国外BIM应用现状综述

杨德磊

(搜房控股有限公司，天津 300051)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)概念来自于20世纪70年代的美国，之后Charles Eastman［1］、Jerry Laiserin［2］等都对其概念进行了定义，作为一种全新的理念和技术，受到了国内外学者和业界的普遍关注。在北美、北欧、英国等为代表的发达国家或地区，BIM技术及其先进理念得到了广泛的传播，在政府的大力推动下，BIM首先在公共项目上得到了示范和推广应用，并逐步向私人项目扩散［3］。在这个发展过程中，学者们对BIM的研究也经历了理论研究、问题与障碍的探索性研究到实际应用研究的变化。近几年来，国外的学者更多地通过将BIM应用于各个行业的实际案例中去的思路将BIM的研究进行深化和完善，将BIM的应用经验进行分类总结与提炼，本着具体问题具体分析的理念，提出了更加有针对性的BIM优化建议，促进了BIM向更加完善成熟的方向发展。相对于国外而言，国内对BIM的研究还处于初级阶段，BIM的应用也远未实现，远落后于国外。本文以近年来国外研究的文献为基础，围绕国外在BIM应用方面研究现状及其变化特征，为推动国内BIM的研究及其发展应用提供方向借鉴。

2 国外BIM应用现状

2．1 国外BIM应用的理论创新

(1)国外BIM应用对项目组织的影响

随着国外对BIM应用的普及，实践中不断涌现出新的问题使得学者们更加深入地分析BIM在实践中的作用。美国华盛顿大学西雅图分校的Carrie S．Dossick 和 Gina Neff［4］研究发现，通常 BIM的应用在技术上可以实现更加紧密的协作，但却无法解决组织上的鸿沟，即BIM并没有在组织内部不同部分之间实现更加紧密的合作关系，造成这种现象的主要原因是组织内部范围、项目、公司之间的目标差异性及其权责斗争，而BIM实施的成功在于组织凝聚力的提升以及组织结构的优化;Linderoth 和 Henrik C．J［5］通过瑞典建筑公司的平台展开案例研究来分析BIM在将工程建设过程中参与者链接起来形成一个网络的过程中发挥作用的有利因素和障碍，由于工程建设项目生命周期内各个阶段主体的分散性，BIM应用的挑战是如何维持和不断重构这种网络系统从而保持连续性使其作用最大化。

(2)BIM应用的理论框架改进

实践中新问题为学者们进行BIM理论框架的改进和完善提供了方向。澳大利亚建设创新合作研究中心(CRC-CI)联合来自韩国庆熙大学、澳大利亚迪肯大学、澳大利亚纽卡斯尔大学与悉尼大学的Singh和Gu［7］等人结合面向对象的CAD技术提出了一个多方协作的BIM理论框架，该框架从工程参与主体的多样性角度出发强调通过满足多方协作的技术要求来实现BIM技术自身的管理优化和跨学科应用;韩国汉阳大学和美国佐治亚工学院的Sanguinetti 和 Abdelmohsen［8］等 人 在 美 国 总 务 局(GSA)的支持下围绕美国联邦法院项目开展了一系列研究，对BIM原始模型的改进更进一步，它更多地结合实践经验针对设计反馈提出了一种新的BIM系统化架构来改进其在设计阶段的反馈和分析，它的特征是基于事后自动调整来实现具体问题具体分析，同时将同一BIM模型的一元分析功能扩展为同时包括范围、周期、能耗、成本等指标的多元分析，大大提高了BIM的适用性和灵活性，在一定程度上可以解决组织鸿沟问题。

(3)BIM应用的优化路径

要对BIM应用进行优化，首先要发现和识别待优化的问题或者内容。韩国明知大学的Jung和Joo［8］将美国、日本和韩国的三个典型计算机集成建设(CIC)项目分别与几何推理集成(GRI)设计(1995年提出)、可视化(耶鲁大学与哥伦比亚大学2009年提出)等主流BIM优化设计在应用方面进行了对比，在分析两种技术的实际操作问题的基础上提出与CIC技术集成的综合性BIM框架来实现BIM改进，该框架包含三个方面六大类内容，从理论和实践相结合的角度描述了对BIM应用产生影响的变量，为可优化改进的潜在区域识别与驱动因素提供基础。

