在建设项目全生命周期中, 施工阶段是生产建筑产品、实现顾客需求的主要阶段, 而其耗能巨大和效率低下问题也最为突出, 往往出现施工进度计划不科学、施工成本超支、施工质量不合格而返工窝工等问题。究其原因, 主要是由于施工过程管理存在着精细化水平不高、信息沟通不畅、协同管理程度低等引起。

　　 BIM的出现在理论上为实现施工进度、人员、设备等要素的精准管理、突破“信息孤岛”和提供协同工作平台等提供了强大的工具, 故近年来许多学者围绕如何将BIM技术与施工协同管理相融合这一课题展开了研究和探索。有学者提出基于云计算的BIM协同应用工具, 并在上海中心大厦项目的各阶段中对其进行了应用。有学者针对精益建造体系下的BIM协同应用进行了研究, 在探讨BIM协同应用机制的基础上构建了BIM协同应用的价值流图。有学者综合应用BIM、计算机支持工作、移动计算等理论和技术, 提出了基于移动计算的BIM协同工作平台理论框架。也有学者以BIM构件作为基本管理单元、以事件作为不同参与方之间的信息传递媒介, 建立了施工过程协同管理模型, 并在此基础上充分融合相关信息技术, 研发了基于BIM的施工协同管理信息平台。

　　 以上研究多侧重将BIM三维可视化数字模型与施工现场信息进行集成, 为施工过程管理提供了宝贵经验;但是, 此类研究均忽视了从整体流的角度出发进行整个施工过程的集成化管理, 故尚无法满足施工管理的协同需求。先进的施工生产管理系统Visi Lean融合了BIM与精益建造原则, 可以有效弥补上述不足, 该系统不仅能够集成与项目生产管理相关的大量信息, 还提供专门的界面帮助相关参与方协同制定施工生产计划与控制工作流, 以进行施工产品和过程的同步可视化管理, 从而为施工协同管理工作提供强有力的技术支持。因此, 本文引入Visi Lean系统, 介绍其系统结构, 并在分析施工管理协同需求的基础上, 以组织协同为基础, 以Visi Lean系统融合物联网等信息技术形成的施工协同管理工作平台为核心, 以流程协同为主要途径, 构建基于Visi Lean的施工协同管理模型, 以期有效提高工程项目施工管理的质量和效率, 进而实现整个工程项目的价值最大化。

　　 Visi Lean是由Bhargav Dave及其研究团队开发的原型系统, 该系统融合了BIM与精益建造原则, 特别适用于施工协同管理过程中的集成化生产计划、调度和控制操作。Visi Lean系统主要包括三个部分 (虚线箭头) , 如图1所示, 即主要生产管理系统、现场生产管理“Apps”和其他外部系统, 系统支持不同的终端用户应用程序, 以支持各参与方在分布式环境中更好地协作。

　　 主要生产管理系统是Visi Lean系统的核心, 将BIM产品模型与计划和进度界面进行了集成, 并且提供的项目管理界面涵盖了与项目生产管理相关的大量信息, 可以实现良好的约束管理, 促进社会协作和知识管理。Visi Lean系统还具有IOS和Android应用程序, 故施工现场人员可以借助电子设备通过现场生产管理“Apps”获取工作任务安排和设计信息, 并及时反馈施工现场的过程信息, 系统后台则会将上传的信息更新到主要生产管理系统中去, 以便管理人员对施工现场生产进行更好的掌控。而外部系统中的各个组成部分通过web service与主要生产管理系统进行连接, 丰富和完善了主要生产管理系统中的各项信息来源, 使管理信息实时化、准确化, 有助于进一步实现管理信息化。

　　 此外, 物联网标准 (O-MI/O-DF) 使得Visi Lean系统的三个部分与资源管理和生产控制系统 (见图1中的“工作人员”部分) 的实时通信成为可能, 即资源的实时位置 (利用RFID、GPS、传感器等技术) 、施工的实时状态都能及时推送至Visi Lean系统和相关管理人员, 有利于更好地实现施工过程的科学管理与决策。

　　 工程项目的施工过程是一个复杂的系统工程, 涉及了业主方、施工方、监理方、供应商等诸多主体, 各利益主体往往只追求本团体利益最大化, 而不同的利益追求必然会导致多主体之间存在许多冲突, 进而加大了施工管理的难度。与此同时, 施工过程中往往会产生大量的信息, 形式纷繁、类型复杂, 传统施工管理模式下的项目实施过程通常会出现信息沟通不畅、信息资源难以有效整合的现象, 严重制约了施工管理效率的提高。此外, 项目各参与方若想在项目战略合作层面发挥协同作用, 还需匹配项目建造的目标制定、计划实施、过程集成。因此, 本文将施工管理过程中涉及到的项目各参与方作为协同主体, 将参与各方在工程项目过程中所掌握的项目信息作为协同媒介, 将施工管理的对象即整个项目的施工流程作为协同客体展开施工协同管理研究。

