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宋兵

清華大學建築設計研究院建築產業化分院副院長、高級工程師、國家裝配式建築產業技術創新聯盟專家委員會專家委員、中國建築學會建築產業現代化發展委員會理事、北京市住房保障決策諮詢專家組技術支持分組核心專家、北京市裝配式建築專家委員會委員裝修組組長、北京市城市規劃學會村鎮規劃學術委員會副主任委員、中國房地產協會城市更新委員會專家委員會秘書長、宜居住宅產業化和綠色發展聯盟專家委員會常務主任委員秘書長、深圳市建築產業化協會專家委員會資深專家、北京市城市規劃學會全過程工程諮詢服務研究中心委員、浙江省未來社區專家委員會專家。



串行工作模式

串行工作模式是一種傳統的產品開發模式,即按照設計、製造、安裝、運維的固定順序完成開發的工作模式。形象地比喻是一種「拋過牆」式的產品開發方式。項目成員按要求完成本職工作後將成果拋向下游,出現問題後則拋回上游。因此產品開發從設計到竣工會重複出現返工現象。

串行工作模式存在以下問題:

(1)由於設計周期占整個項目周期的比重較小,因此設計時間較短,考慮不周。

(2)設計過程是一個剛性序列,靈活度不高。例如項目的設計工作,一般都會按照策劃、規劃方案、建築方案、初步設計、施工圖設計的固定流程進行,一旦出現返工,就是不斷地重複流程。

(3)部門之間、工種之間缺乏交流,設計問題只有到了生產和裝配階段才被發現,為保證產品質量,不得不返工重新修改設計,造成資金浪費和時間延誤。

(4)由於設計師不了解生產、製造、安裝和施工的工藝流程,認為這些應該是交給工廠和現場的工程師們處理的問題,因此在設計時不考慮可製造性和可裝配性。

(5)除了結構安全以外,設計師並不為作品的最終品質負責,認為這也是工廠和現場應該考慮的問題,因此設計時並不考慮產品的可控性和可測試性。

(6)設計師不知道成本信息,因此不能把成本作為設計目標之一。

(7)設計數據零散分布於建造過程以及各部門,數據無法保持一致,無法變成後續項目的經驗積累。

以上這些問題,可以通過並行工程有效地解決。

建築行業的串行工作模式示意圖

現代集成製造系統

在介紹並行工程之前,首先要介紹現代集成製造系統。

現代集成製造系統CIMS(ContemporaryIntegratedManufacturingSystems)是信息時代提高企業競爭力的綜合性高技術。它將信息技術、現代管理技術和製造技術相結合,應用於企業產品全生命周期(從市場分析到最終報廢處理)的各個階段。通過信息集成、過程優化及資源優化,實現物流、信息流、資金流的集成和優化運行,達到人(組織、管理)、經營和技術三要素的集成,以縮短企業新產品(P)開發的時間(T)、提高產品質量(Q)、降低成本(C)、改善服務(S)、節能環保(E),從而提高企業的市場應變能力和競爭能力(《並行工程的理論與實踐》, 熊光楞)。

現代集成製造系統 CIMS 的現代化特徵是數字化、信息化、虛擬化、集成化和綠色化。

建築工業化是建築業與製造業相互融合的過程,因此,現代集成製造系統 CIMS 在建築行業的應用是建築工業化的必由之路。

並行工程

並行工程 CE(Concurrent Engineering)是現代集成製造技術中的一種。它是針對企業中存在的傳統串行產品開發方式的一種根本性的改進,是一種新的設計哲理與產品開發技術。並行工程是對產品及其相關過程(包括生產過程和支持過程)進行並行,並進行一體化、集成化設計的一種系統化的工作模式。

並行工程在工作模式上有兩層含義,一是各部門、各專業在時間上的同時工作;二是各部門、各專業的協同、集成和一體化。

並行工程要求產品開發人員從項目初始就考慮到產品全生命周期(從概念形成到產品報廢)內各階段的所有因素(如功能、製造、裝配、作業調度、質量、成本、維護與用戶需求等),並強調各部門的協同工作。通過建立各決策者之間有效的信息交流與通訊機制,綜合考慮各相關因素的影響,使後續環節中可能出現的問題在設計的早期階段就被發現並得到及時解決,從而使產品在設計階段就具備良好的可製造性、可裝配性、可維護性及回收再生的可能性等,最大限度地減少設計反覆,縮短設計、生產準備和製造的時間(百度)。

實現並行工程需要具備以下四個關鍵要素:

