信息传递流程路径过长, 信息传递方式落后, 信息传递衰减严重等问题, 是施工信息管理中面临的主要障碍。相关研究表明, 项目成本的增加和工期的拖延有30%是由于信息更新不及时或信息不一致造成的。施工项目管理涉及的部门和人员众多, 部门之间相互推诿, 岗位之间信息衔接脱节以及个人信息执行能力不足等等, 都在制约着施工信息管理的质量和效率。随着建筑业市场竞争加剧, 施工项目利润越来越低, 通过信息化实现精细化管理, 已成为施工企业自我发展的迫切需要。

在制造业中, 看板管理作为准时生产方式 (JIT) 控制现场生产流程的主流工具, 它不但可以使信息流程缩短, 也可以提升信息的透明度。看板管理与建筑行业正在热推的建筑信息模型 (BIM) 都具有信息可视化的特征。因此, 探索看板管理与BIM之间融合应用, 对提升施工信息管理的水平具有现实意义。目前, 将看板管理和BIM技术融合应用于建筑领域的研究并不多见。Ury gurevich认为看板BIM是精益原则下的BIM应用, 是使用了BIM技术的看板。覃爱民、夏松等对建筑施工看板分级设置进行研究, 并对各级看板与BIM进行交互分析。这些研究成果为BIM技术与看板管理协同应用于施工信息化管理中提供了新思路, 但是相关研究还处于理论探索初期, 难以指导相关的应用实践。因此, 探索相关的理论和概念, 设计相应的应用流程, 并结合具体案例进行实证研究, 对推进BIM与看板管理的融合, 具有一定的理论意义和现实价值。

看板管理最早是由日本丰田汽车公司提出的一种为达到准时生产目标的现场信息传递的工具。所谓看板管理, 就是通过各类管理看板将生产的进程和现状显示出来, 使得管理状况被众人皆知的一种管理方法。其主要目的在于降低库存, 减少资金占用量, 提高生产效率和效益。大量的实践表明, 看板管理可以对生产数据、情报等状况一目了然地表达, 既是发现问题、解决问题的非常有效且直观的手段, 又是营造企业内部竞争氛围, 提高管理透明度的重要工具, 现在已广泛地应用于软件开发、厂矿生产、企业日常管理等各个领域。

早在1975年, “建筑信息模型之父”Eastman教授对建筑信息模型的最初定义是“a computer-based description of-a building”, 以便于实现建筑工程的可视化和量化分析, 提高工程建设效率。虽然经过近40年的发展, 业界对建筑信息模型并没有统一的定义, 包括美国总务署的“建筑信息模型指南”、美国国家建筑科学院设施信息BIM委员会的“国家建筑信息模型标准版本”、美国建筑师协会 (AIA) “建筑信息模型规范附件”以及美国制造公会 (AGC) 等权威机构对建筑信息模型概念的定义都存在差异。但是, 建筑信息模型主要包括三个层面的信息, 一是建筑物物理和功能特征的数字表达;二是一个可满足共享需求的知识资源载体, 为建筑全生命周期内的管理决策提供依据;三是支持建筑全生命周期内的不同利益主体之间协同作业的平台。目前, 建筑信息模型简称为BIM, 是“Building I n for mat ion Modeli ng”的缩写, 但也有部分学者将BI M翻译成建筑信息化管理 (Bu ild i ng I n for mat ion Management) 或者建筑信息制造 (Building Information Manufacture) 。实际上, BIM不再像CAD一样只是一款以画图为主的软件, 而更主要的是信息化管理的载体和工具。《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中将BIM视为推动建筑信息化的重要载体, 在国内进行全面推广应用。

