建筑业是劳动密集型产业, 建造过程中涉及众多参与者, 项目组织模式对施工管理的效率起决定性作用。但是, 项目各参与方在核心资源、利益目标、运作模式等方面具有明显的异质性, 传统的分散式、割裂式的组织管理模式使得施工管理过程出现信息沟通不畅、管理流程割裂、效率低下等问题。精益建造是一种通过各种精益管理工具优化建筑产品建造流程的生产管理模式, 可以促使建造过程从碎片化、粗放式向精益化、协同化过程转变。精益施工项目就是指在建造过程中应用精益建造理论和技术的施工项目, 其中最有效的管理工具为最后计划者体系 (Last Planner System, LPS) 。LPS通过拉式流程和多级联式计划理论能够解决传统施工管理流程割裂等问题, 但是LPS在实践应用方面还存在诸多障碍和挑战, 比如现有的组织系统不能适应LPS、缺乏有效的项目管理手段和无法应对外部环境的变化、组织变革存在阻力和缺少科学合理的培训等。因此, 探索适合LPS实践应用的组织结构对提升施工管理效率是非常重要的。

根据Steinhaeusser T的研究, 活性系统模型 (Viable System Model, VSM) 是精益思想的理论基础, 运用控制论思想研究组织运行。F.Elezi通过对比LPS和VSM, 并进行功能提取证实VSM的运用可以提升LPS的实施效果;张柯杰等在VSM中结合LPS和KanBIM来提高质量控制水平;李娜等运用VSM对精益建筑供应链的内外组织结构进行设计以实现协同合作。因此, 本文引入活性系统模型, 阐述活性系统的基本思想和模型结构, 应用其组织设计方法, 并结合精益建造管理技术, 构建精益施工项目协同组织活性系统模型。同时将所构建的模型与LPS相结合以阐述整个应用流程, 确保施工管理过程中灵活应对组织内外环境的变化、信息高效稳定地流动和共享, 从而实现施工管理的精益化、协同化。

活性系统的基本思想包括多样性平衡、递归分解和适应机制。实际上, 环境、组织、管理系统三者之间通常是不平衡的。由此, Beer提出多样性平衡思想, 即在环境、组织、管理系统之间采取相应的手段, 分别形成“放大器”和“过滤器”, 以此达到平衡。但是由于实际资源、费用等因素的限制很难实现多样性平衡, 此时就提出递归分解思想。通过层层递归分解形成组织的活性系统等级链, 将组织某一层次无法处理的环境状态量传递给相邻层来解决, 从而确保组织运作的活性。此外, 活性系统理论认为:组织若要保持活性, 必须建立适应机制, 即所制定的政策与组织的内外部环境相适应;同时该适应机制要求组织系统具备控制、情报和协调三大功能, 以适应不断变化的新情况。

依据活性系统思想, 活性系统模型包含总环境、操作系统和管理系统, 其中总环境包括未来环境和当前环境;操作系统 (S₁) 包括不同操作单元, 主要执行实际工作;管理系统分别承担着协调 (S₂) 、控制 (S₃) (其中S₃*是S₃系统的辅助系统, 起着审查的功能) 、情报 (S₄) 和政策 (S₅) 功能, 以确保操作系统在变化环境下的正常运作。活性系统模型及子系统之间的相互关系如图1所示。其中系统S₁由不同子活性系统组成, 体现活性系统的递归思想, 主要负责执行S₃布置的任务。每个子活性系统包括操作单元和管理单元, 管理单元对所负责的操作单元进行自我管理。不同子活性系统之间的操作单元根据任务需求互相沟通, 其对应管理单元为了保证所负责的操作单元沟通的顺畅而不断协调。每个子活性系统都与自己特定的环境接触, 以适应环境变化。

首先, LPS采用“拉式”流程设计, 对计划进行多级联式分解 (主控计划、阶段计划、前瞻计划、周工作计划) , 而且LPS做到权力下放, 重点强调底层计划的制定和实施的操作性。而活性系统的递归分解思想刚好与之相契合, 也重视基层操作单元的自主性, 并赋予其更多的管理权力。其次, LPS整体实施控制包括生产单元控制和工作流程控制。生产单元是指施工班组的任务范围, 对应于周工作计划的内容, 由周工作计划来不断调整分配给工人的任务, 其目标是在生产单元内部协调, 提高工人的生产效率。而活性系统模型中的系统S₁本身就是一个小的活性系统, 进行着自身的操作和管理任务, 与生产单元的控制相一致。工作流程控制是对各个生产单元的生产次序和转换速率进行控制, 确保形成稳定连续的工作流, 强调对工作流程的整体控制。而活性系统中的管理子系统通过与内外部环境以及操作子系统的相互协调控制而完成整个项目的运转, 这与工作流程的控制相一致。由此可见, 活性系统模型可以应用于LPS拉式流程中, 从组织结构和工作流程两方面对施工过程进行管理。

