基于建筑信息建模應用場景下的利益相關方分析

文/陳 宇

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基于建筑信息建模應用場景下的利益相關方分析

文/陳 宇

一、建筑信息建模的應用意義

在我國城市化進程不斷推進的情形下，實施新一輪大規模的建筑工程建設已全面鋪開。在此過程中，如何達到進一步提高新型城鎮化項目建設績效與品質、有效平衡并利用社會各方資本參與基礎設施建設等問題已儼然成為工程項目管理中的新要求、新挑戰。而其核心要義之一便是需要深刻理解并分析介于項目規劃、設計、施工、運營各個階段之間的系統性信息斷層現象，加大管理并加深促進整個工程項目各階段、各參與者的有效聯動與協調。工程管理學界的一個普遍共識便是通過信息技術的廣泛應用作為解決該問題的最有效途徑之一。然而根據相關數據顯示，我國建筑業信息化率僅約0.027%，與國際建筑業信息化率0.3%的平均水平相比，差距高達10倍。如此重大的差距與我國的經濟發展水平是嚴重不協調的。更有甚者，由于建筑行業信息化的極不完善，導致在工程項目各職能部門之間信息傳遞效果差，信息協同性不強，信息內容表述不明朗，信息利用價值不高等狀況，極大地弱化了建筑行業的經濟效益和社會效益。

建筑信息建模（BIM）近幾年來在全世界乃至我國建筑工程界被廣泛利用，已經成為自計算機輔助設計（CAD）之后的第二次革命性的技術變革。根據《美國建筑信息建模國家標準》，對建筑信息建模做出如下的解釋，即“它是對一個建筑工程項目的物理和功能特性的數字化表達；一個信息共享的平臺；一個實現建筑工程全生命周期管理的信息過程；一個實現建筑項目不同階段信息插入、提取、更新以及修改的協同化作業平臺?！?建筑信息建模技術以其多維的可視化強大功能，可以實現對建筑物物理結構和功能特性的數字化表達。然而，該技術在我國的發展與工程實踐中面臨著諸多問題和挑戰，例如應用該技術的先期信息化設施建設投入較高，專業人才缺口較大，致使眾多工程項目對建筑信息建模技術的應用普及性較低且大部分尚處于建筑施工領域的嘗試階段（較普遍應用于機電安裝項目），此外鑒于企業自身開發及應用能力差異，對于技術底層數據挖掘、整理及分析能力較為受限等。為此，國內建筑工程界和學術界對于建筑信息建模技術以及其在各領域中的實踐已有了相當多的闡述。然而，鑒于該技術可覆蓋建筑項目全生命周期的信息管理和分析的特點，當前學術界或管理學界針對在全生命周期中所貫穿的價值鏈上項目各參與方的利益分析被提及并不多見且鮮有系統化的論述。

針對一個具體工程項目也包含存在項目各方的價值體系，其鏈上的每一項價值活動都會對企業最終能夠實現多大的價值造成影響。美國McGraw-Hill Construction在一項研究中表明：一般應用該技術的投資回報率（ROI）在11%～30%，許多公司按自身特性得出的建筑信息建模技術ROI數值很高。調查指出，ROI有貢獻的主要有三方面：改善項目產出和團隊合作（如更少的資料變更和現場協調），占79%；三維可視化更便于溝通，占79%；提高企業競爭力，占66%。因而，筆者將試著通過對于該項技術給予項目價值鏈上各參與方的影響來做說明，擬為更進一步理解該項技術的市場潛在價值和應用場景提供理論依據。

二、建筑信息建模應用場景下的各參與方分析

建筑信息建模定義了任何項目規劃并非單一線性而是一個全生命周期的行為。如圖1所示，項目的幾個階段都被相繼定義，即：從最初階段（0）開始，項目的需求被識別并確定，基于過去歷史項目中生成的大量數據、新項目客戶需求、應用實際場景等生成了一套商業計劃；階段（1）—（6）涵蓋了準備、設計、施工直到建筑產品移交及信息維護工作；階段（7）和“應用”涵蓋了具體操作和搜集用戶反饋，并作為未來計劃制定的基礎。這種利用建筑信息建模對項目工序重定義包含了在各工序首尾端的信息交互，以獲取各工序發展的程度，提高了決策工作效率。

