数据融合视角下的工程建设智慧监管平台研究与应用——以广州市南沙新区明珠湾开发建设管理局工程管理信息系统为例

胡 珊 刘远辉 宋晓凯

(广州市南沙新区明珠湾开发建设管理局，广州 511455)

引言

我国的开发区建设在促进体制改革、改善投资环境、引导产业集聚、发展开放型经济等方面都有不可替代的作用。广州南沙新区作为国家级开发新区，定位为国际智慧海滨城市、粤港澳全面合作的国家级新区、珠三角世界级城市群的新枢纽[1]。其中，正在建设中的明珠湾起步区位于南沙新区的核心区域，规划面积103km2，设定了“低碳节能、绿色生态、智慧城市、岭南水乡”的规划理念，是南沙新区重点打造的粤港澳合作核心区和区域性综合服务中心[2]。

作为粤港澳大湾区的先行示范区，明珠湾起步区早已布局“智慧城市”示范区的建设，编制完成了明珠湾起步区智慧城市整体框架蓝图并在其指导下，推动智慧灯杆、智慧用电应用落地，建设无人驾驶示范段，同时积极地把物联网、云技术、移动技术、大数据、5G、BIM等多种新兴信息技术，融入到明珠湾起步区的建设、管理、运营、服务过程当中，以信息支撑推动业务发展，打造示范性智慧城市标杆。

广州市南沙新区明珠湾开发建设管理局(以下简称管理局)受南沙开发区管委会、南沙区人民政府领导，承担着明珠湾起步区的开发建设、招商引资、运营管理、产业发展等职责。明珠湾管理局对新区的工程建设有很强烈的信息化监管需求，我国也已经进行了大量工程建设智慧监管的探索[3]。明珠湾管理局工程管理信息系统以明珠湾管理局工作要点为中心，供管理局、下属建设平台公司及相关的监理、施工和检测单位共同使用。根据明珠湾智慧城市总体规划，该系统服务于明珠湾起步区的建设项目监管，集“作业、管理、决策”于一体，实现工程项目从立项、设计、施工、验收到综合评价的全过程监管，并为智慧城市的后续管理和运营奠定信息化基础。

本文结合该系统，按照数据层、功能层以及决策层三个层次，探讨如何实现工程建设智慧监管平台的数据融合。

1 管理局工程管理信息系统的数据特征

基于管理局工程管理信息系统的数据，可以增强全局管理的可视化、实时性，有助于建设的科学决策、促进相关方协同，而且该系统数据是后期的智慧城市运营和服务的重要数据来源。经分析，管理局工程管理信息系统的数据具有如下特征：

图1 工程管理信息系统架构图

(1)多来源特征。作为开发区建设综合管理的信息系统，数据来源于多种途径多个部门，区府公文、规划部门、建设平台公司及相关的监理、施工单位、检测单位、以及管理局内部的技术管理、生产管理、合同投资等部门。本系统需在明珠湾智慧城市总体规划下立足于大数据产业，处理好管理局内部数据和管理局对外的政府信息公开平台数据、南沙区工业和信息化局等相关政府部门数据、重点项目智慧工地系统的集成和共享关系。

(2)多模态特征。数据格式多样，GIS数据、CAD图纸、BIM、现场摄像视频、智慧工地传感数据、无人机航拍数据等多种格式。系统需采用多种信息技术，对这些数据进行单模态转化或采用中间数据格式进行转化，并合理拆分数据集，才能满足各类数据的进一步功能特征的提取要求。

(3)多层次特征。数据来自并应用在多个管理层次。分别是决策层的南沙区分管领导、管控层的管理局领导和各处室负责人、应用层的管理局经办人员和填报层的建设平台公司以及二级开发商相关单位。系统需从数据层面、功能层面以及决策应用层面分别进行数据的特征提取，才能满足不同层面人员的业务管理要求。

2 管理局工程管理信息系统的应用体系框架

管理局工程管理信息系统体系架构分为支撑层、数据层、业务应用层和决策服务层四层架构(见图1)。

其中，在支撑层，系统基于大屏展示、视频监控和无人机，以及南沙区政务云，搭建软硬件共用支撑环境； 数据层与运营管理系统对接，实现多源数据整合、转换、封装与发布； 在业务应用层，运用SOA架构、ESB服务总线，开发工程项目管理系统、图档管理系统和政务一体化系统，满足日常办公应用； 决策应用层面向领导决策，为用户提供一种交互式操作的界面，提供大屏幕、PC端、移动端APP等多种展示方式。系统从建设到建成后均考虑了共享和交换，为将来打造更完善的明珠湾智慧城市提供数据服务。

表1 管理局工程管理信息系统的数据分类

图2 BIM和GIS集成应用实现基于时间轴的规划信息展示

3 管理局工程管理信息系统的数据融合

数据融合最常见的是按三个阶段进行划分，即原始数据融合、特征融合、决策融合[4]，本文参考相关数据融合理论的理念，分别从数据层、业务应用层、决策应用层三个层面描述系统的数据融合内容和过程。

3.1 数据层的数据集成

原始数据层次的集成是最基本的数据源头的集成，数据内容涵盖区域空间数据、工程项目数据、以及日常办公数据等全时空数据，数据层的集成主要解决数据的有序归集、共享和长远利用问题。通过对数据资源进行梳理，把系统的数据汇总成如图1数据层所示的三类，分别是空间数据、工程项目管理数据以及政务办公数据。综合考虑数据的来源归集和多模态数据的存储要求，把三类数据详细归集在7个数据库，如表1所示。

