基于建筑信息模型促進(jìn)裝配式建筑精益建造的精益管理模式

陳敬武，班立杰

（河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，天津 300401）

1 研究背景

建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)巨大、發(fā)展前景廣闊，但傳統(tǒng)建筑業(yè)一直面臨著能耗高、效率低、壽命短、質(zhì)量差等諸多問(wèn)題，亟需采用先進(jìn)的建造體系、技術(shù)工具等來(lái)轉(zhuǎn)變管理模式，以滿(mǎn)足當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的要求。近年來(lái)，建筑信息模型（building information model，BIM）技術(shù)和精益建造思想在建筑項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用，為建筑行業(yè)提供了高效的信息化技術(shù)手段以及先進(jìn)的建造管理理念，提高了行業(yè)生產(chǎn)效率及項(xiàng)目管理水平［1］。Koseoglu等［2］通過(guò)全面的文獻(xiàn)綜述，定義了現(xiàn)場(chǎng)BIM 流程與精益原則之間的相互作用，并進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用移動(dòng)BIM 技術(shù)案例評(píng)估，認(rèn)為運(yùn)用BIM 技術(shù)強(qiáng)化了項(xiàng)目流程管理，有助于實(shí)現(xiàn)精益建設(shè)原則下的目標(biāo)。Tauriainen 等［3］通過(guò)利用BIM 和精益建造引入的新工具和新方法來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)管理，使得在建筑設(shè)計(jì)管理階段即可增加客戶(hù)的價(jià)值，并消除不增加價(jià)值的活動(dòng)，改善了建筑項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)績(jī)效。Kim 等［4］通過(guò)對(duì)具體案例分析，認(rèn)為精益思想與BIM 技術(shù)的契合點(diǎn)較多，得到二者結(jié)合可以提高建筑項(xiàng)目的建設(shè)效率、增強(qiáng)項(xiàng)目參與方合作性的結(jié)論。Sacks 等［5］認(rèn)為BIM 技術(shù)的應(yīng)用提升了建筑業(yè)生產(chǎn)效率，使得各參與方的關(guān)系更加緊密，基于BIM 技術(shù)來(lái)實(shí)施精益建造，利用BIM 的可視化功能可幫助建筑項(xiàng)目各參與方對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等過(guò)程進(jìn)行管理控制，達(dá)到設(shè)計(jì)與施工整合的目標(biāo)。Ahuja 等［6］認(rèn)為BIM 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目精益化和綠色發(fā)展的推動(dòng)者，并研究確定了施工組織在建筑項(xiàng)目中有效實(shí)施BIM 技術(shù)所需的組織能力，得出了在建筑項(xiàng)目中采用綜合的BIM 技術(shù)方法，將其與精益和綠色理念相結(jié)合可以改善建筑項(xiàng)目績(jī)效。但由于精益思想源自于制造業(yè)，而傳統(tǒng)建筑業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)施工建造方面與制造業(yè)的生產(chǎn)模式和特點(diǎn)等相去甚遠(yuǎn)，因此精益建造難以在傳統(tǒng)建筑業(yè)的項(xiàng)目管理中充分開(kāi)展，而裝配式建筑構(gòu)件在工廠生產(chǎn)預(yù)制，通過(guò)物流運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，采用機(jī)械化吊裝裝配［7］，這種生產(chǎn)方式與制造業(yè)具有很高程度的相似性，因此可從此角度研究裝配式建筑的精益建造模式。

本文認(rèn)為，在精益思想指導(dǎo)下裝配式建筑可以更好地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，而基于精益建造的裝配式建筑的發(fā)展需要實(shí)現(xiàn)信息化管理，則與BIM 技術(shù)的結(jié)合是關(guān)鍵。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑的精益建造中是建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，可使精益建造的關(guān)鍵技術(shù)及其基本目標(biāo)更好地得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)大大提高生產(chǎn)效率并符合建筑綠色發(fā)展理念。