建筑信息建模技術影響著項目每一個階段的質量和數量指標，更重要的是，它幫助人們能到項目最初階段來定義概念并開發備選方案，由于模型提供了大量輸出數據，很大程度上降低了設計工量。設計與建造步驟可以通過很多方法來實施以迎合客戶和供應商的需求，但傳統辦法并不能滿足各相關方相互學習、理解和面對在項目進行中的各種變化，諸如角色轉移更替、工序的修改和優化等。建筑信息建模的技術則提供了一套綜合性、系統化的解決方案。如圖2所示，筆者勾勒出了三層基于建筑信息建模環境中的各相關方閉環結構，由里到外依次為核心的基礎開發層、間接合作層和直接應用層。鑒于在建筑信息建模體系中技術應用方或項目參與者對于該技術的實際需求、應用程度和范疇等都是不同的，因而筆者擷取一些特定專業人群與該技術應用的相關性做以下簡述。

圖1項目數字規劃

圖2基于建筑信息建模的相關閉環

●客戶

在這里，客戶大致上包含公益類客戶（諸如政府、醫院、基礎設施建設方等）、商業客戶（大型超市、生產型企業等）和開發商（私人或國有住宅和商業地產開發商等）?？蛻粜枰皶r復查自身內部決策順序以確保實時有效地做出對于每個建筑項目過程的決策。在建筑信息建模環境中，由供應商所提供的每階段末端信息需要提供給客戶作為決策的必要材料基礎。客戶需要決定供應商提供的建筑信息建模相關服務中每項變更的實際價值，包括諸如服務延展和資費標準等。對于一些公益類客戶，比如政府，通過該技術可以對購買的各類服務進行重新評估項目進程以校準是否滿足預先設定的首要標準和實施要求。商業客戶有時候對于項目的建設速度要求更快且更高效，該技術所提供的工具可以滿足商業規劃同時對于項目結果的預判。在信息建模的基礎上，客戶需要引領咨詢方和建設方來協同工作。開發商本身是非常專業的建筑客戶，他們把建筑信息建模看作一個全生命周期過程控制的工具，時常關注企業本身在降低風險、減少工期并降低資本投入的能力，以此衡量決定是否需要在項目結束后保留或者出售建成的物業。在進入項目競標前，開發商通常情況下會投入大量的時間在設計、融資和規劃許可過程上，因此利用該技術可對參與競標決策支持，使得咨詢公司提供的信息更加完整和緊湊，避免競標失敗。

●項目經理

從職業角度說，這類是為項目的成功策劃和執行的重要人群，是項目團隊的領導者，這類專業人群的出現是為了支持客戶從項目前期開始對于項目現場管理和領導能力的不足。項目經理首要職責是在預算范圍內按時優質地領導項目小組完成全部項目工作內容，并使客戶滿意。為此項目經理必須在一系列的項目計劃、組織和控制活動中做好領導工作，從而實現項目目標。建筑信息建模改變了他們以往的管理手段，使他們將項目規劃、協調、交流和審計各方面做的更好，工作量也大大減少，工期也因此縮短，風險也降低了。

●造價咨詢師

基于建筑信息建模技術，造價工程師對于項目所消耗的工料數量被更精確地確定并節省了造價。對于他們而言，核心任務將是識別基準預算獲得目標價值，合理安排項目各項花費。該技術應用使得造價工程師從過去一味關注項目資本消耗轉向更習慣于對于項目全生命周期的思考，以便從更大知識庫中更多的數據和反饋意見來提升服務水平和價值。（如圖3所示）

圖3建筑信息建模的六維數據

●建筑師、規劃師與土木工程師

對于建筑師來說，該技術并不關心建筑設計的審美，而是將建筑完整、真實的呈現出來，并在設計之初就將建筑能耗、造價等一系列問題納入考慮的范疇中。它促使設計師去思考更多形式之外的內容，用復雜的技術詮釋“堅固、適用、美觀”的常理。整個設計過程就是不斷確定和修改各種建筑構件的參數，全面采用參數化設計方式。根據圖1所示，在實踐過程中，較多設計工作在第2階段進行，獲得較好的初步設計并制定出一個概念模型，并在第3階段加以技術型深化。從此之后，建筑師用更少的工作對設計資料進行設計文檔處理。

