中国科技信息2023年5期

建筑信息模型(BIM)协同管理模式分析

1姜晓东 2姜怡帆

1、山东中设工程设计咨询有限公司

2、371302198409031647

摘要：建筑信息模型（BIM）被越来越多的用于建筑工程（ACE）领域，以进行项目全生命周期的信息化管理。本研究主要从利益相关者角度，运用文献分析方法，对BIM协同管理相关文献进行整理；同时使用案例研究方法对国内具有代表性的BIM项目进行量化分析。结果表明将BIM应用于项目协同管理能够解决分工目标理解不一致、经济投入与回报不清晰、行业协同环境透明度低等问题，切实降低项目成本。

关键字：BIM，协同，管理，利益相关者

一、背景与概述

建筑信息模型 (BIM) 最早开发于二十世纪70年代，其早期概念侧重于 3D 建模和可视化，主要用于区分三维视图模型与二维CAD平面设计图。将Englebart提出的基于对象的设计、参数化操作和关系数据库的想法与SAGE图形界面和Sketchpad相结合，诞生了早期的实体建模程序。

随着BIM技术发展，现在的BIM软件程序已经包括数据管理、模拟和协作三大主要功能。其中，模拟功能基于参数化建筑建模器建立3D建筑信息模型，包括有关建筑物的几何形状、材料和性能的数据，使用户可以在三维视图以及模型的正交二维平面、剖面和立面视图中查看模型并与之交互。基于建筑信息模型，能够实现实时的数据管理和协作功能。

一个完整的BIM系统主要包括 3D 建模概念，信息数据库技术，台式计算机环境，和互联互通的软件平台，允许不同的项目参与者可以通过系统进行职能分工与信息交换。举例来说，建筑师、工程师和承包商可以使用该软件来设计设施和模拟施工。BIM技术允许项目团队的成员以3D形式生成结构及其所有系统的虚拟模型，包括图纸、规范和施工细节，能够清晰的反应出建筑几何形象、空间关系、建筑构件的数量特征和地理信息等多维属性。这些使项目团队能够快速识别设计和施工问题，甚至可以在虚拟环境中解决这些问题，以对现实世界的施工阶段进行指导。

与此同时，建筑、工程和施工（AEC）行业长期以来寻求降低项目成本、提高生产力和质量以及缩短项目交付时间的技术，而BIM被认为能够满足这些需求。建筑信息模型包含精确的几何形状和相关数据，不但可以在设计阶段解决可视化问题，在项目实施阶段解决工程问题，也被指出能够支持建筑所需的采购、制造和后期维护活动。因此，外国学者普遍认为BIM可用于整个建筑生命周期，将人员，系统，业务结构和实践集成到协作流程中，以减少浪费和优化效率。

国内针对BIM利益相关者研究主要聚焦于BIM技术发展现状与BIM技术融合，而BIM管理与BIM协同相关的文献很少。本研究主要从利益相关者角度分析数据管理功能和协作功能，对BIM协同主题进行文献分析，并对国内具有代表性的协同项目进行案例分析。以实现基于建筑信息模型的利益关系协同和管理协同为目标，解决当前BIM项目管理诸多问题，例如：分工目标理解不一致、经济投入与回报不清晰、行业协同环境透明度低等。

二、研究现状

首先从项目参与角色的不同对项目内部利益相关者进行区分，主要包括业主、管理单位、设计单位、施工单位。业主是整个项目流程的核心主体，既是项目发起人，也是项目成果的接受人，因此其他参与方的一切行为需要基于业主需求。管理单位通常是成熟的BIM从业者或BIM团队，其在业主委托下负责项目全周期的BIM应用管理，包括实施准备工作、BIM协同工作、各阶段BIM使用总结与汇报工作等。设计单位主要负责形成设计方案、创建BIM模型、对设计成果归档及移交工作等。施工单位主要负责施工阶段工作，包括工程质量、安全、进度、成本管理、及竣工验收。

BIM代表了AEC内部的一种新的范式，它鼓励整合项目中所有利益相关者的角色（Azhar，2011）。Azhar提出可以将BIM视为一个虚拟流程，在单个虚拟模型中涵盖设施的所有方面、学科和系统，允许所有设计团队成员（业主，建筑师，工程师，承包商，分包商和供应商）进行更有效地协作（2011）。对BIM模型实现的应用与对应的利益相关者作分类，结果见表1。结果显示，BIM模型在设计阶段涉及最多功能的使用，包括设计、施工图、成本估算、碰撞检测、取证分析等，而设计师、建筑师、工程师在所有阶段中使用BIM模型最有优势。事实上，该结果也与BIM在ACE行业中使用者的问卷调查结果一致，即BIM的主要应用领域是施工文件开发，概念设计支持和项目前规划服务。本部分以项目流程为主线，依据不同项目阶段，按照BIM模型应用功能对利益相关者进行分类，主要针对项目内部参与者，提供一种使用BIM技术对ACE项目增值的全局视角，主要解决分工目标理解不一致的问题，即“怎么用”的问题。

