第2章
文献综述与理论基础
2.1 BIM情境的刻画
2.1.1 BIM情境的内涵
情境是一个复杂的概念，一般认为，“情境”是情境认知理论和学习理论中的一个核心概念。不同的学科对情境有着不同的阐释：心理学认为情境指对人有直接刺激作用，有一定的生物学意义和社会学意义的具体环境；教育学认为情境是以情感调节为手段，以学生的生活实际及教学材料为基础，以促进学生主动参与、整体发展为目的的优化了的学习环境；人类学认为情境是真实的，是日常生活中和实践中的，并与日常生活和实践有着紧密的联系；经济学和管理学认为情境是为某种活动的具体的背景性因素。可见，在不同的学科视野中情境具有不同的含义，但总的来说情境具有以下特点。
（1）情境是一种客观、普遍存在的现象，它可以存在于自然、社会以及日常生活之中。
（2）情境是复杂多样的，由若干要素所构成。
（3）情境具有很大的不确定性和不可预测性，不同的主体由于认知方式、能力水平和个性特征等的差异对情境会产生多元理解。
国内外现有的文献中，并未对项目层面的BIM情境做出统一、明确的定义与描述。但已有学者从理论层次和实践层次对BIM实施模式、BIM实施层级和BIM实施类型等做了探索性的描述（Orlikowski，2000；Boudreau et al.，2005；Taylor et al.，2009；Succar，2009），在此上述术语统称BIM情境。
1．BIM情境的理论刻画
不少学者的研究认为，不同的实施者有着不同的BIM技术实施方式，也即BIM的实施有着不同的情境：沿用传统作法（Interia）、应用（Application）、改变（Change）及再造（Reinvention）（Orlikowski，2000；Boudreau et al.，2005）。Orlikowski（2000）将BIM情境视为一种结构，认为在不同的情境下，项目各参与方可以根据自己的需要决策是否采用BIM及如何采用BIM：应用BIM、滥用BIM或者是不用BIM。相应的，其最终采用的实施方式也代表了各参与方对结构发生变化的反应。BIM实施与Orlikowski（2000）提出的technology-in-practice的概念是紧密相关的，即技术在人们不断反复的应用中对规则和资源进行重构。当技术只是用来对现状进行巩固或者保护，从而限制了技术的使用，这属于照旧的实施方式。在这种情境下，实施者可能不使用这类技术，或者使用也是敷衍了事（Boudreau et al.，2005）。在应用情境下，实施者可能在合作、提高自身的劳动生产率、解决集体问题或支持流程等方面进行应用。Orlikowski（2000）认为上述两类情境都是为了巩固和提高现状。改变的情境则是在实施技术时通过临时措施进而改变现状（Making Improvisations）。这一情境与Boudreau等（2005）提出的临时学习的概念相似，即在没有任何预设结构的情况下，实施者发起并进行技术实施，在实践中学习。Boudreau等（2005）提出的另一种情境就是再造，即在技术实施过程中无意识通过“系统调整”和“变通方法”，弥补实施者有限的知识系统并感知系统的缺陷。
Succar（2009）在分析现有BIM指南的基础上，借助虚拟知识模型和本体论从系统的角度提出BIM框架，该框架由不同的概念组成：领域（Field）、层级（Stages）、步骤（Steps）和理论视角（Lenses）。其中领域包括技术、流程和政策，各个子域又由关键参与方、交付成果及子域间的相互作用组成。技术是指以实践为目的的科学知识的应用程序（Oxford，2007）。流程是指跨时间跨地域的工作活动的特定顺序，具有开始和结束，并对输入与输出有清晰的界定，也即行动结构（Davenport，1993）。政策是用来指导决策的书面原则或规则（Clemson，2007）。
