附录A 译文
建筑企业数据驱动信息化框架
随着大数据时代的到来，建筑业专注于处理大量工程数据并提取其价值。然而，手动输入的不准确和数据收集的延迟给充分利用信息带来了困难。同时，业务信息系统之间的数据共享困难和数据互操作性差，也使得公司总部缺乏便于决策的资源整合。为了克服这些挑战，笔者提出了一种被称为企业集成数据平台（EIDP）的大数据基础设施供建筑公司使用。笔者研究了一个案例，并为未来的业务改进提出了一个有助于闭环施工供应链管理、成本管理和控制、知识发现和决策的框架。该方案为实现企业管理与项目管理之间的数据共享和相互操作提供了理论依据。在此基础上，通过优化业务流程和支持决策，帮助建筑企业提高公司运营和项目交付的效率。一般来说，仓库是用来储存货物或产品的。在仓库中，如果用户想要定位任何产品，这是非常困难的，因为用户必须付出巨大的努力在所有可用的仓库中手动进行详细搜索。因此，仓库库存管理系统在避免这个问题上是非常有用的，因为它维护详细的产品信息，并告诉我们产品在哪个仓库。它在许多生产和基于货物的方法中发挥着重要作用。
- 介绍
建筑业数据高度密集。施工过程中产生了大量的数据，但其价值远未得到充分利用。由于传统技术无法保证工程数据的真实性、一致性、可追溯性和共享性，建筑行业面临着管理落后、效率低下的挑战。项目进度、成本、质量和安全往往没有得到有效控制。
建筑信息建模技术的出现为建筑业的发展带来了机遇。它将来自项目生命周期不同阶段的工程数据、过程和资源集中到一个模型中。越来越多不同来源的数据定期累积在BIM中，例如工程基础数据、不同阶段的文件、日常管理过程中产生的记录以及传感器或射频识别（RFID）收集的数据。近年来，学者们对BIM的工程数据处理和利用能力进行了研究。例如，Cai和Park提出了一个基于WBS的、动态的、多维的BIM数据库结构，用于建设总体竣工文件；Irizarry和Karan集成的BIM和地理信息系统（GIS），以改进对建设供应链管理的可视化监控；Cheng和Teizer提出将实时定位传感器的数据流传输到实时数据可视化平台，并将其应用于安全施工和活动监测。本研究使项目生命周期生成的数据得到统一组织和有效利用，使项目利益相关者能够在一个统一的平台上进行协作。
尽管BIM改善了项目生命周期的管理和协作能力，但它仍然局限于单个项目，一家建筑公司常常同时进行许多项目。由于项目成本无法准确估算，采购价格难以控制，预算超支非常普遍。目前，对施工企业的信息化，特别是对项目的管理和控制公司总部还不够重视。建筑企业固有的信息化分为企业管理和项目管理两个维度，但二者的整合还不令人满意。主要原因是缺乏数据互操作性，管理者无法实时获取与建设项目状态相关的数据。此外，因为这个原因，它不能支持高层管理者进行战略决策。
一些建筑公司试图实施由制造业的MRPII（制造资源规划）开发的企业资源规划（ERP）。其核心思想是基于供应链的企业管理流程优化。在许多制造企业中，ERP已经成为一个成功的管理平台，通过实现物流、资金流和信息流的有效整合，为高级管理人员提供业务运营和决策支持。然而，与制造业不同，建筑业的产品没有标准，生产过程也不统一，因此不可能生产出标准的物料清单。由于缺乏准确的物资需求计划和项目成本信息，ERP系统无法实现完整的施工供应链管理和预算控制。此外，频繁的项目变更可以动态地改变项目成本，但由于缺乏可靠的施工现场数据源，ERP中的信息无法同步更新。这意味着企业资源计划只能包含已经发生的项目支出，但采购需求和计划成本难以有效控制。上述粗放的管理模式一直是建筑业发展的障碍。
此外，目前技术和施工管理都严重依赖于个人知识和经验。如果一个有经验的工程师或经理出于任何原因离开公司，往往很难找到和利用相同水平的知识和经验的继任者。由于缺乏统一的数据资源管理平台，项目建成后，很难利用项目的历史数据为未来的项目提供价值。因此，有必要建立一个挖掘基于历史数据的知识管理系统。
为了解决这些挑战，我们提出了一个业务数据集成平台（EDIP）框架，以实现建筑企业工程数据和业务数据的集成和共享。我们将以一家总承包建筑公司为例进行讨论，并为建筑公司提供一个潜在的信息化框架。
- 建筑公司案例研究
