土木工程建设中的集成化和信息化研究.docx

1、土木工程建设中的集成化和信息化研究陈建学-身份证号码：370721*工作单位：宿迁市广播电视大学摘要随着计算机信息技术和网络技术的不断推广应用，越来越多的行业采用先进的管理模式，利用信息技术和网络技术使企业得到高速的发展。相对而言，建筑行业中信息和网络技术的运用层次相对较低。本文先对计算机在土木工程建设过程中应用现状进行总结，然后再深入地研究土木工程建设过程中系统的集成化和信息化的开发及相关技术，最后对土木工程建设过程中系统的集成化和信息化的发展方向提出自己的一些看法。 关键词：土木工程 建设 集成化 信息化AbstractIn the pace with the continual appl

2、ication and dissemination of the information technology and network technology, more and more industries adopt the advanced method of administration and gain the development at top speed by the information technology and network technology. Relatively speaking, the administrative level of applying t

3、he new technology is relatively low in the building industry. In the essay, it firstly summarizes the current situation about the utilization of compute in construction of the civil and hydraulic projects. Then, it deeply researches on the exploit of the systems integration and information in constr

4、uction of the civil and hydraulic projects. In final, it proposes the direction of the systems integration and information and prospects their futures. KEYWORD: Civil Engineering ；Building ；Integrated ；Information目 录摘 要前 言 1第一章 土木工程的信息化和集成化概述 311什么是土木工程信息化 312土木工程信息化主要内容 313土木工程信息化主要特点 4 14集成化建筑设计系统

5、(Integrated Building Design System,IBDS) 5第二章 如何发展土木工程信息化 721土木工程以及信息化发展现状 722发展土木工程信息化的关键 7第三章 施工企业信息化管理 1431施工企业信息化及管理措施 14 32实现施工企业信息化管理的技术途径 16结束语 19致 谢 20参考文献 21前 言土木工程是建造各类工程设施的科学技术活动的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中 ，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道

6、、隧道、桥梁、给水和排水以及防护工程等。土木工程的发展趋势。现代土木工程的特点是：适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，已取得显著成果 ，而且还仍继续进展。建设地区的工程地质和地基的构造 ，及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对

7、于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的为适应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝会引起自然环境的改变，影响生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应

8、用系统工程的理论和方法，日益走向科学化；有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样，不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率，而且可以解决特殊条件下的施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。土木工程专业是一门运用数学、物理、化学、计算机信息科学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识以及相应的工程技术知识来研究、设计和建造工业与民用建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路以及桥梁等工程设施的学科。第一章 土木工程的信息化和集成化概述 当今时代，全球进入到经济的全球化，进入到知识经济的年代，世界上各个国家，特别是发达国家，包括我们经济速度发展较快的发展中国家提出来用信息化带动工业

9、化，土木工程信息化已经成为土木工程建设和发展的必然趋势。随着计算机辅助设计技术的发展普及，近年来，国内外在计算机建筑设计包括模拟计算、图纸绘制和资料管理等方面的研究和开发有了较大进展，同时也暴露出一系列问题。由于社会发展对建筑设计的效率和质量要求的不断提高，近十年来逐渐提出（集成化建筑设计系统）（IBDS）的概念，世界各国相应投入大量人力和财力从事此方面的研究开发工作，并开始产生一些中应用于实践的成果。 1.1 什么是土木工程信息化 “土木工程信息化”简单地说就是充分利用计算机和网络技术，在虚拟空间中实现对土木工程建设全过程的管理、监控和实施。在这个涉及领域众多、架构极为庞大的虚拟管理系统中，

10、利用高速发展的网络技术，在全国各行业、各部门内实现工程建设管理与技术信息的交互共享，土木工程的建设、管理、设计、施工、监理、质量监督等部门、企业可在网络上实现招投标、工程管理、设计施工、监理审图、质量监督等工作；工程从业人员个人则可以以在线查询、在线交流等形式随时、随地、互动、能动地通过网络获取数据信息、技术支持和完整的问题解决方案，使他们能够像专家一样得心应手地解决工程问题。可以说，“土木工程信息化系统”既是一个建设管理系统，又是一个“专家系统”。这种双面性使参建各部门和具体的建设管理人员、技术人员有机结合在一起，提升了信息管理的时效性、科学性、透明度，将极大提高工作效率和工作水平，使整个土

