基于精益建造的智能建造运行管理系统研究

摘  要：随着信息技术的高度发展，与人工智能技术的结合正在改变传统的建筑业，由粗放型发展转型升级为集约型、信息化、智能化。但这些技术在很大程度上局限于碎片化地解决某个特定工程技术问题，因此，如何将这些技术高度集成到一个系统的管理流程体系中，以实现事半功倍的效果是一个有待解决的问题。文章在精益建造的理论基础上，对该理论用于智能建造的必要性进行了分析，从组织结构和运行保障系统两个维度方面构建了基于精益建造的智能建造运行管理系统，旨在为建筑业解决发展瓶颈问题提供理论支持。

关键词：精益建造;智能建造;运行管理系统;BIM;IPD

中图分类号：TP181                 文献标识码：A文章编号：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

建筑业是我国国民经济的重要支柱产业。2020年，我国全社会建筑业总产值达26万亿，比上年增长6.2%，其增加值占国内生产总值的7.18%，吸纳就业人数5 366万人，有力支撑了国民经济持续健康发展，为我国的基础设施建设做出了重大贡献。但与此同时，建筑业的生产效益低下，产品性能欠佳，资源浪费巨大，安全问题突出，环境污染严重，整个行业依然是碎片化、粗放型和劳动密集型的生产方式。出现发展瓶颈和困难的原因，一方面是由于建筑工程项目本身复杂性造成的;另一方面是由于建筑工程项目参与方之间信息的不透明，信息传输接口的不匹配，信息实时联动的滞后，导致项目管理效率不高。随着全国住房和城乡建设工作会议上提出的“中国建造2035”战略，建筑行业迫切需要向精益化、智能化、集成化管理模式转型升级。

目前，以BIM、物联网、区块链、人工智能和大数据等为代表的新一代信息技术日臻成熟，并加速向各领域、各行业全面融合渗透，成为推动传统产业转型升级、可持续发展的重要驱动力。但是这些技术在很大程度上局限于碎片化地解决某个特定工程技术问题，并且数据方面则更重视输入而非输出，数据缺乏交互反馈和持续提升，因此，如何将这些技术高度集成到一个系统的管理流程体系中，以实现事半功倍的效果是一个有待解决的问题。本文在精益建造理论的基础上，初步构建智能建造运行管理系统框架，旨在为智能建造的可持续发展和系统的构建提供理论依据。

1  基本概念简述

1.1  智能建造

目前，关于“智能建造”并没有形成统一的被广泛认可的定义。一般认为智能建造指在建造过程中充分利用智能技术和相关技术，通过应用智能化系统，提高建造过程的智能化水平，减少对人的依赖，达到安全建造的目的，提高建筑的性价比和可靠性。也有学者将智能建造定义为：“一种基于智能科学技术的新型建造模式，通过重塑工程建造生命周期的生产组织方式，使建造系统拥有类似人类智能的各种能力并减少对人的依赖，从而达到优化建造过程、提高建筑质量、促进建筑业可持续发展的目的”。从内涵定义可见，智能建造不仅仅是各种信息技术的集成应用，更是对智能技术的应用，通过智能系统，提高工程建造过程的数字化和智能化水平，减少人为因素的干扰，提高建筑产品的质量和价值。

1.2  精益建造

精益建造起始于制造业，是在日本丰田汽车工业化精益生产过程中提出的理念。精益生产就是指通过高效的管理，提高生产效率、缩减冗余生产环节，减少不可控因素的产生。精益建造就是在此基础上，借助制造业的精益思想應用于建筑业，其核心就是充分尊重客户的意愿，不断持续改进，专注于过程与流程的管理和效率改进，最大程度减少浪费并为客户创造最高价值，是一种先进的建筑生产理念和管理模式。

1.3  精益建造用于智能建造运行管理的必要性

智能建造的出现是建筑业追求长远可持续发展、产业升级转型的结果，与此同时，也是国家长远发展规划的题中之义。新一代的信息技术的快速更新换代，为实现智能建造的推广和应用提供了坚实的基础和支撑条件，而在这个智能技术快速应用的过程中，精益建造思想理念和其关键技术，则为智能建造的更新改善和大范围推广提供了持续的驱动力。智能建造的应用需要精益建造系统作为支撑起运行的机制和信息技术高效使用的平台载体，通过对BIM、物联网、区块链、人工智能等数字信息技术和资源的集成与融合，推动智能建造持续不断优化发展。随着BIM技术应用逐步成熟，信息网络、智能设备与BIM的融合应用成为工程项目建设的主流方式。

