覃愛民, 夏 松, 楊 波

(皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院， 安徽 六安 237012)

基于BIM的最后計(jì)劃者體系研究

覃愛民, 夏 松, 楊 波

(皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院， 安徽 六安 237012)

通過分析BIM和最后計(jì)劃者體系的主要功能，利用交互矩陣對兩者的交互性進(jìn)行協(xié)同效益分析。最后將BIM的4D施工模擬、動(dòng)態(tài)信息管理及數(shù)據(jù)資源集成等關(guān)鍵技術(shù)融入到最后計(jì)劃者體系中，創(chuàng)立了基于BIM的最后計(jì)劃者體系。

最后計(jì)劃者體系； BIM； 交互研究； 協(xié)同效益

0 引 言

1992年，芬蘭教授Lauris Koskela首次將制造業(yè)的精益思想引入到建筑領(lǐng)域中，提出了精益建造的概念，推動(dòng)了建筑行業(yè)新型管理模式的又一次變革。如何實(shí)現(xiàn)精益建造，如何將精益思想創(chuàng)造性地應(yīng)用到建筑領(lǐng)域中去，就需要許多技術(shù)支撐。1993年，美國加州大學(xué)著名學(xué)者Ballard在國際精益組織(International Group for Lean Construction， IGLC)上首次提出最后計(jì)劃者系統(tǒng)(Last Planner System， LPS)，成為精益建造進(jìn)行計(jì)劃管理與控制的強(qiáng)有力工具[1]。但是，最后計(jì)劃者體系所倡導(dǎo)的“拉動(dòng)式流程設(shè)計(jì)”和“多級交互式計(jì)劃”[2]在實(shí)施過程中卻受到了信息資源的限制，執(zhí)行起來有一定的難度。與此同時(shí)，另一種具有變革性的信息技術(shù)----建筑信息模型(Building Information Modeling， BIM)自從2002年被提出后，已在歐美等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用并引發(fā)了巨大的變革?；陧?xiàng)目全壽命周期的BIM，擁有強(qiáng)大的信息集成功能[3]，為實(shí)現(xiàn)精益建造提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，也為實(shí)現(xiàn)最后計(jì)劃者技術(shù)提供了強(qiáng)大的信息平臺，兩者的結(jié)合將促進(jìn)精益建造的實(shí)施。

1 最后計(jì)劃者技術(shù)

最后計(jì)劃者技術(shù)是源于精益建造理論的一門新興控制技術(shù)，它的核心思想是將傳統(tǒng)的事后控制變?yōu)槭虑翱刂?，甚至及時(shí)控制。通過后道工序的需求對前道工序的結(jié)果提出要求，并加強(qiáng)對結(jié)果的控制，盡可能讓前道工序結(jié)果滿足后道工序的需求；同時(shí)根據(jù)目前的工程狀態(tài)，結(jié)合資源實(shí)際約束，由末端工作者制定出能保證完成的工作計(jì)劃。盡可能減少計(jì)劃的不確定性，減少項(xiàng)目執(zhí)行過程中的變化，保證工作流的穩(wěn)定，并持續(xù)改進(jìn)，提高計(jì)劃完成度。

1.1最后計(jì)劃者體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1.1 拉式流程設(shè)計(jì)

最后計(jì)劃者體系區(qū)別于傳統(tǒng)的“推動(dòng)式”計(jì)劃控制，它將應(yīng)該做的工作(Should do)與能夠做的工作(Can do)區(qū)別開來，根據(jù)資源約束條件和工程的當(dāng)前狀態(tài)，確定能夠做的工作(Can do)，根據(jù)對下道工序的準(zhǔn)備情況來決定承諾完成的工作(Will do)，做出基于工作流程的拉式計(jì)劃。同時(shí)將已完成的工作(Did)與承諾完成的工作(Will do)進(jìn)行對比分析，及時(shí)糾偏，持續(xù)改進(jìn)，保證計(jì)劃的完成度[1]。