11、木工程行业的工作模式发生革命性的变化，并最终形成土木工程信息化这一新产业。 1.2 土木工程信息化主要内容 （1）从技术形式看，土木工程信息化是指在全国乃至全球范围内以土木工程信息技术资源的开发利用为核心，以网络技术、通信技术等高科技手段为依托的一种新技术扩散的过程，通过实现土木信息的在线与共享，以随时、随地、互动的方式提供土木信息支持和完整的问题解决方案。 （2）从行业影响看，土木工程信息化是一个利用信息技术对土木工程建设与管理水平整体提升的过程，它涵盖了政府监管、企业管理、教育培训、勘测、设计、施工、监理、质量监督等诸多领域，尤其针对我国实际，土木信息化有效地解决了工程建设量大面广与信息知

12、识资源分布严重不均的矛盾，促使了整体的技术进步。 （3）从实现过程来看，与其他行业的信息化一样，土木信息化也是一个包含3个层面、6大要素的动态过程，所谓 3个层面，一是土木信息技术的开发和应用过程，主要指在互联网等信息技术的基础上，制定土木工程信息在软件、硬件方面的网络传输标准，同时大力开发研制土木工程信息的传输终端，这是信息化建设的基础；二是土木信息资源的开发和利用过程，主要指作为土木信息的提供者，完成国家土木工程信息公众网和企业局域网的建设，这是信息化建设的核心与关键；三是土木信息产品制造业不断发展的过程，主要指应发展一批土木工程信息技术开发制造的科研机构和企业，这是信息化建设的重要支撑。

13、所谓 6大要素即指信息网络、信息资源、信息技术、信息产业、信息法规环境与信息人才。 1.3 土木工程信息化主要特点 （1）土木工程信息化具有鲜明的知识经济特点，其核心生产要素是土木工程的各种信息、技术和知识，以互联网为工具，土木信息资源的生产、传输和应用是土木工程信息化的本质表现形式。 （2）实时性、远程性、互动性是土木工程信息化必须具备的 3大属性，即在任何时间、任何地方都可互动地为土木工程界提供信息服务，完全打破时间地域等的限制。 （3）智能化、网络化的工作方式是土木工程信息化的又一特点，这势必会对人们的思维形式产生深刻影响。 （4）土木工程信息化的核心动力是人力资本，终生学习技能、专业知

14、识、IT技能、信息的识别与管理技能等都是信息时代土木工程从业人员必须具备的能力。 1.4 集成化建筑设计系统(Integrated Building Design System,IBDS) 人们希望有了设计人员的知识、经验及设想后，通过IBDS用计算机进行分析、计算、比较、判断等，不仅将方案形象地表现出来，而且将量化的结果输出，工程师再依据它去修改方案，重新设计。因此，IBDS必须采用开放性的体系结构，把设计院的人和资料集成在一起，具体表现在：1.不同专业的数据模型的集成建立各专业通用的标准化的中央建筑数据库。该数据库把建筑设计涉及的建筑、结构、设备、电气、室内设计和概预算等专业所用的数据模型

15、统一起来，集成在一起，保证各专业所用建筑信息的一致性。建筑师画的建筑各层平面图、剖面图、立面图等，可以作为建筑底图，传给其它专业。其它专业的工程师可以在该建筑底图的基础上，对有关信息进行修改、重新定义以及添加专业的特定数据，然后进行各专业的有关设计计算。例如，设备专业工程师可以计算建筑物的空调供暖负荷，在建筑底图上布置空调供暖管道，进行水力、热力计算分析等；结构专业工程师可以进行各种受力构件的设计计算分析。一旦建筑师改变建筑物的平面、空间布置，会直接反映在各专业的建筑底图上，从而避免其它专业的冤枉劳动。2.不同设计阶段所使用的模拟软件的集成建筑设计在不同阶段需要用到性质不同，细致程度不同的模拟

