BIM的出现对建筑业意义重大, 经过了十几年的发展, BIM的优势受到了广泛认可, 既可以提高建设工程的质量和效率, 也可以更好地实现建设工程管理信息化。但在BIM的应用过程中也遇到很多问题, 比如BIM该如何应用才可以发挥最大效益, 如何评价BIM在项目中的应用情况以及BIM应用程度, 接下来该如何继续深入地发展等。

为了解决这些问题, BIM用户应首先评估BIM的实施情况, 以确定最适合用户特征的改进方法与实施策略。针对这些需求, 相应开发许多测量BIM成熟度的工具。尽管BIM成熟度模型越来越多, 但对于BIM成熟度的评估研究仍处于初级阶段, 行业内对此尚未建立统一标准。另一方面, 众多的BIM成熟度模型由于各自测量范围、角度的不同, 具有特定的优缺点, 这也给用户在测量工具的选择上带来了困扰。

从起源上看, BIM成熟度模型深受软件工程研究所 (SEI) 能力成熟度模型 (CMM) 的影响X^[1], CMM模型最初主要针对软件项目能力的成熟度评估, 而后经过不断丰富拓展, 也开始在其他行业作为衡量成熟度的框架之一。由于CMM模型适用对象主要为软件行业, 与建筑行业有着较大的差别, 不能满足建筑业参与方众多、生命周期长、实施过程复杂等特点, 因此许多学者致力于将CMM模型基于建筑业改进。BIM成熟度模型在这些基础上, 随着BIM技术的推广普及, 一步步得到发展与完善。

国外BIM起步较早、发展迅速, 许多国家和地区不仅出台了BIM的专用标准和操作指南, 还明文规定了在某些类型和规格的建设项目中必须应用BIM技术。而在BIM成熟度的研究方面, 国外学者也是远远领先于我国, 开发了多种测量BIM用户应用成熟程度的工具。

本文选取了九大典型的BIM成熟度模型, 并按开发的时间顺序进行排列, 下文将简要介绍九种成熟度模型。

(1) NBIMS ICMM:Minimum BIM

美国国家建筑信息模型标准 (NBIMS) 在2007年提出了第一个BIM成熟度测量工具, 并将其作为国家BIM标准的一部分颁布。该成熟度模型在CMM模型的基础上扩展, 针对BIM应用的特点进行了改善。随着标准版本的更新, 在第三版标准中的成熟度模型共有11个评估项 (见表1) , 每项共有10个成熟度递进的等级, 每个等级根据调查对象自行评估后确定, 同时得到等级对应的分数, 经过权重计算后得到总分, 该总分即为最终的BIM成熟度水平。在该模型中, 11个评估项的权重未有统一的规定, 而是由调查对象自行确定。在第三版标准中, 还存在一个BIM成熟度的最低标准, 总分40分为Minimum BIM^[2]。

(2) iBIM——英国成熟度模型

Bew和Richards (2008) 开发了英国BIM成熟度模型。iBIM模型识别英国建筑的特定能力目标, 涉及技术, 标准, 指南, 分类和交付的行业。它有四个主要级别, 定义如下:

0级:使用二维的CAD而没有统一管理, 通常借助图纸进行信息交流;

级别1:使用二维或三维的CAD, 并借助协作平台提供的公共数据环境 (及标准化的数据结构和格式) 实现统一管理。但商务信息另行管理, 也没有集成成本管理;

级别2:使用多个基于不同专业任务的BIM工具, 并有统一的三维环境;进度和成本的信息也可纳入其中;采用企业资源计划 (ERP) 管理商务信息;

级别3:使用集成了各类信息的单一模型, 且借助统一的数据格式实现完全开放, 还可根据项目进展进行实时更新^[3]。

(3) IU BIM Proficiency Matrix

印第安纳大学开发了IU BIM能力矩阵。该工具使用Excel电子表格创建, 该电子表格有8个区域:模型物理准确性、产品集成开发方法、计算心态、位置意识、内容创新、建设数据、竣工建模、设施管理数据丰富度, 32个度量 (见表2) 和5个成熟度级别组成。与NBIMS ICMM不同, 每个度量指标在IU BIM能力指数中具有相同的权重。评估BIM成熟度过程中, 调查对象为每个指标分配0和1之间的分数。0表示不存在相应的BIM应用, 而1表示功能被完全应用。最后得到32个度量指标的总分, 根据分数的范围确定成熟度级别, 五个成熟度级别分别为“向BIM发展阶段”、“公认BIM阶段”、“白银阶段”、“黄金阶段”、“理想化阶段”^[4]。

