何關(guān)培

(華中科技大學(xué) BIM工程中心,武漢 430074;廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司,廣州 510640)

我國 BIM發(fā)展戰(zhàn)略和模式探討(一)

何關(guān)培

(華中科技大學(xué) BIM工程中心,武漢 430074;廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司,廣州 510640)

在目前 BIM技術(shù)有了一定范圍和程度應(yīng)用的前提下,研究和實踐未來 BIM在我國的可能發(fā)展戰(zhàn)略和模式將對快速實現(xiàn) BIM技術(shù)在工程建設(shè)行業(yè)的價值最大化具有重要意義。

BIM;建筑信息模型;戰(zhàn)略;模式

1 前言

從 2002年 BIM成為全球工程建設(shè)行業(yè)共同認(rèn)可的專業(yè)術(shù)語到今天,特別是近幾年 BIM在北京奧運會部分工程、上海世博會部分工程以及中國在建第一高樓上海中心等相當(dāng)數(shù)量的項目中進行實際應(yīng)用以后,我們可以這樣說,BIM在我國已經(jīng)發(fā)展到了大面積普及應(yīng)用的前夜,因此,探索和實踐未來BIM在我國將會以什么樣的模式發(fā)展,我國工程建設(shè)行業(yè)應(yīng)該采取何種 BIM發(fā)展戰(zhàn)略等問題已經(jīng)成為擺在國內(nèi)全體 BIM同行面前的共同問題,對下一階段 BIM技術(shù)的健康和快速發(fā)展具有重要意義。

2 業(yè)主、設(shè)計、施工-中國 BIM普及首先會在哪里爆發(fā)?

根據(jù)作者的研究,可以用如下三句話來描述國內(nèi)建筑業(yè)三個主要參與方業(yè)主、設(shè)計、施工使用 BI M的情況:

· 用 BIM受益最大的是業(yè)主

· 用 BIM貢獻最大的是設(shè)計

· 用 BIM動力最大的是施工下面我們來仔細(xì)看看得出上述結(jié)論的理由。

2.1 用 BIM受益最大的是業(yè)主

圖 1是美國建筑科學(xué)研究院(NIBS-National Institute of Building Sciences)下屬機構(gòu) buildingS MART聯(lián)盟提供的項目生命周期成本分布圖:圖 1說明了下面幾個問題:

圖 1 項目生命周期成本分布圖

· 對項目性能的影響能力時間越早越大、越晚越小;對項目進行變化所需要的成本時間越早越小、越晚越大。

· 一個建筑物在建設(shè)階段(策劃、設(shè)計、施工)發(fā)生的成本只占其生命周期總成本的 25%,使用階段的成本占 75%。

· 利用 BIM技術(shù)使得在項目早期就可以對建筑物不同方案的性能做各種分析、模擬、比較,從而得到高性能的建筑方案;同時積累的信息不但可以支持建設(shè)階段降低成本、縮短工期、提高質(zhì)量,而且可以為建成后的運營、維護、改建、擴建、交易、拆除、使用等服務(wù)。

· 從時間上來看,項目建設(shè)階段的時間是數(shù)年,而使用階段的時間是數(shù)十年上百年,信息對于建筑物使用階段的重要性一點都不亞于建設(shè)階段的重要性。

· 不管是建設(shè)階段還是使用階段,利用 BI M技術(shù)對建筑物質(zhì)量和性能的提高其最大的受益者永遠是業(yè)主。

2.2 用 BIM貢獻最大的是設(shè)計

建筑物的性能基本上是由設(shè)計決定的,而且設(shè)計的好壞對施工實現(xiàn)的難易程度(難易程度直接影響到質(zhì)量和工期)也起著至關(guān)重要的作用,同時設(shè)計雖然只使用了 5%左右(國內(nèi) 2%)的建設(shè)成本但卻決定了 70%的建造成本,如圖 2所示。

圖 2 產(chǎn)品成本影響因素

通過使用 BIM技術(shù),設(shè)計師可以做在目前建設(shè)環(huán)境下(項目復(fù)雜、規(guī)模大、時間緊、設(shè)計費不高、競爭激烈)使用 CAD技術(shù)幾乎無法完成的工作,從而使得設(shè)計的項目性能和質(zhì)量有根本性的提高,這些工作包括但并不限于:

