楊銘，何蘭生，趙邦國

（中鐵四局集團管理研究院，安徽 合肥230000）

1 概述

1.1 工法的概念

工法[1]是指以工程為對象，工藝為核心，運用系統(tǒng)工程的原理，把先進的技術(shù)和科學管理結(jié)合起來，經(jīng)過工程實踐形成的綜合配套的施工方法。它必須具有先進、適用和保證工程質(zhì)量與安全、環(huán)保、提高施工效率、降低工程成本等特點。工法是企業(yè)標準[2]的重要組成部分，是企業(yè)開發(fā)應(yīng)用新技術(shù)工作的一項重要內(nèi)容，是企業(yè)技術(shù)水平和施工能力的重要標志。

1.2 工法在施工生產(chǎn)管理中的作用

①加強企業(yè)生產(chǎn)過程中技術(shù)的積累和提煉。固化了成套的施工作業(yè)流程，形成可以傳遞和交流的技術(shù)文件；

②提升項目生產(chǎn)管理的效率，創(chuàng)造效益。先進的工法采用先進的技術(shù)和工裝，機械化程度的提升，先進材料的應(yīng)用，優(yōu)化了施工工序，節(jié)約了工序時長，既提高了生產(chǎn)效率，也節(jié)約了生產(chǎn)成本。

③提升質(zhì)量管理水平和企業(yè)技術(shù)進步的能力。先進工法可以更好的保證生產(chǎn)質(zhì)量，提高管理水平。在保障施工技術(shù)的應(yīng)用和施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，加強企業(yè)對施工技術(shù)的管理，促進企業(yè)標準化建設(shè)。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)多樣化的新穎施工技術(shù)，增強施工企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，提升企業(yè)的綜合實力。

1.3 對象的分類與其工法中相關(guān)參數(shù)的賦值

將建筑工程視作多個不同對象的組合件。同一類構(gòu)件理解為相同生產(chǎn)要素的共同作用體。對一個單體建筑來說，無論體量多大，對象的類型是有限的，無非是數(shù)量不同而已。

對象的分類宜遵循以下原則：

①對象的分類[3]僅依托對象本身的功能、幾何特性、生產(chǎn)要素、工法等，與對象的領(lǐng)域、時間和環(huán)境沒有關(guān)系。如對于一根鉆孔樁基而言，無論是建筑領(lǐng)域、還是鐵路領(lǐng)域，其施工工藝、資源配置等都是一樣的；

②對象的分類尚應(yīng)考慮成本管理的需要。盡管對象生產(chǎn)完成后其特性和功能是完全相同，但為了成本管理的需要，應(yīng)按施工工法的不同將對象細化分類。如對一根鉆孔樁來說，雖然無論采用沖擊成孔，亦或采用旋挖成孔，其成形后的幾何特征和功能是完全相同的，但其生產(chǎn)成本不同，因此應(yīng)分為不同類的對象；

③雖然組成對象的材料、體量不同，但其生產(chǎn)工法完全相同，可將此類對象歸為一類。如鉆孔樁的混凝土強度不同，但確定了施工工法后，其生產(chǎn)過程和工序管理是完全相同的，因此可以不考慮其強度等級而將其歸為同類；

④對象分類應(yīng)以遵從國家及行業(yè)已頒布的分類與編碼標準，除非這些標準中未作規(guī)定，企業(yè)可根據(jù)自身需要補充定義分類標準，否則不得擅自修改標準。

同類對象的施工工法，其施工工序已然確定，但受邊界條件（如施工環(huán)境、氣候特征、資源配置等）約束，工序時長不同，對其賦值時一般是依據(jù)企業(yè)的經(jīng)驗積累而獲得的。雖然多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)過程中不大注重這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累，但認識到這些數(shù)據(jù)的重要性后，其信息積累的速度也將會很快。依托企業(yè)的信息化管理平臺[4]，對生產(chǎn)過程中的信息按工法庫的設(shè)計思路分類存儲，積累到足夠數(shù)量時，設(shè)計算法進行分析，得到更為實用的特征值，以代替?zhèn)€人經(jīng)驗。

2 工法庫的設(shè)計

2.1 邊界條件的定義

工法的邊界條件[5]主要有生產(chǎn)環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)條件、降雨量、氣溫等，凡是影響工法相關(guān)特征值的因素都應(yīng)作為工法的邊界條件。部分邊界條件的特征值可以利用信息化手段自動獲取，如對象所處的區(qū)域、施工期的氣溫、降雨情況等，部分邊界條件特征值需要根據(jù)施工經(jīng)驗定義。