規劃常常受到政策和技術因素的制約。建筑信息建模為城市規劃提供了支持，使得設計能夠自動根據約束條件進行自檢。基于信息和自動化技術，新加坡已經成功地將規劃和建筑規范合并運行已有十年，其規劃原則被系統性地格式化。建筑信息建模技術能夠加速設計指導意見和設計規范的建立，以此為應用方說明可接受的修改和變更并以此作為自動檢查的依據。在建筑信息建模規劃中，有一個重點便是對于項目規劃許可的時機性。如圖1所示，絕大部分設計工作在第3階段完成，通常情況下，開發商往往很不情愿在知道他們是否能得到項目開發許可前給予注資。因此，在第2階段中大量采用許可要點說明，為第3階段做數據預留則是更具邏輯性。

土木工程師通常充當基礎設施建設的指引者，建筑信息建模其實較早被結構工程師應用在對于提供針對房屋設計和施工的咨詢支持。與城市規劃師相同，這些專業人群通常用將該技術與地理信息系統（GIS）技術相結合，在迅速發展環境下，混合了一些其他分析工具（如，人工智能），形成針對土木工程范疇的建筑信息建模系統（Civil BIM）。結構工程師發現在他們最初設計工作階段將大量運用該技術，然而在項目后期則較少。

●樓宇服務（安裝）工程師

在樓宇服務工程師看來，保證設備的安裝完好，安全運行及正常維護的工作績效是極為重要的。然而由于碎片化的采購特征，這些績效很難完成。建筑信息建模則提供了改變這類服務缺陷的功能。建模簡要情況說明中將包含設備操作、竣工和后期移交等內容并可以追溯到設計師和制造廠商。根據圖1所示，按照工作量分配，絕大部分工作將在第2/3/6/7階段實施，而第4/5階段較少。設計模擬和分析工具需要與其它專業建模協同使用，使得績效檢查具有連續性，而不僅是在項目后期進行，以此較大程度上提高了客戶的滿意度。通過建筑信息建模將過去的控制技術整合并分享網絡協議，可以使安裝技術人員更高效完成大樓控制及業主系統設計和安裝，基于感應裝置的物聯網系統可以更復雜地完成對樓宇的集成控制和管理。

●施工承建商

對施工企業而言，應用建筑信息建模技術解決方案有更具現實意義的價值。在該技術廣泛應用之前，協作式項目交付（IPD - Integrated Project Delivery）和虛擬設計施工流程（VDCVirtual Design Process）已成為世界范圍內的施工企業工程實踐的熱門話題。協作式項目交付指業主、設計、施工及制造等各方共同分擔項目風險、共享項目收益（包括利潤）。它的特點之一即項目團隊的所有成員從項目早期就開始持續協作，而不僅限于關心自己的本職工作，各方均能因項目的成功而獲益。美國斯坦福大學集成設施工程化中心的研究顯示，虛擬設計施工流程會給施工方帶來巨大價值，因虛擬設計施工流程中減少了項目沖突而提高了施工效率，人力和材料的節約顯著降低了施工費用。建筑信息建模已被眾多施工企業認定為支持IPD和VDC流程最有效的技術手段，其對提高施工行業的整體生產力貢獻重大。正是由于模型信息唯一性和集約化的特點，將原本被工程建設條塊管理所分割的各領域緊密結合在了一起。當前該技術應用的焦點環節包括方案研究、模型碰撞檢測、復雜建筑物三維設計實現、工程量概算和虛擬建造等，以上各項均對投資者有益，同時各環節也對參與者有益。故建模技術的推廣，將為中國的建筑施工企業降低采用VDC和IPD模式進行項目管理的門檻。目前，但在施工過程中，該技術的應用不僅限于機電安裝項目，模型對工程信息的共享和傳遞優勢，使工程技術人員對各種建筑信息做出正確理解并可促進各方的協同工作。

