基于精益管理思想的裝配式建筑智慧化管理體系研究

袁新杰 陳紹微 王帥

摘 要：在新一輪科技革命和產業革命的推動下，建筑行業發展也將面臨較大的變革。隨著建筑業信息化及裝配式建筑相關行業政策的出臺，我國裝配式建筑的發展已達到中期發展階段，裝配式建筑在管理過程中由于質量檢驗標準不規范、各參與方的協同管理水平較低、“設計—生產—施工”一體化理念尚未形成、新型智慧信息化綜合技術應用不足等問題，嚴重制約了我國裝配式建筑邁入新的發展階段。為解決這些問題，本研究將精益管理思想、智慧化管理運用到裝配式建筑管理的全生命周期中，可以更好地提升裝配式建筑管理水平，并結合裝配式建筑在管理過程中面臨的各類問題，構建精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系，主要包括用戶端、應用端、平臺端、數據端四個層面，為進一步完善該管理體系，最后對該體系在設計、生產和施工階段的運行進行探究。

關鍵詞：精益管理;裝配式建筑;智慧化管理;體系運行

中圖分類號：TL372+.3 ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：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

近年來，我國建筑業正朝著節能建筑和綠色建筑的方向發展，裝配式建筑作為國家政策推崇的綠色建筑發展方向，已處在發展中期階段，但裝配式建筑的管理方式仍需要進行積極的改進。在推進裝配式建筑管理過程中，融入“精益求精”的管理思想，減少在建造過程中的資源浪費，縮短施工工期，并將智慧信息化管理技術運用到裝配式建筑管理過程中，作為其重要的技術支撐，構建精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系，以提升裝配式建筑的管理水平[1]。

1 精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理的相關理論

1.1 精益管理思想

精益管理思想是在精益生產的原理上發展應用起來的，最早源于1950年。日本豐田公司在汽車制造生產過程中總結出來的精益管理思想，在企業管理過程中得到了較好的利用，促使日本豐田汽車具備較強的企業競爭力，在汽車行業嶄露頭角。

隨著社會的發展，精益管理思想已逐步應用在各行各業中。其中，在建筑行業為實現建筑項目獲取最大利潤，利用“精益建造”思維來消除建造全過程中的資源浪費，減少非確定因素和非增值活動，從而使人員、材料、機械設備等資源能夠達到最大利用率，實現建造企業利益最大化的目標。

精益管理思想在裝配式建筑應用上，首先應注重消費者的需求，從設計階段了解消費者的各方面需求，到產品建造過程中，動態跟蹤消費者的需求，做出適時的調整，再到產品建造完成后，調查消費者的使用感受，及時歸納總結，為以后建造同類型建筑產品積累管理經驗;其次，通過對自然資源、人力資源和工作流程等方面的集合管理，減少生產費用上的浪費，降低生產成本;最后，合理編排施工組織，使各個工作階段進行合理化銜接，按照施工組織安排準時開展工作，減少不必要的等待時間，促使整個建造過程時間被合理利用，成本最大節約化[2]。

1.2 裝配式建筑基本理論

裝配式建筑，又稱工業化建筑、預制裝配式建筑，是一種在場外建造的現代建造方式，基本原理是把工廠預制的建筑構件運輸到工地后，使用標準化的連接方式進行裝配。其根本目的是減少建筑工地的污染，將現澆混凝土等施工流程轉移到建筑工廠進行集中加工，實現建筑構件工廠化、規范化、轉配化、一體化等，提高建筑施工效率，優化建筑產品質量，解決用人荒的難題，減少資源浪費等。

相較傳統建筑，裝配式建筑主要有以下優勢：①建筑產品實現工廠化，將建筑工程中所需的梁、板、柱、樓梯、墻體等構件主要在工廠預制生產完成;②建筑產品保證規范化，建筑構件在工廠進行預制，能保證精準加工，數據規范，可生產出高質量的建筑構件;③建筑產品達到裝配化要求，建筑工程中的部分現澆工程轉移到工廠進行，提高建筑施工效率，減少現澆混凝土造成的噪聲污染，確保綠色施工環境;④建筑產品實現一體化目標，經過建筑工程現場的裝配，土建部分和裝飾裝修部分可以實現一體化設計、施工，縮短工期，減少成本等[3]。