Succar（2009）从BIM实施成熟度的视角对BIM层级进行划分：以BIM实施前的状态作为起点（称为Pre-BIM，BIM准备阶段），第一层级为基于对象的建模，第二层级为基于模型的协同，第三层级为基于网络的集成，以及考虑到将来技术发展的BIM实施的终极目标集成化项目交付，如图2.1所示。
图2.1 BIM层级-线性视角
（资料来源：Succar，2009）
基于此，Succar（2009）采用知识模型（The Knowledge Model）对不同的层级进行刻画：①BIM准备阶段项目设计方使用2D CAD或3D CAD进行设计，项目各参与方使用传统图纸进行协同、交互，各参与方对技术的投入较低，技术兼容性也差；同时，各参与方的协同不被优先考虑，各参与方的工作流程也是线性的且不同步。②第一层级基于对象的建模，项目关键参与方（业主、设计方、总承包方）均可使用BIM建模工具对某一专业某一阶段的工作内容进行建模，不同专业或不同参与方间仍为单向交互，各参与方间的沟通仍然不同步甚至脱节，相关流程的改变也不大，各参与方间的合同关系、风险分配及组织行为维持不变。③第二层级基于模型的协同，项目关键参与方间积极协作，整合各自的模型，并在某一阶段或某两个阶段的连续应用，关键参与方间的沟通仍然不同步，随着基于模型的交互愈加频繁，有必要对合约进行修正，传统基于文件的基本信息流逐步被取代，在此情境下，总承包方逐步提供设计相关的服务，而设计方在设计模型中逐步增加施工与采购的相关信息。④第三层级基于网络的集成，通过BIM服务器存储、共享BIM模型，项目关键参与方在此基础上协同、集成各自的作业活动信息，形成多专业、多参与方集成的BIM模型，基于文件交换的跨组织BIM应用方式将被基于服务器的模型交换模式所替代（Kiviniemi et al.，2005），项目关键参与方能以此服务器为核心基于统一的共享模型进行协作，并与其他管理手段相结合，例如商务智能、精益建造、可持续及全寿命周期成本等。
Wong（2010）分析不同机构对BIM的定义，提出BIM的显著特征包括：建模范围、建模方法、建模功能、建模目标、BIM应用阶段、参与方间的交互方式、数据处理、BIM应用组织以及兼容性等。
从BIM情境的理论刻画可以看出，BIM情境是由技术、组织和流程交织的螺旋上升的动态过程，需要克服建设项目在组织和流程上先天的割裂特性，提高关键参与方基于模型协作的集成程度、技术的兼容程度及不同阶段知识的融合程度，推动BIM情境从采用BIM走向基于BIM的项目网络集成。
BIM情境与建设项目跨组织关系相互作用机理的实证研究28
2．BIM情境的实践刻画
在BIM情境的实践刻画中，不少实践的重点聚焦于解决BIM技术的兼容性问题，而较少关注不同参与方之间的业务集成与兼容（Taylor et al.，2009）。Taylor等（2009）结合定性和定量数据分析方法对国外应用BIM的企业进行调研，26个案例的调研结果表明，不同企业基于BIM的共享程度不同，包括基于供应链共享、跨项目网络共享、企业内部共享等。同时，分析结果表明企业层面的BIM范式是一个演进的过程，其演进轨迹由初级到高级依次为：可视化、协同、分析、供应链集成。
Eastman（2011）收录了美国、芬兰和中国香港等地10个项目的BIM应用情况。本研究从各案例BIM应用阶段、应用组织、应用目标及应用动机的角度，对上述案例的BIM情境进一步分析归纳，如表2-1所示。分析结果表明，BIM情境随着BIM应用动机和BIM应用目标的不同而不同，主要体现在BIM应用组织和流程的集成程度的差异。这为本研究在界定BIM情境时提供了有益的启示。
表2-1 BIM handbook中案例BIM情境
（资料来源：Eastman et al.，2011及本研究整理）
