Applying lean thinking in construction and performance improvement

Remon Fayek Aziz , Sherif Mohamed Hafez

Abstract

The productivity of the construction industry worldwide has been declining over the past 40 years. One approach for improving the situation is using lean construction. Lean construction results from the application of a new form of production management to construction. Essential features of lean construction include a clear set of objectives for the delivery process, aimed at maximizing performance for the customer at the project level, concurrent design, construction, and the application of project control throughout the life cycle of the project from design to delivery. An increasing number of construction academics and professionals have been storming the ramparts of conventional construction management in an effort to deliver better value to owners while making real profifits. As a result, lean-based tools have emerged and have been successfully applied to simple and complex construction projects. In general, lean construction projects are easier to manage, safer, completed sooner, and cost less and are of better quality. Signifificant research remains to complete the translation to construction of lean thinking in Egypt. This research will discuss principles, methods, and implementation phases of lean construction showing the waste in construction and how it could be minimized. The Last Planner System technique, which is an important application of the lean construction concepts and methodologies and is more prevalent, proved that it could enhance the construction management practices in various aspects. Also, it is intended to develop methodology for process evaluation and defifine areas for improvement based on lean approach principles.

KEYWORDS Lean production ；Lean thinking； Lean construction； Construction industry； Performance and Improvement theories

1 Introduction

Since 1992, Koskela [3] has reported the adaptation of lean production concepts in the construction industry and presented a production management paradigm where production was conceptualized in three complementary ways, namely as (1) Transformation; (2) Flow; and (3) Value generation(TFV) theory of production. This tripartite view of production has led to the birth of lean construction as a discipline that subsumes the transformation-dominated contemporary construction management [4,5]. Managing construction under lean is different from typical contemporary practice because it (1) has a clear set of objectives for the delivery process; (2) is aimed at maximizing performance for the customer at the project level; (3) designs concurrently product and process; and (4) applies production control throughout the life of the project. The fifirst goal of lean construction must be to fully understand the physics of production, the effects of dependence and variation along supply and assembly chains. In lean construction as in much of manufacturing, (1) Planning: defifining criteria for success and producing strategies for achieving and (2) Control: causing events to conform to plan, and triggering learning and re-planning are two sides of a coin that keeps revolving throughout a project. In this research, principles, methods, and the implementation phases of lean construction will be discussed showing the waste in construction and how it could be minimized. The Last Planner System (LPS) technique, which is an important application of the lean construction concepts and methodologies and is more prevalent, proved that it could enhance the construction management practices in various aspects and bring numerous advantages, so that the construction projects will be more stable and less stressful for all involved stakeholders by reducing dependencies and variations to identify and eliminate waste(non-value adding activities).

2 Lean journey

Lean implementation begins with leadership commitment and is sustained with a culture of continuous improvement. When the principles are applied properly, dramatic improvements in safety, quality, and effificiency can be achieved at the project level. Improvements at the process and enterprise levels are enablers that make improvements at the project level more successful and allow such improvements to be sustainable [34], Fig. 1.

Figure 1 Lean journey to implement lean ideal [34].

The lean ideal is to provide a custom product exactly fifit for purpose and delivered instantly with no waste to the subsequent actions that may be necessary in order for projects to pursue that ideal [34]. The ability of individuals and organizations to follow this process will vary with position and circumstances, but to the extent possible, the following should be implemented on projects: (1) Select suppliers who are willing to adopt lean project delivery; (2) Structure the project organization to allow money to move in pursuit of the best projectlevel returns; (3) Defifine and align project scope, budget, and schedule; (4) Explore adaptation and development of methods; (5) Make design decisions, with explicit alternatives against stated criteria; (5) Practice production control in accordance with lean principles; (6) Build quality and safety into projects; (7) Implement JIT and multi-organizational processes after site demand; (8) Use evaluations and planning on process that transform materials; (9) Use computer modeling to integrate product and process design; (10) Use 5S workshops: a tool for workplace organization and promoting teamwork (S1) Sort through items, keep what is needed and dispose of what is not; (S2) Straighten: organize and label everything; (S3) Shine: clean; which can also expose abnormal and pre-failure conditions; (S4) Standardize: develop rules to maintain the fifirst three Srsquo;s; and (S5) Sustain: manage to mai