2 基于BIM 的精益建造信息化平臺(tái)框架

建筑工業(yè)化是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。建筑工業(yè)化類(lèi)似制造業(yè)，以構(gòu)件為核心進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期管理［8］，其發(fā)展模式要求對(duì)海量的數(shù)據(jù)與信息的處理能力較高，鑒于此，BIM 技術(shù)的推行應(yīng)用尤為關(guān)鍵。BIM 技術(shù)是建筑業(yè)一項(xiàng)生產(chǎn)力革命性技術(shù)，其核心在于對(duì)建筑項(xiàng)目產(chǎn)生的海量信息全過(guò)程分析以及協(xié)同項(xiàng)目全生命周期的各項(xiàng)工作［9］，從而消除建造與管理中的“信息孤島”，使產(chǎn)業(yè)鏈上下游信息傳遞暢通，做到真正意義上的信息集成化。BIM 是裝配式建筑精益建造模式的有效支撐技術(shù)，是傳統(tǒng)建筑業(yè)由粗放型向著集約型轉(zhuǎn)化的重要手段。

2.1 信息化平臺(tái)構(gòu)建思路

在過(guò)去的二三十年里，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)在建筑業(yè)中一直處于統(tǒng)治地位，但應(yīng)用CAD 的低效率也成為了建筑業(yè)中首要解決的問(wèn)題，BIM 技術(shù)則為建筑業(yè)的改革發(fā)展提供了新方向。對(duì)于傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目管理中的信息雜亂無(wú)序、遺漏、重復(fù)等問(wèn)題，BIM 作為支撐技術(shù)可予以有效解決。建筑業(yè)的建設(shè)活動(dòng)運(yùn)行中信息的傳遞流動(dòng)是關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑精益管理要做到管理信息化，基于BIM 的信息化管理要優(yōu)化改進(jìn)下述問(wèn)題：

（1）建筑項(xiàng)目各參與方信息共享。在傳統(tǒng)的建筑項(xiàng)目管理中，項(xiàng)目各參與方各自為營(yíng)，缺乏實(shí)時(shí)溝通交流，加上信息的傳遞多以二維圖紙的方式表達(dá)，造成信息傳達(dá)不精確，且在傳遞過(guò)程中信息容易丟失，致使溝通效率低下，常常出現(xiàn)返工現(xiàn)象，造成不必要的損失，增加成本。究其原因，就是沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息化管理。因此，亟需以BIM 技術(shù)為手段構(gòu)建信息化管理平臺(tái)，消除建筑項(xiàng)目各參與方之間的信息交流障礙，實(shí)現(xiàn)信息共享與集成，為裝配式建筑的精益管理模式構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

（2）建筑項(xiàng)目全生命周期信息化管理。在建筑項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)信息，而各個(gè)階段的信息都有一定的關(guān)聯(lián)性，一個(gè)階段完成后其產(chǎn)生的信息不會(huì)立刻失去價(jià)值，因此，信息管理集成化尤為關(guān)鍵。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑項(xiàng)目的精益管理，可有效處理項(xiàng)目各個(gè)階段的信息，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期信息的共享和存儲(chǔ)，從而達(dá)到整合資源的目的。

2.2 信息化平臺(tái)特征

基于BIM 技術(shù)的精益建造信息化平臺(tái)框架的構(gòu)建主要從信息集成、信息交換、信息利用3 方面入手，這3 個(gè)方面綜合應(yīng)用組成建筑項(xiàng)目管理信息化平臺(tái)體系。

2.2.1 信息集成

建筑項(xiàng)目產(chǎn)生的信息量巨大、繁瑣、類(lèi)型多樣，諸如數(shù)字、圖片、文本、圖紙、音頻、影像等各類(lèi)信息差別諸多，將各類(lèi)信息整合尤為關(guān)鍵。精益管理認(rèn)為信息整合是信息的收集、分析、整理、儲(chǔ)存過(guò)程。將建設(shè)過(guò)程產(chǎn)生的各類(lèi)信息整合是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，而將BIM 運(yùn)用到建筑項(xiàng)目中，項(xiàng)目各參與方一方面可整合自身直接產(chǎn)生的各類(lèi)信息，另一方面可整合外界傳遞而來(lái)的信息，并將整合所得的信息存儲(chǔ)到BIM 信息中心，方便與BIM 中心數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息的共享。由圖1 可見(jiàn)，建筑項(xiàng)目整合的信息貫穿于各參與方，把內(nèi)部和外界產(chǎn)生的信息統(tǒng)一到BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中并對(duì)其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)信息的循環(huán)利用。

圖1 基于BIM 的建筑項(xiàng)目信息系統(tǒng)

