用成果报道。形成这一局面的原因是：（1）理论研究重视不够；（2）与其他行业相比较，建筑业利用现代科技成果的步伐缓慢，技术层面的虚拟建设急需大力推广；（3）组织管理层面的虚拟建设涉及管理、经营理念，需要增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作，相对较难实施。

    针对上述情况，虚拟建设的实现可以从技术层面入手，进而过渡到组织管理层面，最终实现技术和管理的集成。短时期内，我国建筑业企业应从技术层面入手，加大现代科技特别是计算机技术在工程项目建设中的应用，推进工业化和信息化；同时在企业发展方面，着力发展培养核心能力，特别是要学习、借鉴先进生产和管理的思想方法，不断提高管理水平。这是企业发展的必由之路，也是实现虚拟建设的关键所在。

    参 考 文 献

    [1] 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）.

    [2] Ahmed F. Waly, Wslid Y. Thabet. A Virtual Construction Environment for preconstruction planning. Automation in Construction, 2002 (12): 139-154.

    [3] 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）.

    [4] 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）.

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200607/669.htm