孫 峻， 李明龍， 李小鳳

(華中科技大學 土木工程與力學學院， 湖北 武漢 430074)

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)作為一種新的技術和研究領域獲得業(yè)界廣泛關注和認可，相關研究發(fā)展迅速[1]。BIM以工程項目三維數(shù)字模型為基礎，面向工程項目全生命周期，整合工程項目各類信息，為各項目相關參與方提供集成化的信息交互環(huán)境和手段[2]。借助BIM技術，可以高效地檢測設計沖突、模擬施工以及進行能效分析等各種仿真應用，并能應用于項目運營期的管理及維護[3]。BIM核心是運用計算機技術、信息技術和網(wǎng)絡技術整合建筑業(yè)相關技術和流程，提高建筑業(yè)整體管理水平，使建設全過程能夠參數(shù)化、可視化、集成化、精益化和智能化[4]。然而作為新的技術和方法，BIM實施應用仍然面臨著諸多障礙，特別是在具體項目中如何組織和實施應用BIM，對許多業(yè)主單位而言還是亟待解決的問題。

1 BIM應用現(xiàn)狀

BIM概念最早是由美國卡內基梅隆大學建筑和計算機科學專業(yè)教授Chuck Estaman于上世紀70年代提出。它是在信息技術基礎上發(fā)展起來的一種多維(3D空間、4D時間、5D成本、ND更多應用)模型信息集成技術，隨著IT技術的進步，BIM相關技術也獲得了迅速發(fā)展。經(jīng)Autodesk等軟件廠商的推廣，BIM軟件和工具逐漸成熟并應用于工程項目，取得了顯著效益。正是看到了BIM良好的發(fā)展前景，美國、日本、韓國、新加坡及歐洲許多國家相繼發(fā)布了BIM應用標準和發(fā)展規(guī)劃，大力推廣BIM應用。目前，美國約有39%的大型項目在設計和施工階段采用了BIM技術，新加坡則計劃在2015年實現(xiàn)所有5000 m2以上的工程審批時必須提交基于BIM標準的規(guī)劃、設計文件[5]。2008年前后，隨著北京奧運會水立方、上海世博會場館、上海中心等一批大型工程建設，BIM技術逐漸為國內建設行業(yè)所熟悉，并開始實踐應用。2011年，住建部發(fā)布《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，明確提出“加快推廣BIM、協(xié)同設計、虛擬現(xiàn)實、4D項目管理等技術在勘察設計、施工和工程項目管理中的應用，改進傳統(tǒng)的生產(chǎn)與管理模式，提升生產(chǎn)效率和管理水平”。

然而從實際情況看，BIM應用還處于起步階段。根據(jù)中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設質量管理分會(2012)組織實施的BIM應用調查報告顯示：55%受訪者聽說過BIM，但首次接觸BIM的時間均在近兩年；僅15%左右的受訪者表示在項目中實際接觸過BIM。英國標準學會(BSI)將BIM應用成熟度劃分為四級，如圖1所示。BSI認為建筑行業(yè)總體上處于第二級，少數(shù)領先企業(yè)能夠達到第三級[6]。

圖1 BIM應用成熟度

如圖1所示，當前BIM應用主要是基于三維模型實現(xiàn)某一特定功能，如三維展示、碰撞檢測、模擬施工、能耗分析等。而面向建設項目全壽命周期信息集成等深層次的應用尚處于研究階段[7]。中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設質量管理分會進行的調查還表明有1/3的受訪者認為當前BIM應用主要障礙在于組織和實施模式。而英國BSI調查表明，90%以上曾經(jīng)接觸過BIM的受訪者認為應用BIM必須要對傳統(tǒng)建設項目組織實施模式做出調整[6]。

美國建筑科學研究院(NIBS)下屬機構buildingSMART聯(lián)盟進行的調查表明不管是項目建設階段還是運營階段，利用BIM技術完善建筑物質量和性能，其最大的受益者永遠是業(yè)主[8]。Lewis(2010)在其文章中也闡述到，在項目全生命周期的每個階段使用BIM都會使業(yè)主在成本和進度方面受益，尤其是在運營期使用BIM，業(yè)主受益最為突出，因為運營維護成本占總成本的85%，而建設期成本僅占15%。然而王雪青等(2012)對當前有關BIM研究內容進行了分析，結果顯示與設計(Design/Designer)方法和技術相關的研究占74%，而專門探討業(yè)主(Owner)組織實施等有關內容的研究僅占5%[9]。

