业主驱动的BIM实施模式研究

孙 峻， 李明龙， 李小凤

(华中科技大学 土木工程与力学学院， 湖北 武汉 430074)

建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)作为一种新的技术和研究领域获得业界广泛关注和认可，相关研究发展迅速[1]。BIM以工程项目三维数字模型为基础，面向工程项目全生命周期，整合工程项目各类信息，为各项目相关参与方提供集成化的信息交互环境和手段[2]。借助BIM技术，可以高效地检测设计冲突、模拟施工以及进行能效分析等各种仿真应用，并能应用于项目运营期的管理及维护[3]。BIM核心是运用计算机技术、信息技术和网络技术整合建筑业相关技术和流程，提高建筑业整体管理水平，使建设全过程能够参数化、可视化、集成化、精益化和智能化[4]。然而作为新的技术和方法，BIM实施应用仍然面临着诸多障碍，特别是在具体项目中如何组织和实施应用BIM，对许多业主单位而言还是亟待解决的问题。

1 BIM应用现状

BIM概念最早是由美国卡内基梅隆大学建筑和计算机科学专业教授Chuck Estaman于上世纪70年代提出。它是在信息技术基础上发展起来的一种多维(3D空间、4D时间、5D成本、ND更多应用)模型信息集成技术，随着IT技术的进步，BIM相关技术也获得了迅速发展。经Autodesk等软件厂商的推广，BIM软件和工具逐渐成熟并应用于工程项目，取得了显著效益。正是看到了BIM良好的发展前景，美国、日本、韩国、新加坡及欧洲许多国家相继发布了BIM应用标准和发展规划，大力推广BIM应用。目前，美国约有39%的大型项目在设计和施工阶段采用了BIM技术，新加坡则计划在2015年实现所有5000 m2以上的工程审批时必须提交基于BIM标准的规划、设计文件[5]。2008年前后，随着北京奥运会水立方、上海世博会场馆、上海中心等一批大型工程建设，BIM技术逐渐为国内建设行业所熟悉，并开始实践应用。2011年，住建部发布《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，明确提出“加快推广BIM、协同设计、虚拟现实、4D项目管理等技术在勘察设计、施工和工程项目管理中的应用，改进传统的生产与管理模式，提升生产效率和管理水平”。

然而从实际情况看，BIM应用还处于起步阶段。根据中国建筑业协会工程建设质量管理分会(2012)组织实施的BIM应用调查报告显示：55%受访者听说过BIM，但首次接触BIM的时间均在近两年；仅15%左右的受访者表示在项目中实际接触过BIM。英国标准学会(BSI)将BIM应用成熟度划分为四级，如图1所示。BSI认为建筑行业总体上处于第二级，少数领先企业能够达到第三级[6]。

图1 BIM应用成熟度

如图1所示，当前BIM应用主要是基于三维模型实现某一特定功能，如三维展示、碰撞检测、模拟施工、能耗分析等。而面向建设项目全寿命周期信息集成等深层次的应用尚处于研究阶段[7]。中国建筑业协会工程建设质量管理分会进行的调查还表明有1/3的受访者认为当前BIM应用主要障碍在于组织和实施模式。而英国BSI调查表明，90%以上曾经接触过BIM的受访者认为应用BIM必须要对传统建设项目组织实施模式做出调整[6]。

美国建筑科学研究院(NIBS)下属机构buildingSMART联盟进行的调查表明不管是项目建设阶段还是运营阶段，利用BIM技术完善建筑物质量和性能，其最大的受益者永远是业主[8]。Lewis(2010)在其文章中也阐述到，在项目全生命周期的每个阶段使用BIM都会使业主在成本和进度方面受益，尤其是在运营期使用BIM，业主受益最为突出，因为运营维护成本占总成本的85%，而建设期成本仅占15%。然而王雪青等(2012)对当前有关BIM研究内容进行了分析，结果显示与设计(Design/Designer)方法和技术相关的研究占74%，而专门探讨业主(Owner)组织实施等有关内容的研究仅占5%[9]。

