建筑信息共享技术协同管理流程再造研究

胡利超， 李 解

(内江师范学院 建筑工程学院， 四川 内江 641100)

0 引言

习近平总书记在第七十五届联合国大会上指出，各国要抓住新一轮科技革命和产业变革，树立创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念[1].在此理念的引导下，我国建筑业粗放式的生产模式正利用BIM技术对行业进行改造升级，以确保2035年迈向智能建造世界强国的行列.BIM是连接建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用，建立单一工程数据源，解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建筑生命期动态的工程信息创建、管理和共享，其“数字孪生”的技术内核利用“协同设计”“能耗优化分析”和“虚拟施工”等手段在项目全生命周期各阶段反复试错，通过“先试后建”实现了人、环境之间动态交互和自适应调整，利于节约资源和实现绿色发展[2].从2011年住建部第一次将 BIM 纳入信息化标准建设内容以来，行业对BIM技术的需求已从单阶段单BIM价值点应用提升到关注项目整体绩效的全生命周期协同管理与应用.但根据《中国建筑业BIM应用分析报告(2020)》的统计，目前全国使用BIM的项目数只占总项目数的20%以下，已建立项目级BIM组织的企业仅为9.06%.《2019年上海市建造模型技术应用与发展报告》中解释了项目级BIM应用率低的原因，认为调整合作文化、结构、流程和具体化激励方案，使各参与方在项目早期拥有交流的机会，可加速BIM创新技术在项目级、公司级和行业级扩散.由此可见，结合项目全生命BIM的应用价值点重塑和再造管理工作流程，有利于提高BIM应用环境下各参与方协同管理能力和提高BIM应用效益.

1 文献综述

现有文献在BIM协同管理的阻碍因素和构建BIM协同管理机制方面进行了研究，已取得一定的成果.赵源煜[3]和Dariusz等[4]认为企业领导支持及参与力度不足，心理和思维上的阻力严重造成了BIM的协同应用和管理困难.Silviu等[5]访谈了7名相关专家，同样得出企业领导层的支持将直接影响BIM融入项目建设管理工作的难度；金蕾等[6]以医院建设为例，明晰了院方没有匹配的知识和能力选择合适的BIM服务，没有成熟的BIM管理团队及基于BIM的工作流程尚未建立导致BIM的经济效益不显著；钟炜[7]发现BIM情境下团队建设、高层管理支持、相互信任机制、信息共享机制和团队共同目标有利于保障各利于主体协同工作利益均衡；陆荣欣[8]通过文献分析和问卷调研，得出BIM协同管理影响因素主要包括组织、数据、过程、团队水平和资源等；Alazmeh等[9]认为在项目初始阶段就需要搭建各利益主体信息共享集成平台，以提高各方工作的协同度；Behzadank等[10]结合BIM技术、Web Services方式和数据库，实现了信息模型的集成和转化；李犁等[11]认为BIM的核心是信息的转换与共享，通过研究IFC通用数据存储格式，开发了建筑协同设计管理平台；陈彦等[12]研发出基于BIM技术的GCPSU系统和信息管理集于一身的4D管理系统；Eastman等[13]针对工程施工管理要素，提出了基于BIM模型的全面信息集成，实现施工成本、进度、质量和安全的动态管理；陈兴海等[14]将BIM技术和物联网进行结合提出了地铁安全运维管理的系统框架.

综上所述，学者们已发现了缺少基于BIM的工作管理流程是阻碍BIM协同管理的重要原因.《2019年上海市建筑信息模型技术应用与发展报告》中同样强调BIM协同需改变行为和流程，而不仅仅是技术.大部分学者侧重于数据信息共享平台和协同技术的开发，有的学者分析BIM在项目成本、进度、质量和安全等方面的应用，都没有站在项目全生命周期综合应用的角度，导致BIM跨阶段多主体方数据共享的优势无法实现.鉴于此，本文以项目全生命周期为切入点，在讨论BIM应用范围和价值点的基础上，识别项目全生命周期协同管理主体并确定核心主体，再把全生命周期BIM应用价值点嵌入到管理流程中实现流程重塑.

