基于BIM与精益建造的工程建设模式

房子涵

摘要：随着信息技术的不断发展，以精益建造为指导思想，以BIM为手段，交互协调应用在工程项目管理活动中将会是建筑业以后发展的必经之路。论文通过分别对精益建造和建筑信息模型概念和特点的分析，提出了基于BIM和精益建造的工程建设模式。并且分析了如何在工厂建设管理中实现BIM与精益建造交互协同工作。最后提出了最适合“BIM与精益建造”共同发展应用的IPD模式。

Abstract： With the continuous development of information technology， Lean Construction as the guiding ideology， BIM as the means， interactive and coordinated application in the project management activities will be the only way for the construction industry to develop in the future. Based on the analysis of the concepts and characteristics of lean construction and building information models， the thesis proposes a project construction model based on BIM and lean construction. It also analyzes how to realize the interaction and cooperation between BIM and lean construction in factory construction management. Finally， the IPD model that is most suitable for the common development and application of "BIM and Lean Construction" is proposed.

關键词：精益建造；BIM；IPD

Key words： lean construction；BIM；IPD

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0077-03

1 概述

1.1 精益建造

建筑业作为国民经济的支柱型产业，一直以来依靠加大生产要素的投资（即增加资金、劳动力、材料、设备等），来加快发展。这种粗放落后的生产方式消耗了大量的资源，不仅开发成本居高不下，而且出现了大量的浪费，经济效益低下。据统计，2016年，我国国内生产总值为744，127亿元，建筑业总产值高达193，567亿元，同比增长7.09%，实现利润6745亿元，同比增长4.55%[1]。而且近年来，建筑业发展缓慢，发展速度下降明显（2012-2016年的建筑业产值和增长率见表1）；加之建筑业的利润率远远不及行业平均水准；所以，在经济新常态下，建筑业急需改革和创新，通过借鉴制造业的工业化和标准化生产来降低成本，减少浪费，增加利润。

与建筑业相比，制造业虽然发展时间不长，但是无论是理论的发展还是技术的革新，都对制造业的生产效率飞速增长做出了巨大贡献。其中，丰田公司发展的“精益生产模式”更是被广大学者研究以进一步发展和完善。

1992年， Lauris Koskel在1992年提出将“精益生产理论”应用到了建筑业中以提高工作效率，减少施工过程中的各种浪费，并于1993年在IGLC（International Group of Lean Construction）大会上首次提出“精益建造”（Lean Construction）概念。精益建造的实质就是将精益生产加以改造使其在建筑业中得以应用，从而达到消除建筑业中的低效和浪费问题，最大限度地实现工业化和绿色化建造，实现建筑企业的经济利润和社会效率的共同最大化[2]。

中国精益建造技术中心（LCTC，Lean Construction Technology Center）把精益建造定义为：结合工业生产和建筑施工管理理论并考虑到建筑生产的自身的特点以及建筑项目的整个生命周期，尽最大的努力以减少浪费，提高效率，最大限度地满足用户需求的一种工业化绿色化生产方法[3]。

精益建造以零转换损耗、零库存、零浪费、零不合格、零事故、零停工、零伤害为目标，以用户需求为中心，以最大限度地满足市场的需求为宗旨，强调通过最短的时间来最大化的提高建筑质量[4]。对比传统的建筑管理理论，精益建造强调以下原则：

①全生命周期；

②最少的变动；

③杜绝浪费；

④以客户需求为中心；

⑤团队合作；

⑥“拉动式”生产。

近年来，虽然精益建造的理论体系的发展日益完善，但是精益建造在建筑业的应用效果却非常一般。究其原因，其一，建筑项目无法向制造业商品那样批量化、流水线式的生产；其二，“信息困境”严重制约了精益建造的实际应用。精益建造理论体系要求“信息的完全对称”（即不同的项目参与者对项目信息都有准确、全面、及时、快速的了解）。即使建筑业发展了千年，但是现有管理技术依然无法根据进度计划准确地计算出计划进度所需的材料。例如下周进度计划需要多少块砖、多少跟钢筋等信息根本没有准确数据，完全凭借经验；加之由于地理位置不同导致的企业层无法动态的掌控项目部的实时信息；项目现场管理人员不能完全确定施工人员提供的信息的准确性，在这种信息困境下，精益建造无法得到有效的贯彻应用[5]。

1.2 建筑信息模型（BIM）

BIM是设施的物理级功能的数字化表达，其从设施的生命周期开始行程可靠的决策技术信息的共享知识资源。BIM是公开透明、可以重复利用的可持续的协同工作模型环境，在BIM中，所有的项目参与方在项目建设、运营的全生命周期中都可以通过建立起来的信息储存和共享平台及时交流、共享项目的实时动态信息，提高沟通协调效率，并通过分析准确实时的信息，做出正确决策和优化项目的交付过程，从而实现高效管理[6]。