2  基于精益建造的智能建造运行管理系统设计

2.1  组织框架设计

传统建造管理模式常见是直线型、职能型或是强弱矩阵型，各个参与方之间的管理相对简单，可控程度较好，但各方之间的沟通与协作程度较低。精益建造模式下的参与方关系是以IPD合同作为基础的，它呈现的是一种平等、协作和信任的关系网，各方组成的是一个合作团队，以彼此之间的信任为合作基础，共担风险，共享收益。IPD合同中一般是由业主方、建筑设计方、总包方、业主代表以及相关专业提供者组成的，其中，以业主、建筑师、总包和业主代表作为核心的团队成员。智能建筑项目牵涉的参与方和利益相关方数量也很多，关系网络也比较复杂，传统的项目就是比较传统的建造合同，无法关注到各个参与方的不同意见和利益，而IPD合同正好可以解决这些问题，并且可以优化建造管理组织体系。

在IPD合同的框架下，各方的决策出发点都是以项目为主，所有行动都是围绕最终用户的价值最大化进行的，在这种组织结构中，能够增强组织之间的凝聚力，减少项目风险，降低项目因目标不一致引发的各种矛盾;共担风险和共享收益的原则，可以促进各方更好的协作，提高各方积极性。从智能建造项目整个生命周期的角度看：项目前期策划阶段，参与方头脑风暴，制定最优计划方案;项目设计阶段，BIM平台可以保证项目施工方案的可行性和合理性，减少质量问题;项目施工阶段，通过定期的团队会议，可以减少冲突并提高决策的执行度。当然，信任的前提是因为信息的充分共享，精益建造模式下的各个参与方，信息都存放在BIM平台中，通过该平台，可以实现数据信息的集成输入和输出，能够实现信息数据的持续反馈和提升。借鉴PDCA循环管理理论，通过计划、实施、检查、处理四环节，基于精益建造理论基础、BIM和IPD合同，构建一个基于精益建造的智能建造运行管理组织结构框架。

2.2  运行框架设计

在精益建造思想的基础上IPD模式不断发展，提高了对操作系统的关注，并且结合有利于精益建造应用于实践的BIM信息工具，实现对项目操作过程的及时、准确的监控，有效地进行风险控制，这些都为城市更新管理提供了有利的支撑。

其中，最后计划者体系（Last Planner System， LPS）和目标价值设计（Target Value Design， TVD）是比较常用的精益建造方法。LPS不是由工程师制定，而是由最后一道工序的工作者制定计划，其包括阶段计划、看前计划以及周工作计划。通过LPS的各种计划能够有效地减少施工计划的不确定性，实时跟踪项目进度，保证进度计划的按时完成，从而减少工期风险。LPS的“Pull”原则能够支撑项目团队有计划高效地跟踪各自的流程，减少材料、劳动力、设备以及中间工作的库存，减少浪费的产生，进而降低费用风险。TVD是一种旨在实现价值交付而使得业主对设计进行约束的精益设计管理方法，重视项目可行性评估的改善以及顾客价值的提高。传统的项目交付方法都是在设计阶段完成后制定目标成本，而TVD则是根据成本进行设计以确保达到预定的目标成本范围，减少成本超支的风险。

智能建造需要数据和信息技术的支持，而信息技术和数据分析可以提高团队协作度，如BIM，它能够集成和传递项目运行过程中的相关信息，保证各方有充足的信息判断各自的行动是否存在风险、是否对其他参与方造成风险以及是否对项目整体造成风险等，从而相应地提高项目协调度。BIM实现的是一个资源开放型平台，在这里，主要参与方利用数字化设想，编程、设计实现可视化经由不同模拟获得一系列项目的数据信息，项目参与者可以直接进入访问。利用BIM信息平台技术，在项目全生命周期过程中实现可视化信息管理。与此同时，信息技术的发展，数字孪生、物联网和大数据技术也可以为智能建造的运行管理提供强有力的技术支持，保障运行系统的管理效率。综上所述，基于精益建造理论关键技术，构建一个精益智能建造运行系统框架，如图2所示。

3  结  论

智能建造的发展和建筑业整体产业变革，并不是一个简单的技术更新，而是一个需要综合考虑的复杂的、多维度的综合问题与过程。基于精益建造的城市更新运行管理当前，我们在实践过程中还存在很多实际的困难、瓶颈和挑战，需要的是整个建筑行业与先进理念的火花碰撞，需要不断的尝试，在实践中积累经验，才能持续推动建筑行业的可持续发展和跳跃式变革，助力实现“中国建造2035”的远大目标，不断向建造强国迈进。

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作者简介：杨青（1986—），女，汉族，江苏镇江人，硕士，助教，研究方向：工程管理与教学。

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