建筑信息共享技術(shù)協(xié)同管理流程再造研究

胡利超， 李 解

(內(nèi)江師范學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 四川 內(nèi)江 641100)

0 引言

習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上指出，各國要抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念[1].在此理念的引導(dǎo)下，我國建筑業(yè)粗放式的生產(chǎn)模式正利用BIM技術(shù)對行業(yè)進行改造升級，以確保2035年邁向智能建造世界強國的行列.BIM是連接建筑生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項目各參與方普遍使用，建立單一工程數(shù)據(jù)源，解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建筑生命期動態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享，其“數(shù)字孿生”的技術(shù)內(nèi)核利用“協(xié)同設(shè)計”“能耗優(yōu)化分析”和“虛擬施工”等手段在項目全生命周期各階段反復(fù)試錯，通過“先試后建”實現(xiàn)了人、環(huán)境之間動態(tài)交互和自適應(yīng)調(diào)整，利于節(jié)約資源和實現(xiàn)綠色發(fā)展[2].從2011年住建部第一次將 BIM 納入信息化標準建設(shè)內(nèi)容以來，行業(yè)對BIM技術(shù)的需求已從單階段單BIM價值點應(yīng)用提升到關(guān)注項目整體績效的全生命周期協(xié)同管理與應(yīng)用.但根據(jù)《中國建筑業(yè)BIM應(yīng)用分析報告(2020)》的統(tǒng)計，目前全國使用BIM的項目數(shù)只占總項目數(shù)的20%以下，已建立項目級BIM組織的企業(yè)僅為9.06%.《2019年上海市建造模型技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展報告》中解釋了項目級BIM應(yīng)用率低的原因，認為調(diào)整合作文化、結(jié)構(gòu)、流程和具體化激勵方案，使各參與方在項目早期擁有交流的機會，可加速BIM創(chuàng)新技術(shù)在項目級、公司級和行業(yè)級擴散.由此可見，結(jié)合項目全生命BIM的應(yīng)用價值點重塑和再造管理工作流程，有利于提高BIM應(yīng)用環(huán)境下各參與方協(xié)同管理能力和提高BIM應(yīng)用效益.

1 文獻綜述

現(xiàn)有文獻在BIM協(xié)同管理的阻礙因素和構(gòu)建BIM協(xié)同管理機制方面進行了研究，已取得一定的成果.趙源煜[3]和Dariusz等[4]認為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)支持及參與力度不足，心理和思維上的阻力嚴重造成了BIM的協(xié)同應(yīng)用和管理困難.Silviu等[5]訪談了7名相關(guān)專家，同樣得出企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的支持將直接影響B(tài)IM融入項目建設(shè)管理工作的難度；金蕾等[6]以醫(yī)院建設(shè)為例，明晰了院方?jīng)]有匹配的知識和能力選擇合適的BIM服務(wù)，沒有成熟的BIM管理團隊及基于BIM的工作流程尚未建立導(dǎo)致BIM的經(jīng)濟效益不顯著；鐘煒[7]發(fā)現(xiàn)BIM情境下團隊建設(shè)、高層管理支持、相互信任機制、信息共享機制和團隊共同目標有利于保障各利于主體協(xié)同工作利益均衡；陸榮欣[8]通過文獻分析和問卷調(diào)研，得出BIM協(xié)同管理影響因素主要包括組織、數(shù)據(jù)、過程、團隊水平和資源等；Alazmeh等[9]認為在項目初始階段就需要搭建各利益主體信息共享集成平臺，以提高各方工作的協(xié)同度；Behzadank等[10]結(jié)合BIM技術(shù)、Web Services方式和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了信息模型的集成和轉(zhuǎn)化；李犁等[11]認為BIM的核心是信息的轉(zhuǎn)換與共享，通過研究IFC通用數(shù)據(jù)存儲格式，開發(fā)了建筑協(xié)同設(shè)計管理平臺；陳彥等[12]研發(fā)出基于BIM技術(shù)的GCPSU系統(tǒng)和信息管理集于一身的4D管理系統(tǒng)；Eastman等[13]針對工程施工管理要素，提出了基于BIM模型的全面信息集成，實現(xiàn)施工成本、進度、質(zhì)量和安全的動態(tài)管理；陳興海等[14]將BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)進行結(jié)合提出了地鐵安全運維管理的系統(tǒng)框架.