2.2.2 信息交換

信息傳遞是建筑項(xiàng)目全生命周期中各參與方溝通的前提和關(guān)鍵。實(shí)踐中，建筑項(xiàng)目實(shí)施期間信息交換頻繁，但缺乏有效的數(shù)據(jù)信息交換標(biāo)準(zhǔn)，致使產(chǎn)業(yè)鏈上下游銜接不暢通，導(dǎo)致項(xiàng)目計(jì)劃與進(jìn)度不匹配，因此，信息在不同專(zhuān)業(yè)、不同階段中的交換和共享需要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即將不同軟件產(chǎn)生的項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)信息利用同一標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。目前建筑業(yè)的數(shù)據(jù)信息交換標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，推動(dòng)BIM 技術(shù)在行業(yè)內(nèi)發(fā)展還需要克服數(shù)據(jù)信息交換的兼容性、可靠性等技術(shù)問(wèn)題［10］。建筑項(xiàng)目有關(guān)各類(lèi)信息不但要從項(xiàng)目各參與方得到，而且原始信息要利用BIM 軟件中各種工具重新整合，并且信息在不同環(huán)節(jié)中涉及到的部門(mén)不同，因此在傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目信息管理中如果沒(méi)有統(tǒng)一的信息交換標(biāo)準(zhǔn)，部門(mén)間信息共享很難實(shí)現(xiàn)。為了將建筑項(xiàng)目全生命周期所產(chǎn)生信息整合，需要一套有效的信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)手段，即在BIM 技術(shù)的使用過(guò)程中，能將不同軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息通過(guò)某一種標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本文主要從信息編碼角度思考并解決基于BIM 技術(shù)的建筑項(xiàng)目信息管理所遇到的障礙。

圖2 基于BIM 的建筑項(xiàng)目信息編碼方法示意

建筑項(xiàng)目的信息編碼是指經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)和人工處理，對(duì)所需整合的信息進(jìn)行賦值，使其獲得唯一并具有現(xiàn)實(shí)意義的代碼。信息編碼可將整個(gè)信息交換體系解離，從一個(gè)小部件層面出發(fā)進(jìn)行研究，為標(biāo)準(zhǔn)化研究提供新思路［11］。信息編碼從信息的歸類(lèi)開(kāi)始建立起統(tǒng)一的分解體系，主要依照工作任務(wù)分解（WBS）來(lái)操作。信息編碼遵從唯一性、規(guī)范性、簡(jiǎn)明性等原則，將編碼信息依照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)添加到構(gòu)件上，形成統(tǒng)一的分類(lèi)構(gòu)件信息代碼，以便易于計(jì)算機(jī)識(shí)別處理。參考我國(guó)《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》的編碼方法，可對(duì)構(gòu)件信息做5 級(jí)編碼：建筑類(lèi)別、專(zhuān)業(yè)類(lèi)別、分部工程、分項(xiàng)工程與構(gòu)件數(shù)量［12］，具體如圖2 所示。此外，信息編碼也具有自動(dòng)拓展的功能，可以增添附加信息，將編碼后的構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一格式處理，便于數(shù)據(jù)在不同軟件及系統(tǒng)中交互使用。

2.2.3 信息應(yīng)用

在裝配式建筑的信息化管理過(guò)程中，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行建模，從而將模型應(yīng)用到建筑項(xiàng)目的全生命周期中，根據(jù)不同階段所需提取相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)并匯總到各階段的BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后對(duì)信息進(jìn)行收集、分析、整理、共享和應(yīng)用，形成一個(gè)更完善的、適應(yīng)本階段的信息管理平臺(tái)。此平臺(tái)類(lèi)似于人類(lèi)大腦協(xié)調(diào)處理各部分的信息，而各部分信息交互融合，從而形成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，最終實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的信息化管理。其核心為以下4 個(gè)階段的信息化管理：

（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。精益管理以追求客戶(hù)最大價(jià)值為宗旨，基于BIM 的項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段是將客戶(hù)的各方面需求清晰完整地匯總到模型中的過(guò)程［13］。項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段作為項(xiàng)目的起始階段，對(duì)項(xiàng)目未來(lái)的開(kāi)展影響深遠(yuǎn)，需要參與建筑項(xiàng)目的各專(zhuān)業(yè)人員深入溝通交流，做到設(shè)計(jì)符合實(shí)際、可行性較強(qiáng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)劃管理過(guò)程中，由于建筑項(xiàng)目各參與者的專(zhuān)業(yè)性質(zhì)不同，其知識(shí)構(gòu)架存在差異，造成規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中所表達(dá)的信息難以契合，而基于BIM技術(shù)令相關(guān)信息的溝通與轉(zhuǎn)換有章可循，且將二維建筑模型轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的三維模型，使得參與規(guī)劃設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑物的功能性判斷更為準(zhǔn)確、決策更為高效，方便規(guī)劃設(shè)計(jì)人員進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃、方案篩選、工程量信息統(tǒng)計(jì)、造價(jià)控制等，并且便于進(jìn)一步優(yōu)化和健全方案；此外，通過(guò)BIM 技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（GIS）結(jié)合，規(guī)劃設(shè)計(jì)人員可對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行條件和空間信息模擬分析，從而科學(xué)評(píng)估場(chǎng)地特點(diǎn)，進(jìn)而作出有效決策［14］。