从看板管理和BIM的定义上, 两者都具有可视化的特征, 都是实现信息化管理的工具和载体, 具有融合应用的基础。故在此提出看板BIM管理模式, 简称为Kan BIM。所谓Kan BIM是指在施工现场管理中, 将建筑物理信息、质量信息、成本信息、进度信息、资源信息、施工信息等信息, 依托传统的看板工具 (标语、图表、条幅、公告、视频等) 和BIM系统智能多媒体终端设备 (VR头盔、手机、平板电脑等) , 通过传递看板、生产看板和临时看板将施工项目的状况传递给施工人员和相关利益主体, 使其一目了然地获得自己所需的关联信息, 是一种使项目管理状况众人皆知的施工现场信息管理模式。

Kan BIM利用了BIM的可视化、可模拟性, 将BIM协同管理平台上存储的项目信息, 利用看板系统扩大化, 确保施工管理人员在必要时间和地点, 获得全面、相应的建筑施工信息, 辅助项目施工管理人员做出实时、动态的决策和管理, 针对目标偏离状况进行及时纠偏。Kan BIM综合了看板和BIM共同优势和特点, 确保每一个PDCA施工过程中信息可视化、信息一致性、信息动态同步性以及信息传递双向性, 使项目施工管理信息透明化。它不但能增强信息管理全员参与性, 提高工作效率;而且还能持续改进项目管理目标, 实施动态纠偏, 最终达到提升质量、节约工期、降本增效的目的。传统看板管理与BIM两者的协同作用关系见图1。

根据Kan BIM的定义, 它具有以下三个方面的主要内涵:

(1) 项目施工信息全员可视化。传统看板管理中的看板本身具有标识、提示和管理透明化的作用, 让现场信息人人皆知。融入BIM协同管理平台后所形成的Kan BIM, 可以通过传统静态看板与现代动态电子看板的结合, 不仅扩大施工现场管理信息可视化的广度和深度, 让施工现场工作人员掌握动态的项目状况;而且通过可视化远程协同作业, 确保项目设计方、建设方、监理方以及供应方等相关利益主体既成为项目信息的提供者和维护者, 也成为项目信息的分享者, 从而辅助各利益主体根据看板信息进行科学决策, 真正实现施工信息全员可视化。

(2) 项目施工信息动态性与一致性。传统看板管理中看板信息多以静态为主, 信息时效性差, 即便对信息实时更新其成本也很高。融入BIM协同管理平台所形成的Kan BIM, 借助BIM所依附的新一代信息技术, 不仅使项目施工信息在平台上实时动态更新, 而且通过现代动态电子看板终端, 可保证所有人员获得信息无差异性, 避免了“信息孤岛”现象, 降低了信息衰减幅度, 有利于提高项目的决策质量。

(3) 信息传递的双向性。传统静态的单向传递看板让现场人员只能成信息的获取者, 不能及时将工程现状信息通过看板系统反馈给指挥层和决策层;同时, BIM协同管理平台更多是按照预设的进度和资源计划进行施工模拟, 难以反映施工现场实际情况。将传统看板管理融入BIM协同管理平台后所形成的Kan BIM, 利用现代的交互式终端设备解决信息交互问题, 实现终端信息向项目决策层实时、动态反馈, 决策层可以及时、准确地导出各个重要时间节点的进度报表、成本报表、质量问题报表、资源消耗量报表等, 通过对比分析找出原因, 并采取纠偏措施, 为下一道看板信息的发出提供依据。

要实现Kan BIM的管理目标, 综合体现传统看板管理和BIM信息协同管理优势, 在应用中应坚持以下四项原则。一是信息标准化原则。Kan BIM要实现全员信息可视化, 在遵循人的信息阅读习惯的基础上, 将信息编写成为规范、统一的格式, 实现信息标准化。二是信息可读化原则。Kan BIM一方面应满足施工管理层在现场以最快的速度获得需求信息, 另一方面呈现的看板信息应让一线基础员工也能理解;因此, 应考虑施工项目参与主体之间个人能力和技能的差异, 以简单、易懂的方式表达施工项目状况, 提升信息可读性。三是信息的低成本原则。在建筑行业竞争持续加剧而且利润不断下滑的情况下, 推行Kan BIM不应以增加项目施工成本为代价, 而应通过现代信息技术, 导入动态可视化看板工具, 借助手机智能终端设计, 降低看板配置成本, 提升看板终端的重复利用率。四是动态相关性原则。看板上的信息不仅要与岗位紧密关联, 责任到人;也要与时间紧密结合, 保证信息的及时性, 实现动态管理。