綜上所述，學(xué)者們已發(fā)現(xiàn)了缺少基于BIM的工作管理流程是阻礙BIM協(xié)同管理的重要原因.《2019年上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展報告》中同樣強調(diào)BIM協(xié)同需改變行為和流程，而不僅僅是技術(shù).大部分學(xué)者側(cè)重于數(shù)據(jù)信息共享平臺和協(xié)同技術(shù)的開發(fā)，有的學(xué)者分析BIM在項目成本、進度、質(zhì)量和安全等方面的應(yīng)用，都沒有站在項目全生命周期綜合應(yīng)用的角度，導(dǎo)致BIM跨階段多主體方數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢無法實現(xiàn).鑒于此，本文以項目全生命周期為切入點，在討論BIM應(yīng)用范圍和價值點的基礎(chǔ)上，識別項目全生命周期協(xié)同管理主體并確定核心主體，再把全生命周期BIM應(yīng)用價值點嵌入到管理流程中實現(xiàn)流程重塑.

2 BIM應(yīng)用范圍及價值點分析

BIM是對AEC領(lǐng)域傳統(tǒng)管理模式的革新，有利于提高建設(shè)項目的經(jīng)營和管理效率.BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍貫穿了從建設(shè)項目的前期投資決策階段到生產(chǎn)使用后的運維階段，圖1所示.

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用范圍

通過搭建基于BIM模型的信息共享與管理平臺，各階段項目的空間尺寸和結(jié)構(gòu)信息都以三維可視化的形式呈現(xiàn).初步設(shè)計圖、施工圖等各類圖紙和設(shè)備材料采購、施工組織等各類項目管理工作由一個數(shù)據(jù)庫生成和演化，其同源性的特征可避免各參與方對項目認知不一致造成工作上的沖突.項目各參與方針對不同的階段性交付成果及時交流和協(xié)同決策，彌補信息不對稱造成的矛盾和降低了重復(fù)性工作的可能.并且項目信息與BIM模型集成后解決了項目階段界面轉(zhuǎn)換過程中因團隊成員退出造成信息丟失的問題，確保了項目成果在全生命周期中的連續(xù)性.

BIM可整合AEC行業(yè)各個專業(yè)信息，通過多專業(yè)協(xié)同、性能分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、協(xié)作工作、信息存儲與檢索，優(yōu)化項目工期和成本、提高建筑物應(yīng)用價值、規(guī)劃合理的建設(shè)程序、對施工資源進行優(yōu)化和統(tǒng)籌管理、優(yōu)化設(shè)備的管理及維護、維護建設(shè)項目環(huán)境的可持續(xù)利用.BIM在項目全生命周期的應(yīng)用價值點如圖2所示.

圖2 BIM技術(shù)應(yīng)用價值點

BIM應(yīng)用點的價值主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)投資決策階段中，借助BIM設(shè)計復(fù)雜形體，投資決策者可依據(jù)模型對項目場地和建筑物空間布局進行科學(xué)的規(guī)劃，確定項目整體呈現(xiàn)效果與環(huán)境的協(xié)調(diào)程度，功能性是否滿足預(yù)期目標，從而幫助其提高決策的準確性.

(2)在設(shè)計階段中，通過設(shè)計可視化、管線綜合等應(yīng)用，解決建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電各設(shè)計專業(yè)在項目空間尺寸上的碰撞和凈高不滿足使用要求的情況.

(3)施工階段直接使用BIM輸出圖紙施工，虛擬仿真施工現(xiàn)場動態(tài)和施工進程，指導(dǎo)現(xiàn)場施工組織、成本優(yōu)化、安全管理及資源采購優(yōu)化，確保項目施工階段的三大目標實現(xiàn).

(4)運維階段中把BIM應(yīng)用于設(shè)備系統(tǒng)管理中，為設(shè)備系統(tǒng)的調(diào)試、運行、保養(yǎng)和維修提供實時數(shù)據(jù)及解決方案.

