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1、基于BIM的看板管理理论在建筑施工中的应用研究1 绪论1.1 研究背景及研究意义1.1.1 研究背景建筑业是我国国民经济的支柱产业，改革开放二十年来，建筑业得到了飞速发展，在现代社会经济生活中有着举足轻重的地位。据统计数据显示：2017 年国内建筑业投资增加值 55689 亿元，比 2016 年增长 4.3%1。但建筑业在高速发展的同时，也暴露出很多问题：施工管理模式落后、浪费情况严重、工程质量问题、施工各参与方信息离散等。对建筑业传统的生产组织方式和施工管理模式进行改革势在必行。中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要2中要求：建筑业的发展要贴合国家相关战略政策，鼓励科技研发、管
2、理创新，以建立信息化、专业化、精细化为目标，倡导建筑节能。随着互联网+;和计算机技术的发展，我国生产制造业不断进行生产模式的改革和新技术的引进，已经基本实现了一体化和智能化的生产模式，并取得了巨大的成果。许多学者基于建筑业与制造业在工序特征、管理对象、管理目标等方面的共性分析，提出将生产制造业中先进的管理思想-看板管理应用到建筑业中。2016-2020 建筑业信息化发展纲要3中要求：大力发展 BIM技术、云计算、移动通讯等信息技术，实现 BIM 与企业信息管理系统的一体化应用，加快 BIM 技术的普及应用，开展多专业间的数据共享和协同，将 BIM 数字模型应用于建设项目的设计、施工和运营的全寿
3、命周期。查阅相关文献可知，信息技术在生产制造业、农业、金融业等产业领域的广泛应用，极大地提高了相关产业的生产效率，然而，在我国建筑业中信息技术的覆盖率仅为 0.027%，不及国际平均水平的十分之一4。面对日益增加的行业压力，我国建筑企业已经意识到信息管理工具的重要性，在建筑领域尝试性应用信息技术，但都局限于某个阶段和某个方面，没有形成完整的信息管理应用体系。随着 BIM 技术和虚拟现实技术在建筑领域的普及与发展，许多企业和业内人士开始着眼于基于 BIM 技术的信息管理平台的开发与研究。.1.2 看板管理理论与 BIM 技术研究现状1.2.1 看板管理研究现状看板管理理论最初是由丰田生产方式创始
4、人大野耐一提出的一种生产管理方式，它成熟严谨的拉动式;生产理念拯救了当时濒临破产的日本丰田汽车公司，在汽车生产流水线上使用看板作为材料流、信息流传递的载体，提高了汽车公司的生产效率，降低了不合格产品的数量，使丰田汽车公司在汽车制造领域走在了世界的前列。看板管理的拉动式生产管理理念在生产制造业中体现了显著的管理效果，所以很多学者将目光放到了建筑业。对在建筑施工管理中引入看板管理理论进行研究，但还都是处于理论研究和体系构建阶段，并未真正将看板管理应用到施工现场管理工作中，对于这方面的研究还处于初级阶段。Muris 等人5对看板管理发展过程中所出现的各种形式的看板进行总结和研究，并分析了各种看板的应
5、用理论框架。Raju 等人6研究了电子看板在生产系统中的作用及应用方式，提出看板未来的发展趋势是电子看板，并对如何通过电子看板进行物流优化和库存管理进行了研究。Ahmad 等人7将看板管理系统应用于马来西亚当地汽车零部件生产公司，通过实践发现：看板管理系统的实施缩短了交货时间，最大限度地减少了库存数量，优化物料管理。Grant 等人8提出使用供应商电子看板系统来改善供应链管理，更好地满足不断变化的消费需求，通过 8 个实施框架的形式为用户提供电子供应商看板的通用实施指南。.2 传统施工管理现状与 BIM 施工看板管理理论研究随着我国经济发展的需要，在建筑业领域中，建筑规模越来越大，建筑外形越来
6、越复杂，施工难点和现场管理复杂程度不断增加。针对建筑领域面临的这些挑战，在工程施工阶段，我国不断对施工管理模式进行技术革新，并取得了一些突破性的进展，逐渐走向科学化、规范化。但与生产制造业相比，我国的建筑业的施工管理还过于粗放，施工错误和浪费现象时有发生，生产组织协调不合理、安全管理体系不健全等弊端造成施工效率降低和安全事故频发。针对施工管理领域存在的主要问题和弊端，借鉴生产制造业中的先进生产管理经验，将看板管理引入建筑业，借助BIM 技术平台实现施工阶段信息化、集成化管理，完成施工信息的共享与传递，会形成更加科学高效的施工管理新模式。2.1 施工管理现状分析2.1.1 进度管理现状分析施工进
7、度管理是项目管理工作中的一部分，主要是指在保证工程成本、质量、安全的前提下，对施工各阶段的进展情况和工程竣工期限进行管理工作。随着现代工程管理工作的需要，施工进度管理方法和模式不断进行优化和更新。在施工管理活动中，主要的进度管理方法有：横道图、工程网络计划、里程碑计划、关键途径法等40。对传统工程进度管理问题进行整理总结，内容如表 2.1：这些进度控制的方法一般是通过制定详细的进度安排及计划来实现，虽然传统的施工进度管理中制定的进度计划非常详细，但由于施工过程中存在的管理方法不当、施工现场复杂多变等不确定因素经常造成施工进度拖延情况的发生，项目经济效益大幅度下降41。项目成本管理贯穿于工程自投
