我国 BIM发展战略和模式探讨(一)

何关培

(华中科技大学 BIM工程中心,武汉 430074;广州优比建筑咨询有限公司,广州 510640)

我国 BIM发展战略和模式探讨(一)

何关培

(华中科技大学 BIM工程中心,武汉 430074;广州优比建筑咨询有限公司,广州 510640)

在目前 BIM技术有了一定范围和程度应用的前提下,研究和实践未来 BIM在我国的可能发展战略和模式将对快速实现 BIM技术在工程建设行业的价值最大化具有重要意义。

BIM;建筑信息模型;战略;模式

1 前言

从 2002年 BIM成为全球工程建设行业共同认可的专业术语到今天,特别是近几年 BIM在北京奥运会部分工程、上海世博会部分工程以及中国在建第一高楼上海中心等相当数量的项目中进行实际应用以后,我们可以这样说,BIM在我国已经发展到了大面积普及应用的前夜,因此,探索和实践未来BIM在我国将会以什么样的模式发展,我国工程建设行业应该采取何种 BIM发展战略等问题已经成为摆在国内全体 BIM同行面前的共同问题,对下一阶段 BIM技术的健康和快速发展具有重要意义。

2 业主、设计、施工-中国 BIM普及首先会在哪里爆发?

根据作者的研究,可以用如下三句话来描述国内建筑业三个主要参与方业主、设计、施工使用 BI M的情况:

· 用 BIM受益最大的是业主

· 用 BIM贡献最大的是设计

· 用 BIM动力最大的是施工下面我们来仔细看看得出上述结论的理由。

2.1 用 BIM受益最大的是业主

图 1是美国建筑科学研究院(NIBS-National Institute of Building Sciences)下属机构 buildingS MART联盟提供的项目生命周期成本分布图:图 1说明了下面几个问题:

图 1 项目生命周期成本分布图

· 对项目性能的影响能力时间越早越大、越晚越小;对项目进行变化所需要的成本时间越早越小、越晚越大。

· 一个建筑物在建设阶段(策划、设计、施工)发生的成本只占其生命周期总成本的 25%,使用阶段的成本占 75%。

· 利用 BIM技术使得在项目早期就可以对建筑物不同方案的性能做各种分析、模拟、比较,从而得到高性能的建筑方案;同时积累的信息不但可以支持建设阶段降低成本、缩短工期、提高质量,而且可以为建成后的运营、维护、改建、扩建、交易、拆除、使用等服务。

· 从时间上来看,项目建设阶段的时间是数年,而使用阶段的时间是数十年上百年,信息对于建筑物使用阶段的重要性一点都不亚于建设阶段的重要性。

· 不管是建设阶段还是使用阶段,利用 BI M技术对建筑物质量和性能的提高其最大的受益者永远是业主。

2.2 用 BIM贡献最大的是设计

建筑物的性能基本上是由设计决定的,而且设计的好坏对施工实现的难易程度(难易程度直接影响到质量和工期)也起着至关重要的作用,同时设计虽然只使用了 5%左右(国内 2%)的建设成本但却决定了 70%的建造成本,如图 2所示。

图 2 产品成本影响因素

通过使用 BIM技术,设计师可以做在目前建设环境下(项目复杂、规模大、时间紧、设计费不高、竞争激烈)使用 CAD技术几乎无法完成的工作,从而使得设计的项目性能和质量有根本性的提高,这些工作包括但并不限于:

· 利用 BIM模型提供的信息从设计初期开始对各个发展阶段的设计方案进行各种性能分析、模拟和优化,例如日照、风环境、热工、景观可视度、噪音、能耗、应急处理、造价等,从而得到具有最佳性能的建筑物。在 CAD技术基础上要完成这些工作需要大量的时间和人力物力投入,因此目前除了特别重要的建筑物有条件开展这项工作以外,绝大部分建筑物的所谓性能分析都还处于合规验算的水平,离主动、连续的性能分析还有很大差距。

· 利用 BIM模型对新型式、新结构、新工艺和复杂节点等施工难点进行分析模拟,从而改进设计方案以利于现场施工实现,使原本在施工现场才能发现的问题尽早在设计阶段就得到解决,以达到降低成本、缩短工期、减少错误和浪费的目的。

· 利用 BIM模型的可视化特性和业主、施工、预制、设备供应商、用户等对设计方案进行沟通,提高效率,降低错误。

· 利用 BIM模型对建筑物的各类系统(建筑、结构、机电、消防、电梯等)进行空间协调,保证建筑物产品本身和描述产品的施工图没有常见的错漏碰缺现象。

· 施工企业可以在设计提供的 BIM模型基础上对施工计划和施工方案进行分析模拟,充分利用空间和资源,消除冲突,得到最优施工计划和方案;通过 BI M技术与三维扫描、视频、照相、移动通讯、互联网等技术集成,对现场施工进度和质量进行跟踪;通过 BI M技术和管理信息系统集成,有效支持造价、采购、库存、财务等的动态和精确管理;最终生成项目竣工模型和相关文档。

