數(shù)據(jù)融合視角下的工程建設(shè)智慧監(jiān)管平臺研究與應(yīng)用
——以廣州市南沙新區(qū)明珠灣開發(fā)建設(shè)管理局工程管理信息系統(tǒng)為例

胡 珊 劉遠(yuǎn)輝 宋曉凱

(廣州市南沙新區(qū)明珠灣開發(fā)建設(shè)管理局，廣州 511455)

引言

我國的開發(fā)區(qū)建設(shè)在促進(jìn)體制改革、改善投資環(huán)境、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)集聚、發(fā)展開放型經(jīng)濟(jì)等方面都有不可替代的作用。廣州南沙新區(qū)作為國家級開發(fā)新區(qū)，定位為國際智慧海濱城市、粵港澳全面合作的國家級新區(qū)、珠三角世界級城市群的新樞紐[1]。其中，正在建設(shè)中的明珠灣起步區(qū)位于南沙新區(qū)的核心區(qū)域，規(guī)劃面積103km2，設(shè)定了“低碳節(jié)能、綠色生態(tài)、智慧城市、嶺南水鄉(xiāng)”的規(guī)劃理念，是南沙新區(qū)重點(diǎn)打造的粵港澳合作核心區(qū)和區(qū)域性綜合服務(wù)中心[2]。

作為粵港澳大灣區(qū)的先行示范區(qū)，明珠灣起步區(qū)早已布局“智慧城市”示范區(qū)的建設(shè)，編制完成了明珠灣起步區(qū)智慧城市整體框架藍(lán)圖并在其指導(dǎo)下，推動智慧燈桿、智慧用電應(yīng)用落地，建設(shè)無人駕駛示范段，同時(shí)積極地把物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、移動技術(shù)、大數(shù)據(jù)、5G、BIM等多種新興信息技術(shù)，融入到明珠灣起步區(qū)的建設(shè)、管理、運(yùn)營、服務(wù)過程當(dāng)中，以信息支撐推動業(yè)務(wù)發(fā)展，打造示范性智慧城市標(biāo)桿。

廣州市南沙新區(qū)明珠灣開發(fā)建設(shè)管理局(以下簡稱管理局)受南沙開發(fā)區(qū)管委會、南沙區(qū)人民政府領(lǐng)導(dǎo)，承擔(dān)著明珠灣起步區(qū)的開發(fā)建設(shè)、招商引資、運(yùn)營管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等職責(zé)。明珠灣管理局對新區(qū)的工程建設(shè)有很強(qiáng)烈的信息化監(jiān)管需求，我國也已經(jīng)進(jìn)行了大量工程建設(shè)智慧監(jiān)管的探索[3]。明珠灣管理局工程管理信息系統(tǒng)以明珠灣管理局工作要點(diǎn)為中心，供管理局、下屬建設(shè)平臺公司及相關(guān)的監(jiān)理、施工和檢測單位共同使用。根據(jù)明珠灣智慧城市總體規(guī)劃，該系統(tǒng)服務(wù)于明珠灣起步區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管，集“作業(yè)、管理、決策”于一體，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目從立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收到綜合評價(jià)的全過程監(jiān)管，并為智慧城市的后續(xù)管理和運(yùn)營奠定信息化基礎(chǔ)。

本文結(jié)合該系統(tǒng)，按照數(shù)據(jù)層、功能層以及決策層三個(gè)層次，探討如何實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)智慧監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)融合。

1 管理局工程管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征

基于管理局工程管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以增強(qiáng)全局管理的可視化、實(shí)時(shí)性，有助于建設(shè)的科學(xué)決策、促進(jìn)相關(guān)方協(xié)同，而且該系統(tǒng)數(shù)據(jù)是后期的智慧城市運(yùn)營和服務(wù)的重要數(shù)據(jù)來源。經(jīng)分析，管理局工程管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)具有如下特征：

圖1 工程管理信息系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1)多來源特征。作為開發(fā)區(qū)建設(shè)綜合管理的信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)來源于多種途徑多個(gè)部門，區(qū)府公文、規(guī)劃部門、建設(shè)平臺公司及相關(guān)的監(jiān)理、施工單位、檢測單位、以及管理局內(nèi)部的技術(shù)管理、生產(chǎn)管理、合同投資等部門。本系統(tǒng)需在明珠灣智慧城市總體規(guī)劃下立足于大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，處理好管理局內(nèi)部數(shù)據(jù)和管理局對外的政府信息公開平臺數(shù)據(jù)、南沙區(qū)工業(yè)和信息化局等相關(guān)政府部門數(shù)據(jù)、重點(diǎn)項(xiàng)目智慧工地系統(tǒng)的集成和共享關(guān)系。