(1)產品開發隊伍重構:將傳統的部門制或專業組變成以產品為主線的多功能集成產品開發團隊(IPT:Integrated Product Team)。團隊的集成實際上就是管理體系的重構,是垂直管理架構向扁平管理架構的轉變。

(2)過程重構:從傳統的串行產品開發流程轉變成集成的、並行的產品開發過程。並行過程不僅是活動的並發,以及各專業的協同,更重要的是使信息流動與共享更有效率。

(3)產品的數字化:使信息流動與共享更有效率的方式就是數字化,數字化包含了以下三個方面的內容(《重構—數字化轉型的邏輯》,安筱鵬)。

①產品模型的數字化:推動生產方式從傳統的「試錯法」向基於數字仿真的「模擬擇優法」轉變,是虛擬建造和實體建造相融合的過程。並不僅僅是用 BIM 搭建一個模型,而是全產業鏈共同建立模型並在模型平台上協同工作。

②產品全生命周期的數據管理:對產品在設計、建造、運營及拆除後循環利用全生命周期各階段產生的數據進行整理,把正確的數據在正確的時間,以正確的方式傳遞給正確的人和機器,把數據轉化為信息,把信息轉化為知識,把知識轉化為決策,從而解決建造過程的複雜性和不確定性,提高資源的配置效率。

③數字化工具的應用:a)在 CAD、CAM、CAPP 等技術的支持下,將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重疊,以實現各專業的並行。b)通過 DFMA(Designfor Manufacturing and Assembly)面向製造和裝配的產品設計、DFC(Design for Cost)等設計理念,實現產品開發更短的周期、更低的成本和更高的品質

(4)協同工作環境:用於支持 IPT 協同工作的計算機網絡平台。只有通過現代信息技術的方法,進行管理體系和技術體系的重構,才能真正實現各部門和各專業之間的並行工作。

建設項目並行工程示意圖

並行工程對項目有以下有利影響:

(1)周期(T):設計及相關過程並行,減少了返工的時間,使項目開發周期縮短 40%~60%。

(2)質量(Q):良好的可製造性和可裝配性使設計質量提高,使項目建設減少變更 50% 以上。

(3)成本(C):多部門、專業小組一體化、集成化設計,使成本降低 10% 以上。

綜上所述,並行工程應用於建築工業化領域一定能夠實現提高品質、提高效率、節材省工、節能減碳的目標。「IPMT+ 監理 +EPC」項目管理模式

2021年,深圳市針對國際隔離酒店項目採取了「IPMT+監理+EPC」的模式進行建設管理,就是並行工程應用於工程建設項目的絕佳範例。

IPMT是一體化項目管理團隊的英文縮寫:Integrated Project Management Team,實際就是並行工程中集成產品開發團隊(IPT)與政府管理(Management)部門的集成。只不過這裡的產品開發(Product)換成了項目(Project)開發。

「IPMT+ 監理 +EPC」項目管理模式由三層組織架構構成。

第一層是決策層:由涉及項目投資、業主、建設管理、運營管理的26個市直單位成立工作專班,對項目財務、設計、採購、施工、質量安全、疫情防控等進行全過程一體化管理。

第二層是管理層:由市建築工務署成立國際酒店項目指揮部,下設六個工作組,對項目統籌、前期設計、招采商務、材料設備、工作督導等進行分工,主要承擔與EPC單位、監理單位之間的協調,實施HSE、質量、進度、費用和合同執行的有效控制,並承擔除 EPC、監理以外的其它項目管理工作。決策層起到了全過程工程諮詢的作用。

第三層是執行層:由EPC承包商、監理承包商和項目前期諮詢服務商組成,執行具體的工程管理與建設任務。EPC、監理、項目諮詢三線並行、三級聯動、矩陣式管理。

國際酒店項目IPMT組織架構圖

從上圖可以看出,IPMT 組織架構既不是垂直架構也不是扁平架構,而是一個多維度的立體架構。

國際酒店在設計階段堅持了 DFMA 的設計理念,在綜合考慮產品的功能、外觀、可靠性等指標的前提下,全面採用 BIM 技術,通過標準化設計提高產品的可製造性和可裝配性。同時,運用 BIM 平台將模型和數據整合後傳遞給生產和施工單位,把設計、製造和施工三個環節進行了數字聯通,確保了項目實施的高質量、高效率和低排放。

「IPMT +監理+ EPC」的模式,就是並行工程與建築工業化的完美結合,實現了政府工程建設項目全流程的一體化管理和高效建設。







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