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在施工和绩效改进中应用精益思想

Remon Fayek Aziz , Sherif Mohamed Hafez

摘 要

在过去40年里，全球建筑业的生产率一直在下降。改善这种状况的一种方法是使用精益施工。精益施工是将一种新的生产管理形式应用于施工的结果。精益施工的基本特征包括交付过程的一系列明确目标，旨在最大限度地提高客户在项目层面的绩效，并行设计、施工，以及在项目从设计到交付的整个生命周期中应用项目控制。越来越多的建筑学者和专业人士正在攻破传统建筑管理的壁垒，努力为业主提供更好的价值，同时实现真正的利润。因此，基于精益的工具应运而生，并已成功应用于简单和复杂的建设项目。总的来说，精益施工项目更容易管理、更安全、更快完成、成本更低、质量更好。有意义的研究仍有待于完成埃及精益思想的转化。本研究将讨论精益施工的原则、方法和实施阶段，展示施工中的浪费以及如何将其最小化。Last Planner系统技术是精益施工理念和方法的一个重要应用，更为普遍，证明它可以在各个方面加强施工管理实践。此外，它还旨在开发过程评估方法，并根据精方法原则确定需要改进的领域。

关键词 精益生产；精益思维；精益施工；建筑业；绩效与改进理论

1 导言

自1992年以来，Koskela[3]报告了精益生产概念在建筑行业的适应性，并提出了一种生产管理范式，其中生产以三种互补的方式进行概念化，即（1）转型；（2） 流动；（3）价值生成（TFV）生产理论。这种生产的三方观点导致了精益施工的诞生，作为一门学科，它包含了当代施工管理中占主导地位的变革[4,5]。精益管理下的施工不同于典型的当代实践，因为它（1）对交付过程有一套明确的目标；（2） 旨在最大限度地提高客户在项目层面的绩效；（3） 同时设计产品和工艺；（4）在项目的整个生命周期内实施生产控制。精益建设的第一个目标必须是充分理解生产的物理特性、供应链和装配链上的依赖性和变化的影响。在精益建设中，正如在制造业中一样，（1）计划：定义成功标准，制定实现目标的策略；（2）控制：使事件符合计划，并触发学习和重新规划，这是一个硬币的两面，在整个项目中不断循环。在本研究中，将讨论精益施工的原则、方法和实施阶段，展示施工中的浪费以及如何将其最小化。Last Planner System（LPS）技术是精益施工理念和方法的一个重要应用，更为普遍，证明它可以在各个方面加强施工管理实践，并带来诸多优势，因此，通过减少依赖性和差异来识别和消除浪费（非增值活动），建设项目将对所有相关利益相关者更稳定，压力更小。

2 精益之旅

精益实施始于领导承诺，并在持续改进的文化中得以持续。当这些原则得到正确应用时，可以在项目层面上实现安全性、质量和效率的显著提高。流程和企业层面的改进是使项目层面的改进更加成功的因素，并使此类改进具有可持续性[34]，图1。

图1实现精益理想的精益之旅[34]。

精益的理想是提供一个定制的产品，完全符合其目的，并立即交付，而不会浪费后续行动，这些行动可能是项目追求该理想所必需的[34]。个人和组织遵循这一

过程的能力将因职位和环境而异，但在可能的范围内，应在项目上实施以下措施：（1）选择愿意采用精益项目交付的供应商；（2） 构建项目组织，让资金流动，以追求最佳的项目级回报；（3） 定义并调整项目范围、预算和进度；（4） 探索方法的适应和发展；（5） 做出设计决策，根据规定的标准做出明确的备选方案；（5） 按照精益原则实施生产控制；（6） 将质量和安全纳入项目；（7） 根据现场需求实施JIT和多组织流程；（8） 对转化材料的过程进行评估和规划；（9） 使用计算机建模来整合产品和工艺设计；（10） 使用5S工作坊：工作场所组织和促进团队合作的工具（S1）整理物品，保留需要的东西，处理不需要的东西；（S2）理顺：组织并标记所有内容；（S3）光泽：干净；还可能暴露异常和故障前条件；（S4）标准化：制定规则以保持前三名；和（S5）维持：设法维持稳定的工作，在需要时放置并启动持续改进；（11）应用价值流映射，使过程中的所有步骤可见。这些可以专门针对项目进行组织，并在项目前阶段进行[34]。

3 建筑垃圾

施工管理存在许多问题，大多数是实际问题，需要解决或更好地理解。因此，建筑业被延误压得喘不过气来，经常出现成本和时间超支。Alsehaimi和Koskela[35]报告称，项目管理不善是施工项目延误的主要和常见原因。因此，尤其应该理解与管理相关的这些问题，并努力开发解决方案和更有效的操作方法[36]。在施工中引入新的生产理念，需要对Koskela[3]的性能进行新的测量，例如浪费、价值、周期时间或可变性。英国的研究表明，多达30%的建筑是返工，只有40-60%的潜在劳动效率，事故可以占总成本的3-6%，至少10%的材料被浪费。据报道，澳大利亚建筑项目的返工成本高达项目总成本的35%，并占项目总超支成本的50%。事实上，返工是导致澳大利亚建筑业业绩和生产率低下的主要因素之一[37]。一般来说，假设施工中存在非常高水平的废物/非增值活动，并且很难测量施工中的所有废物。来自不同国家的几项部分研究证实，建筑业的废物占生产成本的比例相对较大。建筑业中大量废物的存在已经耗尽了该行业的整体绩效和生产力，必须采取一些严肃的措施来纠正目前的状况。废物措施更有效地支持流程管理，因为它们能够正确建模一些运营成本，并生成通常对员工有意义的信息，从而为实施分散控制创造条件。

