工程施工阶段BIM技术推广的成熟度探讨

本文是一篇项目管理论文，本文首先通过文献分析法广泛查找国内外与 BIM 技术应用、项目管理成熟度等相关的研究成果，深入阅读有关文献，总结介绍了相关理论及研究现状。从施工前准备、软硬件配套、模型管理以及项目管理四个方面对 BIM 技术应用现状进行了分析，构建了成熟度模型及其评价指标体系并进行了实例分析。

1 绪论

1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
2019 年末以来新冠疫情肆虐，严重影响全球的经济活动，任何行业都无法独善其身，属于劳动密集型产业的建筑业也难以例外，但从国家统计局获取我国建筑业近五年的部分统计数据（图 1-1）看，即使近两年受到了新冠疫情的影响，我国建筑业企业单位数以及总产值仍然在持续增长，建筑业企业从业人员数虽然有所起伏，但是总体体量仍然巨大，建筑业为我国提供了巨大的就业岗位数量，对应届毕业生及社会人员的就业稳定有巨大贡献。 建筑业是我国的国民经济支柱产业，对国家宏观经济的影响作用具有举足轻重的地位。但是我国人口老龄化日趋严重，可以看到工地上的施工作业人员以五十岁左右的中老年为主，从事这一行业的青壮年劳动力越来越少，建筑企业用人成本水涨船高的同时企业营收利润率也在持续下降。建筑业高速发展已经转向平稳发展，但是与落后管理之间的矛盾仍然较为突出，传统的建造模式已经不再符合可持续发展的需要，建筑业改革迫在眉睫。

1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
在 BIM 技术应用研究现 状方 面， 美国教授 Chuck Eastman 的(BuildingDescription System，BDS)思想被有关学者认为是 BIM 研究的起点。BIM 概念提出之后，美国政府非常支持 BIM 技术的推广应用工作，从 2003 年到 2007 年的五年间发布了 BIM 相关的系列指南与标准。2009 年美国针对建筑业与建筑物运营领域的 BIM 使用情况进行了总结并发布《BIM 项目实施计划指南》，极大地降低了 BIM 技术大规模应用与推广的难度，此外印第安纳大学也制订了 BIM 指南和标准。2012 年麻省理工学院发布 CAD 与 BIM 指南，确定了模型范围、模型用途和项目团队之间的协作方式。
Peter Mesároš[4]（2020）等研究了 BIM 技术在建筑项目管理中的应用及其对生产力的影响，讨论了 BIM 技术的使用问题，并分析了 BIM 对建设项目管理中生产力的影响以及分析了 BIM 技术在建筑工业中的应用及其对生产率的影响。通过统计检验证实了 BIM 技术作为施工项目管理中的关键绩效指标之一并对生产力有实际影响的假设。Hayder Razzaq Abed[5]（2020）等利用 BIM 4D 模拟可视化等方法研究了 BIM 技术应用对项目进度时间和成本的影响并希望提高项目的安全管控，结果表明，在项目中应用 BIM 增加了项目工期约 11 天，BIM 技术的应用可以准确识别和评估安全隐患风险，并提供减轻危害的解决方案，在早期阶段解决所有安全问题。Farah Faaq Taha[6]（2020）等应用 BIM 技术对某项目进行三维模拟和能量分析，旨在利用 BIM 技术提高建筑室内日光性能，确定建筑内舒适的人工照明及其与传统照明的成本计算方法，计算可再生能源和节约成本。结果表明，应用 BIM 技术提高了建筑室内日光性能，通过日光分析得到的日光比有助于减少灯的数量，从而减少能量消耗并降低成本。Berardo Naticchia[7]（2020）等提出的基于 BIM 技术、MR 技术和云平台的框架旨在开发一个支持现场操作的系统，研究为开发建筑数字模型制定了标准，该模型将在负责设施管理的不同参与者之间共享，并通过云平台访问。

