基于精益管理思想的装配式建筑智慧化管理体系研究

袁新杰 陈绍微 王帅

摘 要：在新一轮科技革命和产业革命的推动下，建筑行业发展也将面临较大的变革。随着建筑业信息化及装配式建筑相关行业政策的出台，我国装配式建筑的发展已达到中期发展阶段，装配式建筑在管理过程中由于质量检验标准不规范、各参与方的协同管理水平较低、“设计—生产—施工”一体化理念尚未形成、新型智慧信息化综合技术应用不足等问题，严重制约了我国装配式建筑迈入新的发展阶段。为解决这些问题，本研究将精益管理思想、智慧化管理运用到装配式建筑管理的全生命周期中，可以更好地提升装配式建筑管理水平，并结合装配式建筑在管理过程中面临的各类问题，构建精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系，主要包括用户端、应用端、平台端、数据端四个层面，为进一步完善该管理体系，最后对该体系在设计、生产和施工阶段的运行进行探究。

關键词：精益管理;装配式建筑;智慧化管理;体系运行

中图分类号：TL372+.3   文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）5-0058-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.05.013

Research on Intelligent Management System of Prefabricated Building Based on Lean Management Thought

YUAN Xinjie    CHEN Shaowei    WANG Shuai

（School of Architecture， Xinxiang Vocational and Technical College， Xinxiang 453006，China）

Abstract：Driven by the new round of scientific and technological revolution and industrial revolution， the development of the construction industry will also face great changes. With the introduction of construction informatization and industrial policies related to prefabricated buildings， the development of prefabricated buildings in China has reached the medium-term development stage. In the management process of prefabricated buildings， due to the non-standard quality inspection standards， the low level of collaborative management of all participants， and the "design production construction" integration concept has not been formed The insufficient application of new intelligent information technology has seriously restricted the entry of prefabricated buildings into a new stage of development in China.In order to solve these problems， this study applies lean management thought and intelligent management to the whole life cycle of prefabricated building management， which can better improve the management level of prefabricated building. Combined with various problems faced by prefabricated building in the management process， this paper constructs an intelligent management system of prefabricated building under the idea of excellent management， mainly including user end， application end In order to further improve the management system， the operation of the system in the design， production and construction stages is explored.

Keywords： lean management; prefabricated buildings; intelligent management; system operation

0 引言

近年来，我国建筑业正朝着节能建筑和绿色建筑的方向发展，装配式建筑作为国家政策推崇的绿色建筑发展方向，已处在发展中期阶段，但装配式建筑的管理方式仍需要进行积极的改进。在推进装配式建筑管理过程中，融入“精益求精”的管理思想，减少在建造过程中的资源浪费，缩短施工工期，并将智慧信息化管理技术运用到装配式建筑管理过程中，作为其重要的技术支撑，构建精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系，以提升装配式建筑的管理水平[1]。

1 精益管理思想下装配式建筑智慧化管理的相关理论

1.1 精益管理思想

精益管理思想是在精益生产的原理上发展应用起来的，最早源于1950年。日本丰田公司在汽车制造生产过程中总结出来的精益管理思想，在企业管理过程中得到了较好的利用，促使日本丰田汽车具备较强的企业竞争力，在汽车行业崭露头角。

随着社会的发展，精益管理思想已逐步应用在各行各业中。其中，在建筑行业为实现建筑项目获取最大利润，利用“精益建造”思维来消除建造全过程中的资源浪费，减少非确定因素和非增值活动，从而使人员、材料、机械设备等资源能够达到最大利用率，实现建造企业利益最大化的目标。

精益管理思想在装配式建筑应用上，首先应注重消费者的需求，从设计阶段了解消费者的各方面需求，到产品建造过程中，动态跟踪消费者的需求，做出适时的调整，再到产品建造完成后，调查消费者的使用感受，及时归纳总结，为以后建造同类型建筑产品积累管理经验;其次，通过对自然资源、人力资源和工作流程等方面的集合管理，减少生产费用上的浪费，降低生产成本;最后，合理编排施工组织，使各个工作阶段进行合理化衔接，按照施工组织安排准时开展工作，减少不必要的等待时间，促使整个建造过程时间被合理利用，成本最大节约化[2]。