K a n BI M以实现项目施工管理每个层级质量、成本、进度、安全控制过程的可视化为目的, 它以LPS与JIT为指导思想, 以BIM模型为基础, 以看板界面为呈现方式, 服务于施工现场以及项目利益相关部门所有人员的一种信息化、流程透明化的施工信息管理模式。按照信息传递的逻辑原则, 一个完整的Kan BIM应由看板规划模块、约束条件收集模块、BIM模型构建模块、工程作业模块、看板信息管理模块、终端信息反馈模块这六个模块组成。六个模块的关系便构成了Kan BIM施工控制流程, 如图2所示。

Kan BIM的任务在于辅助决策, 实现项目管理者的质量、进度、成本和安全目标。在不同的施工阶段, 项目的控制目标存在差异性;因此, 在实施Kan BIM管理之前, 应根据施工计划对看板进行规划。看板规划一般包括主计划、前瞻计划、周计划、执行计划四个层次, 各层计划的相互关系及包含的内容见图3所示。

在经济问题中, 对目标函数常常要在一定的约束条件下求最大值 (或最小值) 。施工项目管理也一样, 它需要遵守国家标准、施工规范、设计要求、施工方案、交付标准以及现场天气情况等众多约束条件, 通过Kan BIM对约束条件的收集和梳理, 并以可视化的形式呈现, 辅助项目管理者实现质量、工期、投资和安全等预期的控制目标。

Kan BIM是传统看板管理与BIM的融合, 建筑信息模型是施工信息搭载的载体和集成的平台;因此, 通过BIM软件建立施工阶段的建筑信息模型是Kan BIM应用的基础。BIM模型是以建设单位通过审查提供的并且有效的施工图和设计文件、标准图集、合同文本、总进度计划等为数据来源, 按模型细度LOD500的标准建成的, 用以反映施工建筑的物理特征和功能特征。

工程作业模块以每一个施工过程为对象, 按照PDCA管理原则, 形成一系列施工行为。首先, 由各个施工班组在完成看板任务, 应先班级自检, 确定质量、成本、进度是否符合要求。其次, 进行项目部内部职能部门自检, 并在质量看板上标志检查结果;最后, 向监理报验, 在验收合格以后方可下达新的看板任务。若监理验收不合格, 应作为项目质量看板通报的对象。

看板信息管理模块主要负责将工程信息通过BIM协同平台向施工现场和利益相关者进行传递。它根据总计划、展望计划、周计划、执行计划、工程概况、施工组织设计、现场信息采集等进行更新及调整各级看板内容, 根据应用环境进行动态调整, 确保各级看板在施工的各个阶段发挥出相应的作用。

终端信息反馈模块主要实现看板终端信息向决策层反馈。Kan BIM往往采用不同的图标标识反馈每项任务当前状态, 如表1所示。一方面, 各参与方可通过移动终端进入Kan BIM系统, 实时了解各自权限范围内的现场情况;另一方面, 将系统反馈的结果制成二维码, 及时粘贴到移动看板上, 一线工作人员便可通过手机扫描二维码, 获得任务相关信息, 针对性地进行工作。

通过产学研合作的模式, 在中建四局某公司承接的曲靖某商业综合体试点应用了Kan BIM施工信息化管理模式。该工程总建筑面积11.5万m², 其中地上10万m², 地下1.5万m², 总高度23.95m, 地上4层 (局部5层) , 地下1层。由地下室、百货楼、娱乐楼、步行街四大块组成。该工程具有管线复杂, 施工新技术多, 项目参与方多, 协调困难以及工期紧等特点, 同时, 甲方要求在施工中应用BIM技术。为了增加BIM在施工应用的广度和深度, 提高BIM管理效果, 项目部重点围绕关键点的质量管理、进度管理、安全管理和技术管理试点应用了Kan BIM, 具体情况如下。