2 相关理论基础概述

2.1 BIM 相关概念
2.1.1 BIM 技术概念
BIM 的全称是建筑信息模型（Building Information Modeling），BIM 在一开始的时候被定义为 Building Information Model，属于一种静态模式，美国国家建筑科学研究院认为它是设施物理和功能特性的一种数字化表达，是设施在生命周期内进行决策的共享知识资源和信息基础。此外，美国 Chuck Eastman 教授也提出了一个概念，认为 BIM 是一个综合的建筑信息模型，包括设计、施工和运营等不同专业在内的所有信息、功能要求以及性能。后来学者认为 BIM 不应该是静态的而是动态的，随后 BIM 被改为 Building Information Modeling 以表明其代表一个动态的过程。除此以外 bSI 组织（building SMART International）还给出了 BIM是建筑信息管理这样一个解释，即 Building Information Management。总而言之以上定义都是以信息为核心，通过“模型-应用-管理”将全生命周期中的信息进行集成和整合，逐步深入、层层递进，最终形成统一的有机整体。
国内学者李建成、王广斌在《BIM 应用导论》中也同样认为 BIM 有建筑信息模型、建筑信息建模和建筑信息管理三个方面的含义。模型是虚拟的可替代的信息化产品；建模则包含了标准化和交互性的行为过程，各方根据自身需求来修改信息；信息管理则是可协同的、共享的，有助于决策和经验积累。
从多维角度来看，BIM 一开始被赋予 3D 模型的体现，随着 BIM 技术的发展，在原来三维空间的基础上增加了时间进度的演化，可以实现 BIM 4D 进度的跟踪管控，再到后来在四维时间的基础上往模型里加入了工程量成本等信息，可以实现 BIM 5D 成本的管控。BIM 技术为项目参建方提供了新的管理模式，在工程项目全生命周期中通过 BIM 管理平台实现高效沟通协作，减少了工作上的失误，提前规避了管理目标上的风险。

2.2 成熟度与成熟度模型概述
2.2.1 成熟度概述
所谓成熟度就是能量化的表现，它刻画了获得并加强一些期待物比如能力等的过程，具体表现为一个机构或者组织管理能力通过不断地自我改进完善由低级别向高级别不断提高和改进的过程。此外，成熟度还表示为一种能力水平，这种能力水平通常指的是项目组织在限定约束条件下成功实现预定目标的能力水平。
2.2.2 成熟度模型概述
成熟度模型总得来说可分为能力成熟度模型和项目管理成熟度模型两大类，作为最早出现的能力成熟度模型[28]（CMM 模型）是美国卡内基·梅隆大学软件研究所为了满足美国联邦政府评估软件供应商能力的要求在上世纪八十年代提出的，该模型可以对软件开发过程的能力进行评价并不断改进，被学者视为能力成熟度模型的典型代表。随后，Harold Kerzner 博士结合企业发展和战略规划提出了用于项目管理领域的成熟度模型 K-PMMM 模型[29]，而 1998 年美国项目管理协会PMI 与几家公司联合启动了 OPM3 模型计划[30]，从高新技术企业的规划研究内容转向了项目管理方向。OPM3 模型是一个三维的成熟度模型，为提高成熟度的组织提供了一个持续改进的计划，成为典型的项目管理成熟度模型。
成熟度模型作为一种评价和持续改进企业或者项目能力的有效工具，得到了广泛的应用，除了 CMM 模型、K-PM3 模型、OPM3 模型以外，在典型模型的基础上，不断有后继学者通过参照不同标准构建出了各种能力成熟度模型以及项目管理成熟度模型[31]。如 CMM 模型的升级版 CMMI 模型，美国 PM Solutions 咨询公司创始人 J. K. Crawford 提出的 PMS-PM3 模型，英国内阁办公室提出的 P3M3模型，美国 KLR 咨询公司提出的 KLR-PM3 模型，美国微构技术公司和项目管理技术公司提出的 MF-PM3 模型，澳大利亚克纳谱与摩尔私人有限公司提出的KM-PM3 模型，Young Hoon Kwak 博士和 C. William Ibbs 博士提出的（PM）2 伯克利模型等。