2.2 工法庫的架構(gòu)

下圖是企業(yè)級工法庫架構(gòu)的框架簡圖。

圖1 工法庫架構(gòu)簡圖

該圖定義了對象（構(gòu)件）的邊界條件和生產(chǎn)工序，邊界條件中定義了對象所處的區(qū)域（一般要求精度能達到縣級）、統(tǒng)計時段（按春夏秋冬或月份統(tǒng)計）、生產(chǎn)階段的降雨情況和平均氣溫情況。另外將對象的關(guān)系特征值、以往生產(chǎn)中工序時長經(jīng)驗指標及關(guān)鍵工序經(jīng)驗指標也進行了定義。

對生產(chǎn)工序的定義主要是與資源配置[6]的需要，資源配置應(yīng)將每道工序中可能用到的機具設(shè)備及材料消耗都定義進去，不同工序使用的資源也不相同，在參照企業(yè)定額的同時，須結(jié)合生產(chǎn)實際調(diào)整資源的實際配置。各道工序時長可通過現(xiàn)場采集而來，由于生產(chǎn)中可能因為經(jīng)驗不足，安排不合理，或是資源短缺，或是外界干擾，導致工序時長延誤，這些因素在統(tǒng)計工序時長時應(yīng)加以描述。

2.3 工法庫與企業(yè)預算定額的關(guān)聯(lián)關(guān)系

企業(yè)預算定額采用平均值法定義了對象生產(chǎn)的費用指標，并對每道工序可能產(chǎn)生的費用都作了定量分析。工法庫中每道工序?qū)?yīng)企業(yè)定額中的一個或多個費用清單，是一對多的關(guān)系。賦予對象一個或少數(shù)幾個主數(shù)據(jù)（如樁的樁長與樁徑可以理解為樁這類對象的主數(shù)據(jù)，承臺的混凝土體積可以視作承臺這類對象的主數(shù)據(jù)），費用清單與主數(shù)據(jù)建立數(shù)學關(guān)系，這樣，當具體到工程項目時，可以實現(xiàn)自動算量和自動套價。圖2是工法庫與企業(yè)定額庫[7]的關(guān)系拓撲圖。

雖然工法庫與企業(yè)預算定額建立邏輯關(guān)系是一項繁瑣、工作量大的工作，但對于提升項目現(xiàn)場管理水平大有裨益，且使基于BIM的自動算量、自動套價、實時反饋生產(chǎn)成本變?yōu)楝F(xiàn)實。

3 工法庫的應(yīng)用

3.1 對象工序時長的確定

圖2 工法庫與企業(yè)定額庫關(guān)系拓撲圖

對象的生產(chǎn)是時間積累的過程，生產(chǎn)對象的每一道工序時長影響對象的施工組織和成本管理水平。由于不同的項目有不同的邊界條件，即使同一項目的同類對象，區(qū)域位置不同、生產(chǎn)季節(jié)不同等因素都導致其生產(chǎn)工序時長不同，為了定量描述對象生產(chǎn)的時間要素，針對具體項目，施工組織管理者都會依據(jù)自身經(jīng)驗提前定一個指標，再根據(jù)這個指標來配置施工資源。個人經(jīng)驗是否豐富決定了施工前期資源配置是否合理。我們常碰到一些項目在施工過程中不停地補充資源，或者出現(xiàn)大量的過剩資源，尤其是勞力和機械設(shè)備，其實就是施工組織管理者對項目施工中的各種邊界條件估計不足，亦或是確定經(jīng)驗指標過于保守。解決個人經(jīng)驗、主觀臆斷問題需要大數(shù)據(jù)的支持，但迫于建筑行業(yè)大數(shù)據(jù)積累重視不足，在很長一段時間不得不依賴個人經(jīng)驗來確定對象生產(chǎn)的工序時長。在這里，暫時將工序時長的確定依托項目生產(chǎn)組織管理者的個人經(jīng)驗，當然，正如前所述，企業(yè)管理者重視對象生產(chǎn)過程中大數(shù)據(jù)積累的重要性時，依托個人經(jīng)驗轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑治龃髷?shù)據(jù)為準的工序時長。