目前，裝配式建筑正處于發展中期階段，還存在一些劣勢：①我國預制工業化建筑施工水平不夠成熟，高水平專業技術人員短缺;②由于裝配式建筑生產構件較多，需要大面積的存放場地，存放布置不合理;③由于建筑工地需求的構件型號不統一，不能滿足建筑行業的市場化和標準化要求;④裝配式建筑工程生產后，大尺寸、大重量構件較多，需要大型起重機械設備較多，對設備操作人員要求較高，造價也相應提高。

1.3 智慧化管理基本理論

通過閱讀大量的國內外文獻研究得出，智慧化管理以先進的信息化、工業化技術為基礎，遵循綠色低耗、智能科學、可持續發展的理念，在整個工程項目中進行實時動態化監測，建立數據化、信息化智慧平臺，實現參與工程各方的數據共享、協同管理的目標。

智慧化管理主要將多種信息化技術集中運用到一個具體工程項目的全建造過程中，可以實現項目各個工作流程及各個參與方在具化的管理系統中信息共享，工作流程產生聯系性，具體特征主要體現在以下3個方面。

1.3.1 智慧管理。通過運用BIM 技術、大數據技術、云計算技術和互聯網技術等，整個工程項目可實現智能感知、信息共享功能，工程管理過程中可以適時進行智慧管理，及時調整計劃，優化管理。

1.3.2 便利管理。智慧化管理主要通過對工程項目在項目實施過程中的變更及錯誤及時調整和改正，并在后續建造過程中可及時有效地進行調控，使人員調配和資源安排等方面高效便利，可縮短變更周期，使管理高效便捷。

1.3.3 集成管理。智慧化管理是指把各種現代信息化手段集成到工程項目工程流程的具體應用上，主要表現在裝配式建筑項目的設計、生產和裝配一體化方面，可以實現項目前期的風險評估，中期的進度和質量監控管理等。

2 裝配式建筑管理的發展現狀

2.1 建設過程中管理規定及質量檢驗標準不規范

裝配式建筑在前期設計階段、深化設計階段與后期的生產、施工階段沒有形成一體化管理思路，當前沒有完善的集“設計—生產—施工”三位一體的裝配式產業鏈作為支柱，以至于前期設計階段和后期構件的生產、運輸、裝配等工序不能良好的銜接。

在設計過程中，預制構件相互之間需要運用到BIM（建筑信息模型）技術進行碰撞檢查，需要具備規范、標準的管理;在構配件生產過程中，質量檢驗標準不規范，沒有嚴格按照施工工藝要求進行施工、養護等;在裝配施工過程中，不能嚴格規范施工流程，造成施工程序復雜、多次變更，導致生產的構配件多次返廠修整甚至報廢，以至于施工成本大大增加;在運營使用和維護階段，缺乏動態跟蹤管理，施工方不能及時掌握裝配式建筑的運營使用情況，可能會導致產品維護滯后，影響建筑產品的使用功能，對企業造成不良影響。

2.2 項目各參與方的協同管理水平有待提高

裝配式建筑是一項綜合性較高的創新型綠色建筑，具有專業的特殊性，在設計、生產、施工階段，均需要配備相應專業的專業人員進行協同管理，但由于涉及專業較多，“設計—生產—施工”一體化理念尚未形成，管理人員不能具備全方位的專業知識，導致建設項目的各參與方的協同管理水平不高，不能適應裝配式建筑的高效發展。

在我國，由于裝配式建筑在設計、生產、施工階段儲備的綜合性專業人才不足，設計專業管理人員不能考慮到裝配施工過程中的裝配流程的關鍵點，裝配施工管理人員也沒有理解設計專業管理人員的統籌計劃，后期運行和維護的管理人員也不能和前期設計、裝配人員進行有效的溝通，造成了項目各參與方的協同管理水平不高的局面。