业主方在工程建设中处于主导地位，是联系所有工程建设参与单位的中心。因此，要推动BIM技术应用，提高建设行业整体效率，需要从业主角度着手完善工程建设组织机制，特别是探索有效的业主驱动下的BIM实施模式。

2 业主驱动的BIM实施流程

2.1 BIM实施框架

BIM是一种全新的理念，它涉及到从规划、设计、施工、维护和运营管理的一系列创新和变革。基于业主方的视角，在工程项目中实施应用BIM可以划分为三个步骤，如图2所示。一是在全面分析项目概况的基础上，根据建设项目具体内容与特点确定BIM应用目标，制定BIM总体目标及各阶段具体目标；二是根据已确定的BIM应用目标编制BIM实施规划，确定技术规格、组织计划及保障措施等；三是具体实施应用与评估，及时检查、监督实施效果，修正实施计划、目标。

图2 业主方BIM项目实施框架

2.2 BIM实施规划的编制

2.2.1BIM实施规划内容体系

为了使项目在各阶段顺利、高效开展，业主方需编制BIM实施规划。在详细分析项目概况的基础上，业主需要制定详细、可行的BIM实施规划。BIM实施规划是指导业主实施BIM的纲领性文件，是BIM应用成功不可或缺的基础[10]。关于BIM实施规划的内容目前尚无统一体系，buildingSMART联盟编写了《BIM Project Execution Planning Guide Version 2.0》(2010)具有一定的参考价值，其提出的BIM实施规划内容应当包括9个部分，如表1所示[11]。

表1 BIM实施规划内容

根据实践现状，BIM实施规划除了明确具体应用目标外，还应定义工作范围及各节点具体要求，确定组织实施模式、工作界面，明确各相关方职责，确定建模技术规格、成果交付形式等具体内容。概括而言，BIM实施规划主要包括应用目标、技术规格、组织计划和保障措施四个方面。

2.2.2BIM应用目标

BIM应用目标是指通过运用BIM技术为项目带来的预期效益，一般分为总体目标和阶段性目标。BIM总体目标是指项目从建设初期到建成运营等整个项目周期内所要达到的预期目标，如降低成本、提高项目质量、缩短工期、提升效率和经济效益等，或者面向全寿命周期的集成管理。阶段性目标是指项目在策划、设计、施工、运营等不同时期预期实现的具体功能性目标，如在前期策划阶段，实现快速建模，方案效果可视化展示、调整及审核。在设计阶段，可进行协同设计、环境分析、碰撞检测等，减少因设计缺陷而可能导致的问题。在施工阶段，可进行深化施工设计、虚拟施工等。在运营阶段，实现设备自动检查、维修更换提醒、协同维护，利于运营战略规划、空间管理和项目改造决策等。BIM技术在各阶段可能的应用如图3所示。业主应根据工程项目特点、复杂程度和工作难点，合理确定总体目标，以及实施BIM所预期实现的具体功能目标。

图3 项目全生命周期BIM技术应用

2.2.3BIM技术规格

BIM技术规格是指为实施应用BIM而应具备的技术层面的具体条件，主要包括模型详细程度、软硬件选型等。

(1)模型范围与详细程度(LOD—level of detail)。不同项目阶段所建模型各不相同，在应用上有性能分析、算量造价、施工模拟、性能测试、碰撞检测等。为了避免模型应用功能的缺失，确保模型成果成功交付使用，应对BIM模型的详细程度划分等级。美国建筑师学会(AIA-American Institute of Architects)就此制订了BIM模型的详细等级或者称精细程度标准。将BIM模型分为5个等级[12]：100- 概念性(Concepetual)；200-近似几何(Approximate geometry)；300-精确几何(Precise gometry)； 400-加工制造(Fabrication)；500-建成竣工(As-built)[18]。Autodesk公司在《Autodesk BIM实施计划》中，以分部工程中各个具体分项工程为最小单位，将建模详细程度分为L1、L2、L3和CD四个等级[13]。 模型越详细，包含信息越多，其应用也越丰富，但其建模成本和能力要求也相应越高。