(4) BIM Maturity Matrix——Succar

BIM MM是Succar在2009年开发的成熟度模型, 基于已有的理论, BIM MM为每项措施提供了全面的解释, 以最大限度地减少不一致性, 并将测量范围扩展到BIM的非技术方面。BIM MM包含三个主要区域:Process (流程) 、Technology (技术) 、Policy (政策) , 包含资源、流程、产品与服务、领导、软件、硬件、网络、基准、合同、监督共12个度量指标, 每个指标采用五个等级进行测量。通过平均所有度量的分数来计算总BIM成熟度水平^[5]。

此外, Succar的模型中还特别设计了粒度级别的概念, 他将BIM成熟度划分了四个粒度级别:Discovery (探索) 、Evaluation (评估) 、Certification (认证) 、Auditing (审计) , 每一个粒度级别都对应了不同的评估细则, 虽然指标的设置不变, 但每个指标措施的详细程度随着粒度级别的升高更加深入。

(5) BIM Quick Scan

BIM Quick Scan由荷兰应用科学研究组织TNO开发, BIM Quick Scan工具分为四章:组织和管理, 心态和文化, 信息结构和信息流, 工具和应用程序。每一章都包含一系列关于多重选择问卷的关键绩效指标, 每个关键绩效指标都有很多可能的答案。对于每个答案, 分配一个分数, 每个关键绩效指标还包含一定的权重因子, 在考虑权重因子后, 所有部分得分的总和代表组织的BIM绩效总分。

问题分为十个具体方面:战略、组织、资源、合作伙伴、心态、文化、教育、信息流、开放标准、工具^[6]。

(6) VDC Scorecard

VDC Scorecard由斯坦福大学于2012年开发, VDC记分卡包括4个主要领域:规划, 采用, 技术和性能, 规划领域涉及目的、标准、准备, 采用领域涉及组织、过程, 技术领域涉及应用、覆盖、一体化, 性能涉及数量、质量, 共计10个部门和74个措施^[7]。该工具的特点在于建立置信水平, 分析输入数据的客观符合程度, 使结果更加权威。同时, VDC计分卡也是一种基准工具, 每项措施的答案都将根据行业标准进行评估, 并转换为五级百分比排名, 以指示BIM与其他用户的成熟度水平。VDC记分卡示意见图1。

(7) CIC Research Program’s Owner Matrix

2013年建筑信息模型 (BIM) 设施所有者规划指南V2.0发布, 用于指导项目团队完成BIM实施的规划流程, 指南的服务对象主要是设施所有者, 即业主。本指南包含6个关键的BIM规划元素:战略、使用、过程、信息、设施、人员^[8]。

战略元素包含了组织使命和目标、BIM愿景和目标、管理支持、BIM高级领导、BIM计划内容;使用元素包含了项目使用、操作用途;过程元素包含了项目流程、组织过程;信息元素包含了模型元素分解、发展水平、设施数据;设施元素包含了软件、硬件、物理空间;人员元素则包含了角色和责任、组织层次结构、教育、培训、变更状态准备。

此外, 它还为规划元素中确定的每个成熟度级别提供了简单描述。每个元素的成熟度等级从0到5共有6个级别, 表示该组织内部该应用元素的成熟程度由没有应用到完全应用的递进过程。

(8) Owner’s BIMCAT

Giel和Isaa在2013年开发的业主BIM CAT (业主BIM能力框架) 是另一种将业主视为主要用户的工具。该工具包含3个主要测量部门:运营能力、战略能力、行政能力, 12个子部门:BIM可交付评估、项目BIM使用需求、技术、员工才能、组织BIM使用、文档、项目标准、准备、目标、政策、人员、程序, 以及相对应的66个具体措施, 其广泛的测量范围, 几乎涵盖了生命周期视图的所有BIM应用方面^[9]。