　　 根据上述分析, 将施工协同管理的要素分成组织协同、信息协同、流程协同三个方面 (如图2所示) , 以组织协同为基础, 以信息协同为核心, 以流程协同为主要途径, 从而实现项目施工阶段的协同管理。本文主要借助Visi Lean系统协同相关信息技术搭建施工协同管理工作平台, 将贯穿于项目施工管理过程中所有的信息进行集中、有效管理, 让散布在不同地理空间的项目团队能够在一个集中统一的环境下工作, 随时获取所需的项目信息, 进而能够进一步明确项目成员的责任, 提升施工管理的质量和效率。构建基于Visi Lean的施工协同管理系统架构如图3所示。

　　 组织协同是施工协同管理的基础。它可以被定义为:“具有各自目标、需求和文化的不同专业或组织, 紧密结合、相互支持成为目标一致的组织整体”。这对工程项目组织体系便有了新的要求, 要求各参与方不仅仅是站在项目合同层面进行配合, 更要站在企业战略合作层面。在传统的项目管理模式下, 业主、设计方、承包商、供应商等各方均以各自局部利益为主要目标和行为导向, 进而限制了整体化的思维与行为方式。虽然DB和EPC模式在一定程度上提高了各参与方之间的联系, 但其在组织协同程度上仍然存在诸多不足, 动态战略联盟和变革式的组织模式活性系统模型 (Viable System Model, VSM) 为此类工程项目采购模式下的组织协同提供了思路;并且随着工程项目管理的发展逐渐呈现出多方协同的趋势, 一种集成化程度更高的项目采购模式——项目集成交付 (Integrated Project Delivery, IPD) 应运而生, 该模式为项目施工管理营造了一种更安全、更绿色、更可持续化的环境, 能够充分实现不同专业团队之间的沟通与合作、充分利用各自经验知识优化设计、施工方案。

　　 有了组织协同的保障, 各参与方在项目初期的策划、决策和设计阶段就积极介入到相关工作中去。在这样的组织环境中, 设计与施工不再分离, 设计方在设计过程中与施工方进行密切的交流沟通, 设计时充分考虑到施工的可行性、便捷性以进行设计优化和施工方案优化, 大大减少施工阶段的项目变更;监理方可以借助信息化平台解决实际监理过程中的信息不对称问题;而供应商也能够根据项目施工的实际进度和需求, 对供应计划进行实时的调整, 从而有效提高施工管理过程中的资源管理水平。

　　 信息协同是实现施工协同管理的重要条件。它是指通过交流与沟通实现不同个体之间以及不同组织之间信息的有效传递与分享。本文以涵盖了BIM模型信息、资源信息和施工过程信息的Visi Lean系统为基础, 集成物联网技术 (如RFID、GPS、WSN等) 收集的资源实时信息、施工现场环境信息, 以及本体工程技术整合的相关知识信息, 构建较为完善的施工协同管理工作平台。

　　 将该平台集成的项目信息共分为六类, 即设计信息、资源信息、管理信息、本体知识信息、环境信息和系统信息 (如表1所示) 。施工管理过程中涉及的所有信息依托Visi Lean系统形成了一个公有云, 为业主、设计方、施工方、监理、供应商等各方的协同工作提供了一个良好的信息平台, 使他们能够依据权限及时上传和获取相关信息, 从而能够针对整个施工过程管理中出现的各类问题更好地进行交流、沟通和协调。

　　 流程协同是施工协同管理的主要途径。它主要是指各方协同工作、共享项目建造过程中的相关资源和数据, 从而将原本割裂的各个工程项目子过程整合为一个协调的系统, 通过消除整个过程中各类非增值和冗余的活动, 包括由资源问题和人为因素等导致的会降低施工效率的所有阻碍, 使项目过程总体达到最优。

　　 Visi Lean系统的一个显著特点就是内嵌了精益建造施工管理流程, 即基于Visi Lean系统的施工协同管理工作遵循最后计划者体系 (Last Planner System, LPS) 。Visi Lean系统通过专有的项目管理界面、计划与日常生产控制界面支持LPS的“拉式”工作流程设计和多级交互式计划与控制方法, 可以更好地实现集成化的资源管理、计划编制、生产调度、进度跟踪及控制工作;通过Visi Lean系统组成部分BIM模型的相关功能可以自动化生成工程量信息, 将综合单价信息与具备工程量信息的构件对象进行关联, 得到各BIM构件对象的造价信息, 对施工成本进行良好的管控;而综合利用物联网技术收集的资源实时信息、施工现场环境信息, 以及本体工程技术整合的相关知识信息, 又可以进一步完善施工管理过程中的质量控制和安全管理工作。

　　 基于Visi Lean的施工协同管理系统在具体运行时, 主要以LPS计划与控制过程为核心, 以施工工序为管理主线连接施工过程的管理要素信息, 从而实现施工过程的集成化组织与管理。系统的整个运行过程共分为主控计划、阶段计划、前瞻计划、周计划和日常生产控制五个层面, 构建基于Visi Lean的施工协同管理模型如图4所示。