图2制造业和建筑业浪费时间的百分比[38]

图2显示了制造和施工中的时间浪费百分比。Alarcon[39]将废物定义为“任何不同于为产品增值所需的材料、设备和人力资源的绝对最低数量的东西。”一般来说，产生直接或间接成本，但从客户的角度来看，不增加产品价值的活动产生的任何损失都可以称为“浪费”废物是以成本来衡量的；其他类型的废物与工艺、设备或人员的效率有关，更难以测量，因为最佳效率并不总是已知的。增值和非增值活动可定义如下[39]：（1）增值活动：那些转换搜索中的材料和/或信息以满足客户要求的活动；（2）非增值活动（浪费）：那些耗费时间、资源或空间，但不会为产品增值的活动。近年来，建筑行业中的废物一直是世界各地几个研究项目的主题。然而，大多数研究倾向于关注材料的浪费，这只是施工过程中涉及的资源之一。这似乎与以下事实有关：大多数研究都基于转化模型，在该模型中，物质损失被视为废物的同义词。Formoso等人指出，业内许多人认为废物与从现场移除并在填埋场处置的垃圾直接相关，他们认为，这种相对狭窄的废物视图的主要原因可能是相对容易看到和测量。施工中的常规材料废物研究的主要焦点被视为仅限于物理废物或施工中的材料废物和/或物理废物本身造成的特定影响。Formoso等人根据建筑垃圾的影响，将世界各地的其他研究人员对建筑垃圾进行的一些研究和研究显著地分为两个主要方面：（1）研究和研究主要集中于材料垃圾产生的环境影响，旨在从源头上减少废物的产生，并就荷兰环境政策规定的可持续性要求，提出建筑废物处理的替代方法，以减少对最终处置区的需求，以及与建筑废物的测量和预防有关的其他方面；（2） 研究和研究主要关注废物对建筑业的经济影响，并得出结论，通过采取相对简单的预防程序，可以避免大量废物。其他研究也指出，废物的储存和处理是造成废物的主要原因，而建筑工地上与废物有关的大多数问题都与管理制度的缺陷有关，与工人素质的缺乏关系甚微。基本上，Koskela[3]一直在寻找（1）工程质量造成的浪费和价值损失的证据；（2） 可施工性；（3） 物资管理；（4） 非生产时间；（5）安全问题。Formoso等人根据对一些巴西建筑工地的分析，提出了废物的主要分类：（1）生产过剩：与生产量大于所需量或早于所需量有关。这可能会造成材料、工时或设备使用的浪费。如果材料可能变质，它通常会产生未完成产品的库存，甚至产生全部损失。这种浪费的一个例子是不能按时使用的砂浆的过度生产；（2） 替代：是指用更昂贵的材料（性能更好）替代一种材料造成的金钱浪费；由资历过高的工人执行简单任务；或者在简单得多的地方使用高度精密的设备；（3） 等待时间：与不同组或设备的物料流和工作速度不同步、不均衡而导致的空闲时间有关。一个例子是由于缺乏材料或缺乏可供帮派使用的工作场所而造成的空闲时间；（4） 运输：与现场材料的内部移动有关。过度搬运、使用不适当的设备或不良的路径条件都可能导致此类浪费。这通常与糟糕的布局和缺乏物流规划有关。其主要后果如下：工时浪费、能源浪费、现场空间浪费，以及运输过程中材料浪费的可能性；（5） 加工：与加工（转换）活动的性质有关，只有通过改变施工技术才能避免。例如，天花板抹灰时，通常会浪费一定比例的砂浆；（6） 库存：与过度或不必要的库存有关，导致材料浪费（变质、现场库存条件不足造成的损失、抢劫和故意破坏）和资金占用造成的金钱损失。这可能是由于缺乏资源规划或数量估算的不确定性；（7） 运动：指工人在工作期间进行的不必要或无效的运动。这可能是由于设备不足、工作方法无效或工作场所安排不当造成的；（8） 缺陷产品的生产：当最终或中间产品不符合质量规范时发生。这可能会导致返工或将不必要的材料并入建筑物（间接浪费），例如抹灰厚度过大。其原因有很多：设计和规范性差、缺乏计划和控制、团队工作质量差、设计和生产之间缺乏整合等。；（9）其他：任何其他性质的浪费，如入室盗窃、故意破坏、恶劣天气和事故。Alarcon[39]将可控废物分为三种不同的活动，它们与FLFlow、转换和管理活动有关：（1）与FLFlow相关的可控原因：（a）资源：（i）材料：工作场所缺乏材料；材料分布不均；交通工具不足；二设备：不可用；利用不力；工作所需的设备不足；（iii）劳动：工人的个人态度；工人的反抗；（b）信息：（i）缺乏信息；（二）信息质量差；以及（iii）交货时间不足；（2） 与转换相关的可控原因：（a）方法：（i）工作人员设计不足；（ii）程序不充分；（iii）对工作活动的支持不足；（b） 规划（i）缺乏工作空间；（ii）太多人在狭小的空间内工作；（iii）恶劣的工作条件；（c）质量：（i）工作执行不力；（ii）对已完成工作的损害；（3）与管理活动相关的可控原因：（a）决策：（i）工作分配不当；（二）人员分布不均；（b）监督/控制不力：监督不力或缺乏监督。几十年来，建筑项目中的废物建模、评估和性能一直是建筑行业面临的挑战。已经提出了几个模型和程序，用于现场和项目层面的项目绩效评估。这些模型中的一些侧重于预测项目绩效，而另一些侧重于测量。传统模型只提供有限的一组度量，因为大多数模型将其分析局限于一些度量，如成本、进度或生产率（通常是劳动生产率）。传统控制系统和模型的缺点无法或不适合测量这些新的性能元素，但Alarcon[39]建议，在之前的研究中开发的一些概念可以用于建模新的性能元素，以满足持续改进的需要。值得指出的是，从施工过程的角度来看，不同研究人员和作者对性能要素的范围有一些看法。他将管理层应重点关注的七个标准或要素的绩效描述为：（1）有效性：衡量事物成就的指标；（2） 效率：衡量资源利用率的指标。它可以表示为预期消耗的资源除以实际消耗的资源的比率；（3） 质量：衡量是否符合规范；（4） 生产率：理论上，这被定义为产出和投入之间的比率，主要用成本来衡量。就建筑业而言，产出是指建造的结构或设施或其某些组成部分。施工过程的主要投入包括劳动力、材料、设备、管理、能源和资金；（5） 工作生活质量：衡量员工对组织系统中工作和生活的情感反应。通常，管理层的重点是确保员工满意、安全、有保障等等；（6） 创新：这是对产品、服务、流程或结构的创造性适应过程，以响应内部需求；以及外部；压力、需求、变化、需求等等；盈利能力：衡量金融资源与这些金融资源的用途之间关系的一个或一组指标。