3 BIM協(xié)同管理主體識別

3.1 BIM協(xié)同管理主體識別方法

建設(shè)項目從立項到運營維護的全生命周期比較長，在項目實施和使用的不同階段有不同的任務(wù)要求，造成項目參與方在不同階段產(chǎn)生進入和退出項目團隊的動態(tài)變化，因此在項目的不同階段項目參與方都有所不同.要識別建設(shè)項目協(xié)同管理主體就需要劃分建設(shè)項目的實施階段，分別考慮.建設(shè)項目協(xié)同管理主體的識別方式如圖3所示.

圖3 BIM協(xié)同管理主體識別方法

從圖3可知，建設(shè)項目協(xié)同管理主體可以從過程、任務(wù)和角色三個維度確定，步驟為：(1)根據(jù)建設(shè)項目基本建設(shè)程序劃分建設(shè)階段，確定過程維；(2)分析每個建設(shè)階段中對項目推進及目標達成有直接影響的任務(wù)，確定任務(wù)維；(3)根據(jù)任務(wù)的參與者確定角色，角色維中的決策者和執(zhí)行者兩角色和任務(wù)維的焦點就是該任務(wù)協(xié)同管理主體.

3.2 各階段管理涉及的主體識別

按照我國的基本建設(shè)程序，大致劃分為前期投資決策階段、項目勘察設(shè)計階段、項目施工和竣工驗收、建設(shè)項目使用和運維等階段.分析識別出各階段的協(xié)同管理主體，如圖4-7所示.

圖4 前期決策階段協(xié)同管理主體

由圖4可知，建設(shè)項目的前期決策階段工作內(nèi)容是：項目建議書的編制審批和可行性研究報告編制審批.編制項目建議書是建設(shè)項目的開始，主要體現(xiàn)建設(shè)投資意向，是可研報告論證的基礎(chǔ).項目建議書一般是有投資意向或有使用意向的單位聘請咨詢公司進行編制，咨詢公司主要論述項目的建設(shè)必要性.項目建議書批復(fù)后，投資單位委托咨詢單位編制可行性研究報告，報發(fā)展改革部門，審批后建設(shè)項目立項.該階段管理涉及主體包括：政府審批部門(一般是發(fā)展和改革委員會)、建設(shè)項目投資單位、具有資質(zhì)的工程項目咨詢單位等主要參與者，還包括建設(shè)項目所在地的周圍群眾及媒體等.

由圖5可知，勘察設(shè)計階段主要工作內(nèi)容有：勘察和設(shè)計招標、現(xiàn)場踏勘、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計工作.招投標工作嚴格按照國家招投標法和政府采購法以及地方實施條例開展，建設(shè)單位不具備招標資格時需要預(yù)先通過比選等方式確定招標代理機構(gòu)，代表建設(shè)單位對勘察設(shè)計以及后續(xù)的施工和監(jiān)理等進行招標.一些環(huán)境復(fù)雜的建設(shè)項目需要組織現(xiàn)場踏勘，其目的是讓投標人對建設(shè)項目的環(huán)境有充分了解，以確定投標報價和招標策略.設(shè)計單位中標后，應(yīng)根據(jù)招標人要求和現(xiàn)場踏勘數(shù)據(jù)、項目所在社區(qū)、項目環(huán)境等進行初步設(shè)計，初步設(shè)計文件應(yīng)當(dāng)上報建設(shè)主管部門審批.設(shè)計單位根據(jù)建設(shè)主管部門對初步設(shè)計的批復(fù)意見，開展施工圖設(shè)計，完成的施工圖設(shè)計成果由施工圖審查機構(gòu)審查后作為法定的設(shè)計文件.該階段管理涉及主體主要包括：建設(shè)工程交易中心、評標專家、建設(shè)主管部門、施工圖審查機構(gòu)、建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、社區(qū)團體、媒體.

圖5 勘察設(shè)計階段協(xié)同管理主體

由圖6可知，施工建設(shè)階段是整個生命周期投資最大、涉及工作最多的階段.施工階段大致有以下工作內(nèi)容：一是施工準備(包含設(shè)備材料購置)；二是施工工作開展和管理；三是變更管理.施工準備工作既包含項目開工前的準備工作，也包括施工期間各個分部分項工程的準備工作：辦理工程開工前的開工報告和施工許可證，征地、拆遷和“三通一平”等.設(shè)備材料購置應(yīng)根據(jù)設(shè)計文件、施工組織設(shè)計和工程進度進行配置，包括各類建筑材料、設(shè)備和施工機械采購和租賃.該階段管理涉及主體包括：政府相關(guān)職能主管部門、建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、審計單位和供應(yīng)商.