1.1.2 多層次計(jì)劃設(shè)置

最后計(jì)劃者系統(tǒng)將計(jì)劃設(shè)為3級：

1)主控計(jì)劃。立足總體項(xiàng)目，為項(xiàng)目的進(jìn)展設(shè)立里程碑，從宏觀上把握項(xiàng)目的總體進(jìn)程。

2)周計(jì)劃。面向工序，根據(jù)當(dāng)前工程狀態(tài)和資源約束，制定短期內(nèi)可靠的必須完成的工作計(jì)劃。

3)前瞻計(jì)劃。面向階段，一般周期為4～6個(gè)月，通過對一個(gè)周期內(nèi)資源環(huán)境的分析，考慮主控計(jì)劃的要求，保證階段內(nèi)工作的正確順序、匹配的工作量、相應(yīng)的資源條件，使總體工程保持最佳狀態(tài)。它是一個(gè)不斷滾動(dòng)的計(jì)劃，隨著一個(gè)周計(jì)劃被執(zhí)行，當(dāng)前的周計(jì)劃從前瞻計(jì)劃中出來，最后將有一個(gè)新的周計(jì)劃進(jìn)入前瞻計(jì)劃[1]。

1.1.3 拉動(dòng)與推動(dòng)并存

最后計(jì)劃者體系如圖1所示。

圖1 最后計(jì)劃者體系

由圖中可見，總控計(jì)劃決定應(yīng)該做的事(Should do)，始終起推動(dòng)作用；工程的實(shí)際狀態(tài)和資源條件對制定前瞻計(jì)劃和周計(jì)劃起拉動(dòng)作用；而前瞻計(jì)劃對周計(jì)劃的制定又起一個(gè)推動(dòng)作用。因此，最后計(jì)劃者系統(tǒng)中，推動(dòng)式計(jì)劃與拉動(dòng)式計(jì)劃是并存的，而且是相互促進(jìn)的，完全的推動(dòng)或完全的拉動(dòng)都不能起到理想的效果。離開主控計(jì)劃的推動(dòng)，項(xiàng)目容易偏離總體要求，離開前瞻計(jì)劃對周計(jì)劃的控制，階段內(nèi)資源的配置、工序的安排就容易混亂；而同時(shí)，前瞻計(jì)劃、周計(jì)劃的安排若不充分考慮當(dāng)前工程狀態(tài)和資源約束，就制定不出符合實(shí)際需求與能力的計(jì)劃，將導(dǎo)致窩工、材料供應(yīng)不及時(shí)等資源配置不合理現(xiàn)象，違背了精益建造的核心思想。

1.1.4 全員參與

最后計(jì)劃者體系要求一線管理人員參與計(jì)劃的編制工作，這區(qū)別于傳統(tǒng)的計(jì)劃制定者和實(shí)施者分離的模式。一線管理人員對工程狀態(tài)、資源情況有深入的了解，它們的參與使計(jì)劃的制定更符合工程實(shí)際情況，更有利于資源的最優(yōu)配置。同時(shí)，一線管理人員的參與增強(qiáng)了他們對工程項(xiàng)目的責(zé)任感和主人翁意識，提高了工作積極性，對優(yōu)化項(xiàng)目“軟環(huán)境”至關(guān)重要。

1.2 LPS實(shí)施的障礙分析

LPS 的先進(jìn)理念已經(jīng)得到了行業(yè)內(nèi)的一致認(rèn)同，許多企業(yè)也嘗試?yán)米詈笥?jì)劃者體系進(jìn)行施工計(jì)劃的編制和控制，比如2002年GMY(秘魯?shù)某邪?在所有的工程項(xiàng)目上都嘗試使用了LPS技術(shù)，收益提高了50%以上[2]；中鐵六局也嘗試使用LPS，取得了一定的效果[4]。但這些經(jīng)驗(yàn)還是零碎分散的，許多企業(yè)還是不能達(dá)到理想的效果。調(diào)研資料顯示，最后計(jì)劃者體系不能徹底執(zhí)行主要存在以下幾方面的障礙。

1.2.1 信息流通不暢

信息流通不暢，資源不能共享是LPS實(shí)施的最大障礙。受傳統(tǒng)管理體制的影響，職能部門之間信息分塊；計(jì)劃制定者和計(jì)劃執(zhí)行層分離；供應(yīng)商、投資方、施工方之間信息封鎖，這些都導(dǎo)致信息在縱向供應(yīng)鏈上、橫向各職能部門之間都不能達(dá)到透明與共享。而最后計(jì)劃者體系實(shí)施的關(guān)鍵就是要信息的完全暢通，信息越真實(shí)、越完整，制定出的拉式計(jì)劃才最符合實(shí)際情況，才能達(dá)到最優(yōu)的計(jì)劃完成度(Percent Plan Complete， PPC)。

