近年来, 国家及各地区对建筑信息模型 (building information modeling, 简称BIM) 技术的相关研究和推广应用非常重视, 一系列政策措施、标准指南、试点项目应用相继发布, 有力地推动了BIM技术的推广应用。2016年, 住房和城乡建设部印发的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》以及上海市发布的《建筑信息模型技术应用推广“十三五”发展规划纲要》均明确指出在十三五时期全面提高建筑业信息化水平, 对BIM技术的持续发展提出了更高要求并制定了相关的保障措施^[1]。然而, BIM技术的推广应用以及企业BIM能力建设仍存在诸如企业认识不足、应用环境不成熟、管理方式变革滞后、技术人员能力不足等较多问题, 亟待对相关问题进行分析并制定针对性的解决措施以推动BIM技术更深入发展^[2]。本文将对建筑企业BIM应用能力发展现状以及BIM能力所包含的核心要素进行调研分析, 识别企业BIM应用能力存在的问题和短板, 并针对性地提出BIM应用能力提升策略。

20世纪80年代, 美国Carnegie-Mellon (卡内基-梅隆) 大学的软件工程研究所对能力成熟度模型 (capability maturity model, CMM) 进行了开创性研究, 提出了一套针对软件开发过程的管理、评估和改进的模式方法^[3]。此后, 在其影响下其他行业也开展了相关研究应用, 产生了多种改进、衍生的成熟度模型^[4]。

2015年, 美国国家建筑科学学会 (National Institute of Building Sciences, NIBS) 和buildingsmart联盟发布了第3版美国国家BIM标准 (NBIMS) 。NBIMS借鉴CMM概念形成了BIM成熟度模型 (BIM CMM) , 用以评价BIM的实施等级水平、改进范围和协同能力。

基于现代企业管理、成熟度以及BIM全生命周期应用思想, 通过对建筑企业BIM应用能力评估体系的研究, 构建了建筑企业BIM应用能力量化评估模型, 为衡量企业BIM应用能力建立了系统性标准, 为企业BIM技术应用能力阶段性发展提供了改进途径^[4]。

结合建筑企业BIM推广应用现状, 考虑企业BIM应用的发展特征、业务需求以及评估方法通用性等因素, 将BIM应用能力划分为5个发展阶段, 包括初步应用阶段、成长阶段、提高阶段、成熟阶段以及持续提高阶段。将BIM应用成熟度阶段零点设定为完全无BIM应用的传统工作模式, 并对各阶段的发展特征进行描述。

基于层次分析法原理, BIM应用能力评估方法分为3个结构层次, 即目标层 (构建BIM应用能力评估方法) 、准则层 (技术、过程、战略三要素) 和指标层 (具体的评价指标, 分为3大类共11种) 。技术能力包括应用维度和IT支持两方面;过程管理能力包含BIM应用管理平台、资源库、人力资源、经济效益及社会效益方面;战略能力包括战略规划、标准体系、科研能力和人才培养方面。评价指标涵盖影响企业BIM应用能力的关键因素, 并将各评价指标进行分级, 每级对应一个分值和BIM应用关键要求, 形成表格化的评分标准。通过调查统计法、层次分析法、专家意见法进行各指标权重分析, 得出归一化的各指标权重系数。将各指标等级分值与指标权重的乘积进行累加得出总分值, 进而对发展阶段进行综合评价^[5]。

研究结果表明, 评估方法具有较好的可操作性和科学性, 可对企业BIM应用能力进行量化评估, 并识别企业BIM应用短板, 推动企业BIM应用能力水平持续提高。

调查问卷共设置43个问题, 分为3个部分:受访企业基本情况、BIM技术应用能力建设以及对本市建立BIM能力评估方法的建议。问卷内容涵盖了BIM能力评估方法的参数指标以及具体的发展级别, 主要包含企业BIM技术能力、过程能力以及战略能力3方面内容。通过网上调研、定向投寄等渠道对上海市建筑单位 (建设、设计、施工、咨询等) 进行了专题调查。网上调研采用由PC端和移动端进行问卷链接推送的方式, 调研对象通过链接进行反馈;定向投寄以纸质或Email方式发送调研问卷, 完成问卷反馈。共收回问卷97份, 有效问卷93份, 其中来自建设单位24份 (占25.81%) , 设计单位22份 (占23.66%) , 施工单位27份 (占29.03%) , 咨询单位20份 (占21.51%) 。此外, 绝大多数受访者都来自国有企业, 占比达63.64%, 而民营企业和外资企业的受访者分别占23.64%和1.82%, 其他企业 (主要为股份制) 占10.91%。

