工程項(xiàng)目成本目標(biāo)控制平臺(tái)設(shè)計(jì)——基于大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生

岳增良 許道勇 李永福

（1、山東誠(chéng)祥建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，山東 嘉祥272400 2、山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250101）

伴隨數(shù)字化變革、信息化浪潮以及數(shù)字中國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)、分享和應(yīng)用數(shù)據(jù)的時(shí)代悄然開啟，真正的“大數(shù)據(jù)時(shí)代”正在來臨。雖然，美國(guó)Cartner 咨詢公司于2016 年度發(fā)布的技術(shù)成熟度曲線，首次將大數(shù)據(jù)技術(shù)移除，這并不是意味著大數(shù)據(jù)技術(shù)不重要了，而是旨在說明“大數(shù)據(jù)”不再“新”了。這傳達(dá)了一個(gè)訊號(hào)[1]。大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)有了一套合理的整合方法，到了真正解決問題的時(shí)候了，新的技術(shù)和實(shí)踐要不斷添加到現(xiàn)有方案中，數(shù)字孿生技術(shù)便是其中之一。大數(shù)據(jù)時(shí)代的競(jìng)爭(zhēng)是知識(shí)和生產(chǎn)率的競(jìng)爭(zhēng)。因此，為了解決建筑施工行業(yè)在大數(shù)據(jù)時(shí)代中固有的弊端，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注相關(guān)新技術(shù)發(fā)展對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的影響和促進(jìn)作用。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

目前為止，大數(shù)據(jù)并沒有統(tǒng)一的定義，不同的學(xué)者或機(jī)構(gòu)都試圖通過對(duì)大數(shù)據(jù)特征的描述來闡述自己對(duì)大數(shù)據(jù)的定義的理解：麥肯錫全球研究院（McKinsey Global Institute）認(rèn)為，大數(shù)據(jù)指的是那些使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件所不能采集、存儲(chǔ)、管理和分析的數(shù)據(jù)集；Grobelnik 認(rèn)為大數(shù)據(jù)具有體量大、樣式多、速度快的特征；高德納咨詢公司（Cartner Group）認(rèn)為大數(shù)據(jù)是一種信息資產(chǎn)，具有大容量、高速度和多樣性等特點(diǎn)，是一種低成本、新形式的信息處理方式，能夠增強(qiáng)管理者洞察力以提高決策水平和效率。

2 數(shù)字孿生技術(shù)簡(jiǎn)介

“數(shù)字孿生”（Digital Twin）是指在融合利用物理實(shí)體模型、傳感器實(shí)時(shí)更新、運(yùn)行歷史資料等大數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上，匯集各類學(xué)科、各物理量、多維度、多概率的仿真過程，在賽博空間中完成映射，構(gòu)建孿生數(shù)字模型，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程[2]。

當(dāng)下，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用仍處于起步階段，且多用于工業(yè)領(lǐng)域：在工業(yè)制造方面，西門子公司搭建的生產(chǎn)系統(tǒng)模型便是基于數(shù)字孿生理念對(duì)制造流程的融匯，從而構(gòu)建出以數(shù)字化模型為核心的虛擬企業(yè)和以自動(dòng)化技術(shù)為核心的企業(yè)鏡像，支撐企業(yè)進(jìn)行全方位整合及數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在西門子工業(yè)設(shè)備Nannobox PC 的生產(chǎn)流程中開展了應(yīng)用驗(yàn)證。

3 基于大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的工程項(xiàng)目成本目標(biāo)控制

3.1 工程項(xiàng)目投資成本分析

工程項(xiàng)目的投資成本控制是利用成本計(jì)算相關(guān)成果，采取經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和組織等方式實(shí)現(xiàn)成本核算與分析、施工資源配置優(yōu)化等一系列活動(dòng)。由于投資成本構(gòu)成的復(fù)雜性，在工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)施過程中將產(chǎn)生大量的成本數(shù)據(jù)，要求管理者對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、歸納、分析，控制項(xiàng)目成本[3]。

在傳統(tǒng)的成本管理中，企業(yè)投入大量的人力、物力、精力和時(shí)間去收集、統(tǒng)計(jì)信息，但所收集到的信息無論是準(zhǔn)確性還是時(shí)效性都有所欠缺。大數(shù)據(jù)技術(shù)用于成本控制的典型應(yīng)用要點(diǎn)應(yīng)包含以下幾點(diǎn)：

a.基于大數(shù)據(jù)背景，可精確查詢現(xiàn)階段市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)狀況、類似工程成本數(shù)據(jù)、各成本要素管控要點(diǎn)、經(jīng)典成本管理案例等信息，結(jié)合國(guó)家定額的相關(guān)規(guī)定，有效把控各項(xiàng)成本數(shù)據(jù)，對(duì)異常數(shù)據(jù)及時(shí)分析糾偏，保證工程項(xiàng)目成本始終運(yùn)行在合理區(qū)間。

b.保持大數(shù)據(jù)分析的工程投資控制成果可共享，對(duì)后來的類似建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行投資成本控制提供指導(dǎo)。

大數(shù)據(jù)在成本控制方面十分顯著的優(yōu)勢(shì)，而數(shù)字孿生技術(shù)的出現(xiàn)更使得大數(shù)據(jù)的應(yīng)用前景更加廣闊。通過建立工程項(xiàng)目的數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)BIM 模型的高度可視化，能夠在施工開始前便于虛擬的施工環(huán)境中模擬施工，對(duì)比分析各種施工方案，確定最佳施工方法，達(dá)到施工前期的成本控制目的；共享化功能可實(shí)現(xiàn)建設(shè)過程中項(xiàng)目各參與方所有的建筑工程信息隨時(shí)互聯(lián)互通，實(shí)時(shí)掌握建設(shè)最新動(dòng)向，實(shí)現(xiàn)物理信息的深度融合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整實(shí)際成本與目標(biāo)的偏差，合理控制不必要的變更，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全過程成本管控，提高項(xiàng)目利潤(rùn)率。