表 1：按BIM模型应用做利益相关者分析

除了按项目流程对利益相关者进行区分，宋珊和李嘉熹（2023）将项目团队看作一个整体，并对项目中技术分工进行三种团队模式区分，分别是BIM正向设计团队（完整的BIM团队实施），BIM并行设计团队（以BIM人员为核心的全周期协同实施），以及BIM咨询服务团队（后期对CAD进行翻模的“后BIM”实施）。其中，BIM正向设计团队建设周期最长、投入最高，但专业程度最高、具有可持续发展性。正向设计团队模式前期建设涉及四个主要板块，一是企业BIM标准指南，包括建模规则、建模深度等；二是建设项目样板，并设置通用信息设置与BIM专业信息模块，整合项目信息与建筑结构信息；三是建设族库，对系统库和外部可载入库统一管理；四是对市面BIM程序进行二次开发，包括API开发、可视化编程开发等。同时，需要对人员进行培训、优化团队工作流程，工作量大（宋珊和李嘉熹，2023）。相比之下，BIM并行设计团队模式在项目准备期由BIM专员团队与CAD设计师共建项目与协同，贯穿全项目生命周期，可在短期内提升设计质量与深度；而BIM咨询服务团队模式是对CAD设计成果进行翻模整合与碰撞处理检测，并对项目综合方案提出改进建议（宋珊和李嘉熹，2023）。三种模式分别依据技术外包程度对BIM项目内利益相关者进行区分，同时以适用项目情况、团队建设周期、投入汇报比、行业竞争力对三种模式进行比较，为业主区分不同BIM团队提出参考，使业主能够根据自身需求对BIM团队进行选择以有效降低成本。同时，王建红等通过定量分析得出国内工程项目的BIM技术使用率与决策者行为、态度等主观因素密切相关，因此提出在企业决策层加强BIM推广教育的建议，也说明作为项目决策者需要对BIM技术投入产出比有清晰认知。本部分主要解决项目管理者进行决策时，经济投入与回报不清晰问题，即“要不要用”的问题。

第三个区分BIM项目内利益相关者的角度是从具体责权追溯角度，主要考虑由于工程设计或施工不规范导致的工程事故场景下复杂的利益关系。同时，由于传统模式下对工程文件、模型的归档工作量大，且主要由人工完成，工程档案存在丢失或被篡改的风险。由于工程设计是决定工程投资规模、功能品质、工期进度的依据，工程设计师往往应承担较大责任。因此，甘等提出一种基于区块链技术的系统对工程设计场景进行监管。系统由设计者、管理者、监管者同时参与，其中设计者为BIM设计师或CAD设计师，管理者由设计监理进行操作，而监管者由项目业主方人员操作，通常为设计师和监理的雇主方。系统主要设置的用户层是设计单位、建设单位、业主、监理单位与政府部门，通过权限身份限制与去中心化管理，主要在保障用户操作功能的前提下实现责权追溯功能与产权保护功能。这种多层级分责制管理，一方面能够对工程设计内容进行多次监督与管理，尽量减少由于个人误操作导致系统性问题的发生；另一方面也能够通过去中心化管理而有效避免发生事故后工程档案被人为篡改等逃避主要责任的问题。主要解决行业协同环境透明度低的问题，即“如何监督”的问题。

此外，基于社会分工逐渐细致、技术管理外包的社会发展趋势，王博文等创新地讨论了BIM技术众包化的可行性（2022）。众包是面向社会的分工模式，对参与者的协同管理要求较高。一些国外的杰出BIM建筑师在问卷调查中表示自己经常参与跨国项目，说明基于BIM流程标准化的众包具有可实施性。基于众包的协同工作模式，提出从任务、群众、组织、平台框架四个维度实现BIM协同，即通过信息技术，以共享平台为依托，将任务目标拆解并以整合众包、竞赛类众包或任务分配类众包三种形式分配给一个大型的人群，并在组织层面进行风险管理、标准评价与反馈协商。众包模式实现BIM协同被证明在多个ACE领域可行，包括城市防灾建设、建筑设计、城市规划、设计方案征集等。在国内，众包模式的实现需要建立在已有的BIM协同平台成熟度高的基础上，即需要首先实现分工目标理解一致、经济投入与回报清晰、行业协同环境透明三个前提。可以将众包作为BIM协同在ACE项目领域发展的未来方向之一。

三、案例分析

在上述研究中，基于利益相关者分析角度得出使用BIM平台进行协同分工分别能够解决分工目标理解不一致、经济投入与回报不清晰、行业协同环境透明度低的问题。但是，没有提供数据量化和支持上述结论。以下案例研究说明在项目规划阶段开发和使用BIM模型所节省的协同成本与时间。

案例研究：北京城市副中心行政办公区项目

北京城市副中心行政办公区项目是北京市一个办公楼区项目，分为A、B、C、D等片区。项目最大的挑战是如何在工期紧、参与单位多、图纸版本多、建筑需求复杂等条件下，保持进度并确保质量，以及如何将风险和返工降至最低。

在实施过程中，项目采用BIM并行设计团队模式，每个施工总包承建多个标段，总包下设立BIM中心，各自配置专业的BIM建模与管理人员，在项目准备阶段便明确了分工目标，减少后续返工风险。事实证明，BIM技术使用有效节省了项目成本。举例来说，在设计开发阶段，B1、B2工程就查明了8129处碰撞检查点。在编制施工文件阶段，施工单位及时更新了BIM模型并跟踪已被解决的碰撞，将每次碰撞的单个图像记录在日志中。每个关键的冲突点都可以通过模型查看器和编号的碰撞日志与设计团队进行共享。节省工期35天，减少成本损失750万元。

四、结论

BIM是一种创新的基于管理与协同角度的项目实施方式，能够协同项目内各利益相关者，提高项目盈利能力、加强时间管理、改善客户关系，并最终降低项目成本。在一个完整的BIM系统中，能够基于信息数据库技术建设3D可视化模型基础，通过互联互通的软件平台解决分工目标理解不一致的问题，通过向企业推广不同BIM团队模式解决经济投入与回报不清晰的问题，以及通过区块链等先进技术解决行业协同环境透明度低的问题。

参考文献

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