鐘桂良, 邱向東, 尹習(xí)雙

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都　610072)

淺議大型數(shù)字流域可視化集成平臺建設(shè)項目管理

鐘桂良, 邱向東, 尹習(xí)雙

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：隨著計算機技術(shù)發(fā)展和信息管理水平提升，水電工程數(shù)字化已成為中國水電科技新的戰(zhàn)略發(fā)展方向，數(shù)字流域已成為水電行業(yè)研究熱點。數(shù)字流域以數(shù)字可視化集成平臺為基礎(chǔ)，達到提升流域水電開發(fā)建設(shè)管理與決策水平、保障工程建設(shè)質(zhì)量和進度、降低流域開發(fā)綜合成本的目的。在對大型數(shù)字流域可視化集成平臺特點分析和開發(fā)管理特點探討基礎(chǔ)上，依托數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目管理實踐，探討大型數(shù)字流域可視化集成平臺研發(fā)管理，推動實現(xiàn)國內(nèi)首個數(shù)字流域示范，促進數(shù)字工程核心競爭力、雅礱江流域開發(fā)建設(shè)的管理與決策效率和中國水電工程建設(shè)管理水平的提升。

關(guān)鍵詞：項目管理； 數(shù)字流域； 可視化集成平臺； 軟件開發(fā)

0前言

大型流域的水電開發(fā)建設(shè)往往以梯級滾動方式進行。從單個工程來看，其勘測設(shè)計、施工建設(shè)與運行維護期常達上百年，在時間維度上需從工程全生命周期角度對分散在各個階段和各參與單位的信息進行有效集中管理；而從整個流域來看，在同一時刻存在不同開發(fā)建設(shè)階段的工程，在空間維度上也需要從全流域協(xié)同角度對分散在各個工程不同階段的信息進行有效集中管理。隨著計算機技術(shù)發(fā)展和信息管理水平提升，水電工程數(shù)字化已成為中國水電科技新的戰(zhàn)略發(fā)展方向，催生了數(shù)字電站、數(shù)字水電工程、數(shù)字流域等新興概念[1]。

所謂數(shù)字流域，以數(shù)字可視化集成平臺為基礎(chǔ)，通過工程三維地理信息、地質(zhì)地震、水文氣象等建設(shè)環(huán)境數(shù)字化，精細化三維樞紐、機電工程模型數(shù)字化，工程建造、安裝過程仿真數(shù)字化，以及工程施工過程的主要信息采集與管控的數(shù)字化，將流域范圍所有水電工程全生命周期中的主要設(shè)計、建設(shè)、采購、安裝等信息以模型為核心進行綜合集成，實現(xiàn)以工程計量數(shù)字化為核心的工程投資精細化管控，以質(zhì)量信息數(shù)字化為核心的工程施工質(zhì)量的精細化管控；以進度跟蹤、仿真和優(yōu)化為核心的工程施工進度管控和施工資源的優(yōu)化配置，達到提升流域水電開發(fā)建設(shè)管理與決策水平、保障工程建設(shè)質(zhì)量和進度、降低流域開發(fā)綜合成本的目的。

當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于數(shù)字流域的研究與實施剛剛起步，是水電行業(yè)研究熱點。雅礱江流域水電開發(fā)有限公司率先啟動數(shù)字雅礱江平臺的規(guī)劃研究，目前已處于建設(shè)實施階段；國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司正開展大渡河流域數(shù)字化項目“智慧大渡河”規(guī)劃研究；瀾滄江等流域開發(fā)建設(shè)者也在籌劃數(shù)字流域相關(guān)工作。筆者所在團隊承擔(dān)了雅礱江流域數(shù)字化平臺建設(shè)I標(biāo)(三維可視化信息集成展示與會商平臺)項目，在此基礎(chǔ)上探討大型數(shù)字流域可視化集成平臺研發(fā)管理，實現(xiàn)國內(nèi)首個數(shù)字流域示范，對提升數(shù)字工程核心競爭力、提升雅礱江流域開發(fā)建設(shè)的管理與決策效率、提升中國水電工程建設(shè)管理水平均具有重要意義。

1大型數(shù)字流域可視化集成平臺簡介

1.1大型數(shù)字流域可視化集成平臺技術(shù)架構(gòu)

大型數(shù)字流域可視化集成平臺，在專業(yè)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對空間管理對象及其數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的編碼和配置管理，實現(xiàn)平臺中模型、空間對象與專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源相互關(guān)聯(lián)，同時融合應(yīng)用三維地理信息系統(tǒng)(3D-GIS)和建筑信息模型(BIM)技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源在三維環(huán)境下的集成和使用。平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