1.2 装配式建筑基本理论

装配式建筑，又称工业化建筑、预制装配式建筑，是一种在场外建造的现代建造方式，基本原理是把工厂预制的建筑构件运输到工地后，使用标准化的连接方式进行装配。其根本目的是减少建筑工地的污染，将现浇混凝土等施工流程转移到建筑工厂进行集中加工，实现建筑构件工厂化、规范化、转配化、一体化等，提高建筑施工效率，优化建筑产品质量，解决用人荒的难题，減少资源浪费等。

相较传统建筑，装配式建筑主要有以下优势：①建筑产品实现工厂化，将建筑工程中所需的梁、板、柱、楼梯、墙体等构件主要在工厂预制生产完成;②建筑产品保证规范化，建筑构件在工厂进行预制，能保证精准加工，数据规范，可生产出高质量的建筑构件;③建筑产品达到装配化要求，建筑工程中的部分现浇工程转移到工厂进行，提高建筑施工效率，减少现浇混凝土造成的噪声污染，确保绿色施工环境;④建筑产品实现一体化目标，经过建筑工程现场的装配，土建部分和装饰装修部分可以实现一体化设计、施工，缩短工期，减少成本等[3]。

目前，装配式建筑正处于发展中期阶段，还存在一些劣势：①我国预制工业化建筑施工水平不够成熟，高水平专业技术人员短缺;②由于装配式建筑生产构件较多，需要大面积的存放场地，存放布置不合理;③由于建筑工地需求的构件型号不统一，不能满足建筑行业的市场化和标准化要求;④装配式建筑工程生产后，大尺寸、大重量构件较多，需要大型起重机械设备较多，对设备操作人员要求较高，造价也相应提高。

1.3 智慧化管理基本理论

通过阅读大量的国内外文献研究得出，智慧化管理以先进的信息化、工业化技术为基础，遵循绿色低耗、智能科学、可持续发展的理念，在整个工程项目中进行实时动态化监测，建立数据化、信息化智慧平台，实现参与工程各方的数据共享、协同管理的目标。

智慧化管理主要将多种信息化技术集中运用到一个具体工程项目的全建造过程中，可以实现项目各个工作流程及各个参与方在具化的管理系统中信息共享，工作流程产生联系性，具体特征主要体现在以下3个方面。

1.3.1 智慧管理。通过运用BIM 技术、大数据技术、云计算技术和互联网技术等，整个工程项目可实现智能感知、信息共享功能，工程管理过程中可以适时进行智慧管理，及时调整计划，优化管理。

1.3.2 便利管理。智慧化管理主要通过对工程项目在项目实施过程中的变更及错误及时调整和改正，并在后续建造过程中可及时有效地进行调控，使人员调配和资源安排等方面高效便利，可缩短变更周期，使管理高效便捷。

1.3.3 集成管理。智慧化管理是指把各种现代信息化手段集成到工程项目工程流程的具体应用上，主要表现在装配式建筑项目的设计、生产和装配一体化方面，可以实现项目前期的风险评估，中期的进度和质量监控管理等。

2 装配式建筑管理的发展现状

2.1 建设过程中管理规定及质量检验标准不规范

装配式建筑在前期设计阶段、深化设计阶段与后期的生产、施工阶段没有形成一体化管理思路，当前没有完善的集“设计—生产—施工”三位一体的装配式产业链作为支柱，以至于前期设计阶段和后期构件的生产、运输、装配等工序不能良好的衔接。

在设计过程中，预制构件相互之间需要运用到BIM（建筑信息模型）技术进行碰撞检查，需要具备规范、标准的管理;在构配件生产过程中，质量检验标准不规范，没有严格按照施工工艺要求进行施工、养护等;在装配施工过程中，不能严格规范施工流程，造成施工程序复杂、多次变更，导致生产的构配件多次返厂修整甚至报废，以至于施工成本大大增加;在运营使用和维护阶段，缺乏动态跟踪管理，施工方不能及时掌握装配式建筑的运营使用情况，可能会导致产品维护滞后，影响建筑产品的使用功能，对企业造成不良影响。

2.2 项目各参与方的协同管理水平有待提高

装配式建筑是一项综合性较高的创新型绿色建筑，具有专业的特殊性，在设计、生产、施工阶段，均需要配备相应专业的专业人员进行协同管理，但由于涉及专业较多，“设计—生产—施工”一体化理念尚未形成，管理人员不能具备全方位的专业知识，导致建设项目的各参与方的协同管理水平不高，不能适应装配式建筑的高效发展。