根据美国斯坦福大学设施集成工程中心（CIFE）的调查显示：BIM可以帮助建筑企业消除40%的变更；将造价精确度控制在3%以内；并且减少80%的造价估算时间；通过碰撞检测可以为企业节省10%的合同价格；并且缩短7%的工期[7]。美国Autodesk公司的另一项研究表明，BIM技术可以改善项目产出和团队合作79%，3D可视化更便于沟通，提高企业竞争力66%，减少50%以上的信息请求以及25%以上的不同专业之间的协调时间[8]。

BIM模型中所包含的信息覆盖了项目建造全生命周期中所有的数据和信息，是由概念设计阶段开始直到建筑物的废弃拆除，所有专业、项目参与方都可以利用BIM提供的平台上进行信息的交互。随着项目进度的前进，各专业和参与方还可以利用BIM平台实时的更新和共享项目信息，并且对项目信息的任何更改都可以在与其相关联的地方自动体现出来。这种良好的互动性和关联性，使得BIM成为了解决建筑业“信息孤岛”现象的重要途径。

2 精益建造与BIM的交互协调应用

根据上章对于精益建造和BIM的概念和特点的介绍可以清楚的分析出：精益建造與BIM有着共同的目标：提高工作效率，降低成本，减少浪费，从而实现社会及经济利益的最大化。以精益建造的理论体系为指导思想，以BIM技术为实现平台，即在精益建造理论体系的管理模式下，充分利用BIM模型的全部信息以及BIM平台的信息化技术，将明显提高建筑业的工作效率，优化工期，减少建设过程中出现的人力物力等资源的浪费，实现经济利益与社会效益的共同最大化。精益建造与BIM的交互协调应用主要体现在以下几方面。

2.1 并行工程

并行工程是对项目及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。并行工程的思想是从项目建设概念阶段就要考虑到项目的整个生命周期（从概念模型到废弃拆除）内每个过程中的可能存在的问题（如建造问题、装配问题、项目进度、质量、成本等等），并强调不同部门之间应通力协作，建立起高效的信息交流系统以促进各方各专业之间的信息传递，并且综合考虑各个过程中问题之间的相互影响，使问题尽可能暴露在设计的早期阶段，并快速制定解决方案，从而最大限度地减少设计变更，优化项目进度。从而达到缩短项目周期，降低成本投入的目的，是精益建造中控制进度和成本的重要手段[9]。

而BIM作为一个共享信息资源的平台，能够成为包含项目全部信息的项目全生命周期的信息数据库，因此，这个特点使得BIM非常适合成为工程并行的一个信息交互平台。通过BIM信息平台，各项目参与者之间能够进行及时、准确、有效地进行信息交流和互换，各项目参与方也可将最新信息及时更新到BIM平台，使项目各参与方对项目进展进行实时动态掌控，将可以并行的工作尽量同时展开，提高工作效率，优化缩短项目进度。并且BIM可以使项目各参与方尽早的参与到项目的前期设计阶段。例如：承包方和供应商尽早的参与到设计阶段可以减少由于设计施工分离导致的重复设计，节省工期和成本，减少浪费。

2.2 减少变更

设计变更在建筑过程是十分常见的，也是影响项目进度和成本的最主要的因素之一。一方面，由于业主的思想理念一直变动，更重要的一方面是由于在设计阶段并未考虑施工难度和可行性以及2D设计无法有效的审核设计图纸的弊端。这种变更引起的返工、浪费是相当巨大的，严重的违背了精益建造“零返工”和“零浪费”的先进生产理念。利用BIM技术则可以有效地减少这类变更，因为BIM提供的虚拟建造功能可以在项目开始建造前就为我们提供与实际相符的虚拟模型。并且可以利用BIM软件对模型进行各种修改和查看，这种功能使可能到施工时才会发现的问题在早期设计阶段就暴露出来，从而可以提前预知可能发生的错误，尽早进行整改，从而有效地减少了变更，降低了由于变更而导致的成本和进度增加，更好地确保项目按时按计划完成[10]。

2.3 减少浪费

“零浪费”使精益建造追求的最主要目标之一。这一点和BIM的优势不谋而合。在项目设计初期阶段，BIM可以对拟建的建筑物进行能耗分析（比如能量分析，风向分析，日照分析，热量分析等），并且对分析后的结果进行有效优化设计，降低建筑物能耗；在施工准备阶段，BIM可以通过虚拟建造可以提早预知施工过程中可能存在的问题，尽量减少变更，避免变更以及最大幅度地减少施工过程中变更所带来的浪费。同时，BIM平台中包含的项目全部信息可以帮助管理人员制定出一份详细高效的资源调度使用计划，减少资源浪费；在施工阶段，利用Revit等软件可以对建筑物进行详细的碰撞检查，并且及时进行调整，减少大量的返工。据统计，上海虹桥枢纽项目由于没有使用BIM进行碰撞检查，单单在管道碰撞问题上的损失就高达了5000万元[11]。