最后計(jì)劃者體系要求末端工作人員參與計(jì)劃制定，使末端工作人員掌握的豐富的工程信息充分反映到計(jì)劃去，減少計(jì)劃的不確定性。但目前，我國建筑行業(yè)整體從業(yè)人員素質(zhì)較低，勞務(wù)輸出不穩(wěn)定，一線勞務(wù)管理人員也缺少企業(yè)忠誠度，這也是影響最后計(jì)劃者體系實(shí)施的重要障礙之一。

1.2.3 LPS控制成本高，短期內(nèi)效益難以體現(xiàn)

LPS實(shí)施精細(xì)化管理，著眼于項(xiàng)目整體效益，前期管理成本相對較高，而短期內(nèi)效益體現(xiàn)不明顯，容易給管理者造成錯(cuò)覺，也會(huì)挫傷管理者的積極性。如果管理者不著眼于項(xiàng)目整體，對LPS的實(shí)施又沒有堅(jiān)定的信心，則很容易影響對LPS的應(yīng)用。

1.2.4 無行業(yè)規(guī)范和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

目前LPS雖然在多個(gè)國家、多個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行，但是指導(dǎo)LPS實(shí)施的僅是一套概念模型，具體的實(shí)施方法還需要在工程實(shí)踐中不斷摸索，這對于一般企業(yè)來講是存在風(fēng)險(xiǎn)的。因此，要在行業(yè)內(nèi)推行LPS，急需一套完整的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范去指導(dǎo)建筑企業(yè)。

2 BIM功能

2.1 BIM的主要功能簡介

BIM作為建筑工程領(lǐng)域強(qiáng)大的信息技術(shù)工具，越來越得到廣泛的研究與應(yīng)用，其主要功能體現(xiàn)在：

1)模型的可視化。BIM 核心模型區(qū)別于傳統(tǒng)的二維模型，直接生成3D的、形象直觀的可視化模型，使項(xiàng)目參與各方，既使沒有專業(yè)知識，也能很好地了解項(xiàng)目狀況。

2)信息資源的集成與自動(dòng)更新。BIM是一個(gè)信息資源的集成數(shù)據(jù)庫，任意一個(gè)數(shù)據(jù)的修改都會(huì)引起相關(guān)數(shù)據(jù)資源的自動(dòng)更新，確保模型始終處于一個(gè)完整的系統(tǒng)狀態(tài)[4]。

針對2017年發(fā)布《京杭運(yùn)河通航管理辦法(試行)》(重新發(fā)布)有關(guān)船舶通航尺度條款的修訂內(nèi)容，分析了大運(yùn)河水運(yùn)的宏觀形勢變化和市場需求導(dǎo)向，討論了政策初衷有關(guān)疏堵問題已經(jīng)基本解決，需將發(fā)展視角轉(zhuǎn)向船舶主尺度突破標(biāo)準(zhǔn)的常態(tài)化與新興運(yùn)輸?shù)捏w量化。據(jù)此，基于主要等級航道通航技術(shù)現(xiàn)狀，依據(jù)相關(guān)通航管理標(biāo)準(zhǔn)，從理論層面延拓修訂內(nèi)容，分析船舶總長、總寬、吃水及凈高等尺度限值，從實(shí)踐層面討論尺度放寬的制約要素與合理區(qū)間，同時(shí)兼顧江海直達(dá)新興業(yè)態(tài)的發(fā)展，最終明確通航尺度條款的修訂內(nèi)涵，為本《辦法》修訂背景作詮釋，亦為船型標(biāo)準(zhǔn)研究、市場運(yùn)力管控及行業(yè)政策制定作保障。

3)圖形和文檔的自動(dòng)生成。建筑物3D視圖、平立剖面圖、大樣圖以及面積計(jì)算、材料需求量計(jì)算、工程造價(jià)都能從建筑模型中自動(dòng)生成，而且還會(huì)隨主模的變動(dòng)自動(dòng)更新，大大提高了工作效率[5]。

4)強(qiáng)大的分析功能。BIM軟件能自動(dòng)生成大量的統(tǒng)計(jì)明細(xì)表，統(tǒng)計(jì)出各種參數(shù)化構(gòu)件的數(shù)目，通過輔助的成本數(shù)據(jù)和計(jì)算公式，計(jì)算出工程項(xiàng)目所需各構(gòu)件的成本；另外，BIM軟件還能進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、管道沖突檢驗(yàn)、熱工性能分析、能量分析、防火安全檢驗(yàn)、規(guī)范檢驗(yàn)等[4]。