3 工程施工阶段 BIM 技术应用现状及问题.................................. 18
3.1 工程施工阶段 BIM 技术应用现状........................................18
3.1.1 施工前准备方面................................18
3.1.2 软硬件配套方面.........................................18
4 工程施工阶段 BIM 技术应用成熟度模型建立.............................. 23
4.1 成熟度评价模型构建.......................................23
4.1.1 成熟度基础模型选取.....................................23
4.1.2 成熟度评价模型等级划分.....................................24
5 某工程施工阶段 BIM 技术应用成熟度实例分析............................ 48
5.1 项目概况...............................................48
5.2 项目管理 BIM 技术应用情况分析...................................49
5.3 基于成熟度模型的量化分析..............................................50

5 某工程施工阶段 BIM 技术应用成熟度实例分析

5.1 项目概况
某小学扩建综合楼工程位于 S 市 F 区 HT 路与 FZY 路交汇处，工程项目建设单位为深圳市福田区建筑工务署，由中国建筑第四工程局有限公司代建，设计单位为深圳大学建筑设计研究院有限公司，监理单位为深圳市粤鹏建设有限公司，施工单位为上海建工四建集团有限公司。施工现场场地狭小，地下管线较多，周边居民楼紧挨施工现场，且紧挨 HT 路与原有 1 栋教学楼，故现场的安全防护、环境污染防护等工作量和工作难度都很大，且生活设施和办公设施布置很困难。 校园总用地面积 9785m2，建成后学校总建筑面积为 29307.9m2，1 栋（原有教学楼），总建筑面积 8201m2（计容积率建筑面积：6868m2，核增面积：1333m2）。2 栋（新建综合楼）总建筑面积 21106.9m2（计容积率建筑面积：14703.1m2，核增面积：6403.8m2）。扩建部分建设内容：拆除原有 1 座羽毛球馆，然后在原址上新建 1 栋 6 层综合楼（含 3 层地下室），内容包括食堂、风雨操场、功能室以及办公室食堂、管理辅助用房、体育用房、配套室外运动场地等。改建部分内容为对 1 栋（原有教学楼）的内部功能结合新建综合楼统筹规划布置调整，改造内容涉及土建、立面、场地、装修及各专业设备。项目预算造价约 2 亿 2686 万元，合同计划开工日期为 2020 年 9 月 15 日，合同工期总日历天数为不超过 913 日历天。根据有关政策和合同要求，项目须使用 BIM，业主与提供专业 BIM 咨询服务的某工程顾问公司签订了合同，由该单位提供项目的部分 BIM 技术应用服务。

6 结论与展望

6.1 结论
本文首先通过文献分析法广泛查找国内外与 BIM 技术应用、项目管理成熟度等相关的研究成果，深入阅读有关文献，总结介绍了相关理论及研究现状。从施工前准备、软硬件配套、模型管理以及项目管理四个方面对 BIM 技术应用现状进行了分析，构建了成熟度模型及其评价指标体系并进行了实例分析。通过相关研究，本文主要结论如下：
（1）以典型成熟度模型——CMM 模型与 K-PM3 模型为基础构建了工程施工阶段 BIM 技术应用的成熟度评价模型，将成熟度模型等级划分为初级阶段、发展阶段、提升阶段、高级阶段以及成熟阶段五个等级，构建了包含 19 个二级评价指标的成熟度模型评价指标体系，利用克隆巴赫α信度系数法确定了指标选取的可靠性，通过层次分析法确定了模型评价指标的权重。
（2）从评价指标体系的权重分布来看，对工程施工阶段 BIM 技术应用的成熟度评价影响最大的是 BIM 模型管理与 BIM 应用管理两个方面，模型管理中影响因素最大的为模型深度与细度，项目管理中主要影响因素为进度管理，此外施工前准备中管理流程节点划分和 BIM 软硬件配套中专业人员的储备也是影响评价的关键因素，因此施工阶段 BIM 技术的应用应更多关注这几类影响因素。
（3）以某小学扩建综合楼项目为研究对象对工程施工阶段 BIM 技术应用成熟度评价进行了实例分析。重点对项目施工阶段项目管理中 BIM 技术应用情况进行了分析，通过成熟度模型量化评价得出该项目施工阶段 BIM 技术应用的成熟度处于提升阶段，并针对分析情况提出了三点成熟度提升建议。
参考文献（略）