●信息技術提供方

在建造和環境工程界，信息技術元素具備相當強的活力，全球范圍內其應用性的復合增長率達到了17%以迎合對于建筑信息建模技術所賴以的環境需求、管理工具、培訓和配套支持服務。軟件工程師需要具備一個開放的視角來創造新的應用。因而，建立一整套標準來滿足各系統間的可操作性是一個重要的需求。比如，地理信息系統與建筑信息建模合并所需要的標準，加上通過物聯網概念將投資建設期延伸到運行階段看，其間各感應器利用互聯網協議報告各項情況并對回饋和分析數據做更好的控制及整合。

●地產咨詢人員

建筑信息建模能幫助地產咨詢從業人員更加深入全面地支持他們在投資、開發、租賃和管理以及企業內部管理的商業決策。通過該技術，他們能獲得在物業、績效以及專業建議等方面比過去更多的信息。投資模型、開發的數學公式、租賃與服務的收費討論。甚至物業維修權益都能通過數據和相關保險產品被這種創新所有力地支持。在發達國家的地產咨詢界，這類技術已經逐步被推廣延伸。

●項目融資機構

融資機構是建筑環境生態系統當中的核心組成部分。開發商在商業及公共服務領域通過多種融資方式為項目順利發展做好經濟支持。依照傳統做法，銀行為項目在竣工前提供貸款，然而通常會承擔項目花費和工期無法滿足預定目標的風險。然而，基于建筑信息建模的工作機制可以使得這類風險大大降低。如今在英國，銀行似乎更青睞通過建筑信息建模技術所實施的項目，對這類項目的評分也相對較高。在風險可以被很大程度的降低的前提下，長期貸款可以在施工階段被允許進入市場。當銀行的放貸能力偏弱，長期貸款需要穩定健康的投資來補給收益，這將會成為一個主要的增長因素。

●資產、物業及設備管理方

基于建筑信息建模技術，這類從業人員有著非常大的發展潛力。在過去，他們與建筑行業被傳統性地割裂開，沒有介入項目陳述，甚至也沒有把建筑過程當中生成的信息運用到自身管理中的經歷。因而他們大多數對于建筑信息建模對他們的意義并不了解。將他們職業技能連接于該項技術的軟著陸手段使得他們能參與到項目陳述設計，獲得項目管理所需的知識和經驗，設置管理和維護陳述。他們將獲得竣工后的建筑物的基本數據以供使用管理，據此提供根據運行績效的試用報告和運行花費以及通過建筑物所反映的用戶使用績效。

三、建筑信息建模的未來及挑戰

綜上所述，在建筑生態體系中各參與者的利益差異，利用建筑信息建模技術可以進行相互補充和協調，并創造出多方針對項目協作的可能。利用模型功能，促成相互協作的決策，更早的將主要的施工管理、制造商、供應商以及生產商等專業人士聚集到一處，與設計方和業主一起，共同將質量、美學、建造可能性、經濟可行性、及時行及無縫流程融入設計的生命周期管理，并實現最佳組合。

當前，建筑信息模型技術在國內的發展可謂是如火如荼，一系列圍繞建筑信息建模主題的社會團體和專業機構層出不窮，比如旨在為建筑信息建模從業者提供行業資訊、技術資料、學習資源和交流互動平臺的行業門戶網站“中國BIM門戶”和以建筑信息建模系列軟件應用為核心，為設計人員提供了軟件應用交流平臺的“北緯服務論壇”等。

總之，建筑信息建模在我國的研究、開發和應用尚處于起步階段，如何有效與我國建筑生態環境相融合將成為一項重要的任務及挑戰。在這過程中，圍繞該技術的各相關利益方需要共同協作，有效改善建筑信息建模的集成環境、提高與該技術配套的項目管理水平、制定一整套行之有效的圍繞基礎數據定義和交換規則的技術標準體系，推進將我國的建筑信息建模技術從科研開發轉化為競爭力模式、全生命周期應用模式以及工程管理全面融合模式的三位一體方向邁進。

作者系上海交通大學工程管理研究所特聘研究員、高級工程師、英國布里斯托大學女皇工程院系統工程實驗室博士