5)可視化模擬及優(yōu)化功能。通過BIM4D技術(shù)可以對整個(gè)施工過程進(jìn)行可視化模擬，確定計(jì)劃工期，并進(jìn)行優(yōu)化；也可以進(jìn)行場地布置、資源配置、時(shí)間空間碰撞檢測、施工方案可行性檢驗(yàn)。運(yùn)用BIM5D技術(shù)還可以進(jìn)行工期-成本-資源的優(yōu)化，提高項(xiàng)目的總體效益。比如2005 年Graphisoft公司發(fā)布的一套用于5D施工管理的虛擬施工應(yīng)用軟件，在國外受到了廣泛應(yīng)用[6]。

2.2與最后計(jì)劃者體系最相關(guān)的BIM功能

最后計(jì)劃者體系面向項(xiàng)目的流程控制多用于施工階段對項(xiàng)目的控制，因此與最后計(jì)劃者體系最相關(guān)的BIM功能也主要體現(xiàn)在對施工階段的控制管理。這些功能具體體現(xiàn)在：1)可視化虛擬施工；2)施工狀態(tài)的可視化管理；3)施工階段資源的自動(dòng)更新與分析[4]；4)涵蓋全壽命周期的信息庫，施工階段也只是信息集成庫的有機(jī)元素之一；5)與供應(yīng)商數(shù)據(jù)庫的集成管理。

3 BIM與最后計(jì)劃者體系的交互關(guān)系

通過上述對LPS和BIM的功能分析，找出兩者之間的交互關(guān)系[7]，進(jìn)行協(xié)同效益分析，見表1。

表1 BIM與LPS的功能關(guān)系矩陣

對關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的8項(xiàng)逐一進(jìn)行分析：

關(guān)系1：涵蓋項(xiàng)目全壽命周期的信息庫，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目各個(gè)階段、不同專業(yè)、不同組織之間的信息集成與共享，也包括供應(yīng)商與業(yè)主、施工單位之間的信息共享，在這樣的平臺上，各方對工程項(xiàng)目的信息把握準(zhǔn)確，能制定更符合項(xiàng)目實(shí)際情況的計(jì)劃，從而減少了各方因?yàn)樾畔⒌牟粚Φ人鶐淼挠?jì)劃的偏差和矛盾，減少了計(jì)劃執(zhí)行中的變化。

關(guān)系2：涵蓋項(xiàng)目全壽命周期的信息庫促進(jìn)了各方信息的集成與共享，一線工作人員可以通過共享信息庫參與項(xiàng)目計(jì)劃的制定；供應(yīng)商可以通過集成信息庫制定項(xiàng)目供應(yīng)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)制(Just in Time， JIT)供應(yīng)，將項(xiàng)目采購成本降到最低。

關(guān)系3：BIM在不消耗實(shí)際資源的前提下，對施工技術(shù)、進(jìn)度的可行性進(jìn)行模擬，進(jìn)行空間沖突和資源沖突的識別，優(yōu)化方案，進(jìn)行事前控制，為制定拉動(dòng)式計(jì)劃提供技術(shù)支持；同時(shí)BIM能根據(jù)最新的資源信息，自動(dòng)更新相關(guān)數(shù)據(jù)，為拉動(dòng)式計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)系4：BIM通過施工虛擬模擬保證各工作流的持續(xù)穩(wěn)定，減少等待、窩工引起的資源浪費(fèi)；同時(shí)BIM 引導(dǎo)施工作業(yè)人員和管理人員一起主動(dòng)關(guān)注當(dāng)前的工程狀態(tài)和資源狀態(tài)，對下一步工序順利銜接起到了重要作用，保證了各工序間工作流的穩(wěn)定性。

關(guān)系5：BIM通過施工狀態(tài)的可視化和資源的動(dòng)態(tài)管理，及時(shí)跟蹤項(xiàng)目各項(xiàng)信息，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)劃偏差，及時(shí)糾偏，持續(xù)改進(jìn)，保證項(xiàng)目能按計(jì)劃順利完成。

關(guān)系6：BIM通過對資源的動(dòng)態(tài)管理，及時(shí)了解資源消耗供給狀況和進(jìn)度狀況，在實(shí)際資源約束的前提下，通過可視化虛擬施工，制定更可行的計(jì)劃，減少施工過程中實(shí)際資源、進(jìn)度與計(jì)劃的偏差。

