1 引言

建筑业长期以来表现出低效、浪费大、进度控制难、设计变更多以及信息缺失等问题。割裂的生产模式是主要原因, 其中信息割裂是根源性问题, 建筑业建设工程项目的信息技术 (IT) 系统都是相互孤立, 自成体系, 致使数据冗余, 形成“信息孤岛”现象。美国研究科学院在2009年报告中提出, 提高美国建筑业的生产效率首要的障碍是IT手段非常有限, 这些技术也是解决建筑业割裂问题的有效手段。建筑信息模型 (Building Information Modeling, 简称BIM) 作为建筑业的创新性IT被认为解决建筑业信息割裂问题, 提升工程项目管理效率的革命性技术。美国科学院的报告还指出以BIM技术为代表的建筑业创新技术是提高建筑业生产效率和竞争力的一个重要机遇。但很长一段时间内受计算机硬件与软件水平的影响, 对BIM技术的研究还更多停留在学术研究的范畴, 并没有很好地在行业实践中得到推广和应用。本研究首先分析BI M技术应用现状。其次, 总结了一些学者基于创新扩散理论 (IDT) 和技术接受模型 (TAM) 理论在建筑业BIM扩散和接受的模型和影响因素方面的研究。然后结合相关研究报告及文献, 从建设项目层、参与方团队层和个体使用者层对BIM应用障碍问题进行归纳总结, 建立了一个研究BIM应用问题和障碍分析框架。

2 BIM技术的应用现状

2.1 BIM技术应用的主体不同

建设工程项目各个参与方的BIM应用功能和价值的侧重点各不相同。对于设计方, 三维可视化、协同工作和信息检索都有明显的好处, 可以提高设计团队的成本效率和盈利能力;对于施工方, 准确的产品模型信息有利于预见许多施工过程中的问题, 提前发现和解决;对于业主方, 一个信息丰富的模型允许设计成果在设计阶段建模, 同时一个建筑物的终身性能可以被最大化。各BIM使用者个体也在自身技能、经验、对BIM的认识和期望方面各有不同, 其BIM价值体验也存在很大差异。

2.2 BIM从单一技术逐步转移到系统集成

建筑业从业者意识到将BIM技术从特定的应用程序转移到更全面的解决方案的好处。从系统解决方案来看, 英国2017年BIM报告中指出, 英国已经把BIM作为提高建筑领域核心竞争力的国家战略, 不仅是在政策上给予鼓励, 还为实施BIM的企业开发了相应的软件工具。国内也逐步通过BIM信息平台软件系统融合参与方职责和具体的业务流程。

2.3 BIM带来的的价值和效益

Brittany等指出在BIM的应用过程中, 甲方是否愿意为BIM买单对承包商使用BIM起着决定性的作用, 并通过对案例的数据进行分析, BIM投资回报率 (ROI) 从16%~1654%不等。过案例分析可以看出BIM不仅在ROI上有巨大的影响, 并且能改变建设工程项目的工作方式。Kristen等基于相似的使用BIM和未使用BIM案例的比较, 从投资回报、设计和施工投资、项目管理过程这三个角度来测算BIM的价值。结果显示, BIM在工程质量的提升、工程进度的保持、设计施工费用的减少上都具有一定价值;但也承认, 成功的BIM也取决与项目的大小、团队的沟通、成员的BIM熟练度等。2015中国BIM研究报告指出BIM技术创新性地为项目带来了以下三方面效益:一是优化设计方案, 即BIM有助于向客户交付更好的项目;二是减少施工图中的错漏, 对于大型复杂项目而言, 图纸存在错漏会对成本、质量和进度带来极大的影响;三是提高客户参与度, 具备强大的可视性的BIM是提高业主参与度的有效手段。