（2）構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)階段。在構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)階段，構(gòu)件供應(yīng)商從BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中提取建立好的構(gòu)件模型信息，包括構(gòu)件特性、需求數(shù)量、批次順序等，并將所提取的信息整合，完成從設(shè)計(jì)階段到構(gòu)件預(yù)制的信息傳遞。在此過(guò)程中，依據(jù)所需精確提取信息，確保構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程準(zhǔn)確、及時(shí)和有效，實(shí)現(xiàn)精益建造的目標(biāo)；此外，由于構(gòu)件種類(lèi)繁多、查找不易，可引用無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)（RFID）在構(gòu)件中添加RFID芯片，錄入構(gòu)件的相關(guān)屬性及各類(lèi)信息，在使用時(shí)可利用RFID 閱讀器將構(gòu)件信息傳輸?shù)紹IM 中提取相關(guān)信息，確定構(gòu)件屬性、進(jìn)出場(chǎng)順序等信息，做到“零庫(kù)存，零缺陷”。

（3）施工階段。施工階段是將模型建造成實(shí)物、把物料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的重要階段，在此階段信息傳遞更加交錯(cuò)復(fù)雜，要應(yīng)用上兩個(gè)階段所產(chǎn)生的相關(guān)信息來(lái)開(kāi)展生產(chǎn)活動(dòng)。當(dāng)前BIM 技術(shù)在裝配式建筑的施工階段發(fā)揮作用較大的主要是3 個(gè)方面：一是構(gòu)件入場(chǎng)及儲(chǔ)存管理。在施工現(xiàn)場(chǎng)，類(lèi)似構(gòu)件較多且有多種類(lèi)別，經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法找到構(gòu)件或找錯(cuò)構(gòu)件的問(wèn)題，要避免此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)則要求較高水平的施工現(xiàn)場(chǎng)管理信息化，而借助BIM 技術(shù)和RIFD 技術(shù)可有效解決此問(wèn)題。由于每一個(gè)構(gòu)件植入了一個(gè)RIFD 標(biāo)簽，將讀出的信息錄入BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)可以完成對(duì)構(gòu)件的實(shí)時(shí)精確追蹤，確定構(gòu)件入場(chǎng)順序，減少二次搬運(yùn)；根據(jù)施工進(jìn)度及時(shí)將信息傳遞到BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)進(jìn)度調(diào)整構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)度、進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，減少待工和庫(kù)存。二是構(gòu)件吊裝方案模擬。構(gòu)件吊裝是決定建設(shè)進(jìn)度和工程質(zhì)量以及建筑物的安全性、適應(yīng)性、耐久性及整體性等優(yōu)劣的關(guān)鍵工序，且由于裝配式結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)繁多，在施工安裝過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的安裝順序、位置角度、運(yùn)行軌跡等的精準(zhǔn)控制是吊裝過(guò)程中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)問(wèn)題。利用BIM 技術(shù)，對(duì)構(gòu)件吊裝裝配環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，在可視化的條件下把控吊裝過(guò)程，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出相應(yīng)調(diào)整，制定可行的構(gòu)件吊裝方案。三是施工進(jìn)度管控。利用BIM 技術(shù)建立模型，施工方可直觀、動(dòng)態(tài)地從不同角度分析建筑模型，對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)行模擬分析，并可將建筑物的3D 模型與時(shí)間維度相聯(lián)系建立4D 施工模型，實(shí)現(xiàn)基于BIM 技術(shù)的4D 動(dòng)態(tài)施工模擬，從而對(duì)施工進(jìn)度與工程質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤、減少?zèng)_突，得到最優(yōu)實(shí)施方案。