· 利用 BIM模型提供的信息從設(shè)計初期開始對各個發(fā)展階段的設(shè)計方案進行各種性能分析、模擬和優(yōu)化,例如日照、風(fēng)環(huán)境、熱工、景觀可視度、噪音、能耗、應(yīng)急處理、造價等,從而得到具有最佳性能的建筑物。在 CAD技術(shù)基礎(chǔ)上要完成這些工作需要大量的時間和人力物力投入,因此目前除了特別重要的建筑物有條件開展這項工作以外,絕大部分建筑物的所謂性能分析都還處于合規(guī)驗算的水平,離主動、連續(xù)的性能分析還有很大差距。

· 利用 BIM模型對新型式、新結(jié)構(gòu)、新工藝和復(fù)雜節(jié)點等施工難點進行分析模擬,從而改進設(shè)計方案以利于現(xiàn)場施工實現(xiàn),使原本在施工現(xiàn)場才能發(fā)現(xiàn)的問題盡早在設(shè)計階段就得到解決,以達到降低成本、縮短工期、減少錯誤和浪費的目的。

· 利用 BIM模型的可視化特性和業(yè)主、施工、預(yù)制、設(shè)備供應(yīng)商、用戶等對設(shè)計方案進行溝通,提高效率,降低錯誤。

· 利用 BIM模型對建筑物的各類系統(tǒng)(建筑、結(jié)構(gòu)、機電、消防、電梯等)進行空間協(xié)調(diào),保證建筑物產(chǎn)品本身和描述產(chǎn)品的施工圖沒有常見的錯漏碰缺現(xiàn)象。

· 施工企業(yè)可以在設(shè)計提供的 BIM模型基礎(chǔ)上對施工計劃和施工方案進行分析模擬,充分利用空間和資源,消除沖突,得到最優(yōu)施工計劃和方案;通過 BI M技術(shù)與三維掃描、視頻、照相、移動通訊、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)集成,對現(xiàn)場施工進度和質(zhì)量進行跟蹤;通過 BI M技術(shù)和管理信息系統(tǒng)集成,有效支持造價、采購、庫存、財務(wù)等的動態(tài)和精確管理;最終生成項目竣工模型和相關(guān)文檔。

· 業(yè)主可以利用設(shè)計、施工提供的 BIM模型信息

進行運營維護管理。

設(shè)計決定了建筑物產(chǎn)品本身的性能和質(zhì)量,設(shè)計對施工效率和施工質(zhì)量可以產(chǎn)生巨大影響,設(shè)計階段形成的信息在建筑物整個生命周期中都需要使用,因此設(shè)計用 BIM對項目的貢獻是最大的。

2.3 用 BIM動力最大的是施工

我們先來看幾組數(shù)據(jù):

根據(jù)中國建筑業(yè)協(xié)會的資料,“2009年我國建筑業(yè)總產(chǎn)值再創(chuàng)歷史新高。日前從有關(guān)方面了解到,2009年全國共完成建筑業(yè)總產(chǎn)值 75 864億元,比上年增長 22.3%;建筑業(yè)企業(yè)實現(xiàn)利潤 2 663億元,增長 21.0%”。也就是說 2009年我國施工企業(yè)的平均利潤為 3.51%。

查看上市公司的公開資料我們可以得到國內(nèi)典型施工企業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù):上海建工(600170)2010年前 3季實現(xiàn)主營收入 5 096 996.96萬元,營業(yè)利潤68 610.04萬元,利潤率為 1.35%;中國建筑(601668)2010年前 3季實現(xiàn)主營收入 24 663314.10萬元,營業(yè)利潤 1 207 933.10萬元,利潤率為 4.9%。

再來了解一下建筑業(yè)其他兩個主要參與方(開發(fā)商和設(shè)計機構(gòu))的經(jīng)營情況,萬科 A(000002)2010年前 3季實現(xiàn)主營收入 2 238 042.99萬元,營業(yè)利潤 500 814.40萬元,利潤率為 22.38%。東華科技 (002140)2010年前 3季實現(xiàn)主營收入96 880.98萬元,營業(yè)利潤 11 744.14萬元,利潤率為12.12%。其中萬科為房地產(chǎn)開發(fā)商,東華科技為設(shè)計機構(gòu)。