2.3 新型智慧信息化技術綜合應用片面化

裝配式建筑在建造前運用BIM技術、FRID技術、物聯網技術、大數據技術以及云計算技術等大量新型智慧信息化技術在工程建設不同階段進行輔助建設，但由于缺乏技術支持、信息化技術發展還不夠成熟，使得裝配式構件在生產過程中無法充分發揮出智慧信息化的優勢，造成信息化數據不能有效采集和及時處理;其次，裝配式建筑在建造過程中，需要專業技術人員及時地進行數據跟蹤和記錄，運用到的信息化儀器設備種類繁多，采集成本較高，裝配式建筑總造價較高，導致裝配式建筑在實際生產中的新型智慧信息化技術應用的廣度不夠，大部分停留在單一或兩個技術上面，具有片面化，不能全面地進行綜合一體化應用。

2.4 政府政策支持力度不夠

20世紀60年代，我國政府針對裝配式建筑規范發布了相關文件，但是由于裝配式建筑隨著信息化時代的發展，建筑項目具有一定的創新性、多樣性，政府規范標準也不能滿足裝配式建筑發展的要求。

目前，裝配式建筑是國家大力倡導的一種綠色建筑，需要政府投入大量科技人才，研究裝配式建筑通用、標準的政策，以滿足業主對各類新型建筑的需求。另外，政府仍須針對建筑業企業出臺一些如免稅收的獎勵文件，加大支持力度，確保裝配式建筑的大力推廣。

政府在監督管理方面，需要出臺針對裝配式建筑的監管制度文件，要區別于普通建筑的規范標準，確保裝配式建筑中的各類關鍵部分的質量安全。

3 構建精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系

現將精益管理和智慧化管理理想在裝配式建筑管理體系中科學集成，從而提升裝配式建筑的管理水平。裝配式建筑在管理工程中針對質量檢驗標準、項目各參與方的協同管理過程、新型智慧信息化技術方面遇到的問題，構建精益管理思想下的裝配式建筑智慧化管理體系，從用戶端、應用端、平臺端、數據端四個維度來解決具體問題。構建精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系，如圖1所示。

3.1 精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的用戶端

精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的用戶端主體主要有建設單位、設計單位、施工單位（預制單位、運輸單位、裝配施工單位）、信息化智慧管理單位等。在用戶方面，建設單位是裝配式建筑全生命周期中的決策方，設計單位為裝配式建筑在建筑、機電、水暖、構配件等方面的設計者，施工單位（預制單位、運輸單位、裝配施工單位）是裝配式建筑建造過程的實施者，信息化智慧管理單位是裝配式建筑全生命周期中的輔助管理者，負責跟蹤數據，及時調整設計方案等任務。

精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的設計運行，目的是使項目各個參與單位均可訪問和利用體系中的數據信息，便于一體化管理項目。可設置各個單位人員僅對所負責的領域具有編輯功能，對其他領域具有查看功能，這樣分工權限明確，避免數據丟失，確保信息安全，有利于裝配式建筑項目的高效管理。

3.2 精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的應用端

該應用端可以根據用戶端發出的指令，進行采集分析、傳遞信息數據，并實時準確地將提取的結果反饋給用戶端。目前，在裝配式建筑項目管理中，主要有以下3個方面。

3.2.1 在精益設計管理方面。在設計階段，結合施工工藝要求，利用BIM和相關信息化技術，將裝配式建筑的設計與施工一體化進行模擬，實現施工的可操作性，減少設計與施工所需的構件偏差，從而減少返工、返修，避免了浪費，提升了建造效率。

3.2.2 在精益生產與運輸管理方面。裝配式生產方利用該體系，得到設計階段的設計圖紙、構配件資料、BIM施工數據，認真研究后，通過BIM、RFID、物聯網等智慧化技術與精益生產思想相結合，把建筑裝配式構配件在生產、檢驗、入庫、出庫時產生的全部數據及時有效地進行登記錄入，以便各階段管理人員查看構配件的相關信息。構配件的數量也需要根據生產使用情況，及時跟進，利用及時生產思想，合理安排構配件的庫存量。在構配件裝配中，施工管理人員也可根據構配件的庫存量、構件尺寸信息，對裝配施工計劃做出可視化的跟蹤安排。同時，對于裝配式構件的精益運輸管理方面，基于物聯網技術，將構配件整個運輸供應鏈數據信息進行智慧化管理，結合精益運輸思想，對構配件進行精準的物流跟蹤，避免因構配件堆壓或不及時出庫等而造成成本浪費，并實時進行動態管理，提升運輸過程的監管能力。

