BIM技術(shù)的應(yīng)用障礙及對策分析

張連營， 李彥偉，2， 高 源

(1. 天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部， 天津 300072； 2. 河北省石家莊市交通運(yùn)輸局， 河北 石家莊 050051)

隨著建筑工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，附加在工程項目上的信息量也越來越大。如何在工程項目中有效的運(yùn)用信息技術(shù)，快速處理與工程項目相關(guān)的各種信息，合理安排工期、控制成本，盡量消除由于規(guī)劃和設(shè)計不當(dāng)造成的工程損失和工期延誤，實現(xiàn)整個建筑工程周期乃至整個建筑物生命周期中的全面信息管理已成為我國建筑行業(yè)亟需考慮的問題。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用為實現(xiàn)這些目標(biāo)提供了可能[1]。為進(jìn)一步加強(qiáng)建筑企業(yè)信息化建設(shè)，不斷提高信息技術(shù)應(yīng)用水平，我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2011年印發(fā)的《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出要高度重視信息化對建筑業(yè)發(fā)展的推動作用，在“十二五”期間，基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，加快BIM、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，形成一批信息技術(shù)應(yīng)用達(dá)到國際先進(jìn)水平的建筑企業(yè)[2]。

但縱觀我國目前的建筑業(yè)的信息化發(fā)展，雖然BIM技術(shù)在我國建筑領(lǐng)域里得到了一定的發(fā)展和推廣，但其推廣程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。其原因在于從西方國家發(fā)展起來的 BIM 技術(shù)與我國建筑業(yè)體制不能很好的融合，只有通過研究BIM技術(shù)在我國發(fā)展所面臨的障礙因素并提出相應(yīng)對策，才能更好的推進(jìn)BIM技術(shù)在我國的本土化發(fā)展，為我國建筑業(yè)帶來一場空前的現(xiàn)代化信息技術(shù)革命?；诖?，本文對BIM技術(shù)在我國推行和發(fā)展的現(xiàn)有障礙進(jìn)行了調(diào)查研究并提出了解決措施。

1 BIM的概念和研究現(xiàn)狀

在過去的20年中，CAD(Computer Aided Design)技術(shù)的普及和推廣使我國建筑業(yè)經(jīng)歷了第一次革命，將圖紙轉(zhuǎn)變成了二維數(shù)據(jù)，而BIM給我國建筑工程業(yè)帶來了第二次革命，將二維圖紙轉(zhuǎn)換到三維、四維設(shè)計和建造。BIM的概念最初是由美國Autodesk公司于2002年首次提出，將BIM定義為：建筑物在設(shè)計和建造過程中，創(chuàng)建和使用的可計算數(shù)字信息。國際標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)施信息委員會(Facilities Information Council)將BIM定義為：在開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下對設(shè)施的物流和功能特性及其相關(guān)的項目生命周期信息的可計算或可運(yùn)算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以便更好地實現(xiàn)項目的價值[3]。AIA對BIM的解釋是：一個與項目信息數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)的數(shù)字化三維模型，是用以支持IPD(Integrated Project Delivery)的強(qiáng)大工具。建筑信息模型和數(shù)據(jù)庫能夠應(yīng)用到工程項目的整個周期中：可以管理工程竣工后的項目設(shè)施[4]，支持工程項目的設(shè)計、采購、制造和施工活動，用于工程項目竣工后的運(yùn)營和維護(hù)[5]。此外，BIM可以將項目的所有方面融合到一個獨(dú)立的虛擬模型中，與原有的傳統(tǒng)模式相比，允許所有的設(shè)計團(tuán)隊成員更為有效、準(zhǔn)確的協(xié)同工作，同時團(tuán)隊成員可以根據(jù)項目的規(guī)格和設(shè)計變更要求持續(xù)不斷的修正和調(diào)整模型內(nèi)容，以確保模型的精確性[6]。BIM不僅僅局限于三維幾何空間，而是對空間內(nèi)所有的幾何體描述了其幾何性質(zhì)，并還對每個幾何形體的屬性進(jìn)行了描述。具體來說，BIM不僅是一個應(yīng)用軟件，而是一個建筑設(shè)計與建筑文檔數(shù)字信息化的過程，是一種新的實踐方式，通過新的政策、新的合同模式和參與方之間新的關(guān)系構(gòu)建，改善工作流程和項目交付過程[7]，促進(jìn)各方更為有效的合作，改善了以往利益相關(guān)方對立的情況[1]。