对可优化问题或内容的识别使BIM应用的优化变得更加可行，目前常用的优化路径更多地集中在设计反馈和信息交换等问题上，一般通过新的信息技术的引入来实现。建筑仿真得益于游戏有关的图像技术的进步，BIM与计算机游戏的集成则可以开发出将建筑信息导入到游戏环境中去的程序，从而改进建筑设计的实时反馈与可视化［9］;云计算技术可以用来优化BIM的信息交换［10］。

随着BIM应用实践的增多，当业主和管理主体认识到了BIM应用的便利和良好效益时，这些理论问题就自动解决了。因此，对BIM应用的效果进行测量成为必需。

(4)国外BIM效能测度研究

关于BIM的实施效果有很多讨论，既有经济效益的定量指标研究也有管理效益方面的定性分析。在定量研究方面，美国亚利桑那州立大学的Kristen Barlish和 Kenneth Sullivan［11］尝试建立了一个基于投入/产出指标的测度模型，该模型考虑的收益指标有信息请求、更改订单和持续改进，投资指标有设计与施工成本，选取同样背景下使用BIM的项目和未使用BIM的项目为研究对象，使用该测量模型，分析两类项目在投入/产出方面的差异，通过对比达到BIM效能测度的目的。2012年，韩国建设和交通技术评估和规划研究所发起了“统一和先进的施工技术研究计划”，韩国延世大学的Lee和Ghang Park［12］等人在该计划的支持下，通过韩国第三城市项目的真实情况进行对比分析发现，施工过程中设计错误与返工成本相比，与因设计错去导致的工期延迟有关的成本有更显著的经济代价。

在定性分析方面，Bryde 和 David Broquetas［13］等人收集了来自英国、美国、德国、西班牙、加拿大、中东等国家和地区35个使用BIM的施工项目数据，通过对这些数据的研究，提出了将项目成功的标准设为参照，选择协作、范围、时间、成本、控制、质量、组织、沟通、风险、采购等管理指标，对选取案例进行管理指标内容分析，分析发现，BIM正面的效果更多地集中在成本节约、项目全生命周期内的控制以及显著的时间节约效应，负面效果主要集中在作为一种新的工具，BIM软件的应用给人们工作上带来的学习、培训和熟练工作模式改变等菜单成本，用以解释BIM应用究竟在多大程度上通过改进管理促成项目成功。

2．2 国外BIM的应用创新——新技术集成应用

为了解决一系列实际操作问题，学者们开始尝试将各种当前先进的新兴技术与BIM的集成应用作为一种新的应用引入到实践中去，以求实现1+1＞2的效果。从策略层面来看，BIM技术某个项目上的应用在应该是自下而上而不应该是自上而下的过程，尽管成功的BIM应用需要有相应的实施战略，但在操作层面，专业指导和规范的操作指南是实施战略中不可缺少的部分。英国雷丁大学通过本校健康和保健基础设施研究和创新中心建设项目的实验发现，一般IT技术都是通过个人关系或者安排而非正式渠道被引进到建设项目中去的，同样，BIM应用中其他技术的引入是由使用者即建设项目的员工而不是由合作的IT部门来驱动的，特别是在施工阶段现场，让主要承包商为工地工人提供个人平板电脑的工具实时上传和下载设计信息，并拍摄现场施工质量和进度数据上传到BIM系统，从而实现网络BIM，可以大大提高BIM应用的交互性和灵活性［14］。

随着服务和资源导向理念的普及，需要支持更多的跨越多重环境鸿沟的灵活应用，这也大大提高了将BIM与其他技术或者工具进行集成的需求，土耳其 Beykent大学的 Isikdag Umit［15］就提出了三种基于BIM的面向服务的建筑设计模式，即 BIMAJAX、BIM-SOAP界面和 RESTFUL BIM，分别为AJAX、SOAP界面和REST三种技术与BIM的集成;澳大利亚的迪肯大学与纽卡斯尔大学2010年在澳大利亚建设创新合作研究中心的支持下对来自澳洲的多个案例开展了研究，认为动态BIM协同决策模型可以解决实际操作中出现的BIM应用分化，动态BIM协同决策模式包括四大关键要素:战略目标和确定范围，工作流程图表化，BIM的技术要求识别，合作者能力评估［16］。影响BIM应用分化的因素整体上可归纳为技术工具的功能方面(操作指南)和非技术层面的策略问题(合作、协作的工作环境)两个大的方面，甚至要考虑跨领域集成化应用以及文化因素的影响，这些影响在动态BIM协同决策模式下都可以得到缓解甚至消除。