關(guān)系7：最后計(jì)劃者體系要求全員參與，信息共享，共同制定可行的計(jì)劃方案，避免信息屏障對計(jì)劃的影響，而BIM提供的可視化施工狀態(tài)及動(dòng)態(tài)資源庫為實(shí)行這種模式提供了條件；同時(shí)虛擬施工模擬又能對團(tuán)隊(duì)合作結(jié)果進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，保證計(jì)劃實(shí)施的可行性。

關(guān)系8：BIM要求與供應(yīng)商建立合作伙伴關(guān)系，進(jìn)行信息集成與共享，這樣供應(yīng)商可以根據(jù)工程的實(shí)際進(jìn)程對項(xiàng)目的材料、設(shè)備進(jìn)行JIT 供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)各方的“共贏”因材料供應(yīng)問題導(dǎo)致的工作流的不穩(wěn)定性。

4 基于BIM的最后計(jì)劃者體系的建立

BIM為推進(jìn)最后計(jì)劃者技術(shù)提供信息平臺與技術(shù)支持，將大大提高最后計(jì)劃者體系的可操作性。在圖1最后計(jì)劃者體系的基礎(chǔ)上，引入BIM技術(shù)，尤其是資源的動(dòng)態(tài)管理和4D虛擬施工模擬，使最后計(jì)劃者體系的核心思想----“拉式流程”能深入執(zhí)行。經(jīng)整理，基于BIM的最后計(jì)劃者體系如圖2所示。

圖2 基于BIM的最后計(jì)劃者體系

5 結(jié) 語

基于BIM的LPS，克服了LPS實(shí)施的障礙，對促進(jìn)精益建造具有重要的意義。對LPS和BIM的運(yùn)用也應(yīng)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)去把握，不能孤立地看待。BIM的多項(xiàng)功能支持LPS技術(shù)，而LPS又可以指導(dǎo)BIM的應(yīng)用，隨著建筑行業(yè)精益思想的不斷深入和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，兩項(xiàng)技術(shù)會(huì)越來越多地被應(yīng)用，兩者之間的協(xié)同效應(yīng)也會(huì)日益凸顯，為建筑業(yè)轉(zhuǎn)變管理模式、提高生產(chǎn)率起到推動(dòng)作用。

[1] 李朝志，游麗娟．最后計(jì)劃者技術(shù)[J]．東南大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2009(6)：131-134.

[2] 韓美貴.面向精益建造的最后計(jì)劃者系統(tǒng)研究綜述[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2012,32(4)：721-730.

[3] 鄭建國.最后計(jì)劃者體系在中鐵六局的應(yīng)用研究[D]:[碩士學(xué)位論文].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2010.

[4] 范喆.基于BIM技術(shù)的施工階段4D資源動(dòng)態(tài)管理[D]:[碩士學(xué)位論文].北京：清華大學(xué)，2010.

[5] 王珺．BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用及研究[D]:[碩士學(xué)位論文]．成都：西南交通大學(xué)，2011.

[6] 柳娟花．基于BIM的虛擬施工技術(shù)研究[D]:[碩士學(xué)位論文]．西安：西安建筑科技大學(xué)，2012.

[7] 趙彬,牛博生.建筑業(yè)中精益建造與BIM技術(shù)的交互應(yīng)用研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2011,25(5)：482-486.

[8] 孫悅．基于BIM的建設(shè)項(xiàng)目全生命周期信息管理研究[D]:[碩士學(xué)位論文]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[9] 徐奇升，蘇振民.基于BIM的精益建造關(guān)鍵技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)與優(yōu)勢分析[J].科技管理研究，2012(7)：104-109.

Research on LPS based on BIM

QIN Ai-min, XIA Song, YANG Bo

(College of Architecture and Civil Engineering, West Anhui University, Lu’an 237012, China)

By analyzing the functions of both BIM and last planner system (LPS), the interaction between the two is analyzed on synergy with interaction matrix. Some key technologies such as BIM 4D operation simulation，dynamic information management and data resource integration are introduced into LPS to established the BIM based LPS.

LPS； BIM； interaction study； synergy.

2014-02-21

安徽高校省級自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2013B334)

覃愛民(1979-)，女，土家族，湖北宜昌人，皖西學(xué)院講師,碩士，主要從事建筑經(jīng)濟(jì)及施工項(xiàng)目管理方向研究,E-mail:383298940@qq.com.

TU 02

A

1674-1374(2014)04-0446-05