大型數(shù)字流域可視化集成平臺的體系結(jié)構(gòu)采用四層架構(gòu)，包含數(shù)據(jù)層、組件服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層，總體應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。其中數(shù)據(jù)層分為本地數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫：本地數(shù)據(jù)庫主要包含平臺所需的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的主題數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫來源于流域開發(fā)公司數(shù)據(jù)中心采集與整編的各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

1.2大型數(shù)字流域可視化集成平臺技術(shù)難點

大型數(shù)字流域可視化集成平臺，需要基于成熟穩(wěn)定的圖形平臺，以及GIS與BIM的無縫融合技術(shù)體系，通過場景維護、參數(shù)驅(qū)動演示、多終端應(yīng)用、多模式交互實現(xiàn)對流域開發(fā)涉及的空間對象與管理信息進行集成展示、分析應(yīng)用。平臺的技術(shù)開發(fā)主要有以下難點：

(1)流域TB級海量數(shù)據(jù)的并行計算與實時繪制。平臺需要承載的數(shù)據(jù)有空間地理信息數(shù)據(jù)、工程三維模型數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、流域開發(fā)與工程建設(shè)過程中來源于各參建單位與機構(gòu)的圖紙、報告、音頻、視頻、圖像、報表等信息。數(shù)據(jù)種類多量大，數(shù)據(jù)有序有效管理以及直觀展示，對平臺的承載能力、場景管理能力及動態(tài)繪制能力提出了極大的挑戰(zhàn)。

(2)GIS與BIM無縫融合。平臺涉及流域上千公里范圍內(nèi)高精度地形及遙感影像數(shù)據(jù)，以及各工程BIM數(shù)據(jù)的有效集成與可視化展示。GIS與BIM無縫融合的技術(shù)是解決不同尺度模型展示的關(guān)鍵技術(shù)點，當(dāng)前國內(nèi)外還未有成熟技術(shù)解決方案。

(3)高山峽谷地區(qū)地形地質(zhì)、地下廠房與機電系統(tǒng)的動態(tài)可視化表現(xiàn)。水電工程通常地處高山峽谷地區(qū)，其模型數(shù)據(jù)特點在空間分布上極不均勻，在重點工程部位呈現(xiàn)高密度集中的特點，種類包含地形、地質(zhì)、動態(tài)施工模型、地面建筑物、地下廠房系統(tǒng)等，部分模型精度需要滿足工程測量管理要求，與數(shù)字城市、交通等行業(yè)采用概化模型有著本質(zhì)區(qū)別。目前為止國內(nèi)外市場上未見有成熟的水電行業(yè)的GIS應(yīng)用平臺以及成功的應(yīng)用案例，也無相關(guān)行業(yè)可供借鑒的成功案例。

(4)底層定制接口與特效支持。水電工程的場景復(fù)雜性要求圖形平臺能表現(xiàn)天氣變換、景觀植被、水流、機械施工、虛擬儀表、動態(tài)貼圖、工程管理指標(biāo)對比分析等需求。從宏觀概況到微觀特效，從概化表達到精確測量，對平臺的可視化表達效果有極高的要求。

(5)多終端與集群大屏應(yīng)用。要求平臺支持iOS、android移動終端，以及離在線應(yīng)用，并支持集群式大屏拼接，以適應(yīng)數(shù)字化平臺可能的多平臺終端以及大屏?xí)绦枨蟆?/p>

(6)面向數(shù)據(jù)中心建設(shè)的信息集成與展現(xiàn)。平臺采用的框架結(jié)構(gòu)，要求對數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)共享、工程建設(shè)數(shù)據(jù)管理等有深入的理解和認識，并需具備面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)以與數(shù)據(jù)中心核心技術(shù)路線一致。

2大型數(shù)字流域可視化集成平臺開發(fā)管理特點

大型數(shù)字流域可視化集成平臺開發(fā)管理的基本目的是，讓項目在整個平臺軟件生命周期中(從需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計、編碼調(diào)試和測試驗收、維護的所有過程中)都能在項目管理者的可監(jiān)控之下進行，以滿足預(yù)訂的成本、按照預(yù)訂的日程且保證質(zhì)量的前提下，生產(chǎn)出滿足客戶需求的平臺軟件并交付給客戶[2]。

大型信息系統(tǒng)集成項目管理容易出現(xiàn)以下問題和特點[3]：欠缺項目范圍管理、疏于項目團隊的管理和項目風(fēng)險的管理比較落后。大型數(shù)字流域可視化集成平臺開發(fā)管理除了上述大型信息系統(tǒng)集成項目管理的特點外，還具有以下特點：