業(yè)主方在工程建設中處于主導地位，是聯(lián)系所有工程建設參與單位的中心。因此，要推動BIM技術應用，提高建設行業(yè)整體效率，需要從業(yè)主角度著手完善工程建設組織機制，特別是探索有效的業(yè)主驅動下的BIM實施模式。

2 業(yè)主驅動的BIM實施流程

2.1 BIM實施框架

BIM是一種全新的理念，它涉及到從規(guī)劃、設計、施工、維護和運營管理的一系列創(chuàng)新和變革。基于業(yè)主方的視角，在工程項目中實施應用BIM可以劃分為三個步驟，如圖2所示。一是在全面分析項目概況的基礎上，根據(jù)建設項目具體內容與特點確定BIM應用目標，制定BIM總體目標及各階段具體目標；二是根據(jù)已確定的BIM應用目標編制BIM實施規(guī)劃，確定技術規(guī)格、組織計劃及保障措施等；三是具體實施應用與評估，及時檢查、監(jiān)督實施效果，修正實施計劃、目標。

圖2 業(yè)主方BIM項目實施框架

2.2 BIM實施規(guī)劃的編制

2.2.1BIM實施規(guī)劃內容體系

為了使項目在各階段順利、高效開展，業(yè)主方需編制BIM實施規(guī)劃。在詳細分析項目概況的基礎上，業(yè)主需要制定詳細、可行的BIM實施規(guī)劃。BIM實施規(guī)劃是指導業(yè)主實施BIM的綱領性文件，是BIM應用成功不可或缺的基礎[10]。關于BIM實施規(guī)劃的內容目前尚無統(tǒng)一體系，buildingSMART聯(lián)盟編寫了《BIM Project Execution Planning Guide Version 2.0》(2010)具有一定的參考價值，其提出的BIM實施規(guī)劃內容應當包括9個部分，如表1所示[11]。

表1 BIM實施規(guī)劃內容

根據(jù)實踐現(xiàn)狀，BIM實施規(guī)劃除了明確具體應用目標外，還應定義工作范圍及各節(jié)點具體要求，確定組織實施模式、工作界面，明確各相關方職責，確定建模技術規(guī)格、成果交付形式等具體內容。概括而言，BIM實施規(guī)劃主要包括應用目標、技術規(guī)格、組織計劃和保障措施四個方面。

2.2.2BIM應用目標

BIM應用目標是指通過運用BIM技術為項目帶來的預期效益，一般分為總體目標和階段性目標。BIM總體目標是指項目從建設初期到建成運營等整個項目周期內所要達到的預期目標，如降低成本、提高項目質量、縮短工期、提升效率和經(jīng)濟效益等，或者面向全壽命周期的集成管理。階段性目標是指項目在策劃、設計、施工、運營等不同時期預期實現(xiàn)的具體功能性目標，如在前期策劃階段，實現(xiàn)快速建模，方案效果可視化展示、調整及審核。在設計階段，可進行協(xié)同設計、環(huán)境分析、碰撞檢測等，減少因設計缺陷而可能導致的問題。在施工階段，可進行深化施工設計、虛擬施工等。在運營階段，實現(xiàn)設備自動檢查、維修更換提醒、協(xié)同維護，利于運營戰(zhàn)略規(guī)劃、空間管理和項目改造決策等。BIM技術在各階段可能的應用如圖3所示。業(yè)主應根據(jù)工程項目特點、復雜程度和工作難點，合理確定總體目標，以及實施BIM所預期實現(xiàn)的具體功能目標。

圖3 項目全生命周期BIM技術應用

2.2.3BIM技術規(guī)格

BIM技術規(guī)格是指為實施應用BIM而應具備的技術層面的具體條件，主要包括模型詳細程度、軟硬件選型等。

(1)模型范圍與詳細程度(LOD—level of detail)。不同項目階段所建模型各不相同，在應用上有性能分析、算量造價、施工模擬、性能測試、碰撞檢測等。為了避免模型應用功能的缺失，確保模型成果成功交付使用，應對BIM模型的詳細程度劃分等級。美國建筑師學會(AIA-American Institute of Architects)就此制訂了BIM模型的詳細等級或者稱精細程度標準。將BIM模型分為5個等級[12]：100- 概念性(Concepetual)；200-近似幾何(Approximate geometry)；300-精確幾何(Precise gometry)； 400-加工制造(Fabrication)；500-建成竣工(As-built)[18]。Autodesk公司在《Autodesk BIM實施計劃》中，以分部工程中各個具體分項工程為最小單位，將建模詳細程度分為L1、L2、L3和CD四個等級[13]。 模型越詳細，包含信息越多，其應用也越豐富，但其建模成本和能力要求也相應越高。

