我國 BIM發展戰略和模式探討(一)

何關培

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

我國 BIM發展戰略和模式探討(一)

何關培

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

在目前 BIM技術有了一定范圍和程度應用的前提下,研究和實踐未來 BIM在我國的可能發展戰略和模式將對快速實現 BIM技術在工程建設行業的價值最大化具有重要意義。

BIM;建筑信息模型;戰略;模式

1 前言

從 2002年 BIM成為全球工程建設行業共同認可的專業術語到今天,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數量的項目中進行實際應用以后,我們可以這樣說,BIM在我國已經發展到了大面積普及應用的前夜,因此,探索和實踐未來BIM在我國將會以什么樣的模式發展,我國工程建設行業應該采取何種 BIM發展戰略等問題已經成為擺在國內全體 BIM同行面前的共同問題,對下一階段 BIM技術的健康和快速發展具有重要意義。

2 業主、設計、施工-中國 BIM普及首先會在哪里爆發?

根據作者的研究,可以用如下三句話來描述國內建筑業三個主要參與方業主、設計、施工使用 BI M的情況:

· 用 BIM受益最大的是業主

· 用 BIM貢獻最大的是設計

· 用 BIM動力最大的是施工下面我們來仔細看看得出上述結論的理由。

2.1 用 BIM受益最大的是業主

圖 1是美國建筑科學研究院(NIBS-National Institute of Building Sciences)下屬機構 buildingS MART聯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。

· 一個建筑物在建設階段(策劃、設計、施工)發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階段降低成本、縮短工期、提高質量,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。

· 從時間上來看,項目建設階段的時間是數年,而使用階段的時間是數十年上百年,信息對于建筑物使用階段的重要性一點都不亞于建設階段的重要性。

· 不管是建設階段還是使用階段,利用 BI M技術對建筑物質量和性能的提高其最大的受益者永遠是業主。

2.2 用 BIM貢獻最大的是設計

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

圖 2 產品成本影響因素

通過使用 BIM技術,設計師可以做在目前建設環境下(項目復雜、規模大、時間緊、設計費不高、競爭激烈)使用 CAD技術幾乎無法完成的工作,從而使得設計的項目性能和質量有根本性的提高,這些工作包括但并不限于:

· 利用 BIM模型提供的信息從設計初期開始對各個發展階段的設計方案進行各種性能分析、模擬和優化,例如日照、風環境、熱工、景觀可視度、噪音、能耗、應急處理、造價等,從而得到具有最佳性能的建筑物。在 CAD技術基礎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驗算的水平,離主動、連續的性能分析還有很大差距。

· 利用 BIM模型對新型式、新結構、新工藝和復雜節點等施工難點進行分析模擬,從而改進設計方案以利于現場施工實現,使原本在施工現場才能發現的問題盡早在設計階段就得到解決,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主、施工、預制、設備供應商、用戶等對設計方案進行溝通,提高效率,降低錯誤。

· 利用 BIM模型對建筑物的各類系統(建筑、結構、機電、消防、電梯等)進行空間協調,保證建筑物產品本身和描述產品的施工圖沒有常見的錯漏碰缺現象。

· 施工企業可以在設計提供的 BIM模型基礎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,得到最優施工計劃和方案;通過 BI M技術與三維掃描、視頻、照相、移動通訊、互聯網等技術集成,對現場施工進度和質量進行跟蹤;通過 BI M技術和管理信息系統集成,有效支持造價、采購、庫存、財務等的動態和精確管理;最終生成項目竣工模型和相關文檔。

· 業主可以利用設計、施工提供的 BIM模型信息

進行運營維護管理。

設計決定了建筑物產品本身的性能和質量,設計對施工效率和施工質量可以產生巨大影響,設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

我們先來看幾組數據:

根據中國建筑業協會的資料,“2009年我國建筑業總產值再創歷史新高。日前從有關方面了解到,2009年全國共完成建筑業總產值 75 864億元,比上年增長 22.3%;建筑業企業實現利潤 2 663億元,增長 21.0%”。也就是說 2009年我國施工企業的平均利潤為 3.51%。

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

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

在上述數字背后可能還有這樣一個心照不宣的趨勢:施工企業的財報希望盡可能把利潤率做高,以爭取市場的支持,而房地產企業和設計機構卻希望盡可能把利潤率做低,以實現良性的可持續的發展。也就是說,施工企業的實際利潤率可能比公開的數字還要低,而開發商和設計機構的實際利潤率可能比公開的數字還要高。

“哪里有壓迫,哪里就有反抗”。由上面的數據可以看到,施工企業對利用新技術、新方法提高生產效率和利潤率的動力會比開發商和設計機構高得多。下面是 BIM可以為施工企業帶來的部分價值列表:

· 設計效果可視化

· 施工方案優化

· 支持深化設計

· 4D施工模擬、可建性模擬

· 施工質量與進度監控

· 提高施工預算的精度和效率

· 支持預制加工

· 分包協調管理

2.4 中國 BIM普及首先會在哪里爆發?

