BIM技术解决建筑施工中问题

近些年来，随着中国建筑行业的飞速发展，建筑业的技术水平和管理能力不断提高，以北京奥运、上海世博为契机，涌现出一大批以高、大、精、深为特征的标志性建筑，建造技术水平居世界前列。此外，公路、铁路、港口、机场等大量基础设施的建设，掀起了中国工程建设热潮。

但是，建筑业效率低下，粗放型的增长方式没有根本转变，建筑能耗高、能效低是建筑业可持续发展面临的一大问题。同时，建筑业信息化水平也还比较低。虽然近些年来我国建筑业信息化水平得到大幅提高，但整体还处于初级发展水平，与国外信息化程度有较大差距。建筑企业的科技投入仅占企业营业收入的0.25%，施工过程中应用计算机进行项目管理的不到10%。

随着中国建筑业全球化、城市化进程的发展，以及可持续发展的要求，我们将不可避免地面临众多挑战。应用BIM技术，对建筑全生命周期进行全方位管理，是实现建筑业信息化跨越式发展的必然趋势，同时，也是实现项目精细化管理、企业集约化经营的最有效途径。

（一）建筑业效率问题

从1964年到2003年，美国的大多数行业极大地提升了生产效率，而且生产效率提高速度加快，其中非农业的劳动生产效率提高了一倍，而同时建筑业的劳动生产效率却呈现下降趋势。建筑业的生产效率下降不仅仅发生在美国，全球范围内都存在这个问题。

中国建筑业不但面临劳动生产率下降的问题，在劳动生产率的绝对值上，和美国、英国等比较，也存在巨大差距。造成中国建筑业劳动生产率与美、英等国家巨大差距的原因除了建筑业市场化程度不高，中国劳动力价格便宜外，还有以下两个主要原因：1.建筑业产业化水平低

发达国家和地区的预制构件、砌块、轻质板材、室内外装修材料与设备，以及工厂化生产的活动房屋均已实现了标准化和通用化，这就大大缩短了建设工期，如日本在实施住宅产业化之后每条生产线40～48分钟完成一套住房；480名工人每月可生产住宅900套，运到现场后，1.1个工作日就可以组装成一套现代化的住宅，劳动生产率得以大幅度提高。

而我国建筑业产业化刚处于起步和推广实施阶段，产业化水平较低，建筑业生产方式的差别造成了我国建筑业劳动生产率与发达国家和地区的巨大差距。

2.信息化应用水平较落后

信息技术的广泛应用，不仅改变了人们的生产和生活方式，而且成为推动传统产业不断升级和提高社会劳动生产率的新动力。信息技术及其应用正成为建筑产业和企业竞争力的核心来源。然而，信息技术在我国建筑业的应用水平依然比较落后。

（二）建筑业信息化问题

根据国际数据公司（IDC-International Data Coporation）的分析研究报告“World-wide IT Spending by Vertical Market 2Q02 Forecast and Analysis 2001-2006”，2002年全球制造业和建筑业的规模相差无几，大约为3万亿美元左右，但是两者在信息技术方面的投入相差巨大。制造业为81亿美元，建筑业为14亿美元，建筑业的信息化投入只有制造业的17%。

中国建筑业的信息化投入则更低。设计企业虽然CAD软件普及率非常高，但是BIM软件的应用总体来说还是在初级阶段。而施工企业在整个信息化方面的投入严重不足，下面的数据均来源于2008年中国施工企业管理协会对我国大中型施工企业的信息化状况的调查：

1.被调查的施工企业有1416家，已开展或正在开展信息化工作的企业有649家。从2007年信息化投入所占企业产值的情况看，平均只有0.027%，最高的为0.65%，最低的才0.0052%，投入大于0.3%的只有极个别企业，相比较发达国家施工企业平均信息化投入占产值0.3%以上的水平，相差很远。

2.信息化投入的结构比例失调，非硬件投入比例过小。企业很少投入信息化咨询，而平均一家企业一年在硬件方面投入约40万元，软件方面投入约20万元，维护服务方面投入约6万元，技术培训方面投入4万元，可以看出，在信息化投入中“软”、“硬”失调，结构颠倒。

3.中国建筑行业信息化严重落后于其他行业，主要是由于建筑企业信息化的积极性不高，目前建筑企业的信息化大多数不是企业自身驱动力去实施信息化的，主要依赖国家政策的推动，如新的特级资质标准中对信息化建设的要求等。这也造成了技术创新不足，因为技术创新的真正动力只能来自市场。而中国建筑软件市场又存在着无序竞争的现象，研发投入不足。需求与供给的双向缺陷造成了中国建筑业信息化的落后。