(2)多模態(tài)特征。數(shù)據(jù)格式多樣，GIS數(shù)據(jù)、CAD圖紙、BIM、現(xiàn)場攝像視頻、智慧工地傳感數(shù)據(jù)、無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)等多種格式。系統(tǒng)需采用多種信息技術(shù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行單模態(tài)轉(zhuǎn)化或采用中間數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并合理拆分?jǐn)?shù)據(jù)集，才能滿足各類數(shù)據(jù)的進(jìn)一步功能特征的提取要求。

(3)多層次特征。數(shù)據(jù)來自并應(yīng)用在多個(gè)管理層次。分別是決策層的南沙區(qū)分管領(lǐng)導(dǎo)、管控層的管理局領(lǐng)導(dǎo)和各處室負(fù)責(zé)人、應(yīng)用層的管理局經(jīng)辦人員和填報(bào)層的建設(shè)平臺公司以及二級開發(fā)商相關(guān)單位。系統(tǒng)需從數(shù)據(jù)層面、功能層面以及決策應(yīng)用層面分別進(jìn)行數(shù)據(jù)的特征提取，才能滿足不同層面人員的業(yè)務(wù)管理要求。

2 管理局工程管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用體系框架

管理局工程管理信息系統(tǒng)體系架構(gòu)分為支撐層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和決策服務(wù)層四層架構(gòu)(見圖1)。

其中，在支撐層，系統(tǒng)基于大屏展示、視頻監(jiān)控和無人機(jī)，以及南沙區(qū)政務(wù)云，搭建軟硬件共用支撐環(huán)境； 數(shù)據(jù)層與運(yùn)營管理系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)整合、轉(zhuǎn)換、封裝與發(fā)布； 在業(yè)務(wù)應(yīng)用層，運(yùn)用SOA架構(gòu)、ESB服務(wù)總線，開發(fā)工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)、圖檔管理系統(tǒng)和政務(wù)一體化系統(tǒng)，滿足日常辦公應(yīng)用； 決策應(yīng)用層面向領(lǐng)導(dǎo)決策，為用戶提供一種交互式操作的界面，提供大屏幕、PC端、移動端APP等多種展示方式。系統(tǒng)從建設(shè)到建成后均考慮了共享和交換，為將來打造更完善的明珠灣智慧城市提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

表1 管理局工程管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分類

圖2 BIM和GIS集成應(yīng)用實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間軸的規(guī)劃信息展示

3 管理局工程管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合

數(shù)據(jù)融合最常見的是按三個(gè)階段進(jìn)行劃分，即原始數(shù)據(jù)融合、特征融合、決策融合[4]，本文參考相關(guān)數(shù)據(jù)融合理論的理念，分別從數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、決策應(yīng)用層三個(gè)層面描述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合內(nèi)容和過程。

3.1 數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)集成

原始數(shù)據(jù)層次的集成是最基本的數(shù)據(jù)源頭的集成，數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋區(qū)域空間數(shù)據(jù)、工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)、以及日常辦公數(shù)據(jù)等全時(shí)空數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)層的集成主要解決數(shù)據(jù)的有序歸集、共享和長遠(yuǎn)利用問題。通過對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行梳理，把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總成如圖1數(shù)據(jù)層所示的三類，分別是空間數(shù)據(jù)、工程項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)以及政務(wù)辦公數(shù)據(jù)。綜合考慮數(shù)據(jù)的來源歸集和多模態(tài)數(shù)據(jù)的存儲要求，把三類數(shù)據(jù)詳細(xì)歸集在7個(gè)數(shù)據(jù)庫，如表1所示。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化組件進(jìn)行數(shù)據(jù)的單模態(tài)轉(zhuǎn)化進(jìn)行集成，BIM和GIS的專業(yè)的應(yīng)用數(shù)據(jù)采用“幾何引擎+專業(yè)定制”的方式，以GIS引擎為主結(jié)合輕量化BIM引擎，BIM模型數(shù)據(jù)在GIS數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的疊加，以幾何形體為載體掛接專業(yè)屬性信息，將各自領(lǐng)域的專業(yè)應(yīng)用方法、專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)合，輔助沖突問題的發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)管理協(xié)調(diào)能力。圖2展示了通過BIM和GIS的數(shù)據(jù)集成，利用時(shí)間軸功能，實(shí)現(xiàn)過去規(guī)劃數(shù)據(jù)，到現(xiàn)狀的開發(fā)建設(shè)情況和未來的BIM效果的綜合展示。

