基于精益建造的智能建造運(yùn)行管理系統(tǒng)研究

摘? 要：隨著信息技術(shù)的高度發(fā)展，與人工智能技術(shù)的結(jié)合正在改變傳統(tǒng)的建筑業(yè)，由粗放型發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)為集約型、信息化、智能化。但這些技術(shù)在很大程度上局限于碎片化地解決某個(gè)特定工程技術(shù)問(wèn)題，因此，如何將這些技術(shù)高度集成到一個(gè)系統(tǒng)的管理流程體系中，以實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。文章在精益建造的理論基礎(chǔ)上，對(duì)該理論用于智能建造的必要性進(jìn)行了分析，從組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行保障系統(tǒng)兩個(gè)維度方面構(gòu)建了基于精益建造的智能建造運(yùn)行管理系統(tǒng)，旨在為建筑業(yè)解決發(fā)展瓶頸問(wèn)題提供理論支持。

關(guān)鍵詞：精益建造;智能建造;運(yùn)行管理系統(tǒng);BIM;IPD

中圖分類號(hào)：TP181? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）15-0173-03

Abstract： With the rapid development of information technology， the combination with artificial intelligence technology is changing the traditional construction industry， transforming from extensive development to intensive， informational， and intelligent. However， these technologies are largely limited to the fragmented solution of a specific engineering technical problem. Therefore， how to highly integrate these technologies into a systematic management process system to achieve a multiplier effect is a problem to be solved. Based on the theory of lean construction， this paper analyzes the necessity of using this theory for intelligent construction， and constructs an intelligent construction operation management system based on lean construction from two dimensions of organizational structure and operation guarantee system. The construction industry provides theoretical support for solving development bottlenecks.

Keywords： lean construction; intelligent construction; operation management system; BIM; IPD

0? 引? 言

建筑業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。2020年，我國(guó)全社會(huì)建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá)26萬(wàn)億，比上年增長(zhǎng)6.2%，其增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的7.18%，吸納就業(yè)人數(shù)5 366萬(wàn)人，有力支撐了國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，為我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。但與此同時(shí)，建筑業(yè)的生產(chǎn)效益低下，產(chǎn)品性能欠佳，資源浪費(fèi)巨大，安全問(wèn)題突出，環(huán)境污染嚴(yán)重，整個(gè)行業(yè)依然是碎片化、粗放型和勞動(dòng)密集型的生產(chǎn)方式。出現(xiàn)發(fā)展瓶頸和困難的原因，一方面是由于建筑工程項(xiàng)目本身復(fù)雜性造成的;另一方面是由于建筑工程項(xiàng)目參與方之間信息的不透明，信息傳輸接口的不匹配，信息實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)的滯后，導(dǎo)致項(xiàng)目管理效率不高。隨著全國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會(huì)議上提出的“中國(guó)建造2035”戰(zhàn)略，建筑行業(yè)迫切需要向精益化、智能化、集成化管理模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。

目前，以BIM、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能和大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)日臻成熟，并加速向各領(lǐng)域、各行業(yè)全面融合滲透，成為推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、可持續(xù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。但是這些技術(shù)在很大程度上局限于碎片化地解決某個(gè)特定工程技術(shù)問(wèn)題，并且數(shù)據(jù)方面則更重視輸入而非輸出，數(shù)據(jù)缺乏交互反饋和持續(xù)提升，因此，如何將這些技術(shù)高度集成到一個(gè)系統(tǒng)的管理流程體系中，以實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。本文在精益建造理論的基礎(chǔ)上，初步構(gòu)建智能建造運(yùn)行管理系統(tǒng)框架，旨在為智能建造的可持續(xù)發(fā)展和系統(tǒng)的構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1? 基本概念簡(jiǎn)述

1.1? 智能建造

目前，關(guān)于“智能建造”并沒(méi)有形成統(tǒng)一的被廣泛認(rèn)可的定義。一般認(rèn)為智能建造指在建造過(guò)程中充分利用智能技術(shù)和相關(guān)技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用智能化系統(tǒng)，提高建造過(guò)程的智能化水平，減少對(duì)人的依賴，達(dá)到安全建造的目的，提高建筑的性價(jià)比和可靠性。也有學(xué)者將智能建造定義為：“一種基于智能科學(xué)技術(shù)的新型建造模式，通過(guò)重塑工程建造生命周期的生產(chǎn)組織方式，使建造系統(tǒng)擁有類似人類智能的各種能力并減少對(duì)人的依賴，從而達(dá)到優(yōu)化建造過(guò)程、提高建筑質(zhì)量、促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的”。從內(nèi)涵定義可見(jiàn)，智能建造不僅僅是各種信息技術(shù)的集成應(yīng)用，更是對(duì)智能技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)智能系統(tǒng)，提高工程建造過(guò)程的數(shù)字化和智能化水平，減少人為因素的干擾，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)值。