2 BIM应用范围及价值点分析

BIM是对AEC领域传统管理模式的革新，有利于提高建设项目的经营和管理效率.BIM技术的应用范围贯穿了从建设项目的前期投资决策阶段到生产使用后的运维阶段，图1所示.

图1 BIM技术应用范围

通过搭建基于BIM模型的信息共享与管理平台，各阶段项目的空间尺寸和结构信息都以三维可视化的形式呈现.初步设计图、施工图等各类图纸和设备材料采购、施工组织等各类项目管理工作由一个数据库生成和演化，其同源性的特征可避免各参与方对项目认知不一致造成工作上的冲突.项目各参与方针对不同的阶段性交付成果及时交流和协同决策，弥补信息不对称造成的矛盾和降低了重复性工作的可能.并且项目信息与BIM模型集成后解决了项目阶段界面转换过程中因团队成员退出造成信息丢失的问题，确保了项目成果在全生命周期中的连续性.

BIM可整合AEC行业各个专业信息，通过多专业协同、性能分析，实现数据共享、协作工作、信息存储与检索，优化项目工期和成本、提高建筑物应用价值、规划合理的建设程序、对施工资源进行优化和统筹管理、优化设备的管理及维护、维护建设项目环境的可持续利用.BIM在项目全生命周期的应用价值点如图2所示.

图2 BIM技术应用价值点

BIM应用点的价值主要体现在以下几方面：

(1)投资决策阶段中，借助BIM设计复杂形体，投资决策者可依据模型对项目场地和建筑物空间布局进行科学的规划，确定项目整体呈现效果与环境的协调程度，功能性是否满足预期目标，从而帮助其提高决策的准确性.

(2)在设计阶段中，通过设计可视化、管线综合等应用，解决建筑、结构、水暖电各设计专业在项目空间尺寸上的碰撞和净高不满足使用要求的情况.

(3)施工阶段直接使用BIM输出图纸施工，虚拟仿真施工现场动态和施工进程，指导现场施工组织、成本优化、安全管理及资源采购优化，确保项目施工阶段的三大目标实现.

(4)运维阶段中把BIM应用于设备系统管理中，为设备系统的调试、运行、保养和维修提供实时数据及解决方案.

3 BIM协同管理主体识别

3.1 BIM协同管理主体识别方法

建设项目从立项到运营维护的全生命周期比较长，在项目实施和使用的不同阶段有不同的任务要求，造成项目参与方在不同阶段产生进入和退出项目团队的动态变化，因此在项目的不同阶段项目参与方都有所不同.要识别建设项目协同管理主体就需要划分建设项目的实施阶段，分别考虑.建设项目协同管理主体的识别方式如图3所示.

图3 BIM协同管理主体识别方法

从图3可知，建设项目协同管理主体可以从过程、任务和角色三个维度确定，步骤为：(1)根据建设项目基本建设程序划分建设阶段，确定过程维；(2)分析每个建设阶段中对项目推进及目标达成有直接影响的任务，确定任务维；(3)根据任务的参与者确定角色，角色维中的决策者和执行者两角色和任务维的焦点就是该任务协同管理主体.

3.2 各阶段管理涉及的主体识别

按照我国的基本建设程序，大致划分为前期投资决策阶段、项目勘察设计阶段、项目施工和竣工验收、建设项目使用和运维等阶段.分析识别出各阶段的协同管理主体，如图4-7所示.

图4 前期决策阶段协同管理主体

由图4可知，建设项目的前期决策阶段工作内容是：项目建议书的编制审批和可行性研究报告编制审批.编制项目建议书是建设项目的开始，主要体现建设投资意向，是可研报告论证的基础.项目建议书一般是有投资意向或有使用意向的单位聘请咨询公司进行编制，咨询公司主要论述项目的建设必要性.项目建议书批复后，投资单位委托咨询单位编制可行性研究报告，报发展改革部门，审批后建设项目立项.该阶段管理涉及主体包括：政府审批部门(一般是发展和改革委员会)、建设项目投资单位、具有资质的工程项目咨询单位等主要参与者，还包括建设项目所在地的周围群众及媒体等.