3.2 基于大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的成本目標(biāo)控制平臺(tái)

對(duì)工程項(xiàng)目投資成本進(jìn)行控制，需要在項(xiàng)目建設(shè)過程中的不同階段，經(jīng)常的、定期或不定期的將實(shí)際發(fā)生的投資數(shù)與相應(yīng)的計(jì)劃投資目標(biāo)值進(jìn)行比較，涉及設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備、工程設(shè)計(jì)、工程施工、工程竣工驗(yàn)收、工程保修等階段的建設(shè)全過程。

隨著行業(yè)發(fā)展，越來越多的高端承包模式相繼出現(xiàn)，比如BOT（Building-Operate-Transfer，建設(shè)- 經(jīng)營(yíng)- 轉(zhuǎn)讓）、PPP（Public-Private-Partnership，政府和社會(huì)資本合作）等模式，這些工程要求在運(yùn)營(yíng)方面加大投入，對(duì)成本的管控更加嚴(yán)苛，而傳統(tǒng)的成本管控方式過于狹窄，無法有效處理龐雜、眾多的成本控制數(shù)據(jù)，因此，基于大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的成本控制平臺(tái)具有顯著優(yōu)勢(shì)。

該成本控制平臺(tái)通過結(jié)合工程項(xiàng)目的內(nèi)部成本數(shù)據(jù)（包括人材機(jī)成本、施工運(yùn)行成本等數(shù)據(jù)）和外部環(huán)境的成本數(shù)據(jù)（如市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)、國(guó)家定額調(diào)控等宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)），此后將收集到的數(shù)據(jù)在處理層進(jìn)行抽取、清洗、分析、轉(zhuǎn)換等處理工作，進(jìn)而整理出系統(tǒng)化的成本數(shù)據(jù)分析報(bào)告，搭建實(shí)際項(xiàng)目的數(shù)字孿生決策模型[4]?；诖髷?shù)據(jù)與數(shù)字孿生的成本控制平臺(tái)通過對(duì)實(shí)體工程與虛擬模型的實(shí)時(shí)信息交互與雙向信息映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬工程、實(shí)際工程以及服務(wù)的全生命周期的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和集成，在成本控制過程中，基于上一階段的成本數(shù)據(jù)報(bào)告，構(gòu)造出對(duì)應(yīng)問題的決策模型，通過仿真模擬、模型訓(xùn)練、算法預(yù)測(cè)等手段，得出各階段的成本控制方案并對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行的各階段成本和總成本進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在數(shù)據(jù)應(yīng)用層，基于ROLAP/HOLAP 等聯(lián)機(jī)處理技術(shù)的項(xiàng)目成本控制大數(shù)據(jù)平臺(tái)可對(duì)數(shù)字孿生模型的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行評(píng)估與共享，將各類成本數(shù)據(jù)可視化處理，以更直接的人機(jī)交互方式為項(xiàng)目管理人員進(jìn)行合理成本控制提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)符合質(zhì)量要求的最大限度成本節(jié)約。

基于大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的成本控制平臺(tái)將具備以下優(yōu)勢(shì)：a.能夠整合各種來源的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)進(jìn)行挖掘分析，結(jié)合數(shù)字孿生體進(jìn)行模型訓(xùn)練、算法預(yù)測(cè)以及結(jié)果評(píng)價(jià)，對(duì)工程項(xiàng)目產(chǎn)生的成本數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控與反饋，并幫助決策者從大量數(shù)據(jù)集中快速檢索有效信息。b.利用上述的成本控制平臺(tái)，通過分布式分析處理與存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綜合分析，并將處理結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)化規(guī)范化調(diào)整，自動(dòng)共享至大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，提高成本控制的水平與效率。c.虛擬模型與物理對(duì)象的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)連接，使得數(shù)字孿生的多維度高保真模型能夠真實(shí)刻畫和映射物理工程的真實(shí)狀態(tài)，將大數(shù)據(jù)分析結(jié)果可視化，對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行狀態(tài)精確預(yù)測(cè)與可靠評(píng)估，是管理者對(duì)項(xiàng)目成本控制有更加全面與深入的把握。

4 結(jié)論

大數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)建筑施工行業(yè)來說無疑是擺脫落后產(chǎn)能的巨大機(jī)遇[5]。對(duì)于成本控制方面，該平臺(tái)可基于大數(shù)據(jù)條件關(guān)聯(lián)分析工程項(xiàng)目?jī)?nèi)外部成本數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生模型進(jìn)行模擬訓(xùn)練、成本預(yù)測(cè)、結(jié)果統(tǒng)計(jì)、聯(lián)機(jī)分析，并與現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目數(shù)據(jù)雙向傳輸，實(shí)時(shí)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目成本控制的即時(shí)化，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步成本優(yōu)化。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)為建筑施工行業(yè)的發(fā)展帶來了新動(dòng)能，興起于工業(yè)制造的數(shù)字孿生技術(shù)雖處于起步階段，但其作為工業(yè)4.0、智慧城市、互聯(lián)網(wǎng)+等先進(jìn)理念的先驅(qū)技術(shù)，必將對(duì)大數(shù)據(jù)在建筑施工行業(yè)的應(yīng)用起到極大的推進(jìn)作用。