圖6 施工階段協(xié)同管理主體

圖7 竣工驗收階段協(xié)同管理主體

由圖7可知，竣工驗收是項目建設(shè)的收尾階段，是完成固定資產(chǎn)投資、形成建設(shè)項目功能的環(huán)節(jié)，其主要工作有：竣工驗收、竣工結(jié)算與交付使用.竣工驗收指施工單位完成設(shè)計文件及合同規(guī)定的內(nèi)容，由建設(shè)單位組織驗收，在獲得各個專業(yè)的驗收資料后向工程質(zhì)量安全監(jiān)督部門備案，獲取竣工驗收備案證書，完成固定資產(chǎn)投資，建設(shè)項目投入使用發(fā)揮設(shè)計功能.完成驗收后，建設(shè)單位與施工單位根據(jù)施工過程的實際情況、按照合同約定，對工程價款進行調(diào)整，核定建設(shè)項目施工費用及完成費用的結(jié)算支付.之后建設(shè)單位向使用單位和部門辦理交付手續(xù)，并移交工程建設(shè)資料給運營和維護部門.該階段管理涉及主體包括：政府職能部門、建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、供應(yīng)商、審計單位、最終用戶、社會團體及社區(qū)、媒體.

不同階段各主體參與具體管理工作的頻次統(tǒng)計如表1所示.參與頻率大于5且為決策者和執(zhí)行者角色的主體為協(xié)同管理的核心主體，包括建設(shè)單位、施工單位、勘察設(shè)計單位和監(jiān)理單位，說明他們在建設(shè)項目全生命周期中起到?jīng)Q定BIM協(xié)同管理成敗的關(guān)鍵作用.政府主管部門制定管理區(qū)域內(nèi)的BIM標準和規(guī)定，同時開展指導(dǎo)、實施、監(jiān)管工作，社會群體和新聞媒體同樣可對項目進行外部監(jiān)管，主要扮演項目外部監(jiān)督及項目受益方的角色.在BIM協(xié)同管理核心主體中：建設(shè)單位作為工程建設(shè)項目的投資方和發(fā)包方，從項目的決策階段和規(guī)劃階段就可以參與到設(shè)計和管理，與建設(shè)項目的相關(guān)參與方深入溝通，避免建設(shè)過程中出現(xiàn)問題，是BIM協(xié)同管理的主導(dǎo)力量；設(shè)計單位是BIM的首要執(zhí)行者，采用BIM技術(shù)后設(shè)計單位與其他相關(guān)參與方工作更加協(xié)調(diào)，各參與方通過共享平臺開展工作和討論，有利于各方了解設(shè)計意圖；施工單位和監(jiān)理單位是BIM使用者，用于促進建設(shè)項目施工的成本、質(zhì)量和進度三大目標的達成.

表1 主體參與具體管理工作頻次統(tǒng)計

4 核心管理主體BIM協(xié)同管理流程再造

項目參與各方共用BIM信息平臺開展工作，溝通信息和協(xié)同決策，以項目整體利益為導(dǎo)向，增強參與方的協(xié)作精神，實現(xiàn)項目參與各方的工作協(xié)調(diào)推進.根據(jù)項目建設(shè)的4個階段、BIM在項目全生命周期的應(yīng)用價值點及核心協(xié)同管理主體的識別結(jié)果，再造了包括復(fù)雜形態(tài)及方案可視化、設(shè)計優(yōu)化、碰撞檢查和進度管理在內(nèi)的15項核心協(xié)同管理主體的工作流程(見圖8).

圖8 BIM應(yīng)用價值點及其對應(yīng)的項目階段

由圖8可知，前期投資階段BIM的應(yīng)用價值體現(xiàn)在復(fù)雜形體設(shè)計、方案可視化等方面，設(shè)計階段BIM被用于設(shè)計方案優(yōu)化、能耗分析模擬、碰撞檢查等方面，施工階段主要用BIM進行施工模擬、成本管理及進度管理等，竣工驗收階段則可把竣工的BIM模型交付給運維方進行運維階段的設(shè)備管理、空間管理等.