建筑企业信息化水平参差不齐。为了给所有建筑公司提供有益的改进意见，我们选择了一家信息化水平较高的建筑公司作为案例研究。本公司是中国建筑工程总公司的子公司，专业从事一般建筑工程，同时为民用和基础设施工程提供服务。2007年，为实现项目、采购、财务、人力资源的一体化管理，公司启动了ERP项目。选择Oracle电子商务套件（EBS）作为ERP软件，总体框架如图1所示。项目部将采购需求计划、劳动力需求计划、分包进度款付款申请录入系统。经相关部门批准后，ERP系统自动生成相应的会计凭证，核算工程成本。经过几年的不断发展，ERP系统基本覆盖了公司总部的业务流程。2012年，为了推广BIM技术，建立了BIM工作站，目前BIM技术已广泛应用于工程仿真、进度管理、工程量计算、成本计划和分包商协作等项目管理活动中。
尽管该公司越来越多地使用先进的信息技术，但它还没有有效地利用数据资源。在当前框架中，ERP系统和BIM是不参与数据交换或相互共享的独立系统。必要的数据只能手动传输。数据资源的缺点以及由此产生的管理瓶颈如下：
不准确性
大量的时间和工作浪费在大量数据的手工处理和输入上，这很容易出错。此外，数据是由利益相关者输入的，这意味着可能存在难以保证数据真实性的监管漏洞。例如，采购申请单是由项目部手工录入的，公司总部很难对实际的物资需求进行评估。
滞后现象
事件发生后会输入大量数据，例如涉及物料到达和使用的数据。总部无法实时控制施工过程或预算，这妨碍了公司领导在每次结算完成前确定损益。
非共享
总部和项目部之间存在数据差距。由于总部在施工过程中往往缺乏对数据的控制能力，很难为公司经理提供更好的业务决策支持。
不可追溯性
数据间隙还可以使数据无法跟踪。例如，财务部门无法从财务账户中追踪业务数据到施工现场，以查明哪些业务异常。
重复使用困难
历史数据的积累是企业的宝贵资产。然而，每个项目的BIM都是孤立的，存储的数据无法为后续项目提供价值，因此几乎不可能实现知识共享。
- 拟议框架
我们在这里提出了一个称为企业集成数据平台（EDIP）的大数据基础架构框架。如图2所示，EDIP主要由五个部分组成：企业资源数据库、建设过程数据库、企业数据仓库、IFC文件转换器和数据挖掘引擎。现在将解释这些组件中的每一个。
3.1企业资源数据库
这是一个公司级数据库，可供每个项目的BIM系统共享。它包括项目成本的关键因素，如材料编码、供应商信息、材料价格和企业定额。材料编码包括建筑材料、设备、劳动力、租赁和分包。物料对应于从供应商报价、电子商务网站和历史采购价格中获得的多个价格信息。建立公司价格动态数据库可以显著提高投标、预算、结算等成本估算的准确性。
3.2施工工艺数据库
BIM的一个优点是它可以在施工过程中实时采集准确的数据。这些数据将成为ERP系统业务处理的可靠数据源，克服了人工输入数据的ERP系统的缺点。构建施工过程数据库是为了在BIM和ERP之间提供数据接口，其中包含工作分解结构（WBS）、项目资源规划、工程量清单、项目成本、施工过程、项目变更、库存变更和其他项目信息。
3.3企业数据仓库
企业数据仓库是为挖掘数据资源和支持决策而建立的面向主题的数据库，由项目案例库和业务信息库组成。当一个项目完成后，BIM系统中的数据被归档到项目案例库中，形成大数据资源，可供后续项目重用。业务信息库存储ERP系统的历史业务数据，方便基于大数据进行业务决策。
3.4 IFC文件转换器
工业基础类（IFC）是一种基于面向对象方法的数据结构，而ERP和其他企业管理信息系统则是基于关系数据库。为了方便BIM和企业管理信息系统之间的数据集成，在EIDP中设置了一个IFC文件转换器，用于在IFC文件和关系数据库格式之间转换数据。
3.5数据挖掘引擎
数据挖掘引擎是一个工具集，其中每个工具封装一个数据挖掘技术，数据分析师可以调用和自定义该技术。数据挖掘技术分为两类：通用数据挖掘技术和特定数据挖掘技术。前者分为三类：统计、数据分析和机器学习。一些通用数据挖掘技术如表1所示。此外，还需要特定的数据挖掘技术来满足特定的应用。这些应该根据数据挖掘需求进行定制。
- 拟议框架下的未来业务改进
4.1闭环施工供应链管理
建筑供应链的管理很大程度上依赖于信息流。只有信息有效流动，供应链中的所有利益相关者才能和谐相处，建设活动才能稳定高效。在这种方法中，通过EIDP建立了BIM和ERP之间的数据互操作性，以便在供应链利益相关者之间传播信息。此外，统一的物料编码和价格信息也通过EIDP的企业资源数据库共享。在此基础上，提出了建筑供应链的闭环管理流程，如图3所示。
4.1.1物资需求计划