BIM技術(shù)支持項目綜合交付(IPD)的觀念[8]?；贐IM技術(shù)產(chǎn)生的IPD模式構(gòu)建了從設(shè)計到運(yùn)營的高度協(xié)作流程，通過各參與方的協(xié)同工作，能夠創(chuàng)建協(xié)調(diào)一致的數(shù)字設(shè)計信息與文檔，利用BIM進(jìn)行可視化仿真、模擬和性能分析，可以促進(jìn)團(tuán)隊成員的目標(biāo)一致性，提高項目績效。此外，國外許多學(xué)者將BIM與精益建造的思想相結(jié)合，改變了原有建筑行業(yè)的粗放型模式，實現(xiàn)建筑產(chǎn)品的精益化生產(chǎn)。Rafael等人通過研究精益建造和BIM之間潛在協(xié)同關(guān)系，發(fā)現(xiàn)通過二者的配合使用可以促進(jìn)工程過程，對建筑行業(yè)產(chǎn)生積極的影響[9]。

2 BIM在我國推行的障礙分析

通過BIM技術(shù)地不斷發(fā)展，BIM技術(shù)在歐美已經(jīng)形成了一個集軟件開發(fā)、投產(chǎn)使用以及推廣的良性產(chǎn)業(yè)鏈，其在建筑行業(yè)里的應(yīng)用也較為成熟。而隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷擴(kuò)大，我國建筑行業(yè)也面臨著更為嚴(yán)峻的競爭形勢，現(xiàn)有的2D和3D模型已經(jīng)不能滿足工程項目日趨加劇的復(fù)雜性、不斷提高的產(chǎn)品質(zhì)量要求和可持續(xù)建筑的要求對現(xiàn)有的技術(shù)手段提出了更高的要求以及嚴(yán)格的工期和造價控制，這些都為BIM進(jìn)入中國建筑市場提供了需求。但BIM在我國的規(guī)?；七M(jìn)卻依舊艱難，與國外先進(jìn)水平差距有不斷擴(kuò)大的趨勢。鑒于此，本文基于以往的BIM研究文獻(xiàn)[12～16]，分析研究了BIM技術(shù)在發(fā)展過程中所面臨的障礙，提出了BIM在中國推行和發(fā)展所面臨的障礙，如表1所示。

問卷主要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)放和現(xiàn)場發(fā)放兩種方式進(jìn)行，主要發(fā)放對象是國內(nèi)工程項目團(tuán)隊。其中通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)放50份，在山東濟(jì)南某施工單位現(xiàn)場發(fā)放40份，在北京BIM某咨詢與培訓(xùn)單位方法15份，在廣州某軟件開發(fā)公司發(fā)放15份，在深圳某設(shè)計單位發(fā)放30份。通過對回收的問卷進(jìn)行篩選，收回的有效調(diào)查問卷為100份。其中，調(diào)查人群所屬行業(yè)的具體統(tǒng)計情況如圖1所示。其中，46%的調(diào)查人群有3年以下的工程從業(yè)經(jīng)歷，37%的人有3～5年的工程從業(yè)經(jīng)歷，調(diào)查對象的

表1 BIM在中國推行和發(fā)展所面臨的障礙

從業(yè)經(jīng)歷的統(tǒng)計如圖2所示。65%的調(diào)查人群對BIM比較了解，35%的調(diào)查人群對BIM非常了解。100%的調(diào)查對象都直接接觸或參與過BIM項目。由此可以看出，我們選取的調(diào)查對象都是有著BIM工程經(jīng)驗的，其對調(diào)查問卷的作答是基于一定的背景知識的，其調(diào)查結(jié)果是有著借鑒意義的。

圖1 調(diào)查對象所屬行業(yè)統(tǒng)計

圖2 調(diào)查對象從業(yè)年限統(tǒng)計

通過對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計分析，經(jīng)Bartlett檢驗表明，bartlett值=2011.127，P<0.0001,即影響因素的相關(guān)矩陣不是一個單位矩陣，可以進(jìn)行因子分析。經(jīng)Kaiser-Meyer-Olkin分析看出，KMO度量值=0.805，逼近于1，說明因子分析的效果好，其結(jié)果可以被接受。進(jìn)而，我們對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，從表2可以看出原有的35個影響因子可以歸納為六個主成份，由表可以看出這六個主成份累計可以解釋所有影響因子的55.708%。各主成份所包含的主要因子的貢獻(xiàn)程度如圖3所示。

圖3 各主成份所包含的主要因子的貢獻(xiàn)程度

成份解釋的總方差初始特征值合計累積(%)旋轉(zhuǎn)平方和載入合計累積(%)110.94131.2604.32212.34922.94039.6603.67122.83832.66647.2783.27532.19542.10753.2983.03840.87451.61257.9032.66748.49561.26561.5172.52555.708