4 精益思维原则

精益思想有五条基本原则，必须一步一步地遵循这些原则，以获得精益成功的最大收益：（1）指定价值：从客户自身的定义和需求中指定价值，并确定为最终产品创造价值的活动的价值；（2） 识别价值流：通过消除所有不会为最终产品创造价值的东西来识别价值流。这意味着，在出现问题时停止生产，并立即进行更改。必须避免的过程包括生产失误、生产过剩（重复生产同一类型的产品等）、材料和不必要过程的储存、材料的运输、劳动力和产品的流动，以及最终生产不符合客户期望标准的产品，以及各种不必要的等待时间；（3） 流程：通过关注整个供应链，确保流程和价值链中有一个连续的流程。重点必须放在过程上，而不是最终产品上。然而，只有在客户价值被具体化，价值流被识别之前，FL流程永远不会达到最优；（4） 拉动：在生产和施工过程中使用拉动，而不是推动。这意味着在客户需要的时候准确地生产出客户想要的产品，并随时为客户做出的更改做好准备。其目的是减少不必要的生产，并使用“准时”管理工具；（5）完美：以完美的解决方案和持续改进为目标。在约定的时间内交付满足客户需求和期望的产品，并且产品完好无损。做到这一点的唯一方法是与客户/客户以及经理进行密切沟通，而员工则介于两者之间。图3总结了工作场所已经使用的精益工具的示例。Koskela[3]将精益思想总结为11条原则：（1）减少非增值活动（浪费）的份额；（2） 通过系统地考虑客户需求来增加产值；（3） 减少可变性；（4） 减少循环时间；（5） 通过减少步骤、零件和连接的数量来简化；（6） 增加产出灵活性；（7） 提高流程透明度；（8） 将控制重点放在整个过程上；（9） 在流程中建立持续改进；（10） 平衡流量改善和转化率改善；（11）基准。共有十四条原则，分为四类：（1）哲学；（2） 过程；（3） 人与伙伴；（4）解决问题，如图4所示。

图4精益方式的“4P”。

图3施工实施中的精益工具示例和建议

精益方式的十四（14）条管理原则如下：（1）以长期

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