16、软件，IBDS应充分考虑建筑设计在方案选择、初步设计和施工图设计等不同阶段使用不同模拟软件对输入数据模型要求的一致性和相关性，尽量保证前一阶段的计算结果和数据可应用于后续阶段的设计计算，减少数据的重复输入和不一致性。3.设计资源的集成把建筑设计有关的设计手册、标准法规、工程图纸、设备产品手册等数据和资料以数据库、知识库等方式集成存储在计算机网络上，以便设计人员查询和使用。 与传统的CAD软件相比，IBDS不再是以计算程序为中心，使用者围绕着计算程序准备数据，运行程序，检查结果。集成化环境使使用者成为中心，将各种绘图、计算、数据资料准备好，随时供使用者在设计分析中使用。使用者可以充分发挥自己的分

17、析和创造能力，利用CAD系统去设计、分析各种系统，而将一切重复和琐碎的工作交给计算机去完成。集成化设计环境的指导思想就是，使用者应是计算机的主人，而不是奴隶；计算机的应用应最大范围地开发人的创造力，为人提供进行创造性思维的场所，而不是把人变为机械式工具。第二章 如何发展土木工程信息化 2.1 土木工程以及信息化发展现状土木工程信息技术的发展是一个信息技术在土木工程中应用逐步深入并融和的过程。目前无论是国际还是国内都还没有形成一个完整体系，研究上主要表现为土木信息技术的开发应用，在对产业的支撑上还没有形成规模效应。尤其是我国，土木工程行业整体发展水平仍比较低，处于粗放型的工作模式，土木工程信息化

18、建设更是任重道远。作为一个新的学科和新兴产业，土木工程信息化的研究无论在国内还是国际都处于起步阶段。纵观国内外“土木工程信息化”的进程，大体可以分为以下三个阶段：第一阶段：2O世纪 5O7O年代，科学计算阶段。CAD和有限元法的应用是这一阶段的代表，主要应用于设计和结构分析；第二阶段：2O世纪 8O9O年代是专业软件蓬勃发展的阶段，如AI、最优化方法、仿真、人机交互界面和可视化技术，如比较通用的P3、Project项目管理软件，造价软件、3s系统、单项结构分析计算等软件；第三阶段 ：1990年代末至今是基于网络技术、嵌入式系统研究等基础上的发展阶段，如局域网互连，办公自动化系统，数据共享等 。

19、在国际上，在网络信息及移动终端的研究上取得了一定成果，如“基于 WindowsCE掌上电脑的沉降监测与管理信息系统”，实现了信息的现场传输和处理；香港特别行政区土木工程署辖下的土力工程处利用“iPAQ随身电脑、地理信息系统、全球定位系统及流动电话技术”进行滑坡的监测治理，可以进行数码勘测、地点定位、实地 GIS分析以及随时与办事处总部取得联系等，涉及到了网络信息、移动终端、无线传输等各个技术要素，使得其在一定程度上具备了现代意义上信息化土木工程的特征。但偏重于手持式信息设备的开发，信息的在线、共享仍很不够，加之有关法规、规范及中文界面等不能满足国内需求，应用于国内工程建设仍需进行大量研究。 2

20、.2 发展土木工程信息化的关键 （1）打破传统观念。这是首先需要解决的问题，只有观念改变了，思想转变了，才能带动整个行业的改变。因此，可以将土木工程信息化的理念进行大力的宣传，让设计人员认识到发展土木工程信息化的必要性和紧迫性。 （2）土木工程信息化框架的实现 土木信息技术的发展。主要包括四个方面：一是土木工程信息网络的发展，土木工程信息网一方面是土木信息的远程提供者，另一方面也是土木信息的传播媒介，这是整个土木工程信息化建设的核心；二是土木工程信息接收终端，包括台式终端和手持式终端 2种形式，但手持式终端是发展方向，其基本功能是工程人员可通过它随时与土木工程信息网进行信息交换，获取技术支持；

21、三是土木工程信息的网络传输标准，一方面保证土木工程信息可与中国电讯移动通讯网络相兼容，另一方面是保证不同土木工程信息网之间、信息网与接收终端之间能够顺畅地进行信息交换；四是信息土木集成与交互系统，信息土木集成与交互系统由一系列大型程序组成，是按照土木工程信息的网络传输标准开发的能进行土木工程信息整合、传播的软件平台，不同的土木信息制造商通过该平台可以准确、方便地向工程界提供合乎标准的各类信息，同时使信息通过该平台进行传输。 土木信息学科的建设。土木信息学科是将传统土木工程与现代信息技术相结合而形成的一个边缘交叉学科，任务是在土木信息技术发展的基础上，整合社会资源，进行学科建设，从技术、政治、经