Fox等（2007）的实地研究将BIM应用领域和BIM应用组织作为BIM情境的主要属性，将BIM情境分为四类：单维度BIM应用、多维度（nD）BIM应用、跨组织单维度BIM应用、跨组织多维度BIM应用。
综上所述，BIM情境的核心在于实现建设项目供应链完全协同，并且为项目增值，同时，BIM情境下BIM应用价值的最大化来源于建设项目各参与方的集成程度最大化。BIM情境是一个复杂的动态过程，其通过项目这一建筑业的载体得以具体化，其基本构成要素包括：项目参与方（业主、设计方、总承包方、分包商、项目管理方及咨询方等）、项目阶段（决策阶段、设计阶段、施工阶段及运营阶段）、BIM应用的领域（场地分析、协同设计、碰撞检查、4D施工模拟、能耗分析等）。各要素间不同的组合刻画了不同的BIM情境。本研究对BIM情境理解为建设项目采用BIM对项目信息流进行管理的过程，具体表现为BIM在建设项目中实施范围、实施阶段及参与组织，BIM实施所需的相应能力（组织集成程度、流程集成程度及技术兼容程度）和所产生的相互关系。
2.1.2 我国BIM情境的初步分析
从全球范围看，BIM已被普遍视为建筑业变革的重要战略手段。已引起美国、欧洲及亚洲韩国、日本等国政府、研究机构及行业实践者的高度重视，并在行业实践中得到越来越广泛的应用，例如：美国总务管理局（General Services Administration，GSA）于2003年推出国家3D-4D-BIM计划，并陆续发布一系列BIM指南。美国联邦机构如美国陆军工程兵团（United States Army Corps of Engineers，USACE）在2006年制定并发布了一份15年（2006—2020年）的BIM实施路径图。美国建筑科学研究院于2007年发布NBIMS，并成立Building SMART联盟（Building SMART Alliance，BSA），负责BIM应用研究工作。2010年，美国俄亥俄州政府颁布BIM协议，日本国土交通省宣布推行BIM技术，至今日本BIM应用已扩展到全国范围，并上升到政府推进的层面。欧洲、韩国、新加坡也已有多家政府机构致力于BIM应用标准的制定。
我国在BIM领域的研究及实践从2004年Autodesk公司借BIM设计工具软件在国内大力推广BIM理念开始，国内逐渐开始接触BIM的理念和技术。
1．国家层面视角
2007年基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究列入“十一五”国家科技支撑计划重点项目。2012年BIM已被住房和城乡建设部列为“十二五”期间重点攻关项目。2012年3月成立中国BIM发展联盟，推进我国BIM技术、标准和软件协调配套发展。2012年6月，中国BIM标准研究项目开始启动。
2．行业层面视角
建筑业行业协会、科研院校及BIM软件提供商在2004年就为中国BIM应用奠定基础。2004年中国首个建筑生命周期管理（BLM）实验室在哈尔滨工业大学成立，并召开BLM国际论坛会议。清华大学、同济大学、华南理工大学在2004—2005年间先后成立BLM实验室及BIM课题组，当时BIM作为实现BLM的有力工具出现。2008年10月由中国建筑学会和欧特克公司共同举办的中国首届BIM设计大赛举办，共吸引了130余家国内主要建筑设计机构、高等院校的167件作品参赛。此后，2009—2013年中国勘察设计学会和欧特克公司每年举办“创新杯”BIM设计大赛，这作为国内BIM领域的“金马奖”，推动着BIM在国内的应用与发展。2011年，华中科技大学成立BIM工程中心，成为首个由高校牵头成立的专门从事BIM研究和专业服务咨询的机构。2013年9月Building Smart中国分会成立。
3．企业层面视角