从技术实现上，通过数据转化组件进行数据的单模态转化进行集成，BIM和GIS的专业的应用数据采用“几何引擎+专业定制”的方式，以GIS引擎为主结合轻量化BIM引擎，BIM模型数据在GIS数据基础上的叠加，以几何形体为载体挂接专业属性信息，将各自领域的专业应用方法、专业知识和经验统合，辅助冲突问题的发现，增强管理协调能力。图2展示了通过BIM和GIS的数据集成，利用时间轴功能，实现过去规划数据，到现状的开发建设情况和未来的BIM效果的综合展示。

数据的关联融合是本系统的重点突破内容，只有实现基础数据的关联，才能让数据在应用层和决策层发挥作用。通过公文编号、项目编号、业务编号及地物唯一编码实现相关关联，并建立起与外部的市建设工程质量安全管理综合信息平台、三大危险源监控系统及各智慧工地系统等的数据关系，把“数据不落地”思想贯穿到管理局、下级区块管理中心(横沥中心)、实施单位之间，以满足业务协同和政务协同的要求。

同时，结合立项与计划、用地及规划、设计及专项审批、招标、建设实施、竣工验收等基本建设过程，依托“书、证、图”等阶段成果，建立起多来源数据的关联。管理局通过多来源信息的共享和集成，可及时发现各个建设项目在相关环节的资源、成果、流程等方面的问题，对建筑市场各方主体的建设行为监管由被动转变为及时主动，有助于提高对下属各单位的相关事项督办力度，提升管理局的数字治理能力和政务服务水平。

3.2 业务应用层的数据融合

业务层结合数据的特征进行规划，合理划分功能模块。本系统整体上是以标准规范和政务云环境为支撑，建设四大子系统(综合展示报告系统、工程建设项目管理系统、图档管理系统、政务信息一体化系统)及硬件支撑环境。业务应用层的数据融合主要考虑充分开放对接，强化数据的自动获取、自动生成能力，减少参与单位的填报工作量，让复杂管理简单化，并据此规划各个模块的功能。

图3 子系统之间的数据关系图

图4 工程项目管理子系统的数据流向关系图

四个子系统的功能如图1所示，此处不再赘述。通过移动APP和第三方系统对接完成现场数据采集，另一方面，针对在日常工程项目管理中的现场工作需要，提供移动端的项目信息和图纸资料现场调阅功能。

工程项目管理子系统对业务数据进行进一步补充和按业务功能汇集，由业主单位一般成员用于建设监管，满足管理部门作为不同角色和不同参与单位的管理需要。

综合展示报告子系统对数据进一步提取汇总，为领导层提供从区域到项目、从空间到时间多维度的决策分析服务，通过大屏幕综合展示用于领导决策。

政务一体化子系统通过集成区府OA平台等第三方系统，实现公文自动收发，完成开发建设例会的会议组织及议题准备，为工程项目管理有关的业务审批、文件协同、会议安排等内部工作的管理提供办理平台。开发建设例会现场，可借助综合展示报告系统汇聚的数据辅助宏观决策，形成对应的会议纪要。

所有数据做资料归档，通过图档管理系统用于资料的归档、借阅和利用，形成工程项目全过程建设数据的数字档案记录。

工程项目管理子系统是核心业务管理平台，重点对建设程序、设计过程、施工过程以及资金计划的数据进行监管。该子系统基于基本建设程序的五个阶段，以进度为主线，面向不同管理对象，分别对业务数据分别进行归集，构建集“作业、管理、决策”于一体的管理平台，实现项目全过程管理(图4)。

3.3 决策应用层的数据融合

决策应用层主要对应综合展示汇报子系统，该子系统作为工程项目管理子系统和政务一体化子系统的数据集成展示系统，依托大屏幕设施，从大局着手为决策层提供一个区域全面整体的工程项目建设概况，主要包括综合展示模块，规划、开发建设、BIM效果综合展示模块，智慧工地模块[5-6]、高视角移交无人机视察模块和开发建设例会模块(图5-6)。项目在一张图上可展示项目分布情况、总体建设情况、年度投资情况、项目开竣工情况、进度、质安等统计分析信息。

图5 项目、进度、投资、智慧工地的数据汇总信息

图6 无人机拍摄的轨迹路线和视频数据在 地图上模拟还原

决策应用层的数据融合经过了数据建模、智能钻取、数据挖掘的过程，并通过统计图库进行展示。数据建模基于创新性的网格化管理理念，通过工程项目网格化划分，网格管理人员及时上报网格内人员、进度、材料、设备、质安等情况，实现网格、标段、工程、项目整体的自下而上数据模型。这样可以基于同一张图或同一张报表，下钻查看明细数据或者切片，并可以完成相关分析、TOPn、TOP%、聚类分析等统计分析，实现信息的逐级、分层次的综合呈现(图7)。

图7 基于网格化管理理念的决策层数据融合方法

4 结语

本文结合管理局工程建设信息化系统，从数据层、业务应用层、决策应用层三个层面研究了智慧监管系统的数据融合方法。管理局工程建设信息化系统深入汇聚融合了辖区内的GIS、CAD、BIM、视频、传感等多源信息，通过公文编号、项目编号、业务编号及地物唯一编码实现外部数据和内部数据之间的关联，提高了业务协同能力。通过工程项目网格化划分，实现宏观区域、项目、工程、标段、网格的自上而下信息逐级、分层次的综合呈现，促进工程项目从宏观到微观管理的下沉，为明珠湾智慧城市的后续管理和运营奠定了信息化基础。

目前，管理局工程管理信息系统处于上线试运行过程中，同时也逐步在加深BIM在系统中的深入应用。开发区建设智慧监管是大势所趋，规建管各个环节的多源异构数据融合仍有许多关键技术有待攻克。随着云计算、物联网、大数据和人工智能等信息技术的发展，开发区的建设监管数据将有更多创新性的应用模式，数据的价值将进一步被挖掘，更好地为智慧城市建设服务。