（4）運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段。在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，主要是對(duì)建筑物進(jìn)行信息化管理?；贐IM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)可視化管理，數(shù)據(jù)信息的記錄不再依賴(lài)人工，避免了圖紙等信息資料容易丟失問(wèn)題的出現(xiàn)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)追蹤設(shè)備運(yùn)行情況，記錄設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的能耗、性能，對(duì)環(huán)境績(jī)效成本進(jìn)行評(píng)估，從而采取相應(yīng)的管理和控制措施。

2.3 信息化平臺(tái)的核心

要做到精益建造管理信息化，就要使建筑項(xiàng)目的相關(guān)信息得到充分利用、準(zhǔn)確傳達(dá)、及時(shí)共享，為此本文構(gòu)建基于BIM 技術(shù)的精益管理平臺(tái)，如圖3 所示。該平臺(tái)是由信息集成、信息交換以及信息利用3 個(gè)部分組成。信息集成即為信息的獲取、分析、處理的過(guò)程；信息交換的基礎(chǔ)是要有一套交換的標(biāo)準(zhǔn)，然后將信息編碼、分類(lèi)，最后進(jìn)行建模；信息應(yīng)用是充分利用建筑項(xiàng)目所產(chǎn)生的信息對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理的過(guò)程。建筑項(xiàng)目管理信息化是裝配式建筑發(fā)展的重要舉措，基于信息化管理能適應(yīng)當(dāng)前建筑業(yè)的變革方向。

圖3 基于BIM 的建筑項(xiàng)目信息化平臺(tái)核心框架

3 裝配式建筑全生命周期的精益管理

基于BIM 的信息化平臺(tái)是裝配式建筑項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精益管理的基礎(chǔ)。在建筑工業(yè)化的進(jìn)程中，管理信息化顯得尤為關(guān)鍵，而基于BIM 的信息化平臺(tái)為建設(shè)項(xiàng)目管理過(guò)程提供了具體的操作系統(tǒng)，使得信息管理變得高效和簡(jiǎn)單，從而使實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的精益建造成為可能。精益管理思想為裝配式建筑全生命周期的運(yùn)作提供一套精益建造管理模式，指導(dǎo)裝配式建筑各個(gè)階段的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)裝配式建造的精益管理。

3.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段

此階段要實(shí)現(xiàn)與建筑項(xiàng)目客戶(hù)的密切溝通與聯(lián)系，了解客戶(hù)的意愿與要求。與此同時(shí)，與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)、施工相分離的模式特點(diǎn)不同，精益設(shè)計(jì)使得傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式由分離轉(zhuǎn)變?yōu)楹喜ⅲ龠M(jìn)了設(shè)計(jì)與施工一體化，相關(guān)參與人員將進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，采用并行工程開(kāi)展相關(guān)工作，各部門(mén)共同參與，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程最優(yōu)化、項(xiàng)目?jī)r(jià)值最大化。即在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，精益管理依靠設(shè)計(jì)與施工整合、并行工程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.1.1 設(shè)計(jì)、施工一體化

傳統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段與施工階段缺乏信息交流和共享，給整個(gè)項(xiàng)目造成諸多弊端。當(dāng)前建設(shè)項(xiàng)目正朝著規(guī)模大、施工復(fù)雜化發(fā)展，設(shè)計(jì)與施工的聯(lián)系越來(lái)越密切，而傳統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的分離造成信息分離，使得雙方的表達(dá)交流出現(xiàn)偏差、低效率溝通，還造成錯(cuò)誤信息的出現(xiàn)；先設(shè)計(jì)后施工的生產(chǎn)方式致使設(shè)計(jì)人員與施工人員的想法不能充分交流，造成設(shè)計(jì)方案難以落實(shí)，雙方信息脫節(jié)，造成了產(chǎn)品類(lèi)型多變、建造周期長(zhǎng)等問(wèn)題［15］。精益管理的整合思想最初運(yùn)用在制造業(yè)，經(jīng)過(guò)諸多研究后才被引進(jìn)到建筑業(yè)?；诰婀芾淼脑O(shè)計(jì)與施工整合后，信息溝通更加便利、信息傳遞靈活準(zhǔn)確，可有效解決設(shè)計(jì)與施工各方信息偏離的問(wèn)題，各參與方從項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段便介入工作，增進(jìn)了各方的相互信任感，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)合作；設(shè)計(jì)方與施工方信息自由交換，最終達(dá)到資源配置最佳的目標(biāo)。其中，團(tuán)隊(duì)合作、組織協(xié)同和信息共享是設(shè)計(jì)與施工一體化的基礎(chǔ)，裝配式建筑項(xiàng)目圍繞BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)到無(wú)縫鏈接，達(dá)到設(shè)計(jì)與施工整合的目標(biāo)；在人員層面，設(shè)計(jì)與施工整合要在各參與方的共同配合下完成，形成一個(gè)組織，在技術(shù)層面則可引入并行工程的思想。設(shè)計(jì)與施工一體化使得建筑項(xiàng)目各參與方溝通便捷，可以及時(shí)解決出現(xiàn)的問(wèn)題，從項(xiàng)目初期便共同參與決策，提高了方案的合理性，增加了相互信任感；圍繞著業(yè)主、施工方、設(shè)計(jì)方進(jìn)行的共同設(shè)計(jì)、共商施工方案的框架以BIM 技術(shù)為核心，在客戶(hù)需求的傳達(dá)階段共同作出造型設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)等，在設(shè)計(jì)時(shí)又進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)，減少施工過(guò)程中構(gòu)件碰撞、遺漏的發(fā)生，材料的供應(yīng)則要進(jìn)行供應(yīng)鏈管理、控制質(zhì)量、盡最大限度減少庫(kù)存量等，整個(gè)項(xiàng)目生命周期各階段信息的傳遞要依靠BIM 來(lái)維系，做到及時(shí)、準(zhǔn)確。具體模式如圖4 所示。