BIM技术能力是BIM理论向实际应用转化的必经途径, 调研主要包含BIM应用范围和深度以及软硬件配置和应用。调研结果显示, BIM的各项常规应用均达到较高比率, 基于BIM的碰撞检查及管线综合应用率最高, 分别为92.78%与87.63%。其中, 设计阶段基于BIM的分析应用率较低, 基于BIM的采光分析为20.62%, 节能分析为22.68%;施工阶段基于BIM的结算应用率最低, 占有率为36.08% (见表1) ;此外, BIM技术呈现出与其他新兴技术结合的趋势, 其中BIM和管理平台的集成应用达到86.67%, BIM与GIS、互联网、物联网、移动通讯等技术的集成应用不断涌现 (见表2) 。BIM应用呈现出“BIM+”的趋势, 具有多阶段、集成化、协同化、多角度、普及化的发展特征。

在硬件设施建设方面, 得益于计算机网络技术的快速发展以及成本的降低, 43.64%的企业采用了局域网协同以及云服务器的作业方式。在BIM软件方面, 设计及施工阶段软件体系逐步完善, 其中Autodesk Revit、Navisworks使用率较高 (分别为81.25%, 65.63%) , Bentley与Dasult软件主要在大型企业和市政基础设施类项目中使用。BIM建模软件应用较成熟, 但分析类软件使用率较低, 其中结构分析软件Robot的应用率为7.14%, 环境分析软件Ecotect、e QUEST分别为17.86%和0%。同时, 运维管理软件应用较少 (Archibus为8.93%) , 尚处于探索研究阶段。国产软件中PKPM、鸿业、广联达、鲁班、蓝色星球等在项目各阶段也得到不同程度应用。广联达BIM 5D在施工企业中的占比为26.56%。总体而言, BIM价值的最大化体现需要依靠多种软件的复合应用。各类BIM软件功能不断完善, 国外软件功能强大, 但本土化发展仍需加强。国产软件在核心技术、独立的软件生态系统等方面仍需努力。

过程能力为BIM应用提供了人力组织、过程行为保障, 调研主要包含企业信息化、BIM资源库、团队组织架构、员工认识、项目应用以及BIM投资和效益等内容。

在企业信息化建设方面, 46.43%已建立基于BIM的企业级信息化平台, 42.85%已建立项目级信息化管理平台, 17.86%未建立。其中, 19.64%的企业级BIM应用系统与企业级信息化系统之间存在数据联系, 10.71%实现项目级BIM平台与其他信息化平台集成 (见图1) 。由此可见, 建筑企业重视信息化系统的建设。但是, BIM的核心是工作协同和数据互用, BIM与其他信息化系统的集成应用任重而道远。

在BIM资源库建设方面, 45.36%的企业建立了项目级构件库, 42.27%的企业建立了企业级构件库。在资源库的资源种类和数量以及标准化管理方面仍需加强。在BIM团队建设方面, 超过80%的企业已建立专门的BIM组织机构, 60.71%建立了公司级的BIM应用团队。可见, 企业对BIM团队的建设非常重视。但是, 53.57%企业BIM专业人员占总员工的比例小于10%, 具备BIM应用能力的人才普遍缺乏, 尤其是具备工程经验的专业人员和较高层次的BIM管理人员紧缺。在BIM认识方面, 5%~30%员工了解BIM的企业占35.71%, 30%~50%员工了解BIM的企业占17.86%, 50%以上员工了解BIM的企业占37.5%。超过80%的企业管理层对BIM有较清晰的认识, 并且正积极推动BIM应用, 另外有13.3%的企业管理层了解BIM, 有推进热情, 但不知如何推动。由此可看出, 近年来全社会多渠道共同积极推广宣传BIM, 推动了BIM技术的发展应用。但是在政策支持和指引、宣传交流、市场培育、技术研发等方面仍需全社会共同努力, 为BIM技术发展营造良好环境。