1.2? 精益建造

精益建造起始于制造業(yè)，是在日本豐田汽車(chē)工業(yè)化精益生產(chǎn)過(guò)程中提出的理念。精益生產(chǎn)就是指通過(guò)高效的管理，提高生產(chǎn)效率、縮減冗余生產(chǎn)環(huán)節(jié)，減少不可控因素的產(chǎn)生。精益建造就是在此基礎(chǔ)上，借助制造業(yè)的精益思想應(yīng)用于建筑業(yè)，其核心就是充分尊重客戶的意愿，不斷持續(xù)改進(jìn)，專注于過(guò)程與流程的管理和效率改進(jìn)，最大程度減少浪費(fèi)并為客戶創(chuàng)造最高價(jià)值，是一種先進(jìn)的建筑生產(chǎn)理念和管理模式。

1.3? 精益建造用于智能建造運(yùn)行管理的必要性

智能建造的出現(xiàn)是建筑業(yè)追求長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的結(jié)果，與此同時(shí)，也是國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃的題中之義。新一代的信息技術(shù)的快速更新?lián)Q代，為實(shí)現(xiàn)智能建造的推廣和應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和支撐條件，而在這個(gè)智能技術(shù)快速應(yīng)用的過(guò)程中，精益建造思想理念和其關(guān)鍵技術(shù)，則為智能建造的更新改善和大范圍推廣提供了持續(xù)的驅(qū)動(dòng)力。智能建造的應(yīng)用需要精益建造系統(tǒng)作為支撐起運(yùn)行的機(jī)制和信息技術(shù)高效使用的平臺(tái)載體，通過(guò)對(duì)BIM、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等數(shù)字信息技術(shù)和資源的集成與融合，推動(dòng)智能建造持續(xù)不斷優(yōu)化發(fā)展。隨著B(niǎo)IM技術(shù)應(yīng)用逐步成熟，信息網(wǎng)絡(luò)、智能設(shè)備與BIM的融合應(yīng)用成為工程項(xiàng)目建設(shè)的主流方式。

2? 基于精益建造的智能建造運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 組織框架設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)建造管理模式常見(jiàn)是直線型、職能型或是強(qiáng)弱矩陣型，各個(gè)參與方之間的管理相對(duì)簡(jiǎn)單，可控程度較好，但各方之間的溝通與協(xié)作程度較低。精益建造模式下的參與方關(guān)系是以IPD合同作為基礎(chǔ)的，它呈現(xiàn)的是一種平等、協(xié)作和信任的關(guān)系網(wǎng)，各方組成的是一個(gè)合作團(tuán)隊(duì)，以彼此之間的信任為合作基礎(chǔ)，共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，共享收益。IPD合同中一般是由業(yè)主方、建筑設(shè)計(jì)方、總包方、業(yè)主代表以及相關(guān)專業(yè)提供者組成的，其中，以業(yè)主、建筑師、總包和業(yè)主代表作為核心的團(tuán)隊(duì)成員。智能建筑項(xiàng)目牽涉的參與方和利益相關(guān)方數(shù)量也很多，關(guān)系網(wǎng)絡(luò)也比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的項(xiàng)目就是比較傳統(tǒng)的建造合同，無(wú)法關(guān)注到各個(gè)參與方的不同意見(jiàn)和利益，而IPD合同正好可以解決這些問(wèn)題，并且可以優(yōu)化建造管理組織體系。

在IPD合同的框架下，各方的決策出發(fā)點(diǎn)都是以項(xiàng)目為主，所有行動(dòng)都是圍繞最終用戶的價(jià)值最大化進(jìn)行的，在這種組織結(jié)構(gòu)中，能夠增強(qiáng)組織之間的凝聚力，減少項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，降低項(xiàng)目因目標(biāo)不一致引發(fā)的各種矛盾;共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和共享收益的原則，可以促進(jìn)各方更好的協(xié)作，提高各方積極性。從智能建造項(xiàng)目整個(gè)生命周期的角度看：項(xiàng)目前期策劃階段，參與方頭腦風(fēng)暴，制定最優(yōu)計(jì)劃方案;項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，BIM平臺(tái)可以保證項(xiàng)目施工方案的可行性和合理性，減少質(zhì)量問(wèn)題;項(xiàng)目施工階段，通過(guò)定期的團(tuán)隊(duì)會(huì)議，可以減少?zèng)_突并提高決策的執(zhí)行度。當(dāng)然，信任的前提是因?yàn)樾畔⒌某浞止蚕?，精益建造模式下的各個(gè)參與方，信息都存放在BIM平臺(tái)中，通過(guò)該平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集成輸入和輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的持續(xù)反饋和提升。借鑒PDCA循環(huán)管理理論，通過(guò)計(jì)劃、實(shí)施、檢查、處理四環(huán)節(jié)，基于精益建造理論基礎(chǔ)、BIM和IPD合同，構(gòu)建一個(gè)基于精益建造的智能建造運(yùn)行管理組織結(jié)構(gòu)框架。