2010年以后，随着上海中心大厦项目率先在超高层领域使用全过程的BIM应用示范，不少大型项目及政府投资项目的业主也渐渐提出BIM应用需求，各大建筑业企业（设计企业、施工企业以及咨询企业）踊跃成立BIM部门以响应市场需要，上述企业凭借自身的市场地位及市场影响力，推动着BIM在中国的应用。上海市安装工程集团有限公司2009年成立BIM工作室，上海建工集团2009年成立BIM工作室，上海城建（集团）公司2010年成立BIM仿真研究中心，上海现代建筑设计（集团）有限公司2009年成立BIM工作组，上海建科工程咨询有限公司2011年成立BIM中心。
4．项目层面视角
我国基础设施建设规模已进入全球领先行列，项目复杂程度越来越高、超大型工程项目越来越多，项目各参与方都面临着巨大的投资风险、技术风险和管理风险。BIM已引起建筑业企业高度关注，除了业主要求外，已有不少建设项目的参与方尝试BIM的应用，以应对上述挑战。作者所在的同济大学BIM研究团队2011年对上海各大建筑业企业BIM应用的调研中，收集了各企业典型的BIM应用项目案例，如表2-2所示。
表2-2 调研企业典型BIM应用的项目案例
注：本研究根据访谈信息、访谈对象提供的相关文件资料及各项目网络信息整理。
5．技术层面视角
BIM技术的核心是基于BIM的建设工程应用软件（马智亮，2010），其不再是依靠某一个或某一类软件就能解决所有问题（Smith，2009）。本研究对我国现有的BIM软件进行梳理，并按照软件的应用目的分为建模软件、功能分析软件和管理软件，如表2-3所示。
表2-3 我国现有BIM软件分类
从表2-3中发现，我国目前主要的建模软件以国外软件为主，且不同软件用于不同的专业，功能分析软件和管理软件也有着较多的种类，为了适应我国现有相关规范和惯例，国内的BIM软件商研发了机电分析、结构分析和造价管理等专业领域的软件产品。因此，我国不同阶段、不同专业均有一个或多个BIM软件应用。而BIM应用在项目全寿命周期各个阶段和各个专业的目标，要求基于BIM的建模和信息管理工具能够将项目信息在项目全寿命周期进行无损无缝传递（王广斌等，2009b；Wang et al.，2010）。现有软件间信息交互机制主要基于IFC标准进行数据交换，但交互的结果只能提供建筑几何形状信息和部分材料使用与属性信息，从而导致软件间数据交互后信息的损失。因此，目前我国BIM技术的兼容程度仍处于较低水平。
从上述分析中可以发现我国BIM情境具有以下特征：①从应用的参与方来看，BIM的应用仍以单个参与方应用为特征，例如设计企业以复杂节点可视化设计、错漏碰缺检查等应用为主，施工企业的应用以机电深化设计、管线综合为主。②从应用的范围来看，各案例均以解决不同参与方的工作难点的局部应用为主。③从应用的集成度来看，仍延续了建设项目割裂的本质，BIM模型分散在不同参与方各自的应用中，不同参与方模型难以进行信息交换和共享。④从应用的阶段来看，各个阶段的应用仍然是割裂的，全寿命周期的BIM应用在某些项目中有所体现，但重复建模的工作仍在不同阶段发生。⑤从技术兼容程度看，我国现有的软件兼容程度处于较低水平。此外，目前仍缺乏有效的BIM应用价值量测体系及统一的实施标准，建设项目关键参与方仍在BIM投入和BIM应用价值的两难选择中徘徊。
上述国内BIM应用特征，得到越来越多的学术界和产业界的重视及反思。同济大学王广斌BIM研究团队2011年对上海地区28家建筑业企业进行调研，针对国内BIM应用现状提出政府对策（王广斌等，2012）。王广斌等（2011）提出设计企业与施工企业基于创新应用合作的复杂动态博弈模型，并探讨了业主激励策略的有效性及局限性。
综上所述，我国BIM应用正处于一个快速上升的阶段，但目前仍存在诸多障碍，但政府部门为推动BIM应用逐步提供政策和法规支持，行业协会为推动BIM应用提供BIM成果展示平台和标准指南，建筑业领先企业为推动BIM应用积极探索实施路径，这为本研究进行我国BIM情境刻画提供了背景信息。