BIM技术在工程项目的应用深度和广度方面, 2015年上海市推出了BIM应用试点项目和示范企业, 并建立了相关的评估、管理标准, 定期进行跟踪指导, 形成了可推广的经验模式, 有力推动了BIM技术的示范应用。参与上海市试点项目的企业占83.33%, 62个BIM应用试点项目涵盖建筑工程、交通基础设施、市政工程等类型, BIM应用以跨阶段应用为主, 设计、施工、运维全生命期应用项目占比达45%。BIM应用的组织模式主要以建设方主导、专业咨询、各方参与的模式为主, 易于把控BIM应用的效果。在BIM投资和效益方面, 由于建筑行业特殊性, 如工程项目唯一性、不可逆性以及多因素干扰性, 缺乏有效的BIM效益量化评价方法, 一般以经验统计进行测算。调研发现, 41.82%的企业BIM相关年投入在100万~400万元, 年投入超800万元的企业占16.36%;29.43%的企业BIM相关年产值为100万~400万元, 年产值超过800万元的企业占比23.53%。在50%以上项目应用率的企业中, 79%企业收益大于投入, BIM技术应用项目覆盖率较高的企业, 投资回报率在逐步增加, BIM经济、社会价值日益显著。

战略能力是企业可持续发展的重要动力, 调研内容包括企业战略规划、标准体系、科研能力、人才培养等。

调研发现, 86%的企业制定了企业BIM发展的指导文件或详细规划, 为企业发展制定了明确的目标。75%企业已制定企业级或项目级的标准, 注重经验总结和规范化应用。近5年科研投入50万元以下的占比30.91%, 投入50万~200万元的企业有34.55%, 18.18%企业年科研投入在200万~500万元, 科研投入500万元以上的企业达到14.55%。承担或参与国家级、省级、企业级科研课题多于15项的企业分别占3.7%, 5.56%, 9.09%。企业通过建立多级科创体系, 鼓励科技创新和产学研转化, 为企业持续发展注入强心剂。

在BIM人才培养方面, 企业倾向于聘请内部BIM专家或外部专业老师对既有员工进行培训 (占45.8%) , 其次为聘请成熟的BIM专业人才 (占32.5%) 。培训的内容按人才能力梯度进行分级培训, 如BIM软件培训、基础应用培训、高级管理培训等。总体而言, 多数企业均重视人才培养, 制定了相关的培训计划, 并建立了考核机制, 为BIM推广应用提供了人力基础。

上海市企业BIM技术应用能力调研结果表明, 企业BIM技术应用能力发展迅速, 但是总体仍处于市场培育和推广应用阶段, 诸如标准体系、人力资源、经济效益等方面仍有待加强。

各企业对BIM技术的应用越来越深入, 从解决单项技术问题向解决系统性综合问题转变, 对BIM的应用由单纯技术向管理转变, 与各种新兴技术的结合也越发明显, BIM价值被定位为提升企业品牌的战略层次。大多数企业的硬件设施能满足BIM应用要求, 部分大型企业已建立起基于私有云的计算中心, 集中式服务器的模式也得到了较为广泛的应用;从软件角度, 大部分企业已具备基本软件的应用能力, 部分企业具备自主开发平台的能力。目前软件投资占企业BIM投资的较大部分, 本土化BIM软件的开发有待加强。

本土化的基于BIM的项目管理平台在项目中应用越来越普遍, 企业级平台则更多是针对企业需求定制或自主开发, 行业级的协同平台较为缺乏。设计企业较多建立的是BIM构件库、模型库, 施工企业较多建立的是产品库、施工设施库, 建设单位多建立户型库、产品库, 部分企业已建立完善的BIM资源库, 各类企业均有建立行业级对象库的需求。在BIM团队建设方面, 多数企业选择建立BIM中心的方式, BIM专业人才特别是具备一定工程经验的普遍缺乏。目前, 上海市各类BIM交流论坛、竞赛观摩较多, 各企业对BIM行业发展的参与度较高, 形成了“政府搭台、企业唱戏、社会参与”的联动协同发展格局。

