系統(tǒng)論在高速公路工程智慧建設(shè)中應(yīng)用的思考

程 乾

(山西省交通建設(shè)中心，山西 太原 030006)

1 概 述

美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲在20世紀(jì)50～60年代創(chuàng)立的一般系統(tǒng)論的理論觀點(diǎn)，對人類社會生活的方方面面產(chǎn)生了難以想象的巨大影響。它不僅是一種觀點(diǎn)認(rèn)知，而且是與現(xiàn)代社會發(fā)展高度契合的一種方法論。貝塔朗菲認(rèn)為所謂系統(tǒng)，是相互聯(lián)系、相互作用的諸元素的綜合體，無論自然界、人類社會，乃至整個宇宙都是由各種不同的有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)組成。高速公路建設(shè)本身是一個復(fù)雜、開放的大系統(tǒng)。通過建立基于互聯(lián)網(wǎng)的信息處理平臺，將信息化、智能化的管理手段應(yīng)用于高速公路工程建設(shè)管理，使施工管理可感知、可預(yù)測、可決策，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，提升了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率、管理效率和決策能力。

2 建立高速公路工程智慧建設(shè)系統(tǒng)應(yīng)遵循的原則

2.1 整體性原則

系統(tǒng)論主要研究的是由部分組成的整體。整體性即系統(tǒng)作為一個由諸多要素結(jié)合而成的有機(jī)整體存在并發(fā)揮作用。這是一切系統(tǒng)的最本質(zhì)特征，也是系統(tǒng)分析法的根源所在。它要求從系統(tǒng)的整體著眼，部分入手，統(tǒng)籌考慮，各方協(xié)調(diào)，達(dá)到整體最優(yōu)化。這也是高速公路智慧建設(shè)中確立系統(tǒng)目標(biāo)、設(shè)計(jì)建立系統(tǒng)的一個基本的分析方法。

高速公路建設(shè)是一個投資大、建設(shè)周期長、施工場地廣、參建單位多、設(shè)計(jì)專業(yè)雜、施工協(xié)同難度大、多層次管理的一個系統(tǒng)工程。它的整體性不僅表現(xiàn)在目標(biāo)的整體性，而且表現(xiàn)在整體與要素、要素與要素、要素與功能的有機(jī)聯(lián)系上。高速公路工程智慧建設(shè)系統(tǒng)的開發(fā)和評價，不是管理要素功能的簡單相加，而是以信息化管理的整體優(yōu)勢、整體效益為基礎(chǔ)，注重整體和子系統(tǒng)(要素)之間聯(lián)系的有機(jī)性，這種有機(jī)的聯(lián)系通常表現(xiàn)在項(xiàng)目管理的流程、制度、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和合同中。同時，要素之間的聯(lián)系也具有必然性，正如人體的神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和外界物質(zhì)、文化供給系統(tǒng)、所處環(huán)境的生活系統(tǒng)一樣缺一不可，不能中斷。

2.2 有序(層次)性原則

一切系統(tǒng)都有結(jié)構(gòu)。凡是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都具備有序性、層次性，這就是作為系統(tǒng)能夠發(fā)揮整體功能的關(guān)鍵所在。當(dāng)前世界范圍內(nèi)高速發(fā)展的現(xiàn)代高科技技術(shù)使高速公路管理系統(tǒng)的各個層次之間的相互關(guān)聯(lián)更加緊密。

高速公路工程建設(shè)管理的層次性有三個特征：其一，根據(jù)各子系統(tǒng)在整體中所處地位、任務(wù)的不同，形成了反映宏觀控制的中心系統(tǒng)，如綜合集成的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、投資、合同管理功能的高層次子系統(tǒng)，以及反映微觀控制的低層次子系統(tǒng)，如“政工、行政、后勤和黨務(wù)”等處于服務(wù)保障地位的輔助系統(tǒng)；其二，系統(tǒng)運(yùn)行是否有效，效率如何，很大程度上取決于系統(tǒng)層次是否分明，能否各司其職。如果各個子系統(tǒng)(要素)顛倒主次，混淆層次，不顧系統(tǒng)的整體目標(biāo)各自為政，那將無法協(xié)調(diào)控制各子系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體目標(biāo)而進(jìn)行有序的活動；其三，系統(tǒng)層次控制是參建單位根據(jù)自己的目標(biāo)、責(zé)任、權(quán)限等實(shí)施資源管理和項(xiàng)目職能管理。