2.4 业主利益

精益建造的面向对象是业主，满足业主的需求，实现业主利益的最大化是精益建造最主要的目标和意义。BIM平台可以使业主、设计方、施工方等项目的主要参与方之间的交流更加直接，信息传递更加流畅，业主的需求更加清晰地传递到设计方、施工方，同时设计方与施工方能够更加完整地领悟业主的意图[12]。BIM将项目所有信息储存在一个模型上，所有的项目参与者在自己的权限里都可以查看、更改、更新信息。BIM建立的信息模型在项目运行中就起到了连接不同参与方，有效地促进沟通、传递完整实时信息等作用，为业主决策提供了依据，对于管理项目，降低成本，优化工期等方面起到了很大的作用，力求达到业主利益的最大化。

2.5 团队协作

精益建造强调团队成员之间通力协作，BIM作为一个覆盖项目全生命周期的信息模型，包含了所有专业的项目信息（如建筑、结构、暖通），并且每个专业会将信息实时同步更新到BIM平台，有助于解决传统建筑中信息传递冗长缓慢、各专业之间交流互动困难的问题；同时BIM的可视化功能可以将项目的所有信息在权限范围内呈现出来，进行查阅和修改，打破了各专业之间的“信息壁垒”，促进了各专业对项目整体的理解以及不同专业之间的通力协作。通过BIM平台，所有为项目服务的工作人员不再以专业和公司为界限，而是融为了一个整体，将项目为首要目标，协同合作，共同解決项目建造过程中遇到的问题。

3 基于BIM与精益建造的IPD模式生产过程

美国建筑师学会（AIA）将项目集成交付（Integrated Project Delivery）定义为： “一种项目交付方法，即将人员、系统、业务结构和实践全部整合到一个流程中，整合后的所有参与者充分利用智慧才华和实践经验，在项目所有阶段优化与改善项目，为业主增加价值、减少浪费、最大限度地提高项目整体效率与价值。它是一种以相互尊重和信任、团队互利共享、协同创新决策、目标价值早期制定、重视项目计划、前沿技术运用为实施原则的项目交付方式[13]。

IPD模式下，项目各参与方在项目早期就组建团队协同合作，以信任为基础，积极沟通手段，将项目成功作为各方共同的最终目标。IPD模式就是团结一切能够团结的各方人员，整合各方资源，协调各方通力合作，以保证项目的成功。

IPD模式非常契合基于精益建造和BIM的生产方式，以客户需求为中心，以“全面质量管理、拉动式生产、并行工程、最后执行者计划等”为手段，追求效益和绿色，以实现项目价值最大化和浪费最小化。而BIM更作为一个促进各方团队协同合作的平台，通过共享实时动态的信息，紧密的团结各方人员，促进整个团队成员协同作业[14]。

同时，IPD模式也是一种追求项目整体效益最大化的管理模式。精益建造可以满足IPD对建造方式的要求，BIM为IPD的实现提供了强大技术支撑，BIM技术的成熟也是促成IPD模式发展的关键，同时精益建造的实施又为BIM提供了理论指导。在IPD模式下，基于BIM实施精益建造体系所带来的价值远远高于单独运用精益建造或者BIM所带来的价值，实现了“1+1>2”。

最后，IPD模式对协同工作程度有着很高的要求。精益建造的思想就是改善生产过程中的信息交流，提高信息传递过程中时效性和准确性，促使协同工作更加容易[15]。但是随着项目的深入进行，项目相关的信息逐渐增多，通过传统的档案信息管理很难达到高效的信息传递和交流，BIM技术的出现，恰好解决了IPD模式下实施精益建造体系对处理大量信息困难的问题，解决了建筑信息孤岛的困境。

4 结论

基于BIM和精益建造的工程建设模式解决了工程项目实施过程中沟通协调困难，不同专业间“信息壁垒”等建筑业难题。传统的建筑业已无法满足我国走可持续发展的绿色化道路和工业化道路的方向。以精益建造的核心理念与BIM的实践结合将会为建筑产业全生命周期的发展开辟出一条绿色化、工业化、信息化的道路，对建筑业未来发展具有重要意义。同时，IPD模式作为创新思维非常契合作为精益建造和BIM的结合的工程建设模式，可以更好地为业主增加效益、降低浪费、提高项目效率。IPD模式下基于BIM合作平台可以很好地解决精益建造实施过程中的信息传递困难的问题；同时精益建造的实施，也优化了BIM的应用环境，提升了BIM在建筑业中发挥的作用。IPD作为一种建筑工程整体交付的方式，是实现BIM和精益建造的最佳建设模式。

参考文献：

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