圖4 基于BIM 的裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工整合應(yīng)用框架

3.1.2 并行工程

并行工程（concurrent engineering，CE）的目的是加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，通過(guò)考慮產(chǎn)品全生命周期全部要素，找出問(wèn)題并加以解決，從而確保設(shè)計(jì)、建造一次成功［16］。并行工程的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)高度集成的環(huán)境，需要設(shè)計(jì)人員與其他人員共同工作，組成并行團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)中所有人擁有共同的工作宗旨、工作方法并且共擔(dān)責(zé)任。這個(gè)團(tuán)隊(duì)中包括業(yè)主、施工方、咨詢(xún)、監(jiān)理、客戶(hù)等，通過(guò)這個(gè)由不同知識(shí)結(jié)構(gòu)的多方利益群體人員組成的團(tuán)隊(duì)，形成一個(gè)新的組織模式。這種并行團(tuán)隊(duì)組織模式與傳統(tǒng)的單一管理團(tuán)隊(duì)不同，避免了由于在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期未能考慮其他參與主體的利益而導(dǎo)致之后的工作環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。采取并行團(tuán)隊(duì)的組織模式，有利于在建筑項(xiàng)目工作實(shí)施前期理清各方相互關(guān)系，達(dá)成一致目標(biāo)，通過(guò)共同決策的方式使得整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程和最終的建筑產(chǎn)品都能滿(mǎn)足各方的愿景。并行團(tuán)隊(duì)共同進(jìn)行設(shè)計(jì)、錄入構(gòu)件信息、規(guī)定生產(chǎn)流程、總結(jié)裝配方法、保證后期運(yùn)維信息等，具體見(jiàn)圖5所示。

圖5 基于BIM 的并行工程團(tuán)隊(duì)模式下建筑項(xiàng)目構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程

3.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

在構(gòu)件生產(chǎn)階段，涉及大批量的構(gòu)件，容易因信息溝通有誤產(chǎn)生過(guò)多庫(kù)存，而精益管理中的及時(shí)生產(chǎn)制度（just-in-time，JIT）要求在滿(mǎn)足需求的前提下努力實(shí)現(xiàn)庫(kù)存最小化，即在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品以合適的數(shù)量運(yùn)輸?shù)胶线m的地點(diǎn)，達(dá)到“零等待、零庫(kù)存”，從而消除浪費(fèi)，避免不增值勞動(dòng)［17］。JIT 不僅是一種生產(chǎn)控制方法，還是一種管理理念，要在構(gòu)件生產(chǎn)階段實(shí)現(xiàn)“零庫(kù)存”和避免不增值勞動(dòng)，就是要在JIT 采購(gòu)的基礎(chǔ)上針對(duì)市場(chǎng)客戶(hù)的訂單需求進(jìn)行供應(yīng)鏈中供應(yīng)商和承包商的生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化。主要指導(dǎo)思想為以下兩方面：

（1）JIT 供應(yīng)鏈要能夠快速迅速響應(yīng)需求成為當(dāng)今許多企業(yè)的供應(yīng)鏈管理方式。在選擇供應(yīng)商時(shí)，數(shù)量較少甚至單一，屬于戰(zhàn)略性合作，訂購(gòu)數(shù)量多為小批量、多批次，產(chǎn)品質(zhì)量由供應(yīng)商控制，到貨不用再檢驗(yàn)，溝通采用BIM 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