3.2 工法庫在施工組織管理中的應(yīng)用

筆者此前曾發(fā)表過一篇基于對象的線性工程項目施工組織設(shè)計編制方法研究，闡述了面向?qū)ο蟮捻椖渴┕そM織管理新思路。這種施工組織管理模式更加精細，對企業(yè)大數(shù)據(jù)更加依賴，而工法庫是企業(yè)生產(chǎn)組織過程中工序時長和資源配置的大數(shù)據(jù)累積倉庫[8]，為項目組織管理者提供更加科學的生產(chǎn)指標，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐，成為企業(yè)后臺生產(chǎn)管理的智庫。

3.3 大數(shù)據(jù)時代工法庫的動態(tài)調(diào)整

工法庫是企業(yè)生產(chǎn)過程中大數(shù)據(jù)不斷累積而逐步完善起來的，企業(yè)承接的生產(chǎn)任務(wù)越多，其積累的信息量就會越大，適時的動態(tài)調(diào)整和更新，才能為企業(yè)提供可靠、科學、實時準確的數(shù)據(jù)。動態(tài)調(diào)整工法庫是對大數(shù)據(jù)的再整理、再分析和完善算法的過程，是提高算法精準度的過程。企業(yè)庫的動態(tài)調(diào)整及更新宜與企業(yè)預算定額同步進行。企業(yè)應(yīng)建立企業(yè)工法庫、定額庫的動態(tài)管理機制，配置數(shù)據(jù)管理和維護專職人員，定期由軟件開發(fā)人員調(diào)整數(shù)據(jù)分析算法。

4 企業(yè)工法數(shù)據(jù)庫的建設(shè)

圖3 企業(yè)工法庫組件與服務(wù)框圖

企業(yè)工法庫的建設(shè)主要圍繞數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換之開發(fā)框架，即面向?qū)ο蠓椒ǖ臄?shù)據(jù)服務(wù)。源數(shù)據(jù)入口點可以采集三種方式，從形式上說三種方式必須采用統(tǒng)一元數(shù)據(jù)標準、完善數(shù)據(jù)質(zhì)量、制定安全流程和強化治理組織。數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)質(zhì)量上要進行規(guī)范性約束并提供系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)統(tǒng)一視圖、統(tǒng)一數(shù)據(jù)實體、統(tǒng)一數(shù)據(jù)字典。OOS采用面向?qū)ο笏枷朐O(shè)計的結(jié)構(gòu)，可讀性高，由于繼承的存在，即使改變需求，維護也只是在局部模塊，所以維護起來是非常方便和較低成本的，在以前的項目領(lǐng)域中已被測試過的系統(tǒng)滿足業(yè)務(wù)需求并具有較高的質(zhì)量，由于OOS擁有繼承、封裝、多態(tài)的特性，自然設(shè)計出高內(nèi)聚、低耦合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)更靈活、更容易擴展，而且成本較低。

4.1 數(shù)據(jù)庫建設(shè)原則

面向?qū)ο蟮钠髽I(yè)工藝工法數(shù)據(jù)庫建設(shè)遵循兩個原則[9]，首先它是一個基于DBMS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其次它是面向工藝工法特定對象系統(tǒng)。第一個原則即作為通用的DBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身應(yīng)具備的能力如安全性、持久性、完整性以及事務(wù)管理、事務(wù)處理、并發(fā)控制、恢復等。第二個原則就是要求面向工藝工法對象數(shù)據(jù)庫充分支持完整的面向?qū)ο蟾拍詈涂刂茩C制。綜上所述，我們將面向?qū)ο蟮钠髽I(yè)工藝工法數(shù)據(jù)庫概括為面向?qū)ο蠊に嚬し〝?shù)據(jù)庫=數(shù)據(jù)庫能力+面向工藝工法對象系統(tǒng)。

把數(shù)據(jù)庫技術(shù)和基于面向工藝工法對象的方法結(jié)合起來可以使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在分析、設(shè)計、應(yīng)用上最大程度地與人們對客觀世界的認知相一致。同時對于應(yīng)用者來說由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化導致程序的修改加重了工作強度。

4.1.1 數(shù)據(jù)庫模型轉(zhuǎn)換

在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[10]中各數(shù)據(jù)庫的模式和操作之間的轉(zhuǎn)換是一個關(guān)鍵研究和突破課題。由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫目前在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫則能滿足更高一級數(shù)據(jù)庫要求，所以有必要在設(shè)計和實現(xiàn)過程中為這兩種數(shù)據(jù)庫模型建立一種映射或?qū)?yīng)關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)模式和操作之間相互轉(zhuǎn)換[11]。