(2)軟硬件選型。BIM相關的軟件大體可分為建模軟件、專業(yè)分析軟件和需要二次開發(fā)的軟件等三種類型。目前市場上可供選擇的BIM軟件品系眾多，各具特色。例如Autodesk(Revit、NavisWorks)、ArchiCAD、Bentley系列等，需要根據(jù)項目的具體情況，選擇合適的BIM工具。在軟、硬件的選擇上，應采用實用性原則，兼顧功能性和經(jīng)濟性要求，盡可能快捷、可靠地布署和使用，將實施、培訓成本降到最低。

2.2.4BIM組織計劃

(1)組織形式。根據(jù)BIM實施目標和業(yè)主自身特點，明確BIM實施模式，如是否聘用BIM咨詢單位，確定設計、施工、運營、監(jiān)理等相關各方責任、工作要求。

(2)工作界面。BIM工作界面需要開發(fā)兩個層次的界面流程。第一層為總體界面，主要包括各參與方之間、不同項目階段之間的工作接口與流程。第二層為詳細流程，說明每一個特定的BIM應用的詳細工作順序，包括每個過程的責任方、參考信息的內容和每一個過程中創(chuàng)建和共享的信息交換要求。

(3)BIM實施合同。根據(jù)業(yè)主選定的組織實施模式，通過合同方式確定軟硬件采購方式、人員職責、工作范圍、模型詳細程度(LOD)、交付時間、文件格式要求、模型的維護等實施BIM的關鍵環(huán)節(jié)[14]。在合同簽訂時，還應注意以下幾個重要方面：充分考慮軟硬件升級換代的可能性，確定軟件二次開發(fā)的責權，明確模型產(chǎn)品的知識產(chǎn)權等。

2.2.5BIM實施保障措施

(1)溝通渠道。BIM實施團隊的溝通方式有網(wǎng)絡溝通渠道和現(xiàn)場會議溝通渠道。網(wǎng)絡溝通渠道是指通過電子網(wǎng)絡、移動信息交流等方式建立溝通通道，來創(chuàng)建、上傳、發(fā)送和存儲項目有關文件，同時必須解決文檔管理中的文件夾結構、格式、權限、命名規(guī)則等問題[15]?，F(xiàn)場會議溝通渠道是指通過現(xiàn)場會議、座談的方式進行交流。

(2)質量控制措施。為了保證項目每個階段的模型質量，必須定義和執(zhí)行模型質量控制程序。在項目進展過程中建立起來的每一個模型都必須預先計劃好模型內容、詳細程度、格式、負責更新的責任方以及對所有參與方的發(fā)布等。

2.3 BIM實施與評估

根據(jù)BIM實施規(guī)劃實施項目，業(yè)主應及時檢查工作進展、評估實施效果，科學合理地對已完成工作進行評估、對正在實施的應用進行定期評價，總結建設項目各個階段BIM實施的經(jīng)驗教訓，為決策者提供反饋信息，修正目標及執(zhí)行計劃。BIM實施評價是建設項目BIM應用的重要步驟和手段，是項目管理周期中一個不可缺少的重要階段，對實現(xiàn)BIM目標具有重要作用。

3 業(yè)主驅動的BIM實施模式及選擇

根據(jù)上海中心大廈、武漢新城國際博覽中心等大型項目的具體應用實例，以及中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設質量管理分會等機構所進行的調研分析，目前國內業(yè)主驅動的BIM組織實施模式大略可歸納為3類：即設計主導模式、咨詢輔助模式和業(yè)主自主模式。

3.1 BIM實施模式

3.1.1設計主導模式

圖4 設計主導模式

設計主導模式是由業(yè)主委托一家設計單位，如圖4所示，將擬建項目所需的BIM應用要求及模型的詳細等級等以BIM合同的方式進行約定，由設計單位建立BIM模型，并在項目實施過程中，提供BIM技術指導及模型信息數(shù)據(jù)的更新與維護，以設計單位為主導，同施工、設備安裝等各方進行溝通協(xié)調，最終保證BIM技術應用于該擬建項目。此模式側重于設計階段的協(xié)同，可為集成化實施提供可能性。但業(yè)主方在工程實際實施過程中對質量、安全等因素的控制力度較弱，后期運營成本較高，BIM模型的信息豐富度不高，且具有一定的風險性[16]。