　　 BIM模型是施工协同管理的基础, 以构件为基本组成单位。在项目设计阶段, 设计方协同了施工方的意见构建了实践性更高的BIM模型, 为施工过程管理打下良好的基础。

　　 (1) 主控计划阶段是整个施工协同管理流程的开始, 该阶段的重点是确定整个工程的项目和里程碑事件, 主要采用传统的计划编制手段, 同时利用BIM模型进行支持, 形成最终的主控计划方案导入Visi Lean系统。

　　 (2) 阶段计划旨在让整个项目团队进行集中决策, 对未来一段时间内的整体项目顺序达成一致意见。为此, 首先需在Visi Lean系统中完成项目内容的WBS分解工作, 由项目逐级细化到工序、明确界定各级活动;其次为各级别活动添加属性, 即名称、计划开始时间、计划完成时间、优先级情况、责任人等详细信息, 同时在工序与对应BIM构件之间建立链接关系, 并导入本体技术整合的对应知识信息;然后建立工序间的紧前紧后关系, 并为工序添加相应的资源约束。

　　 (3) 前瞻计划是生产计划执行前2~6周的前置准备性计划, 其目的是针对“准备就绪”的任务建立工作包 (WBS分解最低层次的项目可交付成果) , 将活动分解到操作性层面, 确定各活动逻辑顺序, 识别所需资源和相应约束, 明确项目团队各自责任, 开展任务活动前期准备工作。该阶段是一个高度协同的过程, 所有相关参与方都需要参加前瞻会议, 借助Visi Lean系统通过施工现场的投影屏幕获取BIM模型和进度计划的同步可视化展示, 以更好地实现近期施工任务的约束解除 (包括人材机到位、施工任务的工作面处于可用状态、紧前任务已保质完成等任务开始的必备条件) 和责任分配。

　　 (4) 周计划阶段的目的是选择下一周将要执行的任务, 各参与方通过周计划会议确定本阶段的工作量、工作顺序, 同时还需要协调供应商的材料准备、进场时间。

　　 (5) 日常生产控制本质上就是生产计划的实施和现场信息的反馈工作, 利用Visi Lean APP, 施工现场的工人可以获取最新的任务信息和与任务相关的所有说明, 他们还可以从现场更新任务状态, 确保整个团队始终掌握准确、实时的生产状态。最后根据任务的完成情况, Visi Lean系统会自动化提供计划完成百分比PPC, 对周计划进行反馈, 在必要的时候还可以对前瞻计划、阶段计划、主控计划进行联动式的调整。

　　 传统的施工管理工作遵循生产转换理论, 忽视了价值和流程在项目管理中的作用, 影响了整个项目的流动性, 在很大程度上制约了建造效率的提高。Visi Lean系统内嵌了精益建造原则, 利用LPS计划与控制管理工具, 将人员、资源、信息进行高效集成, 以持续改进为目的, 通过“拉”式流程设计和多级交互式计划与控制方法开展施工管理活动。在进行施工活动组织时有效结合现场施工人员的实际情况, 综合考虑当前工作状态、现有资源准备、工作的合理顺序、作业时间、后续工作的要求、设置缓冲等需求, 有助于保障施工生产工作按照计划未被干扰地执行, 促进了施工过程的集成化、精细化、准时化管理。

　　 Visi Lean系统能够直接导入项目产品的BIM模型, 同时提供专门的界面进行施工计划的编制工作, 并在具体施工工序和对应的BIM模型构件之间建立链接, 从而实现产品和过程模型的同步可视化展示, 通过提供三维可视化的环境来展示工程进度实时状态和未来进度计划的内容, 促进了计划编制过程中各参与方之间的沟通与理解, 从而提高施工生产计划的可靠性。此外, 在任务执行过程中, 现场工人也可以通过Visi Lean APP或可视化的看板工具, 获取施工任务的最新信息和相关详细说明, 提高生产工作的执行水平。

　　 以涵盖BIM模型信息、资源信息和施工过程信息的Visi Lean系统为基础, 集成物联网技术收集的资源实时信息、施工现场环境信息, 以及本体工程技术整合的相关知识信息, 可以为项目各参与方提供较为完善的施工协同管理工作平台。该协同工作平台可以实现各参与方之间的信息系统和资源之间的信息共享与互补, 解决了传统意义上的信息割裂问题。各类不同专业人员在该平台下相互协作、共同工作, 使工作流程透明化, 各相关部门可以根据需求了解工程进展的实时状况, 各项工作也可以随时反馈信息, 从而实现了施工过程的信息化、协同化管理。

　　 近年来, 如何将BIM技术与施工协同管理相融合这一课题引起了许多学者的讨论和探索。鉴于现有研究多仅将BIM三维可视化数字模型与施工现场信息进行集成而尚无法满足施工管理的协同需求, 本文引入融合了BIM与精益建造原则的先进施工管理系统Visi Lean。在分析施工管理协同需求的基础上, 围绕组织协同、信息协同、流程协同三个层面构建基于Visi Lean的施工协同管理系统架构;然后深入阐述该系统的运行过程, 并构建基于Visi Lean的施工协同管理模型, 对于有效提高我国工程项目施工过程的效率和管理水平具有一定的借鉴和参考价值。