上海市成立了专门的BIM推广组织, 发布了一系列配套政策文件、标准规范, 建立了多批BIM应用示范项目, 推动了BIM技术的稳健发展^[6]。目前, 企业管理层对BIM的认知程度不足, 进而影响企业战略规划的制定。BIM标准体系完善、科研创新和成果转化以及教育培训等仍需加强, 为BIM技术的推广应用提供有力保障。

某企业是上海市具备总承包资质的施工企业, 拥有员工5 000人, 其中掌握BIM技术的员工约300人。应用BIM技术已有8年时间, 企业下设BIM中心, 员工60人。已建立企业级信息化计算机中心, 配备完整的BIM应用软件, 自主研发了企业级基于BIM的信息化平台并且成功与企业ERP对接, 已经成功使用2年。在项目应用中, 一般采用BIM专业人员和工程师配合完成BIM实施, 使用过欧特克、广联达、蓝色星球、Bentley、斯维尔等商业化平台, 独立开发了针对企业的材料管理平台, 能熟练应用BIM进行深化设计、构件预制、进度、工程量模拟及专项施工方案模拟等。目前, 该企业在建项目180项, 其中使用BIM技术的有32项, BIM业务年合同额约4 000万。该企业是上海市BIM联盟和中国BIM联盟核心单位。主编国家标准1项, 参编3项, 主编、参编上海市BIM标准指南2项。企业管理层有BIM行业资深专家。制定了企业10年信息化发展规划和详细计划。每年在BIM方面的投入约3 500万。承担多项国家、上海市建筑信息化相关科研课题。该公司定期开展BIM软件相关培训, 每年招聘一定数量应届生及成熟BIM人才。

通过调研发现, 该企业在软硬件配套上已经比较成熟, 处于行业内领先水平。具备一定的软件 (二次) 开发能力, 拥有自主开发的BIM应用平台。拥有较稳定的BIM服务团队, 具有较丰富的实践经验, 能够在项目中系统地应用BIM技术。项目应用水平达到行业领先水平, 具有一定的盈利能力和行业影响力。领导层对BIM的发展认识清晰, 大力支持发展BIM技术, 定期进行BIM技术相关培训。总体上, 该企业BIM技术发展达到了一定水平, 但是通过评估分析也会发现存在的短板和问题。

BIM应用维度方面, 该公司能依据上海市BIM应用指南要求熟练进行施工领域的基本应用, 将BIM技术与现场管理进行融合, 有效提升了项目管理水平。但是, 项目管理各业务口以BIM为工具实施自身业务管理的能力还需提高, BIM技术与其他新兴技术的集成应用仍需加强, 对照BIM技术应用能力评估方法, 在“应用维度”项处于第7级。

IT支持方面, 该企业能够按照项目需求实时采购各类BIM应用软件、硬件设备等, 并拥有企业级的信息化计算中心。综合而言, IT支持能力较强, 达到第9级要求。

管理平台方面, 该企业对各类主流的基于BIM的管理平台应用实践较为充分, 研发了项目材料管理平台, 并建立了企业级的信息化管理平台, 达到第8级要求。

在资源库方面, 该企业已建立BIM资源库, 资源种类和数量较为丰富, 并建立了标准化的管理制度, 能够实现实时共享, 提高BIM应用效率, 达到第7级要求。

在组织架构、人力资源方面, 4年前建立了总部BIM中心, 进行项目应用支持的同时能够进行BIM发展规划、技术研发、内部培训等工作。掌握BIM技术的员工达到6%, 普及程度仍待提高, 达到第7级要求。

经济效益方面, 该企业积极推广BIM技术应用, 多个在建项目被选为上海市BIM试点项目。BIM在项目的应用覆盖率达17.8%, BIM相关的年产值达4 000万, 产生了较好的经济效益, 评为第8级。