數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)融合是本系統(tǒng)的重點(diǎn)突破內(nèi)容，只有實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，才能讓數(shù)據(jù)在應(yīng)用層和決策層發(fā)揮作用。通過公文編號、項(xiàng)目編號、業(yè)務(wù)編號及地物唯一編碼實(shí)現(xiàn)相關(guān)關(guān)聯(lián)，并建立起與外部的市建設(shè)工程質(zhì)量安全管理綜合信息平臺、三大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)及各智慧工地系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)關(guān)系，把“數(shù)據(jù)不落地”思想貫穿到管理局、下級區(qū)塊管理中心(橫瀝中心)、實(shí)施單位之間，以滿足業(yè)務(wù)協(xié)同和政務(wù)協(xié)同的要求。

同時(shí)，結(jié)合立項(xiàng)與計(jì)劃、用地及規(guī)劃、設(shè)計(jì)及專項(xiàng)審批、招標(biāo)、建設(shè)實(shí)施、竣工驗(yàn)收等基本建設(shè)過程，依托“書、證、圖”等階段成果，建立起多來源數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。管理局通過多來源信息的共享和集成，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)建設(shè)項(xiàng)目在相關(guān)環(huán)節(jié)的資源、成果、流程等方面的問題，對建筑市場各方主體的建設(shè)行為監(jiān)管由被動轉(zhuǎn)變?yōu)榧皶r(shí)主動，有助于提高對下屬各單位的相關(guān)事項(xiàng)督辦力度，提升管理局的數(shù)字治理能力和政務(wù)服務(wù)水平。

3.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)融合

業(yè)務(wù)層結(jié)合數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行規(guī)劃，合理劃分功能模塊。本系統(tǒng)整體上是以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和政務(wù)云環(huán)境為支撐，建設(shè)四大子系統(tǒng)(綜合展示報(bào)告系統(tǒng)、工程建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)、圖檔管理系統(tǒng)、政務(wù)信息一體化系統(tǒng))及硬件支撐環(huán)境。業(yè)務(wù)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)融合主要考慮充分開放對接，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的自動獲取、自動生成能力，減少參與單位的填報(bào)工作量，讓復(fù)雜管理簡單化，并據(jù)此規(guī)劃各個(gè)模塊的功能。

圖3 子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)系圖

圖4 工程項(xiàng)目管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向關(guān)系圖

四個(gè)子系統(tǒng)的功能如圖1所示，此處不再贅述。通過移動APP和第三方系統(tǒng)對接完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，另一方面，針對在日常工程項(xiàng)目管理中的現(xiàn)場工作需要，提供移動端的項(xiàng)目信息和圖紙資料現(xiàn)場調(diào)閱功能。

工程項(xiàng)目管理子系統(tǒng)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步補(bǔ)充和按業(yè)務(wù)功能匯集，由業(yè)主單位一般成員用于建設(shè)監(jiān)管，滿足管理部門作為不同角色和不同參與單位的管理需要。

綜合展示報(bào)告子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)一步提取匯總，為領(lǐng)導(dǎo)層提供從區(qū)域到項(xiàng)目、從空間到時(shí)間多維度的決策分析服務(wù)，通過大屏幕綜合展示用于領(lǐng)導(dǎo)決策。

政務(wù)一體化子系統(tǒng)通過集成區(qū)府OA平臺等第三方系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公文自動收發(fā)，完成開發(fā)建設(shè)例會的會議組織及議題準(zhǔn)備，為工程項(xiàng)目管理有關(guān)的業(yè)務(wù)審批、文件協(xié)同、會議安排等內(nèi)部工作的管理提供辦理平臺。開發(fā)建設(shè)例會現(xiàn)場，可借助綜合展示報(bào)告系統(tǒng)匯聚的數(shù)據(jù)輔助宏觀決策，形成對應(yīng)的會議紀(jì)要。

所有數(shù)據(jù)做資料歸檔，通過圖檔管理系統(tǒng)用于資料的歸檔、借閱和利用，形成工程項(xiàng)目全過程建設(shè)數(shù)據(jù)的數(shù)字檔案記錄。