轉(zhuǎn)換一般有兩種途徑[12]從從面向?qū)ο驞B到關(guān)系DB(OODB to RDB)和關(guān)系DB到面向?qū)ο驞B(RDB to OODB)。OODB to RDB轉(zhuǎn)換技術(shù)在轉(zhuǎn)換時要保證一致性（即對象語義和動作信息在轉(zhuǎn)換過程中不丟失）。轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)模式和數(shù)據(jù)操作轉(zhuǎn)換。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型和對象數(shù)據(jù)庫模型的關(guān)系

4.1.2 數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換

對象目標標識符是對象存在的唯一標志也就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的唯一關(guān)鍵字（PK），在實體數(shù)據(jù)庫中，如果兩個對象相同即等價于其目標標識符相同。與關(guān)系模式不同的是面向?qū)ο笾蓄悓傩苑譃槿齻€，原子屬性、組合屬性和集合屬性，如工藝工法對象中的幾何特性、生產(chǎn)要素、施工工藝、施工工法以及資源配置等分解為原子屬性。

把父類屬性（如樁基的施工工藝、施工資源配置）擴展到所有子類（鉆孔樁基、旋挖樁基、CFG樁基、管樁基、沉入樁基……）中，每個類映射為一個關(guān)系;類的每個屬性映射為它對應(yīng)的關(guān)系屬性。默認對象目標標識符屬性映射為RDB關(guān)鍵字（PK）屬性，原子屬性映射為固定屬性,其中的方法轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換的重要轉(zhuǎn)換，方法有定義和調(diào)用。數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換過程中支持以下兩種功能：

①創(chuàng)建用戶自定義函數(shù)，并從表達式中調(diào)用此函數(shù)；

②創(chuàng)建用戶自定義過程，并通過一個新的SQL語句調(diào)用這些過程，如通過CALL方法調(diào)用等。

4.1.3 OODBMS繼承和轉(zhuǎn)換

其核心是把分層結(jié)構(gòu)中每個類、引用繼承的類等并為每個類轉(zhuǎn)換為一張關(guān)系表，在實現(xiàn)過程中采用適配器方式來實現(xiàn)，這樣處理可以提高類的穩(wěn)定性，增強其復用性，在不改變現(xiàn)有類的前提下拓展類的功能，且能解耦目標類和適配器類，符合開閉原則。

圖4 類適配器的類圖

4.1.4 數(shù)據(jù)操作轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換是指從OODB到RDB數(shù)據(jù)操縱語言(DCL)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)庫常用操作有數(shù)據(jù)查詢、插入、刪除和修改，它們都離不開限制條件，所以先講述限制條件轉(zhuǎn)換[12]。

如，數(shù)據(jù)庫里有一個表"鉆孔樁基表"，它只有pID、object_name和p_code等10個字段，我們把它作為一個實體對象pile，假設(shè)我們要完成從數(shù)據(jù)庫查詢、修改、插入，使用它的代碼片段如下：

4.2 工藝工法數(shù)據(jù)源

首先規(guī)劃工藝工法數(shù)據(jù)資源，優(yōu)先滿足應(yīng)用透明方面的要求，逐步形成專業(yè)的應(yīng)用，為施工實際應(yīng)用系統(tǒng)提供唯一的數(shù)據(jù)源，為今后系統(tǒng)的集中、統(tǒng)一和企業(yè)標準打好基礎(chǔ)，其次通過搭建全業(yè)務(wù)服務(wù)接口架構(gòu)，建設(shè)三級互動的一體化應(yīng)用服務(wù)和消費機制，形成全業(yè)務(wù)、全行業(yè)、全生命周期的應(yīng)用能力，形成一體化產(chǎn)品的發(fā)布和動態(tài)管理能力，形成統(tǒng)一集中的業(yè)務(wù)資源管理及動態(tài)調(diào)配能力。

圖5 工藝工法數(shù)據(jù)源服務(wù)圖

4.3 數(shù)據(jù)模型和編碼

工藝工法基于《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T 51269-2017）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和編碼標準，將功能、形態(tài)、空間、元素、成果、階段、行為、專業(yè)、產(chǎn)品、組織角色、工具、信息、材料、屬性、材質(zhì)等多維度數(shù)據(jù)實時地同步、轉(zhuǎn)換/映射、整合工藝工法集中數(shù)據(jù)庫，形成全行業(yè)核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，提供定額清單庫、企業(yè)定額庫、工藝工法庫的引用，最終形成工程量清單，并提供統(tǒng)一整合的數(shù)據(jù)視圖，實現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)計算、分析與稽核。