根据活性系统理论构建精益施工项目协同组织活性系统模型包括三个步骤:第一步是分析精益施工项目协同组织的特点及要求, 即组织辨识;第二步是依据组织辨识, 运用活性系统的递归思想 (如图2所示) , 将组织按照施工过程逐步展开, 形成组织的递归结构;第三步是在每一层的活性系统中设计各功能子系统的主要内容和相互之间的关系。

工程项目的实施过程是复杂的, 计划的编制不是一个人或一个团队一次就可以完成的, 它需要整个实施组织的参与, 包括建设单位、设计单位、总承包商、分包商、监理单位、供应商等。LPS是推动精益建造实践应用的最有效工具, 包括主控计划、阶段计划、前瞻计划和周工作计划, 它利用不同层级和职能的人员按照施工过程的不同阶段依次编制计划并监督计划的实施, 其工作流程如图3所示。实施LPS要求一线管理者不仅要了解施工过程中各种资源要求和进度把控, 更要对项目的整体目标和绩效有全面的了解, 这就要求组织内外部的信息能够非常及时流畅地进行传递和共享。同时为确保不同层级所制定计划的一致性和全局性, 需要制定一种协同组织结构, 将所有参与者结合起来, 并且有较强的动态性去应对周围环境变化和施工过程中的不确定性。

结合活性系统思想以及精益施工项目协同组织的特点和要求, 提出精益施工项目协同组织活性系统模型的递归结构为:第一层是以建设单位为主, 施工总承包商为辅, 制定项目总计划的过程;第二层是在总承包商的全面管理下组织各个分包商协同完成各专业分包工程;第三层是针对特定某一专业分包商, 组织不同施工班组具体完成不同任务。以此类推, 直到最后一层活性系统是最小的管理单位和操作单位所组成的团队。

根据对精益施工项目协同组织的递归结构分析, 其中以第二层活性系统模型为例阐述5个子系统之间的协同、互动关系, 如图4所示。

(1) S₁主要按照施工顺序由不同的专业分包工程组成, 同时对应于相应的分包商及各自特定的环境。此过程, 分包商借助KanBIM系统来执行总承包商安排的任务, 并及时反馈任务执行情况。不同的专业分包商之间在施工过程中也会产生互动, 进行信息的传递与交流。

(2) S₂的主要任务是协调, 为S₃的控制和S₁的操作提供协同平台, 即在KanBIM系统中共同制定工作计划, 同时进行当前的约束分析, 解决施工过程中的突发状况。

(3) S₃主要任务是控制, 通过与S₁协商来确定每个分包商被分配到的具体任务目标和完成目标的必要资源, 保证任务与资源的分配相一致, 并将全部信息同步更新到KanBIM系统中。此外, 每个分包商要定期向总承包商提交任务进展报告, 分析已经完成的工作、与预期目标的差距和根本原因、下一阶段的改进措施等, 从而确保S₃实时掌握最新信息并作出相应改进计划。为了获取更直接的信息, S₃还要依赖S₃*对每个分包商进行临时质量检查, 并且这种检查活动不能干扰到每个单位的自身管理, 否则会威胁上下级管理人员之间的信任。

(4) S₄主要是获取外部环境信息 (即施工作业环境信息) 和S₃的信息 (即组织内部信息) 来制定未来工作规划, 用于指导S₃的控制。此时, 所收集的信息主要有建设单位的各项施工标准和要求、资金、前置工作完成情况等。

(5) S₅主要是由施工总承包商根据建设单位的要求制定出施工目标, 同时根据目标制定相关政策、准则、规范等。此外, 要确保S₄获取的信息能有效指导S₃的管理和控制, 也能根据S₃的反馈及时调整获取信息的方式和计划, 从而实现项目的持续改进。

为了实现精益施工项目协同组织的有效运行, 必须将所构建的协同组织活性系统模型融入LPS计划与控制过程中。针对LPS的多级交互式计划层次与活性系统的递归结构, 本文由不同层次的活性系统负责编制和管理不同层次的计划, 其相互对应关系如表1所示。