在上述數(shù)字背后可能還有這樣一個心照不宣的趨勢:施工企業(yè)的財報希望盡可能把利潤率做高,以爭取市場的支持,而房地產(chǎn)企業(yè)和設(shè)計機構(gòu)卻希望盡可能把利潤率做低,以實現(xiàn)良性的可持續(xù)的發(fā)展。也就是說,施工企業(yè)的實際利潤率可能比公開的數(shù)字還要低,而開發(fā)商和設(shè)計機構(gòu)的實際利潤率可能比公開的數(shù)字還要高。

“哪里有壓迫,哪里就有反抗”。由上面的數(shù)據(jù)可以看到,施工企業(yè)對利用新技術(shù)、新方法提高生產(chǎn)效率和利潤率的動力會比開發(fā)商和設(shè)計機構(gòu)高得多。下面是 BIM可以為施工企業(yè)帶來的部分價值列表:

· 設(shè)計效果可視化

· 施工方案優(yōu)化

· 支持深化設(shè)計

· 4D施工模擬、可建性模擬

· 施工質(zhì)量與進度監(jiān)控

· 提高施工預(yù)算的精度和效率

· 支持預(yù)制加工

· 分包協(xié)調(diào)管理

2.4 中國 BIM普及首先會在哪里爆發(fā)?

任何技術(shù)普及的爆發(fā)都只有兩種形式:一種是自發(fā)的,另一種是被迫的。當(dāng)然絕大部分的實際情況極少以純粹的前述某一種形式發(fā)生,基本上是這兩種形式的組合或者混合,而且大多數(shù)是“一定程度被迫下的自發(fā)革命”這種混合,這也就很好地解釋了為什么“沒有壓力就沒有動力”這個道理。

盡管影響B(tài)IM普及爆發(fā)的因素有很多,但是通過分析建筑業(yè)三個主要參與方業(yè)主、設(shè)計、施工應(yīng)用 BIM的“受益大小、自身動力和技術(shù)力量”三個主要因素,我們可以得到這樣的結(jié)論:

· 業(yè)主:受益最大,動力不足,技術(shù)力量較弱

· 設(shè)計:受益不大,動力中等,技術(shù)力量最強

· 施工:受益中等,動力最大,技術(shù)力量中等為了使這個分析有可比性,我們用同樣的方式對已經(jīng)爆發(fā)過的 CAD普及進行了分析,如圖 3所示。

圖 3 BI M和 CAD普及形勢分析

從圖中的數(shù)據(jù)可以看到,當(dāng)年 CAD革命的爆發(fā)毫無懸念地首先在設(shè)計領(lǐng)域爆發(fā)了,然后逐步波及到施工和業(yè)主,因為應(yīng)用 CAD技術(shù)對設(shè)計機構(gòu)對來說受益最大、動力最大、技術(shù)力量也最雄厚。

對于 BIM技術(shù)而言,從數(shù)據(jù)分析的比較來看顯然施工企業(yè)具有最先爆發(fā)的可能,但是有一點和CAD技術(shù)非常不同的是,從受益、動力和技術(shù)力量三個維度對業(yè)主、設(shè)計、施工三個主要參與方應(yīng)用 BIM技術(shù)進行評估的差距并不明顯(CAD三個參與方的評估值分別為 3-6-9,差距明顯;而BIM為 5-6-7,非常接近),因此,BIM普及首先會在業(yè)主、設(shè)計、施工的哪一個領(lǐng)域爆發(fā),還需要時間來檢驗,盡管從上述分析來看施工企業(yè)的可能性最大。

3 BIM發(fā)展會遵循什么樣的技術(shù)和市場模型?

最近一段時間連續(xù)碰到幾件事情。

首先是春節(jié)期間和陳光見面,談到他對 BI M三個等級應(yīng)用的理解,陳光把 BIM應(yīng)用劃分為個人應(yīng)用、企業(yè)應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用三個等級。有興趣的朋友可以參考他在新浪博客上的這篇文章 http://blog.sina.com.cn/s/blog_6303b8b10100os3k.htm l。