2.2? 運(yùn)行框架設(shè)計(jì)

在精益建造思想的基礎(chǔ)上IPD模式不斷發(fā)展，提高了對(duì)操作系統(tǒng)的關(guān)注，并且結(jié)合有利于精益建造應(yīng)用于實(shí)踐的BIM信息工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目操作過(guò)程的及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)控，有效地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，這些都為城市更新管理提供了有利的支撐。

其中，最后計(jì)劃者體系（Last Planner System， LPS）和目標(biāo)價(jià)值設(shè)計(jì)（Target Value Design， TVD）是比較常用的精益建造方法。LPS不是由工程師制定，而是由最后一道工序的工作者制定計(jì)劃，其包括階段計(jì)劃、看前計(jì)劃以及周工作計(jì)劃。通過(guò)LPS的各種計(jì)劃能夠有效地減少施工計(jì)劃的不確定性，實(shí)時(shí)跟蹤項(xiàng)目進(jìn)度，保證進(jìn)度計(jì)劃的按時(shí)完成，從而減少工期風(fēng)險(xiǎn)。LPS的“Pull”原則能夠支撐項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)有計(jì)劃高效地跟蹤各自的流程，減少材料、勞動(dòng)力、設(shè)備以及中間工作的庫(kù)存，減少浪費(fèi)的產(chǎn)生，進(jìn)而降低費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)。TVD是一種旨在實(shí)現(xiàn)價(jià)值交付而使得業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行約束的精益設(shè)計(jì)管理方法，重視項(xiàng)目可行性評(píng)估的改善以及顧客價(jià)值的提高。傳統(tǒng)的項(xiàng)目交付方法都是在設(shè)計(jì)階段完成后制定目標(biāo)成本，而TVD則是根據(jù)成本進(jìn)行設(shè)計(jì)以確保達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)成本范圍，減少成本超支的風(fēng)險(xiǎn)。

智能建造需要數(shù)據(jù)和信息技術(shù)的支持，而信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析可以提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作度，如BIM，它能夠集成和傳遞項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)信息，保證各方有充足的信息判斷各自的行動(dòng)是否存在風(fēng)險(xiǎn)、是否對(duì)其他參與方造成風(fēng)險(xiǎn)以及是否對(duì)項(xiàng)目整體造成風(fēng)險(xiǎn)等，從而相應(yīng)地提高項(xiàng)目協(xié)調(diào)度。BIM實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)資源開(kāi)放型平臺(tái)，在這里，主要參與方利用數(shù)字化設(shè)想，編程、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可視化經(jīng)由不同模擬獲得一系列項(xiàng)目的數(shù)據(jù)信息，項(xiàng)目參與者可以直接進(jìn)入訪問(wèn)。利用BIM信息平臺(tái)技術(shù)，在項(xiàng)目全生命周期過(guò)程中實(shí)現(xiàn)可視化信息管理。與此同時(shí)，信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)也可以為智能建造的運(yùn)行管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，保障運(yùn)行系統(tǒng)的管理效率。綜上所述，基于精益建造理論關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)精益智能建造運(yùn)行系統(tǒng)框架，如圖2所示。

3? 結(jié)? 論

智能建造的發(fā)展和建筑業(yè)整體產(chǎn)業(yè)變革，并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的技術(shù)更新，而是一個(gè)需要綜合考慮的復(fù)雜的、多維度的綜合問(wèn)題與過(guò)程。基于精益建造的城市更新運(yùn)行管理當(dāng)前，我們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中還存在很多實(shí)際的困難、瓶頸和挑戰(zhàn)，需要的是整個(gè)建筑行業(yè)與先進(jìn)理念的火花碰撞，需要不斷的嘗試，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，才能持續(xù)推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和跳躍式變革，助力實(shí)現(xiàn)“中國(guó)建造2035”的遠(yuǎn)大目標(biāo)，不斷向建造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。

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作者簡(jiǎn)介：楊青（1986—），女，漢族，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，助教，研究方向：工程管理與教學(xué)。

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