在我国，由于装配式建筑在设计、生产、施工阶段储备的综合性专业人才不足，设计专业管理人员不能考虑到装配施工过程中的装配流程的关键点，装配施工管理人员也没有理解设计专业管理人员的统筹计划，后期运行和维护的管理人员也不能和前期设计、装配人员进行有效的沟通，造成了项目各参与方的协同管理水平不高的局面。

2.3 新型智慧信息化技术综合应用片面化

装配式建筑在建造前运用BIM技术、FRID技术、物联网技术、大数据技术以及云计算技术等大量新型智慧信息化技术在工程建设不同阶段进行辅助建设，但由于缺乏技术支持、信息化技术发展还不够成熟，使得装配式构件在生产过程中无法充分发挥出智慧信息化的优势，造成信息化数据不能有效采集和及时处理;其次，装配式建筑在建造过程中，需要专业技术人员及时地进行数据跟踪和记录，运用到的信息化仪器设备种类繁多，采集成本较高，装配式建筑总造价较高，导致装配式建筑在实际生产中的新型智慧信息化技术应用的广度不够，大部分停留在单一或两个技术上面，具有片面化，不能全面地进行综合一体化应用。

2.4 政府政策支持力度不够

20世纪60年代，我国政府针对装配式建筑规范发布了相关文件，但是由于装配式建筑随着信息化时代的发展，建筑项目具有一定的创新性、多样性，政府规范标准也不能满足装配式建筑发展的要求。

目前，装配式建筑是国家大力倡导的一种绿色建筑，需要政府投入大量科技人才，研究装配式建筑通用、标准的政策，以满足业主对各类新型建筑的需求。另外，政府仍须针对建筑业企业出台一些如免税收的奖励文件，加大支持力度，确保装配式建筑的大力推广。

政府在监督管理方面，需要出台针对装配式建筑的监管制度文件，要区别于普通建筑的规范标准，确保装配式建筑中的各类关键部分的质量安全。

3 构建精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系

现将精益管理和智慧化管理理想在装配式建筑管理体系中科学集成，从而提升装配式建筑的管理水平。装配式建筑在管理工程中针对质量检验标准、项目各参与方的协同管理过程、新型智慧信息化技術方面遇到的问题，构建精益管理思想下的装配式建筑智慧化管理体系，从用户端、应用端、平台端、数据端四个维度来解决具体问题。构建精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系，如图1所示。

3.1 精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的用户端

精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的用户端主体主要有建设单位、设计单位、施工单位（预制单位、运输单位、装配施工单位）、信息化智慧管理单位等。在用户方面，建设单位是装配式建筑全生命周期中的决策方，设计单位为装配式建筑在建筑、机电、水暖、构配件等方面的设计者，施工单位（预制单位、运输单位、装配施工单位）是装配式建筑建造过程的实施者，信息化智慧管理单位是装配式建筑全生命周期中的辅助管理者，负责跟踪数据，及时调整设计方案等任务。

精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的设计运行，目的是使项目各个参与单位均可访问和利用体系中的数据信息，便于一体化管理项目。可设置各个单位人员仅对所负责的领域具有编辑功能，对其他领域具有查看功能，这样分工权限明确，避免数据丢失，确保信息安全，有利于装配式建筑项目的高效管理。

3.2 精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的应用端

该应用端可以根据用户端发出的指令，进行采集分析、传递信息数据，并实时准确地将提取的结果反馈给用户端。目前，在装配式建筑项目管理中，主要有以下3个方面。

3.2.1 在精益设计管理方面。在设计阶段，结合施工工艺要求，利用BIM和相关信息化技术，将装配式建筑的设计与施工一体化进行模拟，实现施工的可操作性，减少设计与施工所需的构件偏差，从而减少返工、返修，避免了浪费，提升了建造效率。

3.2.2 在精益生产与运输管理方面。装配式生产方利用该体系，得到设计阶段的设计图纸、构配件资料、BIM施工数据，认真研究后，通过BIM、RFID、物联网等智慧化技术与精益生产思想相结合，把建筑装配式构配件在生产、检验、入库、出库时产生的全部数据及时有效地进行登记录入，以便各阶段管理人员查看构配件的相关信息。构配件的数量也需要根据生产使用情况，及时跟进，利用及时生产思想，合理安排构配件的库存量。在构配件装配中，施工管理人员也可根据构配件的库存量、构件尺寸信息，对装配施工计划做出可视化的跟踪安排。同时，对于装配式构件的精益运输管理方面，基于物联网技术，将构配件整个运输供应链数据信息进行智慧化管理，结合精益运输思想，对构配件进行精准的物流跟踪，避免因构配件堆压或不及时出库等而造成成本浪费，并实时进行动态管理，提升运输过程的监管能力。