业主的BIMCAT分为三大主要能力类别:运营能力, 战略能力和行政能力 (见图2) 。这些类别中的每一个也被分成了若干个子分支, 共有6个能力水平。

(9) BIM Cloud Score

BIM Cloud Score于2014年开发, 包含六个主要测量方面和19个定量测量, 旨在特别评估BIM建模技术的成熟度水平。六个主要领域为:生产力, 有效性, 模型质量, 准确性, 实用性和经济性^[10]。当使用BIM Cloud Score时, 需要准确的数据, 并且通过利用混浊计算和预装软件, 相关过程 (包括数据收集, 评估和分数加权总和) 全部自动化。系统可以使用多个数学测试进行自我优化。

对比上述九大BIM成熟度模型, 不难发现模型之间最大的不同在于各自测量指标的设置与评价, 每个模型都设立了独特的一套指标体系框架, 在此基础上通过相应的评估方法与计算模式得到确定的成熟度级别。

纵观不同的BIM成熟度模型, 在评定指标的设置上大致有以下几大类:技术, 过程, 组织, 标准, 人员 (利益相关者) 五个类别。技术类评估包括BIM功能的熟练程度以及相关软件, 硬件和网络等。流程类评估包括BIM相关作品, 交付和交互的建立, 管理和记录流程。组织类包括组织BIM计划, 包括目标, 战略和领导支持。人员 (利益相关者) 类包括BIM员工的能力, 心态和培训相关的问题。最后, 标准类包括标准, 准则, 规范和合同的实施情况。

另外, 从BIM成熟度模型的研究对象 (主体) 角度出发, 大致可以将以上成熟度模型分为两大类:项目级与组织级^[11]。项目级成熟度模型主要针对单个项目中BIM的应用情况进行评估, 组织级成熟度模型则是针对大型企业整体BIM的应用水平进行评估。相应的在指标设置上, 这两种类型的模型也存在不同:以项目为研究对象的成熟度模型, 评价指标以单个项目开展过程中可能涉及的关键因素展开;以组织为研究对象的成熟度模型, 评价指标除了项目过程中的关键因素, 还包括了组织设置与管理等一些外部因素。

在面向组织级开发的成熟度模型中, 大多数模型的服务对象以业主为主, 从业主角度围绕其BIM应用的全过程设计关键指标因子。除以业主为目标之外, 也有一些模型站在设计方、承包方的角度出发, 但仅针对单独的参与方的模型比较少见。

详细的成熟度模型的分类如图3所示。

除了研究对象层次的不同, 前文所提到的模型在其他方面也存在许多不同, 例如在指标因子的选择、评估方式、成熟度级别设置等方面, 详细情况见表3。

讨论与比较九大BIM成熟度模型是为了掌握成熟度模型的测量对象、评价方法, 从而给用户选择适合的BIM成熟度模型提供重要的准备。

以上九大成熟度模型在实际操作层面上优缺点并存:美国国家BIM标准与IU能力矩阵在BIM功能的评估上的较为详细, 但两者太过依赖业主的主观因素, 因此难免缺乏客观性;iBIM——英国成熟度模型, 优点在于模式简单, 易于理解, 但该模型不能衡量组织绩效或市场成熟度且因为只适用于英国的行业标准, 所以只能在英国使用;Succar的BIM MM指标度量措施解释全面, 很大程度上减少了不一致性, 相比于前几种模型更为客观, 但使用该模型用于评估客户组织时, 还需要根据个体情况进行修改;BIM Quick Scan调查群体涉及广泛, 涵盖了多数参与者的真实想法, 但问卷发放基数大, 操作起来较为繁琐;VDC Scorecard可用于整个项目生命周期的许多领域, 功能上比较齐全, 但在评估冲突检测, 调度和估算时存在限制;CIC Research Program’s Owner Matrix被认为是评估客户组织BIM成熟度的最有效的评估模型之一, 在具体应用是根据国情需要调整相应的标准;Owner’s BIMCAT测量范围广泛, 几乎涵盖全生命周期视图, 但也因此众多的衡量措施使其实施起来较为复杂, 并且需要评估的大量细节;BIM Cloud Score由于使用了预装软件进行操作, 与上述模型相比省去了许多人工操作的步骤, 自动化程度高, 但其侧重于检查建模和模型质量, 对其他组织应用BIM的情况并不适合。