3.2.3 在精益施工管理方面。利用“增值理論”對人工、材料、設備在各個環節的投入使用進行精益管理，加強控制與分析，避免了資源的浪費，節約成本。在現場施工過程中，結合BIM技術，把裝配現場的構配件、連接材料、施工設備等進行虛擬仿真施工，減少施工變更，有效防止施工隱患。結合RFID技術，將構配件、連接材料及設備進行追溯登記，保存相關處理過程信息并可查詢到相關質量負責人。利用多種智慧信息化技術，可以提升施工管理水平，為項目各參與方提供信息數據，從而實現裝配式項目全過程的質量監督。

3.3 精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的平臺端

精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的平臺端是集BIM、RFID、物聯網、大數據、云計算等多種新型信息化技術，建立的智慧化管理平臺。平臺端屬于智慧化管理體系的數據交流平臺，可以將整個裝配項目中各個階段的數據信息進行記錄采集，并對建造過程實時監控、分類錄入儲存，從而保障項目的各參與方能夠通過該平臺端進行提取、查看信息，確保工程項目在全生命周期內的管理更加完善，優化項目的設計、生產、施工等方面的綜合管理措施。

該體系的平臺端對不同階段的信息進行采集分析，形成了相應的數據庫，可以指導和管理裝配式建筑在具體實施時遇到的問題;該平臺端提供的可視化交流功能，使得項目的各參與方均能對項目的設計標準、建造過程、質量要求、變更通知等同步掌控，實現各參與方對裝配式項目的多方協同一體化管理，確保工程項目能高效進行。

3.4 精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的數據端

精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的數據端，主要利用BIM、RFID、物聯網、大數據、云計算等多種新型信息化技術對裝配式工程項目的設計、生產、施工等階段進行數據采集、資料收集，分析各項資源數據、監控建筑工程質量與施工進度情況，為裝配式平臺端提供數據。

在裝配式建筑建造過程中，數據端采集到各個階段的數據信息后，均會產生相應數據包，為高效使用該階段的數據，必須及時對數據包進行優化處理，采取各種指標分析方法，把該階段的數據進行集中化管理，根據項目的發展，實時地跟進數據更新，確保數據的準確性和高效性。

通常，裝配式建筑的用戶端發出指令后，裝配式建筑智慧化管理體系的應用端和平臺端會向數據端提煉數據，然后把提取到的數據及時反饋給用戶端，以實現精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理。

4 精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的運行

4.1 裝配式建筑智慧化管理體系在設計階段的運行

為規避在生產階段、裝配施工階段出現較多的設計變更，在設計階段，充分利用精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系的平臺端，設計方與生產方、裝配施工方多次交流設計方案，以確保設計方案能夠在生產階段和裝配階段順利開展。

通常裝配式建筑設計人員在進行實際工程設計構配件時，根據數據庫內收集的標準化構配件尺寸、形狀進行調整，保證了設計效率。在構配件設計的前期準備工作完成后，可根據工程項目的結構類型對預制構配件實施分類，把標準化結構與非標準化結構加以區分統計，并在設計過程中縮小構配件種類的數量，可以有效地進行預制構配件標準化的管理。

該體系在設計過程中利用多種信息化技術，構建裝配式工程模型，根據工程項目的材料、建筑尺寸、機械設備、施工進度計劃、施工成本等各類參數錄入系統，建立相應的數據庫。在體系中把建好的數據庫實時共享，并隨時更新項目的材料、設備及進度情況，確保在構建模型的過程中可以及時提取所需建造數據資料。

4.2 裝配式建筑智慧化管理體系在生產階段的運行

為了裝配項目各參與方能夠合理安排工作計劃，從體系中的管理平臺中實時查詢到裝配構件的具體情況，在體系運行預制生產階段時，需要利用各類智慧信息化技術對項目中各個構件的施工情況和位置進行實時定位和更新，以便于裝配式構件的生產和運輸。

構件預制生產前，根據裝配項目的構配件對選用材料、尺寸大小、需求計劃等的要求，設計方與裝配施工方召開交底會議，確定預制模具量，材料采購數量及供應方案，預制生產及運輸計劃，以保證裝配項目的高效進行。