3.2.3 在精益施工管理方面。利用“增值理论”对人工、材料、设备在各个环节的投入使用进行精益管理，加强控制与分析，避免了资源的浪费，节约成本。在现场施工过程中，结合BIM技术，把装配现场的构配件、连接材料、施工设备等进行虚拟仿真施工，减少施工变更，有效防止施工隐患。结合RFID技术，将构配件、连接材料及设备进行追溯登记，保存相关处理过程信息并可查询到相关质量负责人。利用多种智慧信息化技术，可以提升施工管理水平，为项目各参与方提供信息数据，从而实现装配式项目全过程的质量监督。

3.3 精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的平台端

精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的平台端是集BIM、RFID、物联网、大数据、云计算等多种新型信息化技术，建立的智慧化管理平台。平台端属于智慧化管理体系的数据交流平台，可以将整个装配项目中各个阶段的数据信息进行记录采集，并对建造过程实时监控、分类录入储存，从而保障项目的各参与方能够通过该平台端进行提取、查看信息，确保工程项目在全生命周期内的管理更加完善，优化项目的设计、生产、施工等方面的综合管理措施。

该体系的平台端对不同阶段的信息进行采集分析，形成了相应的数据库，可以指导和管理装配式建筑在具体实施时遇到的问题;该平台端提供的可视化交流功能，使得项目的各参与方均能对项目的设计标准、建造过程、质量要求、变更通知等同步掌控，实现各参与方对装配式项目的多方协同一体化管理，确保工程项目能高效进行。

3.4 精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的数据端

精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的数据端，主要利用BIM、RFID、物联网、大数据、云计算等多种新型信息化技术对装配式工程项目的设计、生产、施工等阶段进行数据采集、资料收集，分析各项资源数据、监控建筑工程质量与施工进度情况，为装配式平台端提供数据。

在装配式建筑建造过程中，数据端采集到各个阶段的数据信息后，均会产生相应数据包，为高效使用该阶段的数据，必须及时对数据包进行优化处理，采取各种指标分析方法，把该阶段的数据进行集中化管理，根据项目的发展，实时地跟进数据更新，确保数据的准确性和高效性。

通常，装配式建筑的用户端发出指令后，装配式建筑智慧化管理体系的应用端和平台端会向数据端提炼数据，然后把提取到的数据及时反馈给用户端，以实现精益管理思想下装配式建筑智慧化管理。

4 精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的运行

4.1 装配式建筑智慧化管理体系在设计阶段的运行

为规避在生产阶段、装配施工阶段出现较多的设计变更，在设计阶段，充分利用精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系的平台端，设计方与生产方、装配施工方多次交流设计方案，以确保设计方案能够在生产阶段和装配阶段顺利开展。

通常装配式建筑设计人员在进行实际工程设计构配件时，根据数据库内收集的标准化构配件尺寸、形状进行调整，保证了设计效率。在构配件设计的前期准备工作完成后，可根据工程项目的结构类型对预制构配件实施分类，把标准化结构与非标准化结构加以区分统计，并在设计过程中缩小构配件种类的数量，可以有效地进行预制构配件标准化的管理。

该体系在设计过程中利用多种信息化技术，构建装配式工程模型，根据工程项目的材料、建筑尺寸、机械设备、施工进度计划、施工成本等各类参数录入系统，建立相应的数据库。在体系中把建好的数据库实时共享，并随时更新项目的材料、设备及进度情况，确保在构建模型的过程中可以及时提取所需建造数据资料。

4.2 装配式建筑智慧化管理体系在生产阶段的运行

为了装配项目各参与方能够合理安排工作计划，从体系中的管理平台中实时查询到装配构件的具体情况，在体系运行预制生产阶段时，需要利用各类智慧信息化技术对项目中各个构件的施工情况和位置进行实时定位和更新，以便于装配式构件的生产和运输。

构件预制生产前，根据装配项目的构配件对选用材料、尺寸大小、需求计划等的要求，设计方与装配施工方召开交底会议，确定预制模具量，材料采购数量及供应方案，预制生产及运输计划，以保证装配项目的高效进行。