(2)软硬件选型。BIM相关的软件大体可分为建模软件、专业分析软件和需要二次开发的软件等三种类型。目前市场上可供选择的BIM软件品系众多，各具特色。例如Autodesk(Revit、NavisWorks)、ArchiCAD、Bentley系列等，需要根据项目的具体情况，选择合适的BIM工具。在软、硬件的选择上，应采用实用性原则，兼顾功能性和经济性要求，尽可能快捷、可靠地布署和使用，将实施、培训成本降到最低。

2.2.4BIM组织计划

(1)组织形式。根据BIM实施目标和业主自身特点，明确BIM实施模式，如是否聘用BIM咨询单位，确定设计、施工、运营、监理等相关各方责任、工作要求。

(2)工作界面。BIM工作界面需要开发两个层次的界面流程。第一层为总体界面，主要包括各参与方之间、不同项目阶段之间的工作接口与流程。第二层为详细流程，说明每一个特定的BIM应用的详细工作顺序，包括每个过程的责任方、参考信息的内容和每一个过程中创建和共享的信息交换要求。

(3)BIM实施合同。根据业主选定的组织实施模式，通过合同方式确定软硬件采购方式、人员职责、工作范围、模型详细程度(LOD)、交付时间、文件格式要求、模型的维护等实施BIM的关键环节[14]。在合同签订时，还应注意以下几个重要方面：充分考虑软硬件升级换代的可能性，确定软件二次开发的责权，明确模型产品的知识产权等。

2.2.5BIM实施保障措施

(1)沟通渠道。BIM实施团队的沟通方式有网络沟通渠道和现场会议沟通渠道。网络沟通渠道是指通过电子网络、移动信息交流等方式建立沟通通道，来创建、上传、发送和存储项目有关文件，同时必须解决文档管理中的文件夹结构、格式、权限、命名规则等问题[15]。现场会议沟通渠道是指通过现场会议、座谈的方式进行交流。

(2)质量控制措施。为了保证项目每个阶段的模型质量，必须定义和执行模型质量控制程序。在项目进展过程中建立起来的每一个模型都必须预先计划好模型内容、详细程度、格式、负责更新的责任方以及对所有参与方的发布等。

2.3 BIM实施与评估

根据BIM实施规划实施项目，业主应及时检查工作进展、评估实施效果，科学合理地对已完成工作进行评估、对正在实施的应用进行定期评价，总结建设项目各个阶段BIM实施的经验教训，为决策者提供反馈信息，修正目标及执行计划。BIM实施评价是建设项目BIM应用的重要步骤和手段，是项目管理周期中一个不可缺少的重要阶段，对实现BIM目标具有重要作用。

3 业主驱动的BIM实施模式及选择

根据上海中心大厦、武汉新城国际博览中心等大型项目的具体应用实例，以及中国建筑业协会工程建设质量管理分会等机构所进行的调研分析，目前国内业主驱动的BIM组织实施模式大略可归纳为3类：即设计主导模式、咨询辅助模式和业主自主模式。

3.1 BIM实施模式

3.1.1设计主导模式

图4 设计主导模式

设计主导模式是由业主委托一家设计单位，如图4所示，将拟建项目所需的BIM应用要求及模型的详细等级等以BIM合同的方式进行约定，由设计单位建立BIM模型，并在项目实施过程中，提供BIM技术指导及模型信息数据的更新与维护，以设计单位为主导，同施工、设备安装等各方进行沟通协调，最终保证BIM技术应用于该拟建项目。此模式侧重于设计阶段的协同，可为集成化实施提供可能性。但业主方在工程实际实施过程中对质量、安全等因素的控制力度较弱，后期运营成本较高，BIM模型的信息丰富度不高，且具有一定的风险性[16]。