3.1.2咨詢輔助模式

圖5 咨詢輔助模式

如圖5所示，業(yè)主分別同設計單位、BIM咨詢公司簽訂合同，先由設計單位進行傳統(tǒng)的二維圖紙設計，根據(jù)二維圖紙資料，BIM咨詢公司進行三維建模，并開展一系列的設計檢測、碰撞檢查，并將檢測結果及時反饋并作修改，以減少工程變更和工程事故。按照BIM合同約定，BIM咨詢公司還需對業(yè)主方后期項目運營管理提供必要的BIM技術培訓和指導，以確保項目運營期效益最大化。此模式側重基于模型的應用，如模式施工，能效仿真等；而且有利于業(yè)主方擇優(yōu)選擇設計單位，且可供選擇的范圍較大，招標競爭較激烈，有利于降低工程造價。缺點是業(yè)主方前期合同管理工作量大，各方關系復雜，不便于組織協(xié)調。

3.1.3業(yè)主自主模式

業(yè)主自主模式，如圖6所示，是由業(yè)主方為主導，組建專門BIM團隊，負責BIM的實施與應用。此模式下，業(yè)主將直接參與BIM具體應用，根據(jù)應用需要隨時調整BIM規(guī)劃和信息內容。缺點是該模式對業(yè)主方BIM技術人員及軟硬件設備要求較高，特別是對BIM團隊人員的溝通協(xié)調能力、軟件操作能力有較高的要求，前期團隊組建困難較多、成本較高、應用實施難度大，對業(yè)主方的經(jīng)濟、技術實力具有較高的要求和考驗。

圖6 業(yè)主自主模式

3.2 應用模式的特點分析

通過對以上三種模式的分析，從項目全壽命周期角度考慮，可以得出業(yè)主方擬采用的三種模式在各階段應用難度(成本)的對比分析如下：設計主導模式的BIM應用通常偏重于前期設計階段，同時設計單位也有足夠的經(jīng)驗將項目設計階段應用成本降到最低，但隨著項目生命周期的進行，到項目后期階段，BIM模型詳細等級(LOD)不能滿足施工運營等階段的需求，特別是運營期，成本呈大幅度上升趨勢。

咨詢輔助模式相對設計主導模式，具有更專業(yè)的BIM應用開發(fā)團隊，對BIM后期應用有更豐富經(jīng)驗，能夠一定程度地預見應用困難，但項目建成后需移交運營單位，可能存在信息失真和錯誤、操作人員技術水平低下、設備等缺陷，不能充分發(fā)揮BIM預設效果，需開展必要的技術培訓，導致成本有所增加。而業(yè)主自主模式是重點著眼于運營階段，盡管前期組建BIM團隊困難重重，成本較模式一、二都高很多，但隨生命周期進行，業(yè)主方積累了豐富技術經(jīng)驗和模型信息數(shù)據(jù)，將之運用到后期運營，大大降低運營成本，而且BIM模型經(jīng)理專人負責，無需移交，能夠充分發(fā)揮BIM的強大優(yōu)勢。

綜上，從項目BIM應用實施的初始成本、協(xié)調難度、應用擴展性、運營支持程度和對業(yè)主要求等5個角度來分別考察三種模式的特點，可以得出如表2所示的三種應用模式的特征對比。

表2 三種應用模式特點分析

3.3 應用模式的選擇

綜合以上對比論述，對設計主導模式、咨詢輔助模式、業(yè)主自主模式的特點進行分析總結，進而得出各種模式的適用情形和適用范圍，如表3所示。

表3 三種應用模式適用情形

4 結 論

BIM技術正在深刻滲透和改變建筑行業(yè)信息及生產(chǎn)管理方式，BIM的最終價值是提供集成化的項目信息交互環(huán)境，提高協(xié)同工作效率。在工程項目參與各方中，業(yè)主處于主導地位。在BIM實施應用的過程中，業(yè)主是最大的受益者，因此業(yè)主實施BIM的能力和水平將直接影響到BIM實施的效果。當前BIM實施應用模式主要是由業(yè)主驅動的，業(yè)主應當根據(jù)項目目標和自身特點選擇BIM實施模式，以保證實施效果，真正發(fā)揮BIM信息集成的作用，切實提高工程建設行業(yè)的管理水平。

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