在分析了BIM應(yīng)用點對應(yīng)的項目階段后，再造了15項BIM應(yīng)用點核心協(xié)同管理主體間的協(xié)同工作流程.在此，以設(shè)計優(yōu)化流程和碰撞檢查流程舉例說明BIM協(xié)同管理流程再造成果(見圖9).

圖9 設(shè)計方案優(yōu)化及碰撞檢查流程

如圖9所示，在勘察設(shè)計階段BIM技術(shù)平臺主要工作是：設(shè)計方案的優(yōu)化、各個專業(yè)構(gòu)建的碰撞分析、對設(shè)計成果進行專業(yè)之間校核.建設(shè)單位在勘察設(shè)計階段圍繞上述工作開展協(xié)調(diào)管理工作，設(shè)計單位及其各個專業(yè)負責(zé)是協(xié)同管理的主要參與者.其中設(shè)計方案優(yōu)化工作的協(xié)同管理流程為：(1)建設(shè)單位向設(shè)計單位提供建筑物功能指標，上傳到建筑信息共享平臺；(2)設(shè)計單位從建筑信息共享平臺下載具體性能指標，分析建筑模型，并上傳分析報告；(3)建設(shè)單位審核設(shè)計單位的分析報告，進行評判；(4)建設(shè)單位審核評判通過，提出分析指標的修改意見；(5)設(shè)計單位根據(jù)建設(shè)單位的修改意見進行修改，建立新的模型并進行性能分析，提交建設(shè)單位審核.碰撞檢查工作協(xié)同管理流程為：(1)建設(shè)單位在建筑信息共享平臺發(fā)布碰撞檢查方案；(2)設(shè)計單位進行構(gòu)件碰撞檢查，提交檢查報告；(3)修改報告中的問題并同時修改建筑信息模型；(4)向建筑信息平臺上傳檢查報告；(5)建設(shè)單位下載報告和模型，通過后進行模型歸檔.

5 結(jié)論

BIM是我國建筑業(yè)向綠色可持續(xù)方向迭代升級的技術(shù)基礎(chǔ)，但目前因BIM協(xié)同管理工作流程不清晰阻礙BIM在項目級的應(yīng)用.本文從項目全生命周期的視角出發(fā)，從過程、任務(wù)和角色三個維度識別項目全生命周期協(xié)同管理主體和判斷核心協(xié)同管理主體，進而再造核心主體間BIM協(xié)同管理流程，得出以下結(jié)論：

(1)通過對投資決策、項目勘察設(shè)計、項目施工和竣工驗收及使用階段中管理主體在參與具體工作頻次的統(tǒng)計結(jié)果可知，政府主管部門、建設(shè)單位、施工單位、勘察設(shè)計單位、監(jiān)理單位、社會群體和新聞媒體都頻繁地參加到建設(shè)項目工作中，其中政府主管部門、社會群體和新聞媒體扮演外部監(jiān)督管理的角色.

(2)針對不同的BIM應(yīng)用價值點及結(jié)合識別出的核心協(xié)同管理主體，再造了包括復(fù)雜形態(tài)及方案可視化、設(shè)計優(yōu)化、碰撞檢查和進度管理在內(nèi)15項管理工作的流程，為BIM技術(shù)環(huán)境下的各項目協(xié)同管理主體提供了標準化的管理動作.

(3)根據(jù)《中國建筑業(yè)BIM應(yīng)用分析報告(2020)》的統(tǒng)計，全國使用BIM的項目數(shù)只占總項目數(shù)的20%以下，已建立項目級BIM組織的企業(yè)僅為9.06%，建立項目各協(xié)同管理主體基于BIM平臺的標準化管理動作能有效降低各企業(yè)采用BIM的流程再造成本，提高BIM技術(shù)在我國的采用率.

(4)由于BIM技術(shù)本身的一次性投資高，且成本-收益在大型建筑工程項目投資主體和參與方之間不一致，制約著BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用.因此，BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用除了規(guī)范協(xié)同管理動作外，還需保證相關(guān)利益主體之間的成本-收益均衡，才能整合BIM技術(shù)擴散過程中政府、投資方和項目參建方的行為，形成一致性的協(xié)同管理行為.