由图5可知，勘察设计阶段主要工作内容有：勘察和设计招标、现场踏勘、初步设计和施工图设计工作.招投标工作严格按照国家招投标法和政府采购法以及地方实施条例开展，建设单位不具备招标资格时需要预先通过比选等方式确定招标代理机构，代表建设单位对勘察设计以及后续的施工和监理等进行招标.一些环境复杂的建设项目需要组织现场踏勘，其目的是让投标人对建设项目的环境有充分了解，以确定投标报价和招标策略.设计单位中标后，应根据招标人要求和现场踏勘数据、项目所在社区、项目环境等进行初步设计，初步设计文件应当上报建设主管部门审批.设计单位根据建设主管部门对初步设计的批复意见，开展施工图设计，完成的施工图设计成果由施工图审查机构审查后作为法定的设计文件.该阶段管理涉及主体主要包括：建设工程交易中心、评标专家、建设主管部门、施工图审查机构、建设单位、勘察设计单位、社区团体、媒体.

图5 勘察设计阶段协同管理主体

由图6可知，施工建设阶段是整个生命周期投资最大、涉及工作最多的阶段.施工阶段大致有以下工作内容：一是施工准备(包含设备材料购置)；二是施工工作开展和管理；三是变更管理.施工准备工作既包含项目开工前的准备工作，也包括施工期间各个分部分项工程的准备工作：办理工程开工前的开工报告和施工许可证，征地、拆迁和“三通一平”等.设备材料购置应根据设计文件、施工组织设计和工程进度进行配置，包括各类建筑材料、设备和施工机械采购和租赁.该阶段管理涉及主体包括：政府相关职能主管部门、建设单位、勘察设计单位、施工单位、监理单位、审计单位和供应商.

图6 施工阶段协同管理主体

图7 竣工验收阶段协同管理主体

由图7可知，竣工验收是项目建设的收尾阶段，是完成固定资产投资、形成建设项目功能的环节，其主要工作有：竣工验收、竣工结算与交付使用.竣工验收指施工单位完成设计文件及合同规定的内容，由建设单位组织验收，在获得各个专业的验收资料后向工程质量安全监督部门备案，获取竣工验收备案证书，完成固定资产投资，建设项目投入使用发挥设计功能.完成验收后，建设单位与施工单位根据施工过程的实际情况、按照合同约定，对工程价款进行调整，核定建设项目施工费用及完成费用的结算支付.之后建设单位向使用单位和部门办理交付手续，并移交工程建设资料给运营和维护部门.该阶段管理涉及主体包括：政府职能部门、建设单位、勘察设计单位、施工单位、监理单位、供应商、审计单位、最终用户、社会团体及社区、媒体.

不同阶段各主体参与具体管理工作的频次统计如表1所示.参与频率大于5且为决策者和执行者角色的主体为协同管理的核心主体，包括建设单位、施工单位、勘察设计单位和监理单位，说明他们在建设项目全生命周期中起到决定BIM协同管理成败的关键作用.政府主管部门制定管理区域内的BIM标准和规定，同时开展指导、实施、监管工作，社会群体和新闻媒体同样可对项目进行外部监管，主要扮演项目外部监督及项目受益方的角色.在BIM协同管理核心主体中：建设单位作为工程建设项目的投资方和发包方，从项目的决策阶段和规划阶段就可以参与到设计和管理，与建设项目的相关参与方深入沟通，避免建设过程中出现问题，是BIM协同管理的主导力量；设计单位是BIM的首要执行者，采用BIM技术后设计单位与其他相关参与方工作更加协调，各参与方通过共享平台开展工作和讨论，有利于各方了解设计意图；施工单位和监理单位是BIM使用者，用于促进建设项目施工的成本、质量和进度三大目标的达成.