针对施工中的新技术的质量控制, 通过Kan BIM丰富了传统工程质量管理方式。主要体现在以下几个方面:一是在施工前通过BIM技术对新技术进行模拟并进行三维可视化技术交底;二是在现场设置质量看板, 说明施工注意事宜以及质量控制要点;三是在工程部设置质量看板, 主要汇总、统计质量状况, 包括质量现状描述、合格情况、不良情况以及不良原因;四是在工地大门入口处设置质量看板, 作为质量管理活动板报, 包括质量信息、质量改进、质量纠正、质量通告。使关键部位和新技术的质量控制严格遵守PDCA的控制原则, 从而确保工程质量。

通过Kan BIM的双向反馈功能, 将现场实际进度数据随着本工程的开展实时录入项目可视协同管理平台中。现场管理人员在平台内可选择任意进度计划节点, 特别是里程碑式的关键节点, 查看其各工序的执行情况。当实际进度滞后于计划进度时, 模型中所有受到影响的后续节点都会以黄色感叹号高亮显示, 直观提示受影响的范围, 技术人员便可据此计算该项任务滞后对总工期的影响, 并重新安排后续节点的进度计划, 其逻辑关系如图4所示。

Kan BIM打破传统施工工地安全标语、安全警示牌、安全文明施工挂图等单一的看板管理模式。施工人员可以通过Kan BIM的现代智能终端设备 (PC端BI M+V R或手机端BI M+V R) 在V R体验馆中体验电击、高空坠落、洞口坠落、脚手架倾斜等。通过这种逼真的感受, 提高体验者的安全意识。同时, 在BIM模型中形成现场安全风险控制关键点的可视化风险等级标志, 对员工进行数字化安全教育和培训, 使现场每个人清楚了解工作安全状态, 从而降低现场安全事故的发生率。

Kan BIM可突破传统技术管理的纸制化的限制, 尤其通过其多媒体终端设备, 使施工人员更加便捷的获得项目相关技术信息, 开展技术培训和交流。尤其通过Kan BIM中二维码看板终端, 项目施工人员通过扫构件上的二维码, 就能获得该构件的位置、尺寸、配筋、混凝土强度、现场实测实量数据、检测报告等相关信息, 并可上传构件实时数据, 如图5所示。

经过Kan BIM在该商业综合体试点应用, 施工作业人员通过Kan BIM, 可以对工作一目了然, 能够自主完全理解工作内容, 接受并高效执行上级指派的任务。通过合理分配和调整采购时间, 强化了对工程中关键工序的材料保障水平, 降低了采购库存量和材料消耗水平, Kan BIM对项目进度的压缩和成本的节约效果非常明显, 详见表2。通过Kan BIM对工程质量问题的可视化表达和和PDCA处理, 大幅提升工程质量验收批的合格率。通过对应用阶段三个月的检验批、分项工程、分部工程质量验收情况统计, 其合格率为100%, 验收优良率相对单位同类工程提升8%。四是提升了BIM应用水平。通过Kan BIM的应用, 使BIM成为施工人员日常获得施工信息, 了解项目状况的载体;形成“人人有用BIM、人人会用BIM、人人愿用BIM”的新局面。

信息化是建筑行业未来发展的必然趋势。Kan BIM的实质是BIM与传统看板管理方式结合产生的一种新的施工信息管理模式。它不仅可以使BIM技术步入现场一线应用, 进一步发挥其应用价值;也可推进项目决策科学化、管理信息化、管控精细化, 从而达到节约工期, 降本增效, 增强企业竞争力的效果。项目实践表明, 应以持续改善为目标, 以完善信息化管理体制为支撑, 不断提升看板终端设备的信息技术含量, 提高全员参与性, 才能更好发挥Kan BIM的价值和作用。