2.3 動態(tài)性原則

從系統(tǒng)學(xué)的基本觀點(diǎn)看，物質(zhì)、能量和信息是組成現(xiàn)實(shí)世界的三大要素，三者密不可分。任何系統(tǒng)都是物質(zhì)、能量、信息相互作用的產(chǎn)物。只有通過物質(zhì)(包括技術(shù)、設(shè)備等)才能采集、儲存、加工、傳輸信息，只有依靠能量才能實(shí)現(xiàn)傳播。要想獲得更多更新的物質(zhì)就必須依靠信息。而信息的獲得必須依靠能量，而駕馭能量又需要信息，這就是高速公路工程信息化建設(shè)的基本依據(jù)。

開放性系統(tǒng)是系統(tǒng)與系統(tǒng)環(huán)境之間存在的物質(zhì)、能量、信息的交換，封閉式的系統(tǒng)在客觀世界中并不存在。這是系統(tǒng)論的基本觀點(diǎn)。

高速公路工程智慧建設(shè)管理系統(tǒng)是以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，對管理要素信息不間斷地進(jìn)行采集、加工、傳輸和反饋的運(yùn)動過程。隨著智能化、信息化技術(shù)不斷地發(fā)展而發(fā)展。在此應(yīng)該拋棄靜止的、不變的觀點(diǎn)。從項(xiàng)目建設(shè)管理者角度考察項(xiàng)目管理綜合平臺的系統(tǒng)功能，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個方面評價項(xiàng)目管理的系統(tǒng)效益。把智能化、信息化技術(shù)貫穿于整個項(xiàng)目管理始終，在不斷地建設(shè)管理實(shí)踐中尋找資源管理、項(xiàng)目職能管理有效關(guān)鍵要素和新技術(shù)、新科技的結(jié)合點(diǎn)，逐步完善其系統(tǒng)的應(yīng)用功能。

2.4 目標(biāo)性原則

目標(biāo)是系統(tǒng)的社會屬性。每一種社會系統(tǒng)，都是人們?yōu)榱送瓿梢欢ǖ哪繕?biāo)而設(shè)計(jì)出來的。每一個系統(tǒng)都是服務(wù)于它的整體目標(biāo)的。高速公路工程智慧建設(shè)本身屬于一個社會系統(tǒng)。作為一個有機(jī)的整體，這個系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有一個正確可行的、明確的系統(tǒng)目標(biāo)。目標(biāo)可以分為遠(yuǎn)期目標(biāo)、中期目標(biāo)和近期目標(biāo)。這些目標(biāo)是由高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目的具體特點(diǎn)、投資規(guī)模、當(dāng)時技術(shù)設(shè)備水平和人的主觀認(rèn)知等因素決定的。如果沒有明確的目標(biāo)，就談不上高速公路工程智慧建設(shè)系統(tǒng)，也就不能追求系統(tǒng)目標(biāo)的最優(yōu)化效果，系統(tǒng)控制將失去價值。

3 高速公路工程智慧建設(shè)的實(shí)施途徑

1)優(yōu)化整體目標(biāo)，做好頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌規(guī)劃，以集中有效資源，高效快捷地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

項(xiàng)目管理的目標(biāo)確立與優(yōu)化是高速公路智慧建設(shè)的核心。未來要建設(shè)的高速公路工程智慧建設(shè)項(xiàng)目綜合管理平臺將是一個開放復(fù)雜的人-機(jī)結(jié)合、人-網(wǎng)結(jié)合的系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的各管理對象和任務(wù)不同，系統(tǒng)的形式和運(yùn)動特點(diǎn)也不同，所以要采用“分解-協(xié)調(diào)”的系統(tǒng)分析方法。先將這個復(fù)雜的大系統(tǒng)按照不同的類型和等級分解為若干具體的子系統(tǒng)。子系統(tǒng)從各自的實(shí)際出發(fā)，隨機(jī)制宜，揚(yáng)長避短，發(fā)揮自己的優(yōu)勢，使每個具體的智慧建設(shè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，在這個前提下，實(shí)現(xiàn)各類功能數(shù)據(jù)的輸出輸入，無縫對接。有效簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，突出系統(tǒng)的主要矛盾，明確系統(tǒng)管理工作重點(diǎn)等是避免目標(biāo)錯位，確立與優(yōu)化高速公路智慧建設(shè)目標(biāo)的前提。