（三）风险控制能力问题

建设工程由于具有投资大、工期长、施工难度大、技术复杂以及工程参与方众多的特点。在建设过程中不可预见的因素较多，所以工程施工是一个高风险的施工过程，工程建设参与各方均不可避免的面临着各种风险，如不加以防范，很可能会影响工程建设的顺利进行，甚至酿成严重后果。常见的风险包括：

1.工程管理风险：做好工程管理是承包商项目获得成功的一个很关键的环节。在建设工程项目中，参与实施的分包单位多，相互协调工作难度大，在企业内部各职能部门与项目经理部的关系是否和谐，项目管理的其他相关各主体间的配合是否协调，政府有关部门的介入等问题上，如果管理跟不上，不能应用现代管理手段，不提高自己的全面素质，结果将导致整个项目的失败，由此可能造成巨大的损失。

2.成本管理风险：施工项目成本管理是承包项目获得理想的经济效益的重要保证。成本管理包括成本预测、成本计划、成本控制和成本核算，哪一个环节的疏忽都可能给整个成本管理带来严重风险。

3.物资管理风险：工程物资包括施工用的原材料、构配件、机具、设备。在管理中尤其以材料管理给工程带来的风险最大。

4.信息管理风险：就是指在获得信息时，存在失误，比如获得的信息是过时的或者不准确的信息等。

5.分包风险：分包单位水平低，造成质量不合格，又无力承担返修责任，而总包单位要对业主方负责，不得不为分包单位承担返修责任。这种情况往往是因为选择分包不当或疏于监督管理造成的。因而只要承包商稍加注意和监督就可以避免。

2010年10月25日，中国最大的海外工程承包商中国铁建发布公告称，公司承建的沙特麦加轻轨项目预计将发生巨额亏损。按当年9月底的汇率计算，总亏损额约为41.53亿元人民币。以中国铁建为首的工程承包企业，从2003年开始拓展海外工程市场，在2006年以后达到顶峰，其业务范围遍布欧、美、亚、非各大洲。但在迅速扩张、夺取订单的过程中，这些海外工程企业的风险管理并未迅速跟进，造成巨大隐患。(www.xing528.com)

这对于中国建筑业来说，中铁建的麦加轻轨项目并不是孤例，建筑业所面临的风险问题已经成为行业发展的一个重大隐患。

（四）缺乏全生命周期理念和手段

建筑物从规划设计、施工建造，到竣工交付运营的全生命周期当中，其中建筑运营的周期达到几十年甚至更长，是时间最长的阶段；其次，运营阶段的投入也远比建造投资大。尽管建筑物竣工以后的运营管理不在传统的建筑业范围之内，但是建筑运营阶段所发现的问题绝大部分可以从前期——设计阶段和建造阶段找到根源。

一方面，建筑业普遍缺乏全生命周期的理念。在设计建造阶段往往不关注设施的全生命周期费用，不考虑今后运营时的节约和便利，而过多地考虑了如何节省一次性投资，如何节省眼前的时间和精力，设备供货商往往较少考虑系统集成的协调和匹配。

另一方面，目前也缺少足够的有效手段来应对这种需求。全生命周期的必要前提是信息共享和应用。建设行业中各参与主体（如业主、设计方、施工方、运营维护管理方）间的信息交流还是基于纸介质，这种方式形成各专业系统间的信息断层，不仅使信息难以直接再利用，而且其链状的传递难免会造成信息的延误、缺损甚至丢失。在设计阶段，设计者无法利用已有的信息，设计信息的可利用价值大大降低；在施工阶段，由于传统设计信息表达的缺陷，信息传递手段的落后，使施工单位在投标时无法完全掌握设计信息，在施工时无法获取必要的信息，在项目交付时无法将信息交付给业主，从而造成了大量有用信息的丢失；在建筑物使用阶段，积累到新的信息，但这些信息仍然以纸张保存或存在于运营管理人员的头脑里，没有和前一阶段的信息进行集成。运营阶段的信息和经验很少再应用于新工程的设计和施工过程，信息丢失严重，建设工程生命周期信息的再利用水平极低。

工程建设项目是一个复杂的、综合的经营活动，参与者涉及众多专业和部门，工程建设项目的生命周期包括了建筑物从勘测、设计、施工到使用、管理、维护等阶段，时间跨度长达几十年甚至上百年。如何从根本上解决项目规划、设计、施工以及维护管理等各阶段应用系统之间的信息断层，实现建设项目生命周期各阶段的信息共享和充分利用.在项目建设过程中优化设计、合理制订计划、精确掌握施工进程，合理使用施工资源以及科学地进行场地布置，以缩短工期、降低成本、提高质量，已成为投资者、设计机构和施工承包商的共同面临的挑战，也是当前我国建设领域信息化亟待解决的问题。