由分析結(jié)論得出，BIM在中國推行的主要障礙可以歸納為技術(shù)因素、行業(yè)因素、法律因素、人員態(tài)度因素、組織規(guī)劃因素和經(jīng)濟(jì)因素。其中技術(shù)因素和行業(yè)因素的影響最為重大，法律因素和人員態(tài)度因素次之，組織規(guī)劃因素和經(jīng)濟(jì)因素影響很小。鑒于此，我們針對BIM在中國發(fā)展的技術(shù)因素、行業(yè)因素、法律因素和人員態(tài)度因素等主要障礙提出了一些相應(yīng)對策。

3 對策分析

BIM技術(shù)在我國發(fā)展和推行的過程中還存在很多困難，針對上文研究得出的障礙分析，我們提出相應(yīng)的對策，為BIM技術(shù)在我國推行創(chuàng)造良好的條件，逐步實現(xiàn)BIM技術(shù)在我國的本土化，實現(xiàn)我國建筑產(chǎn)業(yè)的信息化。

3.1 BIM多方面創(chuàng)新，推動BIM技術(shù)的發(fā)展

(1)在項目流程中實現(xiàn)精益建造思想與BIM技術(shù)的融合。運(yùn)用BIM技術(shù)的最終目的在于做到把項目全過程管理所需的數(shù)據(jù)管理起來，以便可以隨時快速、正確獲取支撐項目管理所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑項目的精細(xì)化管理，解決利用BIM的技術(shù)性問題。其中的關(guān)鍵問題就在于如何正確、完整的收集項目數(shù)據(jù)，再通過BIM進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。而PDCA循環(huán)作為精益問題分析、解決和持續(xù)改進(jìn)的核心，可以通過計劃-執(zhí)行-檢查-行動這種循環(huán)過程對項目各階段的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行不斷的收集和反饋，不斷完善BIM數(shù)據(jù)庫中的項目信息。

(2)對現(xiàn)有的專業(yè)BIM軟件進(jìn)行改進(jìn)和本土化。通過組織各大高校和軟件研究機(jī)構(gòu)對現(xiàn)有的專業(yè)BIM軟件進(jìn)行改良，加快實現(xiàn)現(xiàn)有BIM軟件與本土傳統(tǒng)施工圖和其他非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效整合， 最終實現(xiàn)BIM軟件良好的適用性與導(dǎo)入性能是在我國全面推廣BIM實施的關(guān)鍵。通過實現(xiàn)BIM軟件的本土化，有效整合構(gòu)建建筑模型所需的各種信息，實現(xiàn)BIM技術(shù)在工程項目各階段的不同的功能。最終將BIM技術(shù)運(yùn)用于工程項目全生命周期中，發(fā)揮其最大功能，使BIM廣泛應(yīng)用于我國建筑行業(yè)中。

(3)推動我國建筑信息軟件的開發(fā)。在歐美國家中，基于BIM技術(shù)的軟件已經(jīng)比較成熟，多數(shù)軟件已經(jīng)進(jìn)入我國市場，但僅僅依靠它們是不夠的，因為目前這些軟件還不能很好地滿足我國設(shè)計規(guī)范的要求。因此，應(yīng)在國家規(guī)劃中提出基于BIM的應(yīng)用軟件的研究課題，在產(chǎn)業(yè)政策中體現(xiàn)出對發(fā)展基于BIM技術(shù)的重視，推動我國建筑軟件的技術(shù)發(fā)展。在國家規(guī)劃中推出有利的政策鼓勵更多的軟件開發(fā)商參與到BIM應(yīng)用軟件開發(fā)中去，并為此頒布數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以保證應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)互通。還有必要與科研院所和大專院校合作，共同解決BIM技術(shù)應(yīng)用的瓶頸問題，更好地提高BIM技術(shù)的應(yīng)用水平。

3.2 政府制定BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，推動BIM行業(yè)的發(fā)展

我國政府可以主要通過兩方面起到對BIM的推動作用，首先在制定BIM標(biāo)準(zhǔn)時納入一些以模型為支撐的量化結(jié)果作為基礎(chǔ)條款。這些對于定義、衡量和表達(dá)什么是可持續(xù)性設(shè)計以及如何實現(xiàn)能源高效利用至關(guān)重要。此外，我國政府應(yīng)結(jié)合我國建筑業(yè)現(xiàn)有基礎(chǔ)，逐步制定建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，提高信息技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化水平，制定信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系與編碼，制定信息技術(shù)應(yīng)用與信息安全的管理制度。不僅可以實現(xiàn)建筑行業(yè)數(shù)據(jù)的公開化和透明化，更為BIM技術(shù)在我國建筑行業(yè)中的運(yùn)用創(chuàng)造了極為有利的條件和環(huán)境。