3.1.2咨询辅助模式

图5 咨询辅助模式

如图5所示，业主分别同设计单位、BIM咨询公司签订合同，先由设计单位进行传统的二维图纸设计，根据二维图纸资料，BIM咨询公司进行三维建模，并开展一系列的设计检测、碰撞检查，并将检测结果及时反馈并作修改，以减少工程变更和工程事故。按照BIM合同约定，BIM咨询公司还需对业主方后期项目运营管理提供必要的BIM技术培训和指导，以确保项目运营期效益最大化。此模式侧重基于模型的应用，如模式施工，能效仿真等；而且有利于业主方择优选择设计单位，且可供选择的范围较大，招标竞争较激烈，有利于降低工程造价。缺点是业主方前期合同管理工作量大，各方关系复杂，不便于组织协调。

3.1.3业主自主模式

业主自主模式，如图6所示，是由业主方为主导，组建专门BIM团队，负责BIM的实施与应用。此模式下，业主将直接参与BIM具体应用，根据应用需要随时调整BIM规划和信息内容。缺点是该模式对业主方BIM技术人员及软硬件设备要求较高，特别是对BIM团队人员的沟通协调能力、软件操作能力有较高的要求，前期团队组建困难较多、成本较高、应用实施难度大，对业主方的经济、技术实力具有较高的要求和考验。

图6 业主自主模式

3.2 应用模式的特点分析

通过对以上三种模式的分析，从项目全寿命周期角度考虑，可以得出业主方拟采用的三种模式在各阶段应用难度(成本)的对比分析如下：设计主导模式的BIM应用通常偏重于前期设计阶段，同时设计单位也有足够的经验将项目设计阶段应用成本降到最低，但随着项目生命周期的进行，到项目后期阶段，BIM模型详细等级(LOD)不能满足施工运营等阶段的需求，特别是运营期，成本呈大幅度上升趋势。

咨询辅助模式相对设计主导模式，具有更专业的BIM应用开发团队，对BIM后期应用有更丰富经验，能够一定程度地预见应用困难，但项目建成后需移交运营单位，可能存在信息失真和错误、操作人员技术水平低下、设备等缺陷，不能充分发挥BIM预设效果，需开展必要的技术培训，导致成本有所增加。而业主自主模式是重点着眼于运营阶段，尽管前期组建BIM团队困难重重，成本较模式一、二都高很多，但随生命周期进行，业主方积累了丰富技术经验和模型信息数据，将之运用到后期运营，大大降低运营成本，而且BIM模型经理专人负责，无需移交，能够充分发挥BIM的强大优势。

综上，从项目BIM应用实施的初始成本、协调难度、应用扩展性、运营支持程度和对业主要求等5个角度来分别考察三种模式的特点，可以得出如表2所示的三种应用模式的特征对比。

表2 三种应用模式特点分析

3.3 应用模式的选择

综合以上对比论述，对设计主导模式、咨询辅助模式、业主自主模式的特点进行分析总结，进而得出各种模式的适用情形和适用范围，如表3所示。

表3 三种应用模式适用情形

4 结 论

BIM技术正在深刻渗透和改变建筑行业信息及生产管理方式，BIM的最终价值是提供集成化的项目信息交互环境，提高协同工作效率。在工程项目参与各方中，业主处于主导地位。在BIM实施应用的过程中，业主是最大的受益者，因此业主实施BIM的能力和水平将直接影响到BIM实施的效果。当前BIM实施应用模式主要是由业主驱动的，业主应当根据项目目标和自身特点选择BIM实施模式，以保证实施效果，真正发挥BIM信息集成的作用，切实提高工程建设行业的管理水平。

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