（五）建筑项目本身的挑战

1.建筑造型日趋复杂

当今社会，建筑物已然成为建筑师手中的立体画作，用各种各样的建筑造型来诠释现代建筑的内在精神与都市个性。复杂的造型如何进行准确的图纸表达与专业协同成了一个关键性的问题，而BIM技术恰好为此提供了前所未有的可能和潜力。

以上海世博会德国馆“和谐都市馆”为例，该馆由位于12m标高的Z字形展厅、内设三层回廊的圆形剧场、紧贴地块南侧呈倒T形的四层辅助用房（包括机房、办公、VIP区、厨房及餐厅区等）组成。展厅部分是空间桁架，由29根圆形钢柱支撑，多功能演示厅是单独的建筑体量，由24根钢斜柱及若干环梁组成受力体系，并在第三层回廊的高度与展厅相连。整体空间关系比较复杂，复杂的造型也带来多重技术难点与专业协同问题。在体量内部，上下贯穿的大结构柱如何与下部空间关联。德方设计了三明治式的复杂层次，剖面由内而外依次为内板/内装饰层、钢结构、外板、外包模，钢结构又部分地穿出外板与外包模相连接。各层假如横平竖直，可以在平面图纸上描绘，但实际是一个在空间中起承转合的结构，虽然也都是直面，但很难用二维投影表达清楚，更不用说基于二维方式来进行设计协调了。

2.建筑功能复杂程度高、综合性强

快节奏的都市化生活催生了城市综合体的发展，人们在方便、快捷、经济、集多种功能于一体的综合空间里，享受高效率的生活和工作。所谓“城市综合体”是将城市中的商业、办公、居住、旅店、展览、餐饮、会议、文娱和交通等城市生活空间的三项以上进行组合，并在各部分间建立一种相互依存、相互助益的能动关系，从而形成一个多功能、高效率的综合体。

城市综合体项目的综合性程度与传统的建筑项目相比不可同日而语，归纳起来城市综合体具有四个特征。

（1）超大空间尺度：城市综合体是与城市规模相匹配，与现代化城市干道相联系的，因此室外空间尺度巨大。由于建筑规模和尺度的扩张，建筑的室内空间也相对较大，一方面与室外的巨形空间和尺度协调，另一方面则与功能的多样相匹配，成为多功能的聚集焦点。

（2）通道树型交通体系：通过地下层、地下夹层、天桥层的有机规划，将建筑群体的地下或地上的交通和公共空间贯穿起来，同时又与城市街道、地铁、停车场、市内交通等设施以及建筑内部的交通系统有机联系，组成一套完善的“通道树型”体系。这种交通系统形态打破了传统街道单一层面的概念，形成丰富多变的街道空间。

（3）现代城市景观设计：应用现代城市设计、环境与行为理论进行景观与环境设计是城市综合体的重要特征。通过标志物、小品、街道家具、植栽、铺装、照明等手段形成丰富的景观与宜人的环境。

（4）高科技集成设施：城市综合体既有大众化的一面，同时又是高科技、高智能的集合。其先进的设施充分反映出科学技术的进步是这种建筑形式产生的重要因素。室内交通以垂直高速电梯、步行电梯、自动扶梯、露明电梯为主；通信由电话、电报、电传、电视、传真联网计算机等组成；安全系统通过电视系统、监听系统、紧急呼叫系统、传呼系统的设置和分区得以保证。

中国的城市综合体近些年来发展迅猛。光是杭州，在2008年就有人提出了建设100个多功能城市综合体的目标。具备“迷你城市”功能的城市综合体，由于其复杂度高、综合性强，对设计施工的项目协调能力和把控能力提出了全新的挑战。

上海虹桥综合交通枢纽工程是上海功能性、网络化、枢纽型城市基础设施建设的标志性工程，是2010年上海世博会的重要配套项目，也是虹桥商务区的核心主体，总规划用地约26平方公里。虹桥枢纽集民用航空、高速铁路、城际铁路、高速公路、磁浮、地铁、地面公交、出租汽车等多种交通方式于一体，可实现跨区域、大范围人流物流的快速集散，是国内乃至世界上最大的综合交通枢纽之一，全部建成后日客流量将达到110万人次。

3.建设项目规模庞大

随着中国经济发展与城市化进程，出现了投资额越来越大的基础设施建设项目，如机场、港口、园区、交通枢纽等，现代单体建筑项目的投资额、建筑面积越来越大，建筑高度也越来越高。

规模庞大的建设项目，往往投资额大，建设周期长。在长达数年的建造过程中，几百个不同的参与方在不同阶段参与项目，设计与施工的协调困难导致潜在的变更风险大，造成的项目返工和延误将使建设单位遭受巨大的利益受损。同时，建设周期长使得建设单位管理的成本相对较高，也易导致投资成本失控。