（2）JIT 供應(yīng)鏈要實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定運(yùn)作，對(duì)供貨的及時(shí)性要求極高。這與供應(yīng)商的自愿配合息息相關(guān)。為了追求共贏的局面，供應(yīng)鏈管理中涉及到的庫(kù)存、產(chǎn)量等方面問(wèn)題需要供需雙方共同參與決策，在滿(mǎn)足業(yè)主需求的同時(shí)創(chuàng)造協(xié)同的生產(chǎn)環(huán)境，共同商議合作方式，形成共贏的JIT 供應(yīng)鏈。

結(jié)合上述 JIT 供應(yīng)鏈協(xié)作優(yōu)化的基本思想，主要分為合作準(zhǔn)備層和生產(chǎn)批量協(xié)同優(yōu)化層兩個(gè)層次，所構(gòu)建的體系如圖6 所示。從市場(chǎng)的產(chǎn)品流角度進(jìn)行分析，合作準(zhǔn)備層進(jìn)一步遞進(jìn)為生產(chǎn)批量協(xié)同優(yōu)化層，承包商為減少成本和提高生產(chǎn)效率，選擇將自身不具備生產(chǎn)能力或無(wú)法增值的一些產(chǎn)品外包給供應(yīng)商，而在長(zhǎng)期的發(fā)展中，雙方的戰(zhàn)略性合作尤為重要。在合作建立初期，供應(yīng)商根據(jù)供應(yīng)鏈環(huán)境來(lái)構(gòu)建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)觀察、打分等環(huán)節(jié)，在高度匹配的JIT 供應(yīng)鏈中選出契合的合作伙伴，有利于為后續(xù)生產(chǎn)批量協(xié)同優(yōu)化提供合作前提，而在合作伙伴共同建立起供應(yīng)鏈之后，雙方所關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容就轉(zhuǎn)移到了供應(yīng)鏈協(xié)作所產(chǎn)生的成本優(yōu)化之上。JIT 供應(yīng)鏈對(duì)庫(kù)存的要求較高，多余的庫(kù)存成為一項(xiàng)較大的成本支出，為改善及解決傳統(tǒng)方法帶來(lái)的庫(kù)存積壓?jiǎn)栴}，供應(yīng)鏈合作需要深入到生產(chǎn)和批量配送的優(yōu)化重置。一個(gè)合理的生產(chǎn)批量計(jì)劃會(huì)使得JIT 內(nèi)部合作伙伴的共同利益最大化，因此，生產(chǎn)批量?jī)?yōu)化是JIT 供應(yīng)鏈合作伙伴穩(wěn)定長(zhǎng)期發(fā)展的重要方面。

圖6 建筑項(xiàng)目的JIT 供應(yīng)鏈優(yōu)化結(jié)構(gòu)