表1 主体参与具体管理工作频次统计

4 核心管理主体BIM协同管理流程再造

项目参与各方共用BIM信息平台开展工作，沟通信息和协同决策，以项目整体利益为导向，增强参与方的协作精神，实现项目参与各方的工作协调推进.根据项目建设的4个阶段、BIM在项目全生命周期的应用价值点及核心协同管理主体的识别结果，再造了包括复杂形态及方案可视化、设计优化、碰撞检查和进度管理在内的15项核心协同管理主体的工作流程(见图8).

图8 BIM应用价值点及其对应的项目阶段

由图8可知，前期投资阶段BIM的应用价值体现在复杂形体设计、方案可视化等方面，设计阶段BIM被用于设计方案优化、能耗分析模拟、碰撞检查等方面，施工阶段主要用BIM进行施工模拟、成本管理及进度管理等，竣工验收阶段则可把竣工的BIM模型交付给运维方进行运维阶段的设备管理、空间管理等.

在分析了BIM应用点对应的项目阶段后，再造了15项BIM应用点核心协同管理主体间的协同工作流程.在此，以设计优化流程和碰撞检查流程举例说明BIM协同管理流程再造成果(见图9).

图9 设计方案优化及碰撞检查流程

如图9所示，在勘察设计阶段BIM技术平台主要工作是：设计方案的优化、各个专业构建的碰撞分析、对设计成果进行专业之间校核.建设单位在勘察设计阶段围绕上述工作开展协调管理工作，设计单位及其各个专业负责是协同管理的主要参与者.其中设计方案优化工作的协同管理流程为：(1)建设单位向设计单位提供建筑物功能指标，上传到建筑信息共享平台；(2)设计单位从建筑信息共享平台下载具体性能指标，分析建筑模型，并上传分析报告；(3)建设单位审核设计单位的分析报告，进行评判；(4)建设单位审核评判通过，提出分析指标的修改意见；(5)设计单位根据建设单位的修改意见进行修改，建立新的模型并进行性能分析，提交建设单位审核.碰撞检查工作协同管理流程为：(1)建设单位在建筑信息共享平台发布碰撞检查方案；(2)设计单位进行构件碰撞检查，提交检查报告；(3)修改报告中的问题并同时修改建筑信息模型；(4)向建筑信息平台上传检查报告；(5)建设单位下载报告和模型，通过后进行模型归档.

5 结论

BIM是我国建筑业向绿色可持续方向迭代升级的技术基础，但目前因BIM协同管理工作流程不清晰阻碍BIM在项目级的应用.本文从项目全生命周期的视角出发，从过程、任务和角色三个维度识别项目全生命周期协同管理主体和判断核心协同管理主体，进而再造核心主体间BIM协同管理流程，得出以下结论：

(1)通过对投资决策、项目勘察设计、项目施工和竣工验收及使用阶段中管理主体在参与具体工作频次的统计结果可知，政府主管部门、建设单位、施工单位、勘察设计单位、监理单位、社会群体和新闻媒体都频繁地参加到建设项目工作中，其中政府主管部门、社会群体和新闻媒体扮演外部监督管理的角色.

(2)针对不同的BIM应用价值点及结合识别出的核心协同管理主体，再造了包括复杂形态及方案可视化、设计优化、碰撞检查和进度管理在内15项管理工作的流程，为BIM技术环境下的各项目协同管理主体提供了标准化的管理动作.

(3)根据《中国建筑业BIM应用分析报告(2020)》的统计，全国使用BIM的项目数只占总项目数的20%以下，已建立项目级BIM组织的企业仅为9.06%，建立项目各协同管理主体基于BIM平台的标准化管理动作能有效降低各企业采用BIM的流程再造成本，提高BIM技术在我国的采用率.

(4)由于BIM技术本身的一次性投资高，且成本-收益在大型建筑工程项目投资主体和参与方之间不一致，制约着BIM技术的推广应用.因此，BIM技术的推广应用除了规范协同管理动作外，还需保证相关利益主体之间的成本-收益均衡，才能整合BIM技术扩散过程中政府、投资方和项目参建方的行为，形成一致性的协同管理行为.