3.3 發(fā)展綜合交付模式，完善BIM技術(shù)的法律環(huán)境

在我國傳統(tǒng)的項目管理模式中，設(shè)計和施工處于獨(dú)立進(jìn)行的運(yùn)作狀態(tài)，項目各參與方的集成化程度低，缺乏長期的合作關(guān)系、彼此之間的信任程度低，不能有效實現(xiàn)項目信息共享，不利于BIM技術(shù)的實施。為了有效推進(jìn)BIM技術(shù)在我國建筑業(yè)中的運(yùn)用，應(yīng)對我國建筑業(yè)項目管理模式進(jìn)行改革，逐步實現(xiàn)IPD模式的運(yùn)用。

IPD模式是以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新的建設(shè)項目綜合交付方法，通過BIM技術(shù)實現(xiàn)項目的信息共享及跨職能團(tuán)隊的高效協(xié)作，最大程度的促進(jìn)了項目成員的整合以及BIM的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)項目管理模式的變革。IPD模式的實施需要改變原有的各參與方相互獨(dú)立的模式，通過新的合同條件實現(xiàn)各參與方的整合，實現(xiàn)團(tuán)隊一體化[18]。

項目各參與方可以在“關(guān)系型”合同范本，通過SPE(Single Purpose Entity)標(biāo)準(zhǔn)合同或IPD模式，簽訂關(guān)系契約(具體合同關(guān)系如圖4所示)[17]。在SPE或IPD下，各方不再是獨(dú)立的利益方，而是一個整體，在業(yè)主的領(lǐng)導(dǎo)下共同參與項目實施，通過采用IPD模式進(jìn)行團(tuán)隊管理，利用BIM技術(shù)實施信息管理，利用PIM技術(shù)實施流程管理，從而實現(xiàn)項目利益最大化和團(tuán)隊利益的一致化。

圖4 IPD模式組織結(jié)構(gòu)

3.4 注重全面培養(yǎng)，提高BIM技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)

隨著BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用規(guī)模逐步擴(kuò)大，對于BIM人力資源的需求也在增加。為了更好的運(yùn)用BIM技術(shù)，首先應(yīng)從思想上轉(zhuǎn)變參與BIM項目實施人員的思想觀念，可以從設(shè)計人員入手，讓其真正了解BIM的內(nèi)涵。加強(qiáng)對相關(guān)項目人員的培訓(xùn)，消除項目人員對BIM技術(shù)的誤解。 培訓(xùn)內(nèi)容包括對BIM、協(xié)同設(shè)計等概念的理解、BIM軟件的應(yīng)用，還應(yīng)包括工程項目管理等相關(guān)內(nèi)容，同時應(yīng)加強(qiáng)對項目人員的思想和心理疏導(dǎo)以消除其對新技術(shù)的抵觸心理，加快項目人員的思維模式的轉(zhuǎn)化，讓其自身對知識更新的憂患意識成為促進(jìn)其積極轉(zhuǎn)型和不斷學(xué)習(xí)的源動力。

建設(shè)行業(yè)主管部門應(yīng)加大對BIM的宣傳與引導(dǎo)，并積極支持相關(guān)協(xié)會或組織舉辦BIM技術(shù)的培訓(xùn)課程，鼓勵建筑企業(yè)加大在BIM技術(shù)上的投入。由于BIM涉及了多學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，在推行BIM的過程中，行業(yè)必須提倡相應(yīng)的培訓(xùn)制度，根據(jù)不同用戶的需求調(diào)整培訓(xùn)的方式、頻率和針對性，避免參與培訓(xùn)人員產(chǎn)生任何消極情緒。

4 結(jié) 語

BIM技術(shù)是目前全世界建筑業(yè)最為關(guān)注的信息化技術(shù)，已經(jīng)成為了全世界建筑業(yè)發(fā)展的主流方向，但在中國建筑業(yè)BIM技術(shù)的發(fā)展還相對比較緩慢。為了更好的促進(jìn)BIM技術(shù)在中國的發(fā)展，我國應(yīng)從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、管理模式的改革、BIM技術(shù)的創(chuàng)新以及專業(yè)人才的培訓(xùn)等多方面對BIM的發(fā)展加以支持，不斷有針對性地解決BIM在我國發(fā)展所面臨的一系列障礙因素，進(jìn)而推進(jìn)BIM技術(shù)在我國的廣泛發(fā)展，加快我國建筑行業(yè)的信息化建設(shè)。

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