構件預制生產中，為深化質量監控力度，生產管理及采購人員須對材料提供精細化質量檢測，并把材料的產地、時間、質量情況等信息及時拓寬到體系中。轉換好構件原材料在體系中的信息格式后，即可進入生產裝配構件流程。在構件制作過程中，除了合理利用模具及自動化設備對構件尺寸進行修整外，還使用BIM、RFID等智慧信息化技術對已產出的構配件與原設計構件的模數進行對比，確保質量、尺寸等符合要求。然后使用掃描技術對脫模后的構配件進行質量優劣分析，并將析出的結果錄入到管理人員的信息化終端設備上，以便于各方管理人員對構配件的情況及時支配。

構件預制生產結束后，為便于施工管理方實時把控構配件的進出場情況，協調好配件的存放及接收任務，需預制生產技術及管理方使用BIM、GIS等技術，對施工現場周邊環境進行分析，并聯合施工計劃、設計方案，制定出完善的運輸計劃，并把構件的質量檢測情況、運輸情況等資料信息實時拓充到智慧平臺端。

4.3 裝配式建筑智慧化管理體系在施工階段的運行

裝配式建筑智慧化管理體系在施工階段的運行尤為關鍵，主要包括施工前準備、質量控制、進度控制、安全管理等過程。

在施工前準備階段，為了避免裝配建筑工程在施工時出現交叉干擾、工作面無法展開等情況，通常需要聯合裝配設備的施工范圍、運輸路線、位置信息等數據，使用智慧信息化體系進行各個專業施工方在施工階段中的仿真模擬，組織協調好裝配大型設備的進出場時間、工作時間。同時，需要規劃好建筑材料、裝配構件、中小型設備的進場存放位置及二次搬運計劃等工作。

在施工階段的質量控制過程中，為確保施工關鍵節點的質量，需要使用智慧信息化體系對施工階段展開虛擬仿真。把施工已完成的裝配構件按照“三檢”制度認真檢驗，形成的檢查記錄及時錄入體系數據庫，及時有效處理有質量問題的構配件，并把各個環節的質量問題、維修方式及結果上傳質量控制數據庫，定期對質量控制情況進行分析總結，分析出發生質量事故的原因，以規避在后續施工過程中類似質量問題的發生。

在施工階段的進度控制過程中，為保證裝配項目的工期，每天的進度計劃與實際進度保持一致，須在使用智慧信息化管理體系時，用BIM技術進行三維虛擬可視化，跟進施工用料計劃、運輸計劃及進度計劃，并根據體系的集成功能，實時對裝配過程的實際施工數據記錄與計劃進度比較，完成裝配構件在施工階段的進度控制。另外，該體系還可通過RFID、物聯網等信息化技術對施工一線的施工進度情況、數據信息實行及時錄入、更新。將體系內施工進度與規劃的進度情況進行詳細對比，分析出當前施工進度是否在合理范圍內，以及下一步應該如何進行調控。另外，裝配技術人員還可根據體系平臺端查到的進度計劃，對展開工作面的構件提前實施準備工作，施工技術人員可以使用平板終端設備，查看裝配項目的三維模型，將每個構配件的型號、位置情況進行精細核對，確定無誤后即可進行裝配施工。

在施工階段的安全管理過程中，為了避免工程項目中危險性高的節點、重大施工節點、特殊要求作業面等出現安全事故，智慧化管理體系對工程項目進行仿真模擬施工，以完善安全管理方案。使用VR虛擬仿真設備，讓施工人員沉浸式體驗安全事故的全過程，促使施工人員樹立安全保護意識，正確使用安全防護用品。

5 結語

本研究將精益管理理論、智慧信息化管理與裝配式建筑融合于一體，以裝配式建筑項目發展現狀中出現的問題為出發點，構建了精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系。主要研究成果如下。

①通過分析裝配式建筑項目的發展現狀中出現的問題，提出將“精益管理思想”與“智慧化管理”在裝配式建筑管理體系中科學集成，從而提升裝配式建筑的綜合管理水平。

②構建了精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系，主要包含用戶端、應用端、平臺端、數據端四個層面。該智慧化管理體系具有集成裝配式建筑項目中的信息收集、錄入、分享、儲存、剖析等功能。

③為了使精益管理思想下裝配式建筑智慧化管理體系能夠在實際項目中更好運用，對該體系在設計、生產和施工階段的運行進行了深入探究。

參考文獻：

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