· 业主可以利用设计、施工提供的 BIM模型信息

进行运营维护管理。

设计决定了建筑物产品本身的性能和质量,设计对施工效率和施工质量可以产生巨大影响,设计阶段形成的信息在建筑物整个生命周期中都需要使用,因此设计用 BIM对项目的贡献是最大的。

2.3 用 BIM动力最大的是施工

我们先来看几组数据:

根据中国建筑业协会的资料,“2009年我国建筑业总产值再创历史新高。日前从有关方面了解到,2009年全国共完成建筑业总产值 75 864亿元,比上年增长 22.3%;建筑业企业实现利润 2 663亿元,增长 21.0%”。也就是说 2009年我国施工企业的平均利润为 3.51%。

查看上市公司的公开资料我们可以得到国内典型施工企业的相关数据:上海建工(600170)2010年前 3季实现主营收入 5 096 996.96万元,营业利润68 610.04万元,利润率为 1.35%;中国建筑(601668)2010年前 3季实现主营收入 24 663314.10万元,营业利润 1 207 933.10万元,利润率为 4.9%。

再来了解一下建筑业其他两个主要参与方(开发商和设计机构)的经营情况,万科 A(000002)2010年前 3季实现主营收入 2 238 042.99万元,营业利润 500 814.40万元,利润率为 22.38%。东华科技 (002140)2010年前 3季实现主营收入96 880.98万元,营业利润 11 744.14万元,利润率为12.12%。其中万科为房地产开发商,东华科技为设计机构。

在上述数字背后可能还有这样一个心照不宣的趋势:施工企业的财报希望尽可能把利润率做高,以争取市场的支持,而房地产企业和设计机构却希望尽可能把利润率做低,以实现良性的可持续的发展。也就是说,施工企业的实际利润率可能比公开的数字还要低,而开发商和设计机构的实际利润率可能比公开的数字还要高。

“哪里有压迫,哪里就有反抗”。由上面的数据可以看到,施工企业对利用新技术、新方法提高生产效率和利润率的动力会比开发商和设计机构高得多。下面是 BIM可以为施工企业带来的部分价值列表:

· 设计效果可视化

· 施工方案优化

· 支持深化设计

· 4D施工模拟、可建性模拟

· 施工质量与进度监控

· 提高施工预算的精度和效率

· 支持预制加工

· 分包协调管理

2.4 中国 BIM普及首先会在哪里爆发?

任何技术普及的爆发都只有两种形式:一种是自发的,另一种是被迫的。当然绝大部分的实际情况极少以纯粹的前述某一种形式发生,基本上是这两种形式的组合或者混合,而且大多数是“一定程度被迫下的自发革命”这种混合,这也就很好地解释了为什么“没有压力就没有动力”这个道理。

尽管影响BIM普及爆发的因素有很多,但是通过分析建筑业三个主要参与方业主、设计、施工应用 BIM的“受益大小、自身动力和技术力量”三个主要因素,我们可以得到这样的结论:

· 业主:受益最大,动力不足,技术力量较弱

· 设计:受益不大,动力中等,技术力量最强

· 施工:受益中等,动力最大,技术力量中等为了使这个分析有可比性,我们用同样的方式对已经爆发过的 CAD普及进行了分析,如图 3所示。

图 3 BI M和 CAD普及形势分析

从图中的数据可以看到,当年 CAD革命的爆发毫无悬念地首先在设计领域爆发了,然后逐步波及到施工和业主,因为应用 CAD技术对设计机构对来说受益最大、动力最大、技术力量也最雄厚。

对于 BIM技术而言,从数据分析的比较来看显然施工企业具有最先爆发的可能,但是有一点和CAD技术非常不同的是,从受益、动力和技术力量三个维度对业主、设计、施工三个主要参与方应用 BIM技术进行评估的差距并不明显(CAD三个参与方的评估值分别为 3-6-9,差距明显;而BIM为 5-6-7,非常接近),因此,BIM普及首先会在业主、设计、施工的哪一个领域爆发,还需要时间来检验,尽管从上述分析来看施工企业的可能性最大。

3 BIM发展会遵循什么样的技术和市场模型?

最近一段时间连续碰到几件事情。

首先是春节期间和陈光见面,谈到他对 BI M三个等级应用的理解,陈光把 BIM应用划分为个人应用、企业应用和行业应用三个等级。有兴趣的朋友可以参考他在新浪博客上的这篇文章 http://blog.sina.com.cn/s/blog_6303b8b10100os3k.htm l。

其次,周末参加广州南方建筑设计研究院的年会,和沈耀明院长在讨论 BIM应用前景和道路的时候又重温了一次十多年前他提出的“CAD发展模型-德赛三角形”,沈院长认为只有使用的人多了,水平才有可能不断提高。形象的归纳就是所谓的“底边长,顶端高”。

再次,www.ChinaBIM.com和新浪微博上不断看到业内人士在讨论 BIM利益链和谁付钱来推动的问题,因为目前的情况是获益最大的业主方不出钱,出力最大的设计方获益不大,因此也就没有积极性。BI M应用似乎颇有点“先有鸡还是先有蛋”的困境。