(1)技術(shù)風(fēng)險管控復(fù)雜。如上節(jié)所示，作為開創(chuàng)性的大型數(shù)字流域可視化集成平臺，需要重點攻關(guān)解決的技術(shù)難點眾多。在技術(shù)攻關(guān)過程的技術(shù)風(fēng)險管控尤其復(fù)雜。

(2)干系方多，需求確認難。大型數(shù)字流域可視化集成平臺，其用戶涉及流域開發(fā)管理各總部部門、各工程項目管理局及電廠、各工程參建單位、各信息系統(tǒng)實施單位等機構(gòu)人員，包含專業(yè)技術(shù)人員和管理人員。如此眾多的干系方，各自的應(yīng)用需要與意見不一致，將用戶的全部意見收集起來進行分析以確認需求困難。

(3)源系統(tǒng)多，協(xié)同難度大。大型數(shù)字流域可視化集成平臺，其數(shù)據(jù)來源于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)及生產(chǎn)管理活動中，內(nèi)容涉及流域建設(shè)全生命周期、不同參建單位，類型包含實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集成協(xié)同難度大；平臺涉及的工程信息產(chǎn)生于流域建設(shè)、運營過程業(yè)務(wù)，信息之間涉及復(fù)雜的邏輯關(guān)系，需要對流域規(guī)劃、工程建設(shè)、電力生產(chǎn)、梯級調(diào)度、水保環(huán)保、征地移民等流域全生命周期、各專業(yè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)內(nèi)容和流程有全局考慮和深入認識，協(xié)同組織難度大。

3數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目管理實踐

雅礱江流域三維可視化信息集成展示與會商平臺(簡稱：數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺)是雅礱江流域水電開發(fā)有限公司規(guī)劃的雅礱江流域數(shù)字化平臺建設(shè)和應(yīng)用的示范項目。該平臺是基于流域基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)和建筑信息模型，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)全流域真實管理和決策環(huán)境并集成表達決策所需的各種數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，監(jiān)控流域環(huán)境要素和人工過程的變化，實現(xiàn)流域水電開發(fā)的可視化管理，目的是為雅礱江公司實施流域開發(fā)管理提供輔助工具和決策支持服務(wù)。

在數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目管理工程中逐步研究并實踐，確保了數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目順利開展，實現(xiàn)了國內(nèi)首個數(shù)字流域示范。

3.1技術(shù)風(fēng)險管理

針對數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺需要重點攻關(guān)解決的眾多技術(shù)難點，為有效管控技術(shù)風(fēng)險，通過項目啟動前進行三維可視化基礎(chǔ)平臺選型、開發(fā)過程中跟蹤管控技術(shù)研發(fā)的方式進行有效管理。

經(jīng)過多年來水電工程數(shù)字流域和水電工程三維模型數(shù)據(jù)融合的研究，結(jié)合雅礱江流域真實基礎(chǔ)地理信息和工程信息模型數(shù)據(jù)進行了大量驗證，結(jié)合本項目對可視化平臺的需求，按照實踐指導(dǎo)選型的原則，對國內(nèi)外行業(yè)內(nèi)多家主流三維可視化基礎(chǔ)平臺進行驗證與考察。從三維平臺在GIS與BIM混合模型可視化表現(xiàn)效果、底層開發(fā)能力、二三維一體化技術(shù)架構(gòu)體系，以及技術(shù)支持、接口開放、底層按需開發(fā)、云端一體化移動平臺等多方面綜合分析，選擇超圖公司SuperMap GIS作為雅礱江流域三維可視化基礎(chǔ)平臺。

在項目開發(fā)過程中跟蹤管控技術(shù)研發(fā)，有效管控技術(shù)風(fēng)險。以GIS與BIM融合技術(shù)為例，采用項目實際基礎(chǔ)地理信息和示范工程三維數(shù)字移交模型，在項目前期即進行GIS與BIM融合技術(shù)驗證，并根據(jù)技術(shù)驗證結(jié)果反饋超圖基礎(chǔ)平臺底層研發(fā)人員，快速響應(yīng)技術(shù)開發(fā)需求，順利實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)接入GIS平臺。

3.2需求管理

針對數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺干系方多，需求確認難的情況，通過項目啟動前對標(biāo)書需求深入理解、項目啟動后與雅礱江公司總部主管部門交流需求、再至二級單位(如錦屏電廠、兩河口管理局等)進行需求調(diào)研、匯總編寫需求分析文檔并請雅礱江公司總部主管部門和相關(guān)二級單位共同進行評審，以此確認開發(fā)工作需求基線。在此基礎(chǔ)上，對需求變更進行控制，確定需求變更控制過程，進行需求變更影響分析，評估每項選擇的需求變更，以確定它對項目計劃安排和其它需求的影響。在需求交流和調(diào)研過程中，做好交流記錄和需求分析文檔確認，做到需求來源和需求變更有據(jù)可依。