(1)高速公路工程智慧建設(shè)關(guān)鍵管理要素的辨識與確定。首先公路建設(shè)項(xiàng)目資源管理是指為了降低項(xiàng)目成本，根據(jù)具體分項(xiàng)工程特點(diǎn)，按照“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等關(guān)鍵資源要素在建設(shè)中所做出的貢獻(xiàn)、提供的價值與作用等原則進(jìn)行識別和確認(rèn)。在完成職能管理的前提下，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。其次，公路工程項(xiàng)目管理是指在限定的資源條件下和時間內(nèi)，從業(yè)單位通常按照合同約定從分項(xiàng)工程的質(zhì)量、進(jìn)度、投資、安全與合同五個不同維度進(jìn)行管理。三控制、二管理等關(guān)鍵職能管理要素進(jìn)行分類識別和確認(rèn)后，在全過程或若干階段各個環(huán)節(jié)組織實(shí)施和協(xié)調(diào)。

(2)高速公路工程建設(shè)管理通常由資源管理為橫軸，職能管理為縱軸的矩陣式管理模式來實(shí)現(xiàn)的。這是個具有雙道命令的系統(tǒng)，其權(quán)力平衡是這一組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。多重領(lǐng)導(dǎo)、多方聯(lián)系是矩陣式管理的特點(diǎn)與難點(diǎn)。而項(xiàng)目綜合管理平臺正是采用信息化公開告知與多方會談協(xié)同等方式，實(shí)現(xiàn)了對各管理子系統(tǒng)實(shí)時遠(yuǎn)程控制，逐級建立了層次有序的職能管理和資源管理相互融合的建設(shè)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，有效地解決了工程技術(shù)專業(yè)化與相關(guān)工作綜合化的矛盾。

2)總體設(shè)計(jì)、綜合集成是設(shè)計(jì)和建立性量結(jié)合、人機(jī)互構(gòu)的高速公路工程項(xiàng)目綜合管理平臺的技術(shù)路徑。

總體設(shè)計(jì)、綜合集成的技術(shù)路徑就是通過一定的技術(shù)手段對數(shù)據(jù)流(對信息的分析、歸納、挖掘等)的有效控制過程(見圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)流的有效控制流程

圖1中，數(shù)據(jù)采集、傳輸是以人(業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(傳感器數(shù)據(jù))為核心來實(shí)現(xiàn)的；數(shù)據(jù)管理是基于元數(shù)據(jù)來管理的；數(shù)據(jù)分析是算法&模型的專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的；數(shù)據(jù)的儲存基于邊緣儲存和集中儲存實(shí)現(xiàn)的；數(shù)據(jù)的應(yīng)用是采用數(shù)據(jù)倉庫、中間件等手段構(gòu)建；數(shù)據(jù)的協(xié)同是通過人機(jī)互構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)的。

在全球貿(mào)易形勢不斷發(fā)生變化的情況下，中國企業(yè)參與國際市場也在逐步多元化。特別是在“一帶一路”的倡議下，中國企業(yè)主動出擊，積極“走出去”開拓國際市場。