那么我国的 BIM应用究竟如何才能发展起来、普及开来、水平提升上来呢?下面作者从技术和市场两个角度作的一些思考供同行进一步讨论。

3.1 BIM发展技术模型-BIM使用人数是关键

站在沈耀明和陈光两位先生的肩膀上,从技术角度我们可以把 BIM的发展模型用图 4表示。

图 4 BI M发展技术模型

图中三角形的底边代表使用 BI M的总人数;顶点代表 BIM的整体使用水平;斜率代表 BIM的使用效率:包括软件水平、硬件水平、人员掌握软硬件的程度、流程优化水平、标准化水平等一些列影响 BI M生产力水平的要素综合;三角形的面积代表使用BIM取得的成果。我们的目标应该是很明确的:使用水平高,取得成果大。

根据上述模型,要提高 BIM整体使用水平,理论上可以有如下两种方式:

(1)方式 1:粗点划线三角形-在现有 BIM使用效率保持不变的前提下(即三角形的斜率不变),如果 BIM使用人数增加(底边变长),则 BI M整体使用水平随之提高(顶点上升)。

(2)方式 2:细虚线三角形-在 BIM使用人数保持不变的前提下(即三角形的底边保持不变),如果 BI M使用效率提高(斜边变陡),则 BIM整体使用水平也随之提高(顶点上升)。

我想大家都已经看明白了,理论归理论,但是如果从实际情况分析,提高 BIM整体应用水平主要得靠方式 1,即增加 BI M使用人数,也就是说,只有BIM使用人数增加了,BIM整体使用水平才有可能真正得到提高。下面我们来看看为什么会有这样的判断。

首先,BIM使用效率的提升空间是比较有限的,而且要受到软件、硬件等技术发展水平等客观条件的制约;而 BIM使用人数的提高具有非常大的扩展空间,相对来说主要的制约因素是主观条件。

从另外一个角度也可以这样来说明这个问题,要达到同样的使用水平,培养更多的人达到一定的使用效率比让正在使用的人提高更多的效率的实现可能性来得大。

如果在达到同样整体使用水平的情形下(顶点相同)再考虑使用 BIM实现的成果(粗点划线三角形面积和细虚线三角形面积)大小,那么第一种方式的优势显然更明显。

而从应用等级角度来分析也显而易见,没有足够数量个人级的应用,就不会有企业级的应用;同理,如果没有足够数量企业级的应用,当然也就不会有行业级的应用。

当然,在现实世界中,BI M使用人数和使用效率是在同时变化的,而且也不可能所有使用人员都达到同样的使用效率。但是这些因素不会影响从上述简化模型中得出的结论-即增加 BIM使用人数是提高 BIM整体使用水平和增大 BIM使用成果的关键。

3.2 BIM发展市场模型-找到对自身有直接价值的 BIM应用是关键

随着了解和尝试BI M的人数不断增加,关于谁来使用 BIM、谁从 BIM获益最多、谁应该为 BIM应用买单的问题讨论也相当火爆,分析这些讨论大概可以归纳出这样一个“共识”-使用 BIM以后,业主获益最大,因此业主应该出钱请设计和施工企业使用BI M;而设计和施工企业使用 BI M需要多付出劳动,如果没有相应的收入增加,这些企业的老板们就不愿意使用。

上述看法理论上有其合理性,而且当 BIM应用进入到一个相对成熟的阶段后也可能会成为一种主要的模式。问题是,一开始推动 BIM应用走到那个状态的上帝的手在哪里呢?我们需要从市场角度去寻找。

张维迎先生对市场经济有这样的描述“市场经济的核心在于市场逻辑的发挥,也即从行为,而非动机角度的利他逻辑。市场本身并不在乎行为的动机如何,而仅关注行为本身,由此也就促成了不同社会成员之间的分工合作,并且形成了市场经济意义上的利他与利己的一致”。

简单的解读,就是从利己开始,到利他结束,不利他最后也没法实现利己的目的。根据这样的市场逻辑,结合中国政府和行业管理体制和 BI M现状,我们可以预测 BIM在中国将按照图 5的市场模式发展:

图 5 BI M发展市场模式

分析图 5我们发现,驱动用户使用 BIM的动力可以分为五种类型如表 1所示,其中只有一种“用户A找到 BIM对自身的价值”从而使用 BIM是主动应用,其他都是被动应用。

表 1 BI M应用的驱动因素分析

所谓主动应用和被动应用的区别就跟汽车的主动轮和被动轮类似:没有主动应用,被动应用就不会发生。因此,无论今后在 BIM的发展过程中我们找到哪一种有利于BI M快速健康发展的模式,政府推动也罢,市场引导也好,初始的推动力只能也只可能是用户因为找到 BIM对自身的价值而开始的应用,而这个用户可以是任何工程建设行业的参与方或利益相关方-业主、设计、施工、运营等等等等。

[1]www.buildsmartalliance.org

[2]中国建筑业协会官方网站 www.zgjzy.org

[3]陈光博客 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

何关培(1963-),男,高级工程师,广州优比建筑咨询有限公司 CEO。长期从事工程设计、计算机应用研究,目前致力于 BI M技术等行业计算机应用前沿领域的战略发展研究。