由生产管理领域的精益生产派生而来的精益建造也可以引入到BIM应用中来实现创新。英国索尔福德大学在英国政府支持下对利物浦一家建筑公司的实际案例研究发现，BIM应用中人们的操作水平和接受程度都是因人而异的，为了应对这种差异，成功进行变化管理和应对变化抗性，通过BIM的实施来实现精益建造是一种新的思路，这样，通过BIM与精益建造实现应用的集成，精益建造的效率得到了提高，设计过程也因为浪费的消除和价值创造而得到了改进，大大提升了BIM应用的效能［17］。

此外，BIM还可以与更多新兴领域的技术相结合实现创新。如前文所述，BIM与计算机游戏的集成则可以开发出将建筑信息导入到游戏环境中去的程序，从而改进建筑设计的实时反馈与可视化［9］;云计算技术可以用来优化 BIM的信息交换［10］;加拿大渥太华大学与美国佐治亚工学院最近提出了通过BIM与GIS集成来加强建设供应链管理(CSCM)可视化监控的改进［18］等等。

2．3 国外BIM应用实践的发展

BIM的快速发展和显著的成效使得人们在使用过程中真实体会到了它的好处，如同其他先进技术一样，随着发展的日趋成熟和工程化思想的普及，BIM的理念和实际应用已经不仅限于建筑行业，开始扩展到各个领域中去。

表1 国外文献中与BIM实现集成应用的新兴技术

(1)BIM在建筑关联领域的实践发展

BIM储存了一个建筑的所有信息并能够运行很多新兴技术或程序，可以将其用于比如工料估算的生成、4D调度和建筑仿真，数据自动提取功能还可以生成施工进度表等等，大大提高了工作效率［19］;楼宇维修同样可以在BIM环境下开展，交付之后的楼宇维修牵扯各类知识和信息整合，将CBR(案例推理)在知识获取方面的应用与BIM在信息获取的应用实现集成就可以实现与交付之前的各项工作在同一个系统和平台上完成的效果，这使得项目的全生命周期特性更加突出［20］;2012年，美国佐治亚工学院与韩国汉阳大学提出将BIM用于进度的自动安全检测，即通过应用BIM的自动安全规则检查安全隐患，并提出预防措施做好施工中的坠落防护［21］。

(2)BIM在非建筑相关领域的实践发展

在教学方面，学者普遍认为，建设管理工具和方法几乎很难在课堂上真正学会和掌握，美国斯坦福大学将BIM用于本校的“建造与施工管理”课程和荷兰特文特大学的“集成项目管理”课程教学，帮助学生在课堂上学习项目管理的实际操作，改进教学效果同时也有助于BIM自身的优化［22］。

在模拟火灾撤退实验中，人们无法通过营救测试来研究失火建筑中人们的行为，为了建筑本身在建筑失火的疏散过程中对人们疏散行为的影响，德国达姆施塔特工业大学2011年开始开展的“人类救援严肃游戏(Serious Human Rescue Game)”项目提出一种核心思想，即将BIM功能与严肃游戏中工程模拟(火、烟)功能以一个全新有效的方式组合在一起以达到打造逼真严肃游戏场景的效果，利用BIM应用和严肃游戏平台之间的操作交互性弥补现有仿真模型数据收集方法在观察建筑失火中个人逃生行为方面的不足，从而提出火灾疏散撤退效果的新方案［23］;基于能源修复目的的BIM可以用于自动热成像与RGB颜色模型纹理研究［24］;建筑设计代码检测是一项易于自动化的工作，为了达到这一目的，可以将BIM的IFC作为文本转换的格式来实现建筑供水系统的自动代码检测程序开发，目前这种自动代码检测程序已经在美国、澳大利亚、新加坡、葡萄牙等多个国家和地区投入应用［25］。

