基于精益建造與BIM的施工安全管理模型構(gòu)建

仲 青

(江蘇開放大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 210000)

精益建造作為一種先進(jìn)建造方式，由于其有效減少浪費(fèi)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，很大程度改善質(zhì)量與安全，而被列入《江蘇省建造2025行動(dòng)綱要》，成為未來建筑現(xiàn)代化推廣的四個(gè)建造方式之一。BIM是目前建筑業(yè)新興的信息技術(shù)，具有可視化模型等多重功能，又是能貫穿項(xiàng)目全壽命周期的信息化平臺(tái)。Bhargav A等[1]通過構(gòu)建精益建造關(guān)鍵技術(shù)以及BIM核心功能的耦合矩陣，得出BIM促進(jìn)精益建造高效實(shí)施。Toledo等[2]構(gòu)建基于BIM—Lean的計(jì)劃框架并通過實(shí)例對(duì)比出BIM融入使精益工具更高效；Ahuja等[3]通過實(shí)證證實(shí)了BIM可以促進(jìn)精益建造及綠色建筑的實(shí)施。牛博生[4]通過精益建造與BIM結(jié)合構(gòu)建了施工進(jìn)度可靠性預(yù)測(cè)集成系統(tǒng)。徐奇升，蘇振民等[5]通過構(gòu)建BIM與精益建造的集成模式，并對(duì)其實(shí)施分析了集成優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)外研究表明精益建造與BIM可以相互作用，相得益彰，但將兩者集成用于安全管理的研究還較少。因此本文將兩者集成運(yùn)用于安全管理中，構(gòu)建安全管理集成模型，運(yùn)用精益建造的關(guān)鍵工具，以“拉式工作流”對(duì)安全進(jìn)行滾動(dòng)計(jì)劃和控制，并以BIM作為強(qiáng)大的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)全面、高效、實(shí)時(shí)、可視化的安全管理，提高安全管理效率。

1 模型構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)集成分析

本模型采用精益建造主要工具有最后計(jì)劃系統(tǒng)、看板管理系統(tǒng)、并行工程等。BIM是信息化技術(shù)平臺(tái)，可以進(jìn)行3D/4D甚至nD可視化，結(jié)合VR/VA進(jìn)行虛擬建設(shè)、信息共享等，此外與RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)物品進(jìn)行標(biāo)識(shí)并實(shí)時(shí)可視化反映在BIM中，與云計(jì)算等結(jié)合可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與挖掘。

1.1 LPS(最后計(jì)劃者體系)與BIM集成

LPS(Last Planner System最后計(jì)劃者體系)是精益建造最基礎(chǔ)也是最有力的工具之一，是一種通過“拉式”進(jìn)行工作流設(shè)計(jì)和多級(jí)交互式的計(jì)劃與控制方法[6]。在本集成模型中LPS是基礎(chǔ)工具也是核心工具，與BIM集成可以實(shí)現(xiàn)各參與方協(xié)同分析，計(jì)劃控制過程可視化等(集成點(diǎn)見表1)。

1.2 看板管理系統(tǒng)與BIM集成

KanBIM 即融合了 BIM 的看板，是將精益建造固有控制工作流的看板與可視化信息工具BIM的融合[7]。

看板管理系統(tǒng)本身就是最后計(jì)劃者體系LPS下編制各階段計(jì)劃，通過看板可以使各參與方以及施工現(xiàn)場(chǎng)人員看到生產(chǎn)的狀態(tài)及流程。與BIM集成后，借助BIM的模型可視化、信息共享等功能，不僅可以將整個(gè)建筑模型生產(chǎn)可視化，還可以對(duì)計(jì)劃與控制過程及狀態(tài)可視化，便于多方協(xié)作，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)由于BIM模型承載了整個(gè)項(xiàng)目壽命周期包括生產(chǎn)目標(biāo)、整個(gè)安全計(jì)劃與控制、安全分析危險(xiǎn)源等數(shù)據(jù)信息，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析，便于發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)檢查原因進(jìn)行控制，也可以形成安全數(shù)據(jù)庫(kù)用于其他項(xiàng)目。

表1 LPS與BIM集成點(diǎn)分析表

1.3 其他精益工具與BIM集成

并行工程與BIM集成：并行工程(Concurrent Engineering簡(jiǎn)稱CE)是面向全生命周期為消除不必要的浪費(fèi)，對(duì)過程進(jìn)行并行的系統(tǒng)化模式[8]。CE與BIM集成最主要功能就是促進(jìn)設(shè)計(jì)施工一體化[9]，通過BIM信息平臺(tái)建立，對(duì)可以并行的工作同時(shí)展開，規(guī)劃交叉面，預(yù)防安全事故的連鎖效應(yīng)。