在用户选择BIM成熟度模型的过程中, 必须结合需要评估的个体情况, 考虑所选工具的整体复杂性和针对的问题范围。如果BIM实施处于初期阶段, 建议用户使用NBIMS ICMM和IU BIM能力矩阵。尽管这两种测量工具都存在着主观性过强的缺点, 但这两种工具很适合用于评估基本的BIM功能和启动BIM的必要过程, 能够满足用户的需求。

如果用户的规模倾向于大型实体 (例如具有复杂层级和多个正在进行的项目的EPC承包商) , 则需要一个全面的工具来评估当前BIM技术的成熟程度^[12]。在这种情况下, BIM Maturity Matrix、VDC计分卡、CIC Research Program’s Owner Matrix和Owner’s BIMCAT可能较为适用。这四种成熟度模型涉及的评估范围都非常广泛, 几乎涵盖了项目的生命周期, 详细的关键指标能满足大型实体客户的需求。若客户又是以设施所有者即业主的身份进行成熟度评价, 可以选择使用CIC Research Program’s Owner Matrix和Owner’s BIMCAT这两种专门针对于业主设计的工具。

相比之下, 如果BIM用户是小型特殊分包商, 日常工作种类比较单一, 企业能力高度依赖于BIM建模质量时, BIM Cloud Score是比较推荐的模型。BIM Cloud Score侧重于检查建模和模型质量, 不需要管理和人员方面的信息, 因此能最有效地满足需求。

国内由于BIM起步晚、缺乏详细的标准体系、不平衡的发展结构等原因, 在BIM成熟度模型研究上, 还未有深入权威的模型体系产生, 更多的是借鉴国外模型对一些项目的BIM执行状况进行判断评价。例如曹颖等使用美国国家BIM标准最小化BIM成熟度模型对设计案例进行成熟度的试计算。

另外, 国内对BIM成熟度模型的研究大多是以项目为对象, 对BIM应用成熟度模型的目标对象、适用层次等概念区分的不是非常清楚。在以组织为目标对象的成熟度模型研究中, 有学者针对设计企业的BIM应用能力, 建立了组织适应能力、流程管理能力、技术基础能力、环境构建能力的评价体系。针对业主、施工企业的BIM成熟度模型研究, 目前国内相关的研究较少。

虽然我国在BIM成熟度模型方面研究较少, 缺乏深入度, 但也因此可以对国外开发的多种BIM成熟度模型进行比选, 选择合适的评估工具并融入中国特色的建筑业国情, 加以合理的改进从而形成适合我国BIM应用的成熟度评估模型。

对于我国BIM成熟度模型的研究, 本文有以下几点建议: (1) 深入了解国外多种BIM成熟度模型的内涵与操作方法。相较于国内应用BIM刚刚起步, 国外BIM发展已久, BIM成熟度模型也经过了丰富案例的验证, 具有一定的科学性。国内在开发BIM成熟度模型时不仅需要关注模型的内容, 也要了解实际案例在模型中的检验应用。 (2) 建立符合中国国情的BIM成熟度指标体系。BIM成熟度模型是依靠众多关键指标的测量进行运作, 照搬国外成熟度模型的指标体系是不合适的, 尤其是在政策、标准等领域的指标上, 国内国外有很大的不同, 因此要根据中国建筑业应用BIM的情况制定一套成熟度指标体系。 (3) 结合丰富的案例进行模型的检验。BIM成熟度模型最终是为BIM用户服务, 其准确性与严谨性需要得到保障。在BIM成熟度模型的开发过程中, 要注意与实际案例的结合, 并关注BIM用户的反馈与满意程度, 检验模型的可操作性, 同时对模型动态修正。

本文通过文献总结了国外认可度较高的九大成熟度模型, 对比总结了模型的特点以及如何进行模型的选择。虽然目前我国的BIM成熟度模型的研究较少, 但基于国外多种的成熟度模型, 国内学者可以进行有针对性的选择并根据中国建筑业实际情况进行改善。

当前BIM成熟度模型的研究和应用仍然处于探索阶段, BIM成熟度模型的发展与应用受到BIM技术发展、行业推广、政策支持等多方面因素的影响。关于BI M成熟度模型中指标的设置与评估的方法等仍然需要进一步的研究。不管是单个项目的BIM成熟度模型还是组织内部的BIM成熟度模型, 都需要不断地修改与完善, 才能最终实现用户评估自身BIM应用成熟程度的需求, 为用户制定下一步的BIM应用计划奠定基础。