美国混凝土行业战略发展委员会(CISDC)2009年的一份调查报告显示，绝大多数美国混凝土公司所用的BIM软件平台在进行现场协调和管理工作中的作用并没有得到充分地发挥，针对这种状况，美国佐治亚工学院2012年组建了一个由20多个行业专家组成的团队开发了支持国家BIM标准(NBIMS)的混凝土供应链模型，该模型对混凝土供应链管理各个阶段的信息流进行定义并能识别其需求内容，通过了包括 Autodesk、Scia、Allplan、Bentley、Tekla等主要BIM软件厂商和大量BIM项目的测试，美国混凝土协会部分成员也曾参与这个模型的审查，其主要内容在IDM和BPMN中得到详细的注解，这大大拓展了BIM在混凝土行业的应用空间［26］。

表2 BIM在国外的多领域应用

3 国外BIM应用现状的基本特征

从整体上看，国外BIM应用现状呈现出以下四个方面的特征:

(1)理论研究系统性较强，目前的侧重点开始转向理论创新

从全球来看，BIM的应用已经成为主流，文中涉及的国家和地区对BIM的研究历时较长，从基础理论体系到方法论已具系统性，理念上倡导以运营为导向来实现建设项目价值最大化，人们对其认识更加深入，不断提出更加完善的框架以实现理论上的创新，甚至跨学科、跨领域的创新性研究已经逐渐成为重要趋势之一。

(2)对BIM的认识更加成熟，接受度高

BIM的快速发展使得多维CAD、DMS等一系列信息技术在建筑行业得到了快速普及，与这些成熟管理工具和技术一样，BIM已经变成一个人们熟识的工具，BIM的应用的确能够带来效能改进已经成为共识，这鼓励人们发挥想象将其应用到各个领域中去，研究的内容也不再是探索性的研究，而是在实践经验的基础上进行总结和提升，随着实际涌现的问题越来越丰富，给人们提供了良好的视野和创新机会。目前，如何统筹管理，实现BIM在各阶段、各专业间的协同应用，实现横向打通，是未来研究和应用的关键。

(3)国外应用的普及推动了BIM的发展和创新

国外BIM应用也是随着实践的推广逐步发展起来的，作为一种新技术和工具，在理念上首先被人们所认可和接受，然后进入实践阶段，并不断拓展到各个领域中去尝试创新性应用，通过解决应用和实践中的问题，真正推进其发展完善和创新。

(4)自上而下的政府主导模式

尽管从微观策略来看，BIM在单个项目上的应用应该是自下而上的过程，但从行业发展的高度来看，BIM的应用由于涉及到项目全生命周期内各个环节的参与主体，动态性较强，主体连续性较差，因此政府主导的推动模式是最为有效的模式。

(5)缺乏统一成熟的BIM应用效能测度方法

由于BIM应用的实际效果难以测度和量化，很多专家尝试从不同角度提出新的BIM应用效能测度方法，目前尚未形成一种成熟统一的、被大家普遍接受的方法来切实论证BIM真正的效果，还处于不断探索的过程中。

4 结语

BIM作为一种新兴的工具，被认为是全球建筑行业的变革性理念和里程碑技术，为建筑行业带来了革命性的变化，而国内目前对BIM技术还停留在认知阶段，尚未发展到实践层面，从国外推行BIM技术对建筑业产生的影响来看，我国亟需大力推广这项新技术的应用。目前，BIM技术在我国建筑行业得到了快速的扩散，国内第一个真正意义上的BIM应用项目上海中心一开始就收到了多方关注，但整体水平来看，国内对BIM的应用还处于刚刚开始的探索阶段，使用主体以设计公司为主，很多情况下还这是理念上的应用，并不是真正意义上的BIM实践。另外，国内BIM的应用大多属于市场自发行为，还没有像日本、美国、欧洲、韩国等国家和地区那样上升到政府推进的层面，国家“十二五”建筑信息化发展纲要中也将BIM技术纳入研究内容，但缺乏实操性的政策细则和良好的外部环境。鉴于我国特有的制度和文化情境，政府主导的推广政策和外部环境的创造是BIM应用的前提和重要条件，也是当务之急。

［1］LAISERIN J．Comparing pommes and naranjas［EB/OL］．(2002)http://www．Laiserin．com/．

［2］GUO H L．，LI H．，SKITMORE M．Life cycle management of construction projects based on Virtual Prototyping technology［J］．Journal of Management in Engineering，2010，26(1):41-47．