任何技術普及的爆發都只有兩種形式:一種是自發的,另一種是被迫的。當然絕大部分的實際情況極少以純粹的前述某一種形式發生,基本上是這兩種形式的組合或者混合,而且大多數是“一定程度被迫下的自發革命”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BIM普及爆發的因素有很多,但是通過分析建筑業三個主要參與方業主、設計、施工應用 BIM的“受益大小、自身動力和技術力量”三個主要因素,我們可以得到這樣的結論:

· 業主:受益最大,動力不足,技術力量較弱

· 設計:受益不大,動力中等,技術力量最強

· 施工:受益中等,動力最大,技術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爆發過的 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

從圖中的數據可以看到,當年 CAD革命的爆發毫無懸念地首先在設計領域爆發了,然后逐步波及到施工和業主,因為應用 CAD技術對設計機構對來說受益最大、動力最大、技術力量也最雄厚。

對于 BIM技術而言,從數據分析的比較來看顯然施工企業具有最先爆發的可能,但是有一點和CAD技術非常不同的是,從受益、動力和技術力量三個維度對業主、設計、施工三個主要參與方應用 BIM技術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普及首先會在業主、設計、施工的哪一個領域爆發,還需要時間來檢驗,盡管從上述分析來看施工企業的可能性最大。

3 BIM發展會遵循什么樣的技術和市場模型?

最近一段時間連續碰到幾件事情。

首先是春節期間和陳光見面,談到他對 BI M三個等級應用的理解,陳光把 BIM應用劃分為個人應用、企業應用和行業應用三個等級。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計研究院的年會,和沈耀明院長在討論 BIM應用前景和道路的時候又重溫了一次十多年前他提出的“CAD發展模型-德賽三角形”,沈院長認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內人士在討論 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主方不出錢,出力最大的設計方獲益不大,因此也就沒有積極性。BI M應用似乎頗有點“先有雞還是先有蛋”的困境。

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

3.1 BIM發展技術模型-BIM使用人數是關鍵

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

圖 4 BI M發展技術模型

圖中三角形的底邊代表使用 BI M的總人數;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、流程優化水平、標準化水平等一些列影響 BI M生產力水平的要素綜合;三角形的面積代表使用BIM取得的成果。我們的目標應該是很明確的:使用水平高,取得成果大。

根據上述模型,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:細虛線三角形-在 BIM使用人數保持不變的前提下(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整體應用水平主要得靠方式 1,即增加 BI M使用人數,也就是說,只有BIM使用人數增加了,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、硬件等技術發展水平等客觀條件的制約;而 BIM使用人數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實現的成果(粗點劃線三角形面積和細虛線三角形面積)大小,那么第一種方式的優勢顯然更明顯。

而從應用等級角度來分析也顯而易見,沒有足夠數量個人級的應用,就不會有企業級的應用;同理,如果沒有足夠數量企業級的應用,當然也就不會有行業級的應用。

當然,在現實世界中,BI M使用人數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論-即增加 BIM使用人數是提高 BIM整體使用水平和增大 BIM使用成果的關鍵。

3.2 BIM發展市場模型-找到對自身有直接價值的 BIM應用是關鍵

隨著了解和嘗試BI M的人數不斷增加,關于誰來使用 BIM、誰從 BIM獲益最多、誰應該為 BIM應用買單的問題討論也相當火爆,分析這些討論大概可以歸納出這樣一個“共識”-使用 BIM以后,業主獲益最大,因此業主應該出錢請設計和施工企業使用BI M;而設計和施工企業使用 BI M需要多付出勞動,如果沒有相應的收入增加,這些企業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 BIM應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應用走到那個狀態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濟有這樣的描述“市場經濟的核心在于市場邏輯的發揮,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,到利他結束,不利他最后也沒法實現利己的目的。根據這樣的市場邏輯,結合中國政府和行業管理體制和 BI M現狀,我們可以預測 BIM在中國將按照圖 5的市場模式發展:

圖 5 BI M發展市場模式

分析圖 5我們發現,驅動用戶使用 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是主動應用,其他都是被動應用。

表 1 BI M應用的驅動因素分析

所謂主動應用和被動應用的區別就跟汽車的主動輪和被動輪類似:沒有主動應用,被動應用就不會發生。因此,無論今后在 BIM的發展過程中我們找到哪一種有利于BI M快速健康發展的模式,政府推動也罷,市場引導也好,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用,而這個用戶可以是任何工程建設行業的參與方或利益相關方-業主、設計、施工、運營等等等等。

[1]www.buildsmartalliance.org

[2]中國建筑業協會官方網站 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

何關培(1963-),男,高級工程師,廣州優比建筑咨詢有限公司 CEO。長期從事工程設計、計算機應用研究,目前致力于 BI M技術等行業計算機應用前沿領域的戰略發展研究。