早在20世紀(jì)90年代初，錢學(xué)森針對“開放性復(fù)雜巨系統(tǒng)”就已經(jīng)提出了“定性到定量的綜合集成方法”的解決方案。該方法是把智慧體系(專家)+知識體系(信息)+技術(shù)體系(計(jì)算機(jī))有機(jī)結(jié)合構(gòu)成一個高度智能化的人機(jī)結(jié)合即知識+智慧融合體。其最終實(shí)踐形式就是一個集專家、數(shù)據(jù)+信息+知識和計(jì)算機(jī)三者于一體的巨型智慧系統(tǒng)——“定性到定量綜合集成研討大廳”體系。錢老的論述為今日的高速公路智慧建設(shè)提供了理論引領(lǐng)。這里的“定性”指的是不能或不易用準(zhǔn)確的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行描述事物的專家的經(jīng)驗(yàn)和判斷。“定量”則指借助數(shù)學(xué)模式和計(jì)算方法，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立可量化的研究系統(tǒng)。它首先將科學(xué)理論和經(jīng)驗(yàn)知識與專家判斷相結(jié)合，形成經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)(猜想或判斷)，再利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立起包括大量參數(shù)的模型，接著通過計(jì)算機(jī)的仿真計(jì)算得出定量結(jié)果，由專家進(jìn)行分析、綜合和判斷，通過“人機(jī)交互，反復(fù)對比，逐次逼近”，最后形成科學(xué)的結(jié)論和建議。

同時，綜合集成方法也是在綜合集成研討體系下，通過信息、技術(shù)、知識的“綜合”與思想的“集成”，最大限度地發(fā)揮該系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢、整體優(yōu)勢和智能優(yōu)勢，將個體智慧轉(zhuǎn)化為群體智慧，為更加科學(xué)地處理現(xiàn)代社會日益突出的管理問題提供了方法論依據(jù)。

從技術(shù)層面上講，項(xiàng)目管理綜合平臺通常采用B/S(Browser/Server)的架構(gòu),支持各從業(yè)單位多種訪問入口，同時支持手機(jī)、PAD、電腦終端等多種終端訪問。平臺一般是由前臺、中臺和后臺三部分組成的。數(shù)據(jù)集成功能基于前臺展示的；數(shù)據(jù)管理、儲存是在系統(tǒng)后臺實(shí)現(xiàn)的；數(shù)據(jù)的分析、集成應(yīng)用(包括數(shù)據(jù)匯總)是中臺的主要功能(見圖2)。

圖2 項(xiàng)目管理綜合平臺的組成

目前國內(nèi)高速公路智慧建設(shè)仍處于初級階段，只是把傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理在線化、數(shù)據(jù)檢測的動態(tài)實(shí)時化。由于高速公路工程建設(shè)施工現(xiàn)場的場景極為復(fù)雜，難以精確地仿真模擬，目前項(xiàng)目管理綜合平臺所能做到的只是數(shù)據(jù)的分類、統(tǒng)計(jì)、展示，數(shù)據(jù)的多元融合和專家分析實(shí)現(xiàn)程度有限。隨著大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展、成熟和應(yīng)用，高速公路工程建設(shè)將完成由信息化管理階段向智能化管理階段的實(shí)質(zhì)性飛躍。

3)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，分階段、分步驟實(shí)施，近期目標(biāo)和遠(yuǎn)期規(guī)劃相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)高速公路工程智慧建設(shè)的現(xiàn)實(shí)之路。

這是由高速公路工程智慧建設(shè)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀所決定的。目前雖然已經(jīng)有一些人才、資金、技術(shù)設(shè)備等方面的先期投入，但離智慧建設(shè)的整體目標(biāo)和要求還相去甚遠(yuǎn)。應(yīng)該把高速公路智慧建設(shè)作為行業(yè)的長期戰(zhàn)略來考慮，著眼當(dāng)下，分類推進(jìn)實(shí)施。

4 結(jié)論與展望

系統(tǒng)論的原則和思維貫穿于高速公路工程智慧建設(shè)的目標(biāo)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，它為傳統(tǒng)建設(shè)管理和科技設(shè)備的有效結(jié)合提供了全新的分析方法。其中，大數(shù)據(jù)的分析和云計(jì)算是專家系統(tǒng)的核心和難點(diǎn)，相信不遠(yuǎn)的將來，這些難題必將被越來越?jīng)坝康目茖W(xué)技術(shù)浪潮所破解，為高速公路智慧建設(shè)的飛躍提供強(qiáng)有力的保障。

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