其次,周末參加廣州南方建筑設(shè)計研究院的年會,和沈耀明院長在討論 BIM應(yīng)用前景和道路的時候又重溫了一次十多年前他提出的“CAD發(fā)展模型-德賽三角形”,沈院長認(rèn)為只有使用的人多了,水平才有可能不斷提高。形象的歸納就是所謂的“底邊長,頂端高”。

再次,www.ChinaBIM.com和新浪微博上不斷看到業(yè)內(nèi)人士在討論 BIM利益鏈和誰付錢來推動的問題,因為目前的情況是獲益最大的業(yè)主方不出錢,出力最大的設(shè)計方獲益不大,因此也就沒有積極性。BI M應(yīng)用似乎頗有點“先有雞還是先有蛋”的困境。

那么我國的 BIM應(yīng)用究竟如何才能發(fā)展起來、普及開來、水平提升上來呢?下面作者從技術(shù)和市場兩個角度作的一些思考供同行進一步討論。

3.1 BIM發(fā)展技術(shù)模型-BIM使用人數(shù)是關(guān)鍵

站在沈耀明和陳光兩位先生的肩膀上,從技術(shù)角度我們可以把 BIM的發(fā)展模型用圖 4表示。

圖 4 BI M發(fā)展技術(shù)模型

圖中三角形的底邊代表使用 BI M的總?cè)藬?shù);頂點代表 BIM的整體使用水平;斜率代表 BIM的使用效率:包括軟件水平、硬件水平、人員掌握軟硬件的程度、流程優(yōu)化水平、標(biāo)準(zhǔn)化水平等一些列影響 BI M生產(chǎn)力水平的要素綜合;三角形的面積代表使用BIM取得的成果。我們的目標(biāo)應(yīng)該是很明確的:使用水平高,取得成果大。

根據(jù)上述模型,要提高 BIM整體使用水平,理論上可以有如下兩種方式:

(1)方式 1:粗點劃線三角形-在現(xiàn)有 BIM使用效率保持不變的前提下(即三角形的斜率不變),如果 BIM使用人數(shù)增加(底邊變長),則 BI M整體使用水平隨之提高(頂點上升)。

(2)方式 2:細(xì)虛線三角形-在 BIM使用人數(shù)保持不變的前提下(即三角形的底邊保持不變),如果 BI M使用效率提高(斜邊變陡),則 BIM整體使用水平也隨之提高(頂點上升)。

我想大家都已經(jīng)看明白了,理論歸理論,但是如果從實際情況分析,提高 BIM整體應(yīng)用水平主要得靠方式 1,即增加 BI M使用人數(shù),也就是說,只有BIM使用人數(shù)增加了,BIM整體使用水平才有可能真正得到提高。下面我們來看看為什么會有這樣的判斷。

首先,BIM使用效率的提升空間是比較有限的,而且要受到軟件、硬件等技術(shù)發(fā)展水平等客觀條件的制約;而 BIM使用人數(shù)的提高具有非常大的擴展空間,相對來說主要的制約因素是主觀條件。

從另外一個角度也可以這樣來說明這個問題,要達到同樣的使用水平,培養(yǎng)更多的人達到一定的使用效率比讓正在使用的人提高更多的效率的實現(xiàn)可能性來得大。

如果在達到同樣整體使用水平的情形下(頂點相同)再考慮使用 BIM實現(xiàn)的成果(粗點劃線三角形面積和細(xì)虛線三角形面積)大小,那么第一種方式的優(yōu)勢顯然更明顯。

而從應(yīng)用等級角度來分析也顯而易見,沒有足夠數(shù)量個人級的應(yīng)用,就不會有企業(yè)級的應(yīng)用;同理,如果沒有足夠數(shù)量企業(yè)級的應(yīng)用,當(dāng)然也就不會有行業(yè)級的應(yīng)用。