3.3 施工階段

在施工階段，通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬施工來(lái)確定最優(yōu)方案，可根據(jù)構(gòu)件中植入的芯片明確其運(yùn)輸信息和裝卸信息，按照制定的安裝方案確定需要裝車(chē)的構(gòu)件及其類(lèi)型和數(shù)量，實(shí)行相應(yīng)的構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸計(jì)劃。由于施工現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜、物料較多，構(gòu)件的進(jìn)場(chǎng)順序要按照安排好的施工順序及需求按部就班地進(jìn)行，則在構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)時(shí)要對(duì)進(jìn)場(chǎng)順序進(jìn)行合理安排，防止放置雜亂的問(wèn)題出現(xiàn)，力爭(zhēng)現(xiàn)場(chǎng)“零庫(kù)存”；當(dāng)施工所需構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后，進(jìn)行吊裝，施工吊裝基于BIM 技術(shù)進(jìn)行進(jìn)度管理，一方面通過(guò)進(jìn)行施工模擬記錄容易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)以減少二次施工，另一方面在若出現(xiàn)二次施工時(shí)要根據(jù)施工計(jì)劃對(duì)比跟蹤當(dāng)前進(jìn)度從而調(diào)整施工進(jìn)度，如果超出計(jì)劃則之后計(jì)劃相應(yīng)修改提前，反之要根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跟蹤找出進(jìn)度滯后原因并進(jìn)行調(diào)整，保證按時(shí)完工。施工計(jì)劃編排要從項(xiàng)目全局出發(fā)，根據(jù)最后計(jì)劃者體系進(jìn)行編制（如圖7）。首先制定出一個(gè)階段計(jì)劃，但計(jì)劃的細(xì)節(jié)無(wú)需設(shè)計(jì)，而是在后續(xù)計(jì)劃實(shí)施的拉動(dòng)下確定階段計(jì)劃的具體實(shí)施方案［18］，一般為未來(lái)幾個(gè)月的建造計(jì)劃，參與建設(shè)各部門(mén)通過(guò)階段計(jì)劃來(lái)確定后續(xù)施工進(jìn)度的合理性，例如工序安排是否合適、物料的供應(yīng)是否及時(shí)等；然后制定前瞻計(jì)劃，時(shí)間一般以幾周作為一個(gè)考核點(diǎn)，要確定工序的合理性以及執(zhí)行計(jì)劃的速度，力爭(zhēng)做到計(jì)劃與能力相匹配，并細(xì)分為工作包的形式使活動(dòng)執(zhí)行更易操作，為每周計(jì)劃的制定提供依據(jù)；最后，充分考慮施工人員的技術(shù)水平及生產(chǎn)能力來(lái)制定每周工作計(jì)劃，要通過(guò)考慮現(xiàn)場(chǎng)的施工條件、衡量方案的可實(shí)施性來(lái)擬定工作的先后順序、估算工作組的工作能力、安排合適的工作量，保證所安排的工作都是可以實(shí)施的。在最后計(jì)劃者系統(tǒng)中，計(jì)劃完成率（percent of plan complete，PPC）作為度量指標(biāo)用以評(píng)估計(jì)劃的執(zhí)行情況，一般情況下PPC 值較高則代表計(jì)劃的執(zhí)行情況較好，因此可通過(guò)此數(shù)值找出施工進(jìn)度偏差并進(jìn)行調(diào)整，對(duì)未完成任務(wù)及時(shí)分析、改善計(jì)劃，避免同類(lèi)問(wèn)題再度出現(xiàn)。

圖7 建筑項(xiàng)目施工計(jì)劃的最后計(jì)劃者流程

3.4 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段

在精益建造理論的指導(dǎo)下，建筑項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到施工高效率的運(yùn)作，運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“運(yùn)維階段”）則是在BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行管控，做到運(yùn)維的精益化。在運(yùn)維階段的管理中，要充分利用設(shè)計(jì)階段建立好的模型來(lái)進(jìn)行管理控制。充分利用BIM 技術(shù)的可視化功能，根據(jù)構(gòu)件、設(shè)備等的電子標(biāo)簽隨時(shí)掌握建筑的使用情況，管理人員由此可提取構(gòu)件、設(shè)備的運(yùn)行信息進(jìn)行評(píng)估，便于對(duì)有故障的構(gòu)件、設(shè)備進(jìn)行維修、替換及記入檔案；基于BIM 的建筑項(xiàng)目信息管理平臺(tái)可登記住戶(hù)信息、訪(fǎng)客記錄、停車(chē)位使用情況等，為建筑物小區(qū)安全提供保障；此外，還可基于BIM 模型直觀了解建筑物周?chē)h(huán)境的空間富余情況，以確?？臻g利用最優(yōu)化。

4 結(jié)論

作為一種新型的建造體系，裝配式建筑的發(fā)展勢(shì)必引起建筑業(yè)效率的極大提升，BIM 技術(shù)為裝配式建筑的推行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)了建筑工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，而精益建造為裝配式建筑的發(fā)展提供了一種先進(jìn)的管理模式，指導(dǎo)裝配式建筑全生命周期各個(gè)階段的運(yùn)作。本文以裝配式建筑為研究對(duì)象、以BIM 為技術(shù)支持，剖析裝配式建筑的精益管理模式，得出以下結(jié)論：

（1）建筑工業(yè)化是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，裝配式建筑是建筑工業(yè)化的重要表現(xiàn)形式，極大地提高了建筑業(yè)的效率。

（2）BIM 作為一種信息化手段，為裝配式建筑全生命周期各階段的運(yùn)作提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本文搭建了基于BIM 技術(shù)的信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑的信息化管理，同時(shí)也為裝配式建筑的精益管理提供了載體。

（3）用精益建造理論指導(dǎo)裝配式建筑可提高建筑效率并帶來(lái)更高效益，可為建筑業(yè)發(fā)展提供參考借鑒。