第一层活性系统负责主控计划的编制和调整, 以此类推, 第四层活性系统负责周工作计划的编制和调整, 整个应用流程如图5所示。每一层次计划的运行机制均一样, 只是存在于不同的活性系统层次中。在每一层活性系统中, S₅关注对应系统所要关注的工作目标;S₄获取该阶段所对应的特定环境;S₃将这些计划任务与对应资源分配给S₁执行, 并通过S₃*检查S₁的工作完成情况;S₂为各参与方提供当前计划的编制平台, 在综合考虑项目进展实况和上级计划后编制当前施工计划。下面分四个计划阶段详细阐述应用流程。

在编制主控计划过程中, 主要由建设单位主导, 总承包商、设计单位、供应商等配合, 根据S₅中项目总体要求, 以及S₄中现有施工项目的BIM模型信息、周围环境信息、知识本体信息等在S₂的协同平台中制定主控计划, 确定项目的里程碑事件。然后由S₃将主控计划及时传达给S₁中的总承包商, 同时S₃*会监督计划传递的及时性和准确性, 以推动工程项目的顺利开展。此外, S₂与下层系统S₂连接获取计划变化信息, 并调整主控计划。

在编制阶段计划过程中, 主要由总承包商主导, 建设单位、专业分包商、供应商等配合, 根据S₅中获取的主控计划, 以及S₄中项目目标分解和现有资源分析情况等在S₂的协同平台中编制阶段计划, 确定关键工作、编制进度计划和生产能力计划。然后由S₃将阶段计划及时传达给S₁中的各个专业分包商, 同时S₃*会监督计划的执行, 保证项目的稳定可持续施工。此外, S₂与下层系统S₂连接获取计划变化信息, 并调整阶段计划。

在编制前瞻计划过程中, 主要由专业分包商主导, 总承包商、监理单位、供应商等配合, 根据S₅中获取的阶段计划, 以及S₄中当前施工情况、对未来工作的预测以及资源供应情况等在S₂的协同平台中编制前瞻计划, 目的是消除约束, 将任务分解到操作层面, 明确各项活动的施工顺序和工作包大小, 并对相应资源 (人员、材料、机械) 进行约束分析等。然后由S₃将前瞻计划及时传递给S₁中的各个施工班组长, 同时S₃*会检查计划的执行状态, 保证计划实施的连续性。此外, S₂与下层系统S₂连接获取计划变化信息, 并调整前瞻计划。

在编制周工作计划过程中, 主要由施工班组长主导, 专业分包商和供应商等配合, 根据S₅中获取的前瞻计划, 以及S₄中当前解除约束的任务、施工班组的数量、施工顺序等信息在S₂的协同平台中编制周工作计划, 目的是施工单位确保预留工作面、施工班组确保按时按量施工、供应商确保准时准量供应材料, 保证计划的顺利执行。然后S₃将周工作计划及时传递给S₁中的操作工人, 同时S₃*会对工序进行质量检查。此外, S₂也会根据实际施工情况、PPC计算, 及未完成工作的根本原因进行周工作计划的调整。

工程项目处于动态变化的环境之中, 而且项目组织离不开所处的环境, 既需要得到环境支持, 又必须接受来自环境的干扰。因此, 为了保证施工管理过程的稳定性, 项目组织必须保持活性。在动态变化的环境中, LPS可以保证施工计划的可靠性及连续性, 活性系统模型所具有的“放大器”和“过滤器”能保证组织结构的稳定性, 两者的融合能更好地应对施工环境的变化莫测和各种不确定因素, 保证施工过程的稳定性, 实现更全面、完善、系统、高效地施工管理。

本文所构建的模型满足了信息流动和共享的各项前提, 如表2所示的信息流通渠道及功能, 其中信息流动均为双向, 为组织中的操作、管理和环境信息的共享创造了条件。该模型将人员、资源、信息进行高效集成, 以持续改进为目的, 利用动态稳定的组织结构, 通过“拉”式动态计划管理和多级交互控制来开展施工管理活动, 确保信息能够高效稳定地流动及共享。

精益施工项目只有建立合理、高效的组织运行机制, 才能发挥协同效益。本文所构建的模型不仅将工程施工过程中的各参与方协同起来, 而且可以保持各自的管理思想, 打破传统从上至下的层级管理模式, 通过每一个活性系统的自我运行及不同活性系统之间的相互配合使得整个施工过程持续稳定的开展, 施工管理更加灵活和有效, 推动了工程项目整个施工管理过程的精益化、协同化。