8、标阶段开始直至竣工验收的全过程，是需要施工各方共同参与的重要环节。施工成本管理的含义是项目管理人员通过组织措施、经济措施、技术措施等措施，在保证工程工期和质量要求的基础上，完成成本控制的目标，并寻求最大程度的成本节约。在工程项目管理工作中，施工成本控制主要分为三部分内容：施工成本预测、施工成本控制计划的编制以及施工成本控制计划的实施。施工成本预测是根据现场施工进行情况制定科学的成本控制目标，以制定的成本控制目标为参考，对施工成本进行逐项控制。施工成本控制计划的实施主要是对人工费、材料费、施工机械费、分包工程、以及合同变更等成本费用进行控制管理工作42。.2.2 看板管理理论2.2.1 看板管理
9、理论概述看板最初是由日本丰田汽车公司主管大野耐一提出的一种概念47，原始的看板作为一种信号板;、广告板;在汽车生产线中充当信息传递媒介，大大地提高了生产效率。看板管理理论是精益思想的核心，它的最终目标是：在生产活动中，制定科学合理的看板运行机制，将看板作为生产控制工具，真正做到准时化生产，实现零库存、高效率的生产管理模式48。看板管理的核心是实现准时化生产，所谓的准时化生产就是前道工序要在特定的时间内为下道工序提供一定数量的产品，保证下道工序正常的生产活动，看板管理的应用原理是实现下道工序对上道工序的拉动式生产，更好地发挥管理工具对生产活动的调控作用，高质量、高效率地完成生产目标49。看板作为
10、一种可视化生产管理工具，通常以纸质媒介或电子媒介的形式存在，可存储和传递大量的生产信息。在生产过程中严格按照生产看板所携带的信息进行生产,做到在需要的时间和地点生产需要的产品，减少在制品库存，完成传统推动式生产模式向拉动式生产模式的转型50。.3 BIM 施工看板管理系统框架研究.263.1 引言.263.2 BIM 施工看板管理体系.263.3 各级 BIM 施工看板内容设计.343.4 小结.444 BIM 施工看板管理系统开发.454.1 系统开发工具及技术简介.454.2 BIM 施工看板管理系统功能设计.474.3 系统主要功能实现.514.4 小结.655 工程应用.665.1 工
11、程概况.665.1.1 工程介绍.665.1.2 工程特点.665.1.3 管理系统需求分析.675.2 BIM 施工看板管理系统实施可行性分析.675.3 应用思路.685.4 项目 BIM 基础数据形成.695.5 BIM 施工看板管理系统应用开发.795.6 小结.865 工程应用5.1 工程概况5.1.1 工程介绍龙口市某商业综合体项目，地上三层，北侧一到三层为步行内街，南侧一二层为商场，超市，百货商店，三层为电影院。建筑总高度 17.40m，一层、二层层高 5.40米，三层分为两部分，北侧部分层高为 5.10 米，南侧部分层高为 6.60 米，局部巨幕厅高出屋面。建筑结构形式为框架结
12、构，总建筑面积 47376.26m2。传统的施工管理方法比较单一，协同效率低，在一定程度上很难满足复杂项目进度、成本、质量等施工目标的要求。在进度管理方面，由于传统施工中存在的管理方法不当、缺乏弹性控制、施工现场复杂多变等不确定因素，经常造成施工进度拖延情况的发生。在成本管理方面，成本精细化程度低和缺乏施工成本全过程管理，导致成本偏差较大，施工浪费情况严重。在质量管理方面，传统的施工质量管理模式比较落后，无法对工程施工全过程进行监控和动态跟踪，导致出现质量缺陷，增加返工维修的费用，影响施工工期。针对项目在进度、成本、质量等方面的施工要求，在工程施工阶段应用 BIM 施工看板管理系统，参考项目工
13、期紧张、成本短缺、质量要求高等特点对施工看板系统进行功能填充设计。根据项目经理、技术负责人、施工技术人员、施工班组长、施工工人等施工参与人员的工作职责和内容对所对应使用的总看板、分看板、阶段看板、工序看板进行功能开发与设计。施工管理人员可通过 BIM 施工看板管理系统及时获取工程管理信息，基于 BIM 数字化看板对工程进度、成本进行动态控制，对工程质量进行实时监控，结合现场实际施工情况，及时调整施工方案和采取必要的技术措施，保证施工目标的实现。施工管理系统的开发需求是由消防专业分包提出来的，所以系统的功能开发和内容设计主要围绕消防专业展开。.结论本文通过对生产制造业中先进的生产管理思想-看板管
14、理理论进行研究，结合生产制造业与建造业存在的共性与差异，基于 BIM 技术将看板管理理论应用于建造业中，开发了一套具有建筑行业特色的施工看板管理体系。应用虚拟仿真技术，借助C#编程语言，基于 Unity3D 虚拟引擎平台，对 BIM 技术输出的施工管理信息进行集成，设计开发了 BIM 施工看板管理系统。主要研究内容和成果包括：(1) 分析研究了传统施工管理中进度、成本、质量安全等方面存在的问题，并通过对生产制造业与建造业两者之间存在的共性与差异分析，以 BIM 技术为支撑平台，将看板管理理论应用于建造业中。并对看板管理在建造业中的可行性进行分析，构建了一套具有建筑行业特色的 BIM 施工看板管理应用体系。(2) 对 BIM 技术与看板管理理论进行交互分析，以 BIM 作为技术应用平台，对看板在施工管理中的技术架构和应用流程进行研究。依据施工管理人员组织结构，对 BIM 施工看板进行分类设置，以各级看板使用对象的岗位职责和施工任务为依据，对各级看板进行内容设计。(3) 以 BIM 数据处理、界面设计和功能开发等作为 BIM 施工看板管理系统开发的技术路线，借助 Unity3D 虚拟开发平台，通过 C#编程语言完成了系统功能开发工作。并对系统中