圖6 數(shù)據(jù)模型和編碼圖

4.4 集中數(shù)據(jù)規(guī)劃

集中數(shù)據(jù)規(guī)劃分為ODS（Operational Data Store）數(shù)據(jù)倉庫存儲、歷史數(shù)據(jù)庫和OLAP（Online AnalyticalProcessing）聯(lián)機分析處理共享庫、私有數(shù)據(jù)庫等。

ODS庫是基于準實時數(shù)據(jù)同步機制的全行業(yè)、全業(yè)務(wù)、全渠道的操作數(shù)據(jù)存儲，針對多應(yīng)用的數(shù)據(jù)分布環(huán)境，提供統(tǒng)一整合的數(shù)據(jù)視圖，并可有效分擔生產(chǎn)系統(tǒng)負荷。歷史數(shù)據(jù)庫存放各類歷史數(shù)據(jù)，包括賬單、詳單、客戶接觸歷史及歷史日志。

OLTP共享庫分為基礎(chǔ)庫和業(yè)務(wù)庫?；A(chǔ)庫存放功能、形態(tài)、空間、元素、成果、階段、行為、專業(yè)、產(chǎn)品、組織角色、工具、信息、材料、屬性、材質(zhì)等多維度數(shù)據(jù)等各系統(tǒng)所使用的共有數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)庫存放定額清單庫、企業(yè)定額庫、工藝工法庫等企業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

私有數(shù)據(jù)庫存放企業(yè)各項目工程量清單數(shù)據(jù)等非共享或保密數(shù)據(jù)。

歷史數(shù)據(jù)庫存放私有已完成經(jīng)營指標等數(shù)據(jù)，供企業(yè)后期評估和追溯。

4.5 業(yè)務(wù)能力提升

集中數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)集中共享，提供統(tǒng)一、標準的數(shù)據(jù)服務(wù)，并帶來對外、對內(nèi)兩方面的業(yè)務(wù)能力提升?；跇I(yè)務(wù)的全景視圖，實現(xiàn)全網(wǎng)快速支撐應(yīng)用定額清單項目數(shù)量、企業(yè)定額項目數(shù)量、工藝工法、工程量清單數(shù)量等業(yè)務(wù)需求、外部合作伙伴的接入、異地業(yè)務(wù)。通過集中化提升運維效率，通過構(gòu)建自動化的自維護能力，顯著降低維護人員的數(shù)量，提高運維的效率，集中數(shù)據(jù)庫基于統(tǒng)一的軟硬件體系架構(gòu)構(gòu)建，形成統(tǒng)一的平臺規(guī)范，使得平臺的發(fā)展具備可持續(xù)性?？傊?，集中數(shù)據(jù)庫的建設(shè)通過全企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的標準化與集中，必將全面提升數(shù)據(jù)應(yīng)用與分析能力，滿足企業(yè)快速、高效進行工程定額和清單核算。

4.6 庫維護與應(yīng)用

4.6.1 數(shù)據(jù)維護

數(shù)據(jù)維護[13]是整個應(yīng)用的核心，主要包含擴展性開發(fā)、類的適配和數(shù)據(jù)源的更新與擴充和完備。

4.6.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用

依托施工生產(chǎn)過程中采集的海量數(shù)據(jù)以及定義的相關(guān)數(shù)據(jù)，存在（依賴）關(guān)系和數(shù)據(jù)庫提供后臺處理能力，結(jié)合提供的豐富的類和方法等，把相關(guān)應(yīng)用指標有效組織和利用，使工法庫數(shù)據(jù)更為科學地指導生產(chǎn)管理，為基于數(shù)據(jù)庫的施工組織生產(chǎn)管理奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

依托企業(yè)生產(chǎn)長期積累的大數(shù)據(jù)，日臻完善的企業(yè)各類生產(chǎn)要素數(shù)據(jù)，形成面對對象的企業(yè)工法庫，是對施工組織生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的歸類、整理、分析與研究，提煉出企業(yè)所需的進度、資源等關(guān)鍵指標。目前已經(jīng)完成工藝庫的基礎(chǔ)代碼開發(fā)，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，完成部分基于面向?qū)ο蟮膸炜蚣荛_發(fā)，已經(jīng)應(yīng)用于中鐵四局“基于GIS+BIM信息化集成平臺”算量管理模塊。后續(xù)主要豐富和完善框架內(nèi)的服務(wù)種類及其廣度和深度，為BIM模型、企業(yè)定額清單提供更快更精準數(shù)據(jù)支撐。提升企業(yè)社會競爭力和成本管理水平，促進企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。