正如引言中所提到的，以前不可能使用ERP来创建物料需求计划，因为建筑项目没有标准的物料清单。在这种方法中，BIM自动生成的工程量清单（BOQ）可以作为计算物料需求计划（MRP）的BOM的替代方案。项目资源规划可以在BIM中进行，它可以根据BOQ、WBS和项目进度生成，也可以参考历史案例进行开发。这个过程不是完全自动的，需要人工干预来优化项目资源规划。在使用EIDP完成项目资源计划后，ERP结合库存信息、采购提前期和在途物料计算物料需求计划，然后将这些计划提交给采购需求审批流程。
4.1.2生产和物流过程
批准后的采购申请转为采购订单。射频识别（RFID）标签用于在整个生产和物流过程中识别货物。预先分配的数据（例如，采购订单ID和良好ID）在开始时写入RFID标签，然后在货物的生产、存储和运输过程中记录过程数据（例如，开始时间、结束时间和状态）。当货物进入施工现场时，RFID读卡器自动识别标签，然后读取所有数据并发送至BIM。在货物质量测试和交付之后，ERP通过EIDP获取测试报告和收货清单，然后更新库存并生成财务凭证，然后开始付款流程。
4.1.3数据驱动的供应商评估
价格、质量、交付和服务是供应商评估中使用的四个主要因素。在这个框架下，EIDP可以为三个因素提供客观的数据支持：历史采购价格、质量测试报告和准时交货率。这可以克服以往供应商评估数据不准确和主观判断的缺点。
4.2数据驱动的成本管理
在传统的成本管理中，企业投入了大量的人员和时间来收集和统计成本数据，但获得的成本数据仍然不及时、不准确，从而导致很难控制成本。由于EIDP的建立，BIM在施工过程中收集的成本相关数据与ERP的财务管理数据相结合，为企业的准确、高效的成本管理奠定了基础。
4.2.1企业定额数据库
企业定额是企业根据自身技术水平和管理水平编制的生产单位产品所必需的各种资源消耗标准，是企业编制投标报价、分包投标和成本控制的主要依据。企业定额不仅反映了生产效率，而且反映了公司的竞争优势。在该框架中，由于企业数据仓库在EIDP中的建立，业务指标的编制应以挖掘历史成本数据为基础。每个成本计算的结果将存储在企业数据仓库中，以便进一步进行业务分析和企业配额优化。
4.2.2成本估算
过去，由于投标报价缺乏成本指标（价格数据和消费标准），会计人员只能依靠个人经验和主观判断进行成本估算。因此，在EIDP中建立价格数据库和企业配额数据库。成本人员在查询价格信息后，根据经验和工程实际情况确定价格。然后根据工程量清单和企业定额数据计算项目成本。
4.2.3成本核算
如第2节所述，虽然ERP系统可以通过采购、库存、人力资源、分包等方式管理项目成本，但目前的方法无法通过手工输入业务数据（如采购申请或分包商的付款进度）来保证项目成本的准确性。在这种方法中，材料需求计划是根据BIM提供的项目资源计划进行计算的。同时，分包商进度的确定也基于BIM提供的实际进度数据，而不是以前的手工填写。该方法保证了ERP系统中的项目成本核算与实际发生的项目成本核算是一致的，且成本具有可追溯性。
4.2.4成本控制
强有力的成本控制是提高公司盈利能力的关键。如上所述，BIM为ERP的成本积累和核算提供及时准确的数据，允许实时进行项目预算与实际成本的比较分析。如有必要，可以使用ERP的控制预算功能，在采购过程开始前检查支出是否超出预算。这种预算预控模式优于事后检查预算超支。在施工现场，材料消耗控制是成本控制的重要组成部分。BIM可以通过访问公司的配额数据库来评估配额申请的功能，这克服了以往缺乏材料消耗控制的缺点。
4.3数据驱动的知识管理
虽然每个项目本身都是独一无二的，但同一类型的项目在组织和管理方面仍然有相当大的相似性。因此，从历史项目数据中挖掘出的知识将为今后的项目提供良好的参考。具体来说，它们可用于调整项目资源规划，降低材料消耗，并将能耗降至最低。除了自动获取知识外，知识管理系统还提供两种数据驱动方法：知识规则获取和基于案例的推理。
4.3.1知识规则获取
许多工程管理规则往往受到各种因素的影响，如施工延误、成本超支和质量缺陷。虽然理论知识难以直接解释，但或许可以通过挖掘历史数据来确定规律。通过数据挖掘获取相关规则，然后通过专家解释判断因果关系，是一种基于大数据的知识获取方法。在确定了知识获取的目标后，由数据分析师进行数据预处理，然后由EIDP的数据挖掘引擎对数据集进行分析。然后将获得的结果反馈给领域专家进行评估，以确定其是否合理（如有必要，应通过新的数据集进一步验证结果）。验证结果
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