3.3溝通管理

針對數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺源系統(tǒng)多、協(xié)同難度大的情況，在項目啟動前梳理項目涉及到的各管理信息系統(tǒng)和涉及的各組織機構(gòu)，結(jié)合項目研發(fā)進度計劃形成項目進展線，有效的對項目各階段的溝通內(nèi)容進行梳理，如圖3所示；在項目建設(shè)進行過程中，按照項目進展線的計劃，與工程建設(shè)管理信息系統(tǒng)、兩河口大壩施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)、電站電力二次系統(tǒng)、電力生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、大壩安全信息管理系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、流域梯級水庫風(fēng)險調(diào)度決策支持信息系統(tǒng)、流域征地移民信息管理決策支持信息系統(tǒng)、流域環(huán)保水保信息管理決策支持信息系統(tǒng)以及流域公共安全信息管理決策支持信息系統(tǒng)實施方交流數(shù)據(jù)情況，確認數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺表現(xiàn)的專業(yè)數(shù)據(jù)來源，并通過高效的溝通實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口的內(nèi)容和方式確認。

3.4研發(fā)管理

結(jié)合項目實施的特點，在數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺項目實施中引入敏捷開發(fā)模式，提高產(chǎn)品研發(fā)和項目實施的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)研發(fā)過程的進度和質(zhì)量管理。敏捷開發(fā)操作流程如圖4所示。

敏捷開發(fā)管理應(yīng)用的主要流程為：在項目(產(chǎn)品)啟動階段，應(yīng)制定總體計劃并明確里程碑節(jié)點，并作為整個敏捷開發(fā)的總控階段；根據(jù)產(chǎn)品化思路，將類似項目納入到同一個產(chǎn)品線進行開發(fā)，一個產(chǎn)品線有且只有一個敏捷開發(fā)團隊；項目經(jīng)理作為產(chǎn)品和用戶之間的唯一接口人，負責(zé)收集用戶需求和迭代發(fā)布版本的現(xiàn)場部署；不同項目收集的需求進入到統(tǒng)一的產(chǎn)品backlog，由產(chǎn)品經(jīng)理(PO)根據(jù)實際情況確定優(yōu)先級；在一個迭代周期內(nèi)，PO接收到的新的需求放入backlog但不影響團隊正常的迭代工作，項目經(jīng)理接收到的用戶需求變更后以月為單位反饋給產(chǎn)品負責(zé)人，新需求可納入下一個迭代周期；迭代版本發(fā)布后，對《需求規(guī)格說明書》和《總體設(shè)計報告》進行更新。

4結(jié)論

在數(shù)字流域已成為水電行業(yè)研究熱點的時代背景下，通過對大型數(shù)字流域可視化集成平臺特點分析和開發(fā)管理特點探討，并依托數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺展開研發(fā)項目管理實踐，從技術(shù)風(fēng)險管理、需求管理、溝通管理和研發(fā)管理等幾方面探討大型數(shù)字流域可視化集成平臺建設(shè)項目管理，確保了數(shù)字雅礱江三維可視化集成平臺研發(fā)項目順利開展，促進了數(shù)字工程核心競爭力、雅礱江流域開發(fā)建設(shè)的管理與決策效率的提升。本文研究的大型數(shù)字流域可視化集成平臺建設(shè)項目管理，解決了數(shù)字工程和數(shù)字流域項目高效建設(shè)的管理難題，將推動中國水電工程建設(shè)管理水平的提升。

圖3　平臺建設(shè)進展線

圖5　敏捷開發(fā)操作流程

參考文獻:

[1]倪維東，葛來龍，朱桂權(quán).淺談數(shù)字化水電站及其實現(xiàn)方案[J].裝備制造技術(shù)，2010(11):92-93，96.

[2]肖心剛.論軟件項目管理[D].大連海事大學(xué).2013.

[3]張嗣文.大型信息系統(tǒng)集成項目管理中的問題與策略[J].科技與企業(yè)，2013(1)：46-47.

收稿日期：2015-09-14

基金項目：國家科技支撐計劃(2013BAB05B05)

作者簡介：鐘桂良(1985-)，男，四川廣安人，博士，工程師，主要研究方向：水電行業(yè)工程數(shù)字化、施工物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

中圖分類號：TP 308

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1003-9805(2016)02-0053-05