當(dāng)然,在現(xiàn)實世界中,BI M使用人數(shù)和使用效率是在同時變化的,而且也不可能所有使用人員都達到同樣的使用效率。但是這些因素不會影響從上述簡化模型中得出的結(jié)論-即增加 BIM使用人數(shù)是提高 BIM整體使用水平和增大 BIM使用成果的關(guān)鍵。

3.2 BIM發(fā)展市場模型-找到對自身有直接價值的 BIM應(yīng)用是關(guān)鍵

隨著了解和嘗試BI M的人數(shù)不斷增加,關(guān)于誰來使用 BIM、誰從 BIM獲益最多、誰應(yīng)該為 BIM應(yīng)用買單的問題討論也相當(dāng)火爆,分析這些討論大概可以歸納出這樣一個“共識”-使用 BIM以后,業(yè)主獲益最大,因此業(yè)主應(yīng)該出錢請設(shè)計和施工企業(yè)使用BI M;而設(shè)計和施工企業(yè)使用 BI M需要多付出勞動,如果沒有相應(yīng)的收入增加,這些企業(yè)的老板們就不愿意使用。

上述看法理論上有其合理性,而且當(dāng) BIM應(yīng)用進入到一個相對成熟的階段后也可能會成為一種主要的模式。問題是,一開始推動 BIM應(yīng)用走到那個狀態(tài)的上帝的手在哪里呢?我們需要從市場角度去尋找。

張維迎先生對市場經(jīng)濟有這樣的描述“市場經(jīng)濟的核心在于市場邏輯的發(fā)揮,也即從行為,而非動機角度的利他邏輯。市場本身并不在乎行為的動機如何,而僅關(guān)注行為本身,由此也就促成了不同社會成員之間的分工合作,并且形成了市場經(jīng)濟意義上的利他與利己的一致”。

簡單的解讀,就是從利己開始,到利他結(jié)束,不利他最后也沒法實現(xiàn)利己的目的。根據(jù)這樣的市場邏輯,結(jié)合中國政府和行業(yè)管理體制和 BI M現(xiàn)狀,我們可以預(yù)測 BIM在中國將按照圖 5的市場模式發(fā)展:

圖 5 BI M發(fā)展市場模式

分析圖 5我們發(fā)現(xiàn),驅(qū)動用戶使用 BIM的動力可以分為五種類型如表 1所示,其中只有一種“用戶A找到 BIM對自身的價值”從而使用 BIM是主動應(yīng)用,其他都是被動應(yīng)用。

表 1 BI M應(yīng)用的驅(qū)動因素分析

所謂主動應(yīng)用和被動應(yīng)用的區(qū)別就跟汽車的主動輪和被動輪類似:沒有主動應(yīng)用,被動應(yīng)用就不會發(fā)生。因此,無論今后在 BIM的發(fā)展過程中我們找到哪一種有利于BI M快速健康發(fā)展的模式,政府推動也罷,市場引導(dǎo)也好,初始的推動力只能也只可能是用戶因為找到 BIM對自身的價值而開始的應(yīng)用,而這個用戶可以是任何工程建設(shè)行業(yè)的參與方或利益相關(guān)方-業(yè)主、設(shè)計、施工、運營等等等等。

[1]www.buildsmartalliance.org

[2]中國建筑業(yè)協(xié)會官方網(wǎng)站 www.zgjzy.org

[3]陳光博客 http://blog.sina.co m.cn/s/blog_6303b8b 10100os3k.h tm l

China BIM Development Strategy and Model Study

H e Guanpei

(BI MCenter,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;UbiquitousT echnology Co.,Ltd.,Guangzhou510640,China)

Under the situation of BIMadoption in a kind of breadth and depth in China,studying and trying future BI Mdevelopment strategy and modelwould be very important forAEC industry to max im ize BI Mvalue.

BIM;Strategy;Model

TU17;TP39

A

1674-7461(2011)02-0114-05

何關(guān)培(1963-),男,高級工程師,廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司 CEO。長期從事工程設(shè)計、計算機應(yīng)用研究,目前致力于 BI M技術(shù)等行業(yè)計算機應(yīng)用前沿領(lǐng)域的戰(zhàn)略發(fā)展研究。