22、济、法制等角度对土木工程信息化进行全方位研究，为土木工程信息化的建设提供学科支撑，并培养大量专业人才。 土木工程信息化产业的发展。土木信息技术的广泛应用必将引起整个土木工程产业结构的重新调整与资源的重新整合，有效解决制约土木工程发展的若干矛盾，使粗放型的产业结构得以整体优化，并最终形成土木工程信息化这一新的产业。整合社会力量，合理配置社会资源，在政策和体制上推动土木工程信息化这一新产业的形成。国家提出的原则是“统筹规划、国家主导、统一标准、联合建设、互联互通、资源共享”，对土木工程信息化建设来讲也是如此。欲使土木信息化工作顺利进行，需要充分调动政府部门、土木工程各专业委员会、土木工程企业等各有

23、关方面的积极性，采取“产、学、研、政”相结合的策略，积极开展国际间的经济技术合作，在政策和体制上形成一个强有力的、健全的推动机制。近年来，我国许多工矿产品生产企业利用信息技术推动了企业间的业务重组和经济结构调整，提高了生产力。相比之下，施工企业利用信息技术提高管理水平和生产力的步骤要显得相对滞后。随着我国加入WTO，为了在激烈竞争的全球一体化建筑市场上求得自身的生存空间，施工企业的管理者就必须充分重视企业的信息化建设，利用信息技术来提高企业的管理水平，开拓建筑市场。应该说，施工企业信息化建设不仅是一场技术变革，更是一种思维更新，管理创新。根据施工企业的特点进行信息化建设，加强信息化管理，使企业

24、保持旺盛的竞争力和发展后劲。 （3）土木工程的信息化建设须致力建设三大系统。 建立土木工程设计、施工的技术和控制信息系统。 信息技术是计算机、通信、控制及信息处理等技术的集成。应用信息技术系统及设备，现代建筑师可以充分直观地展示新时代的设计理念和建筑美学，可以尽情地表达大胆的创意和神奇的构思，超越时间和空间，塑造并优化创作成果，使其创作成果达到传统创作方式无法比拟的新境界。例如以模型为对象的三维协同设计模型，采用了模块化的模型设计技术，使得设计方法从平面设计走向模型设计，由于模型设计采用数据库技术和网络技术，从而实现了共享的集成化工作模式，设计人员(多专业)在同一个模型上工作，减少了不必要的条

25、件传递和确认，信息资源得到了充分共享。这些信息资源将贯穿于工程项目管理的全过程(设计、采购和施工)，图形由计算机系统自动产生，使得设计人员可以将主要精力投入到优化设计方案上，设计过程更为直观形象。而以可视化技术为基础的智能化设计环境，在三维模型设计技术的基础上，充分利用可视化技术以及面向对象的软件开发技术，以专家库、知识库为支撑，研究新的设计管理和设计模式，构造一个更易于操作、具备智能化的设计环境。目前许多工业项目的模型设计过程已初步应用了可视化技术，比如，实体建模，使设计过程更为直观有效，并易于修改; 可视化的设计校审，使校审更为形象，并可与设计深度交叉; 可视化的进度审核，将设计的三维模型

26、与项目进度资源数据库相连，从项目进度资源数据库抽取信息来可视化地展现和分析项目管理的各种状态。在施工中推广应用自动化控制技术，可有效地完成用传统控制方式难以实现的高难度施工项目。例如高层建筑的垂直度的控制; 大体积混凝土的施工质量控制; 预拌混凝土的上料自动控制; 采用同步提升技术进行大型构件和设备的整体吊装和安装控制、整体模具的爬升和大型脚手架的提升控制; 大型桥梁悬索受力的控制; 幕墙的生产和加工控制; 高温高压的焊接质量控制; 建筑物的爆破、整体搬迁、以及沉降观测和数据采集，大型工业设施的三维空间管线布局的计算机模拟等等。信息化技术将全面革新设计技术和施工技术，其应用领域将越来越广，应用