构件预制生产中，为深化质量监控力度，生产管理及采购人员须对材料提供精细化质量检测，并把材料的产地、时间、质量情况等信息及时拓宽到体系中。转换好构件原材料在体系中的信息格式后，即可进入生产装配构件流程。在构件制作过程中，除了合理利用模具及自动化设备对构件尺寸进行修整外，还使用BIM、RFID等智慧信息化技术对已产出的构配件与原设计构件的模数进行对比，确保质量、尺寸等符合要求。然后使用扫描技术对脱模后的构配件进行质量优劣分析，并将析出的结果录入到管理人员的信息化终端设备上，以便于各方管理人员对构配件的情况及时支配。

构件预制生产结束后，为便于施工管理方实时把控构配件的进出场情况，协调好配件的存放及接收任务，需预制生产技术及管理方使用BIM、GIS等技术，对施工现场周边环境进行分析，并联合施工计划、设计方案，制定出完善的运输计划，并把构件的质量检测情况、运输情况等资料信息实时拓充到智慧平台端。

4.3 装配式建筑智慧化管理体系在施工阶段的运行

装配式建筑智慧化管理体系在施工阶段的运行尤为关键，主要包括施工前准备、质量控制、进度控制、安全管理等过程。

在施工前准备阶段，为了避免装配建筑工程在施工时出现交叉干扰、工作面无法展开等情况，通常需要联合装配设备的施工范围、运输路线、位置信息等数据，使用智慧信息化体系进行各个专业施工方在施工阶段中的仿真模拟，组织协调好装配大型设备的进出场时间、工作时间。同时，需要规划好建筑材料、装配构件、中小型设备的进场存放位置及二次搬运计划等工作。

在施工阶段的质量控制过程中，为确保施工关键节点的质量，需要使用智慧信息化体系对施工阶段展开虚拟仿真。把施工已完成的装配构件按照“三检”制度认真检验，形成的检查记录及时录入体系数据库，及时有效处理有质量问题的构配件，并把各个环节的质量问题、维修方式及结果上传质量控制数据库，定期对质量控制情况进行分析总结，分析出发生质量事故的原因，以规避在后续施工过程中类似质量问题的发生。

在施工阶段的进度控制过程中，为保证装配项目的工期，每天的进度计划与实际进度保持一致，须在使用智慧信息化管理体系时，用BIM技术进行三维虚拟可视化，跟进施工用料计划、运输计划及进度计划，并根据体系的集成功能，实时对装配过程的实际施工数据记录与计划进度比较，完成装配构件在施工阶段的进度控制。另外，该体系还可通过RFID、物联网等信息化技术对施工一线的施工进度情况、数据信息实行及时录入、更新。将体系内施工进度与规划的进度情况进行详细对比，分析出当前施工进度是否在合理范围内，以及下一步应该如何进行调控。另外，装配技术人员还可根据体系平台端查到的进度计划，对展开工作面的构件提前实施准备工作，施工技术人员可以使用平板终端设备，查看装配项目的三维模型，将每个构配件的型号、位置情况进行精细核对，确定无误后即可进行装配施工。

在施工阶段的安全管理过程中，为了避免工程项目中危险性高的节点、重大施工节点、特殊要求作业面等出现安全事故，智慧化管理体系对工程项目进行仿真模拟施工，以完善安全管理方案。使用VR虚拟仿真设备，让施工人员沉浸式体验安全事故的全过程，促使施工人员树立安全保护意识，正确使用安全防护用品。

5 结语

本研究将精益管理理论、智慧信息化管理与装配式建筑融合于一体，以装配式建筑项目发展现状中出现的问题为出发点，构建了精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系。主要研究成果如下。

①通过分析装配式建筑项目的发展现状中出现的问题，提出将“精益管理思想”与“智慧化管理”在装配式建筑管理体系中科学集成，从而提升装配式建筑的综合管理水平。

②构建了精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系，主要包含用户端、应用端、平台端、数据端四个层面。该智慧化管理体系具有集成装配式建筑项目中的信息收集、录入、分享、储存、剖析等功能。

③为了使精益管理思想下装配式建筑智慧化管理体系能够在实际项目中更好运用，对该体系在设计、生产和施工阶段的运行进行了深入探究。

参考文献：

[1] 赵峰，王要武，金玲，等.2018年建筑业发展统计分析[J].工程管理学报，2019，33（2）：1-6.

[2] RITU A， ANIL S ， MOHAMMDE A. Developing organizational capabilities to deliver lean and green project outcomes using BIM[J]. Engineering， Construction and Architectural Management， 2018， 25（10） ： 1255-1276.

[3] 劉晓惠.基于精益管理的装配式建筑智慧化管理体系研究[D].西安：西安建筑科技大学，2020.