社会效益方面, 该企业获得多项BIM竞赛奖励, 承办过BIM大赛、交流论坛等活动, 具有较好的行业影响力, 评为第9级。

战略规划方面, 对企业BIM能力建设的定位明确, 领导层对BIM认识清晰, 资金和政策支持稳定, 制定了中长期的BIM发展规划, 形成了长效的BIM发展机制, 达到第9级的要求。

在标准体系建设方面, 参编了多项国家及行业的BIM规范指南, 形成了企业和项目级的BIM应用标准指南, 形成较为完善的标准体系, 但专业领域拓展、修订更新有待加强, 评为7级。

科研转化方面, 建立了多级科创组织管理体系, 承担了多项国家和上海市的科研项目, 科研队伍和投入较稳定, 建立了多个产业转化基地, 达到8级要求。

人才培养方面, 主要以师徒带教、基础培训为主, 在培训范围、多层次培训等方面有待加强, 评为7级。

由表3可知, 该公司BIM技术应用能力评分为7.645分, 处于提高阶段, 距下一阶段还需0.155分。

评估结果显示, 企业在“应用维度”“资源库”“人力资源““标准体系”和“人才培养”等方面相对薄弱。该公司较为重视BIM技术的应用, 技术能力及战略能力的建设较为完善。在信息化建设方面具有一定优势, 各种基础资源较为完善, 战略定位较为明确, 但是创新应用有待加强, BIM应用的普及程度、人才培养方面有待进一步提高。总体而言, 企业BIM能力处于提高阶段。

根据企业BIM应用能力的评定结果, 对企业BIM应用能力存在的短板进行了识别, 针对性地提出企业BIM应用能力的提升改进策略。

1) 稳固基础应用, 挖掘集成应用价值 BIM及其他信息化技术发展迅速, BIM价值的最大化集中体现在与新兴技术的集成应用方面。进一步完善BIM应用体系, 鼓励创新, 在诸如人工智能、大数据、智慧城市等新技术、新背景下集成应用BIM技术, 进一步挖掘BIM深层次价值。

2) 强化员工的BIM技术应用能力 以BIM中心为支撑, 以项目实践为重点, 强化员工的BIM技术应用能力。加强应用模式、技术经验的总结, 建立完善的BIM技术应用体系。项目管理各业务口真正做到以BIM技术为工具, 将其融入到项目管理中, 降低专职BIM应用人员占比。

3) 进一步加大BIM应用覆盖率 在不同项目类型推广应用BIM技术, 加大BIM应用覆盖率, 提升BIM应用的广度和深度。比如, 结合公司主营业务和业务板块, 在建筑、市政、工业等项目应用BIM技术, 在设计、施工、运维全生命期应用BIM技术, 以及在EPC、IPD等不同管理模式下应用BIM技术。

4) 加强基础培训, 开展高层次培训 在加强基础培训的同时进行高层次培训, 形成全员BIM学习热潮。通过建立完善的培训、考核机制, 为企业员工的BIM应用能力持续提高提供有效的途径。比如, 通过建立网络学院的方式进行专项教育并严格加强考核、资格认证等管理, 真正做到学有所成、学以致用。

5) 注重经验总结、资源积累, 形成知识沉淀 在BIM实施过程中注重经验总结, 鼓励相互交流、共享。逐步完善企业构件库、模型库、项目知识库、标准库等资源库, 形成企业战略资源, 提高BIM技术易用性。

通过对建筑企业BIM应用能力所包含的技术能力、过程组织能力、战略能力进行问卷调研, 分析了存在的短板和发展方向。将基于成熟度的表格化的企业BIM应用能力量化评估方法用于对某企业的评估, 验证了评估方法的科学有效性, 识别了的企业BIM应用能力存在的短板, 并提出了BIM应用能力提升策略, 在BIM集成应用、项目覆盖率、培训等方面提出了改进措施, 为企业提升BIM应用能力指明发展方向, 具有一定的指导借鉴意义。