工程項(xiàng)目管理子系統(tǒng)是核心業(yè)務(wù)管理平臺，重點(diǎn)對建設(shè)程序、設(shè)計(jì)過程、施工過程以及資金計(jì)劃的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)管。該子系統(tǒng)基于基本建設(shè)程序的五個(gè)階段，以進(jìn)度為主線，面向不同管理對象，分別對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行歸集，構(gòu)建集“作業(yè)、管理、決策”于一體的管理平臺，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過程管理(圖4)。

3.3 決策應(yīng)用層的數(shù)據(jù)融合

決策應(yīng)用層主要對應(yīng)綜合展示匯報(bào)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)作為工程項(xiàng)目管理子系統(tǒng)和政務(wù)一體化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成展示系統(tǒng)，依托大屏幕設(shè)施，從大局著手為決策層提供一個(gè)區(qū)域全面整體的工程項(xiàng)目建設(shè)概況，主要包括綜合展示模塊，規(guī)劃、開發(fā)建設(shè)、BIM效果綜合展示模塊，智慧工地模塊[5-6]、高視角移交無人機(jī)視察模塊和開發(fā)建設(shè)例會模塊(圖5-6)。項(xiàng)目在一張圖上可展示項(xiàng)目分布情況、總體建設(shè)情況、年度投資情況、項(xiàng)目開竣工情況、進(jìn)度、質(zhì)安等統(tǒng)計(jì)分析信息。

圖5 項(xiàng)目、進(jìn)度、投資、智慧工地的數(shù)據(jù)匯總信息

圖6 無人機(jī)拍攝的軌跡路線和視頻數(shù)據(jù)在 地圖上模擬還原

決策應(yīng)用層的數(shù)據(jù)融合經(jīng)過了數(shù)據(jù)建模、智能鉆取、數(shù)據(jù)挖掘的過程，并通過統(tǒng)計(jì)圖庫進(jìn)行展示。數(shù)據(jù)建?；趧?chuàng)新性的網(wǎng)格化管理理念，通過工程項(xiàng)目網(wǎng)格化劃分，網(wǎng)格管理人員及時(shí)上報(bào)網(wǎng)格內(nèi)人員、進(jìn)度、材料、設(shè)備、質(zhì)安等情況，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格、標(biāo)段、工程、項(xiàng)目整體的自下而上數(shù)據(jù)模型。這樣可以基于同一張圖或同一張報(bào)表，下鉆查看明細(xì)數(shù)據(jù)或者切片，并可以完成相關(guān)分析、TOPn、TOP%、聚類分析等統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)信息的逐級、分層次的綜合呈現(xiàn)(圖7)。

圖7 基于網(wǎng)格化管理理念的決策層數(shù)據(jù)融合方法

4 結(jié)語

本文結(jié)合管理局工程建設(shè)信息化系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、決策應(yīng)用層三個(gè)層面研究了智慧監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合方法。管理局工程建設(shè)信息化系統(tǒng)深入?yún)R聚融合了轄區(qū)內(nèi)的GIS、CAD、BIM、視頻、傳感等多源信息，通過公文編號、項(xiàng)目編號、業(yè)務(wù)編號及地物唯一編碼實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，提高了業(yè)務(wù)協(xié)同能力。通過工程項(xiàng)目網(wǎng)格化劃分，實(shí)現(xiàn)宏觀區(qū)域、項(xiàng)目、工程、標(biāo)段、網(wǎng)格的自上而下信息逐級、分層次的綜合呈現(xiàn)，促進(jìn)工程項(xiàng)目從宏觀到微觀管理的下沉，為明珠灣智慧城市的后續(xù)管理和運(yùn)營奠定了信息化基礎(chǔ)。

目前，管理局工程管理信息系統(tǒng)處于上線試運(yùn)行過程中，同時(shí)也逐步在加深BIM在系統(tǒng)中的深入應(yīng)用。開發(fā)區(qū)建設(shè)智慧監(jiān)管是大勢所趨，規(guī)建管各個(gè)環(huán)節(jié)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合仍有許多關(guān)鍵技術(shù)有待攻克。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)區(qū)的建設(shè)監(jiān)管數(shù)據(jù)將有更多創(chuàng)新性的應(yīng)用模式，數(shù)據(jù)的價(jià)值將進(jìn)一步被挖掘，更好地為智慧城市建設(shè)服務(wù)。