［3］Wong A K D．，Wong F K W，Nadeem A．Comparative roles of major stakeholders for the implementation of BIM in various countries［C］．Proceedings of the International Conference on Changing Roles:New Roles，New Challenges，Noordwijk Aan Zee，The Netherlands，5-9 October．Development Bureau，Government of the Hong Kong Special Administrative Region，2009．

［4］Dossick C S．，Neff G．Organizational divisions in BIM-enabled commercial construction［J］．Journal of construction engineering and management，2009，136(4):459-467．

［5］Linderoth H C J．Understanding adoption and use of BIM as the creation of actor networks［J］．Automation in construction，2010，19(1):66-72．

［6］Singh，V．，N．Gu and X．Wang，A theoretical framework of a BIM-based multi-disciplinary collaboration platform．Automation in Construction，2011．20(2):p．134-144．

［7］Sanguinetti，P．，et al．，General system architecture for BIM:An integrated approach for design and analysis．Advanced Engineering Informatics，2012．26(2):p．317-333．

［8］Jung，Y．and M．Joo，Building information modelling(BIM)framework for practical implementation．Automation in Construction，2011．20(2):p．126-133．

［9］Yan W．，Culp C．，Graf R．Integrating BIM and gaming for real-time interactive architectural visualization［J］．Automation in Construction，2011，20(4):446-458．

［10］Redmond A．，Hore A．，Alshawi M．，et al．Exploring how information exchanges can be enhanced through Cloud BIM［J］．Automation in Construction，2012，24:175-183．

［11］Barlish K，Sullivan K．How to measure the benefits of BIM—A case study approach［J］．Automation in construction，2012，24:149-159．

［12］Lee，G．，H．K．Park and J．Won，D3 City project— Economic impact of BIM-assisted design validation．Automation in Construction，2012．22(0):p．577-586．

［13］Bryde，D．，M．Broquetas and J．M．Volm，The project benefits of Building Information Modelling(BIM)．International Journal of Project Management，2013．31(7):p．971-980．

［14］Davies R．，Harty C．Implementing‘Site BIM’:A case study of ICT innovation on a large hospital project［J］．Automation in Construction，2013，30:15-24．

［15］Isikdag U．Design patterns for BIM-based service-oriented architectures［J］．Automation in Construction，2012，25:59-71．

［16］Gu N．，London K．Understanding and facilitating BIM adoption in the AEC industry［J］．Automation in construction，2010，19(8):988-999．

［17］Arayici Y．，Coates P，Koskela L，et al．Technology adoption in the BIM implementation for lean architectural practice［J］．Automation in Construction，2011，20(2):189-195．

［18］Irizarry，J．，E．P．Karan and F．Jalaei，Integrating BIM and GISto improve the visual monitoring of construction supply chain management．Automation in Construction，2013．31(0):p．241-254．

［19］Kim，H．，et al．，Generating construction schedules through automatic data extraction using open BIM(building information modeling)technology．Automation in Construction，2013(0)．

［20］Motawa I．，Almarshad A．A knowledge-based BIM system for building maintenance［J］．Automation in Construction，2013，29:173-182．

［21］Zhang S．，Teizer J．，Lee J K．，et al．Building information modeling(BIM)and safety:Automatic safety checking of construction models and schedules［J］．Automation in Construction，2013，29:183-195．

［22］Peterson，F．，et al．，Teaching construction project management with BIM support:Experience and lessons learned．Automation in Construction，2011．20(2):p．115-125．

［23］Rüppel U．，Schatz K．Designing a BIM-based serious game for fire safety evacuation simulations［J］．Advanced Engineering Informatics，2011，25(4):600-611．

［24］Lagüela S．，Díaz-Vilariño L，Martinez J，et al．Automatic thermographic and RGB texture of as-built BIM for energy rehabilitation purposes［J］．Automation in Construction，2013，31:230-240．

［25］Martins J P．，Monteiro A．LicA:A BIM based automated code-checking application for water distribution systems［J］．Automation in Construction，2013，29:12-23．

［26］Aram S．，Eastman C．，Sacks R．Requirements for BIM platforms in the concrete reinforcement supply chain［J］．Automation in Construction，2013．