27、程度将越来越深，建筑工业化水平将越来越高。 建立土木工程标准、行业管理、工程管理、企业管理的信息系统信息技术是一项各行业普遍适用的高新技术，必须与行业技术有机结合方能发挥作用。为使信息技术在土木工程施工中规范、有序、健康、高效地向前推进，须准确高效地制定土木工程技术应用标准和标准化管理信息系统，及时修编标准，便于检索查询和管理有关标准，随时随地选用标准和对标准的执行进行检查验收，从而有效地推进标准化管理。土木工程行业涉及的门类很多，例如土木工程、房屋工程、设备管线安装业、装饰装修业，以及相关的房地产业、勘察设计业、设备半成品、钢结构加工业等，包含的企业众多，构成了一个庞大而复杂的行业信息集合，

28、其信息量非常大。没有一个规范有效的行业管理体系和高效的运作机制，将难以保证这个行业的各项工作健康、有序、高效地发展。传统的管理方式及信息处理手段难以实现这一目标。应用现代信息技术建立高效的行业管理、工程项目管理、企业管理方面的信息管理系统，可以方便有效地对行业的有关情况进行统计分析，制定合理的产业发展政策、产业技术政策、产业发展规划和发展战略提供了全新的条件与可能。目前，信息技术的应用已使得全球产业信息的获得非常便利，可非常方便地在国内国外两个市场同时研讨，掌握人类最新管理成果，使得作为人类生存和发展密切关联的土木工程业的管理提供了前瞻性、战略性和更为科学的依据，使建筑行业管理上一个新的水平。

29、信息技术给实体的数字化、时间的缩短、空间的缩小，对实体本质的把握更为科学，工程项目的单件性、时代性、环境性、多要素性决定了项目信息的大规模性、变动性、多门类性，信息技术使工程成为数字工程。而数字工程的建立，使工程管理进入新阶段，包括项目融资拓宽渠道、项目策划优选优化、项目设计电脑化，项目施工管理中运筹学在工期控制上的应用，多因素分析在质量控制上的应用，动态进行投资分析等。信息化使工程管理档案化、数字化、动态化，为工程的策划和融资、设计、施工、运行和维修等全过程的管理提供便利的条件、全新方法和手段。信息技术实现更宽范围的人力资源管理，更准确的会计管理、成本管理、融资管理、投资管理，更优化的决策管

30、理、计划管理，更高效的项目施工管理。信息技术也使建筑师、结构工程师、监理工程师以及项目经理的信息更为丰富，为新产生的团队合作关系甚至跨国的伙伴关系提供了前提。高技术的办公环境，促进新技术的采用和人力管理理念的创新，对更有效地提高生产率提供了可能，也促进了企业文化的升级。关于工程项目管理，正如山西太原化学工业设计院于万里同志的文章从国外工程项目管理软件看国外工程项目管理所言: 工程项目的管理是一个多目标、既分别独立又相互联系的，多工序、多复杂又庞大的系统工程。一个大型复杂的工程项目的管理实际上就是利用能够控制的资源(人力、机具、材料、资金、工期)在一定的条件下对一个既定目标(进度、质量、费用)进

31、行科学的计划和以更多的定量数据做深入动态分析，对于工程实施有效地调整控制，以尽可能小的投入，获得最大的效益。工程项目的管理必须依靠整套先进的管理理念，这种管理在国外的工程项目管理软件中体现得淋漓尽致。这些软件的基本功能主要有: 1.项目计划的编制。在工程项目的招投标阶段以及中标授标之后的合同条件都要求承包商编制切实可行的“细化的施工进度计划”，对工程进行详细的剖析。软件对一个工程项目的所有任务做出精确的时间安排，同时还对完成任务所需要的原材料、劳动力、设计和投资进行分析和比较，在千头万绪的任务中找出关键要紧的任务(关键线路)以及对任务做出合理的工期、人力与物力、机具等资源的安排。2.项目跟踪过程。软件对于工程进度能够进行动态管理和控制，它要求项目各级管理人员根据所制定的计划和目标，要在项目实施的过程中对影响项目进展的内外部因素随时在施工过程中进行及时、连续、系统的纪录和报告并输入计算机，也就是真实、实时地反映工程进度，分析工程进度数据，及时反映工程项目的变化。3.项目的分析、控制与优化。由于管