持續(xù)改進(jìn)CI與BIM集成：是指精益建造對(duì)安全的實(shí)施是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中持續(xù)優(yōu)化，不斷改進(jìn)[10]。BIM與CI集成就是將全過程安全信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集反饋，對(duì)施工活動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整，持續(xù)改進(jìn)。

5S與BIM集成：5S指的是整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)。安全事故的產(chǎn)生多是由人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)形成。因此整潔的施工現(xiàn)場(chǎng)、有序的施工流程都有助于現(xiàn)場(chǎng)的安全管理。與BIM集成，在LPS與KanBIM的框架下，可以對(duì)整個(gè)5S的流程與實(shí)施情況進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化與信息反饋，同時(shí)結(jié)合RFID等物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃可以使5S中的物品及人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 基于精益建造與BIM的施工安全管理模型構(gòu)建

精益建造與BIM的集成既是將安全計(jì)劃與控制過程融合，更是從技術(shù)與管理的雙管齊下，使現(xiàn)場(chǎng)的安全管理擴(kuò)寬到設(shè)計(jì)階段，整個(gè)安全計(jì)劃于控制過程與狀態(tài)實(shí)時(shí)可視化。模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

模型是對(duì)技術(shù)和管理的集成，也是計(jì)劃與控制的集成。模型的技術(shù)層以BIM技術(shù)為中心，管理層采用精益建造體系構(gòu)建組織和管理流程，兩者集成運(yùn)用于安全管理實(shí)現(xiàn)從軟件到硬件的雙管齊下，全面提高安全管理效率。該集成模型下的安全管理提前至設(shè)計(jì)階段，通過并行工程等實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化，通過BIM平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)全壽命周期各方的協(xié)同溝通及信息共享(見圖2)。

施工前，各參與方可以形成一個(gè)安全管理小組，在BIM平臺(tái)上，運(yùn)用LPS體系和并行工程等，形成設(shè)計(jì)施工一體化，結(jié)合各參與方的專業(yè)，進(jìn)行協(xié)同安全分析，制定安全計(jì)劃與控制方案。同時(shí)通過BIM沖突碰撞及各參與方交底等可以預(yù)先對(duì)危險(xiǎn)源以及不安全因素列入到安全計(jì)劃與控制中，便于實(shí)施時(shí)結(jié)合看板進(jìn)行監(jiān)控。精益建造不同于傳統(tǒng)管理模式在于工作流是拉式而不是推式，因此安全分析及安全計(jì)劃的制定在每個(gè)階段都有一線施工人員及管理人員參與，減少因信息不對(duì)稱而引起的實(shí)施問題。

施工階段，通過LPS與BIM實(shí)現(xiàn)安全計(jì)劃與控制過程的可視化，通過KanBIM對(duì)整個(gè)計(jì)劃實(shí)施狀態(tài)及流程可視化，通過5S保證了現(xiàn)場(chǎng)的整潔有序，減少安全隱患的發(fā)生，結(jié)合BIM與RFID等技術(shù)，可以對(duì)物品及人員進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控。集成模型的運(yùn)行過程是一個(gè)邊計(jì)劃邊控制的過程，每個(gè)階段的循環(huán)都是持續(xù)改進(jìn)，不斷優(yōu)化，結(jié)合BIM協(xié)同各參與方專業(yè)信息，減少專業(yè)的局限，

使整個(gè)安全管理更加全面。

施工后，安全管理過程全部信息通過BIM形成安全管理數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合云計(jì)算和數(shù)據(jù)挖掘等可以對(duì)安全數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，得出危險(xiǎn)源及不安全的工序，便于運(yùn)用于其他項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性的安全管理。

3 結(jié)語

將精益建造這種先進(jìn)的建造方式與新興的信息技術(shù)BIM進(jìn)行集成，使安全管理不是處于單一的技術(shù)層面或管理層面，而是技術(shù)與管理的雙管齊下，對(duì)提高施工安全管理效率具有一定的應(yīng)用意義；同時(shí)兩者集成也改善了傳統(tǒng)安全管理先計(jì)劃后控制的模式，使安全管理處于動(dòng)態(tài)可視化的滾動(dòng)式計(jì)劃與控制中，有助于實(shí)現(xiàn)安全管理的信息化、可視化與全程化。