3 BIM技术的扩散和接受过程

3.1 BIM技术的扩散

整体上看现有关于BIM的研究主要集中在技术层面, 聚焦于探索BIM系统开发、BIM功能应用、BIM技术兼容性等问题。BIM技术对图形构件和数据管理环境的支持, 提供了相关的数量、信息成本、进度和物质存储, 帮助迅速决定和数据分析。Rogers提出的创新扩散理论 (IDT) 来源于社会学, 被广泛用来研究各种创新扩散现象的理论, 将创新扩散定义为通过一段时间、经特定渠道、在某一社会团体的成员中传播的过程。Rogers提出五个创新技术特性指标:相对优越性、相容性、复杂性、可试性及可察性。后续研究对Rogesr提出的创新的特性进行了修正, 构建了一组用于研究用户技术接受的变量, 并证明了创新的特性对于预测技术接受的有效, 增加了另外3个指标:形象、结果可说明性以及可见性。在IT领域, 创新扩散理论认为技术的特点 (兼容性、复杂程度、比较优势等) , 潜在用户的特征 (个人的创造性, 对IT技术的掌握程度等) 以及组织环境 (外部的规范和竞争) 等因素是影响IT接受和使用的重要决定因素。Kale等明确指出第三代三维数字化CAD技术 (BIM) 是建筑业的创新性IT技术。结合创新扩散理论, BIM扩散过程亦可以用扩散的“S”曲线来描述。本研究团队于2011年5月对上海市11家典型建筑业BIM应用企业进行了访谈调研, 基于IDT及扩散过程“S”曲线进行数据分析结果表明我国BIM技术扩散所处阶段仍处于早期采用者阶段 (如图1) 。从图1中可以看出, 建筑业BIM技术应用扩散还比较缓慢, 存在BIM技术条件、投入资源、教育培训及组织流程适配等方面的障碍。 图1 BIM目前所处的阶段分析 总体而言, BIM技术作为建筑业创新性信息技术已经有广泛的学术研究和应用实践, 但整体扩散过程还是比较缓慢。与传统的两维计算机辅助制图 (2D CAD) 相比, BIM在建筑业内的扩散要更为缓慢而且还处于技术采纳的早期采用者阶段, 整体采纳率还处于较低水平, 尚未呈现出类似于2D CAD在20世纪90年代的快速发展局面。在此基础上李恒等基于Rogers的创新扩散理论结合相关学者研究和历年的技术采纳率调查数据、技术发展历程分析数据以及我国的相关技术推广措施进行整理, 绘制出了BIM与2D CAD技术的扩散曲线。本研究进一步结合目前的国内外最新调查综合行业的平均采纳情况和趋势判断, 扩展了BIM扩散曲线 (如图2) 。曲线可以看出, 除扩散速度较缓慢外, BIM在建筑业内的应用实践还面临不确定性。 图2 2D CAD与BIM的扩散曲线比较

3.2 BIM技术使用者接受

信息技术接受模型 (Technology Acceptance Model, 简称TAM) 的研究是Davis借鉴用户行为决定因素的理性行为理论建立的。TAM模型提出感知有用性和感知易用性, 作为技术接受行为的主要衡量指标, 主要目的是提供一个以外部因素对内部的影响信念、态度和意图的影响因素模型。在TAM的基础上, Venkatesh和Bala引入社会影响过程和认知工具性过程来解释感知易用性和使用意向, 并进一步完善了感知有用性和感知易用的外部影响因素, 先后建立了技术接受扩展模型 (TAM2/TAM3) 。关于BIM扩散和应用的研究主要从技术特征和外部环境的角度, 关注BIM应用环境问题。TAM在近几年开始用到BIM领域, 研究BIM技术用户行为的模型及影响因素。Lee S等基于TAM搭建了BIM技术接受模型 (BAM) , 从使用者的角度研究BIM技术使用者接受作用机理及影响因素。BAM模型中的内部变量除了TAM的感知易用性和感知有用性外, 增加了协作共识性, 外部变量归纳为组织能力、技术质量、个人能力和行为控制四个影响因素。在此研究模型的基础上Lee S进一步通过调研对比研究韩国与美国的BIM技术接受情况, 研究发现美国的BIM采用水平、满意度和延续性使用明显高于韩国。综上, TAM模型在IT的用户行为判断和预测的研究中, 被认为是最为普遍和简单适用的经典模型。

4 建设项目BIM应用问题和障碍分析

国内外BIM技术应用总体上保持较快发展的趋势, 但目前的建筑业BIM应用过程中也遇到了一些障碍。本研究基于TOE (技术-组织-环境) 模型, 对建设项目BIM应用的外部的环境、组织和技术主要问题以及内部的建设项目、参与方团队和个体使用者层面应用障碍进行了归纳总结, 建立了如图3所示的分析框架。 图3 建设项目BIM应用问题和障碍分析框架

4.1 建设项目BIM应用的外部问题

4.1.1 技术层面

广义的BIM是一个集成了业务流程的管理系统, 各个BIM系统技术的开发相对分散且缺少足够的工程项目实践检验。由于项目参与者获取系统性的技术支持的途径有限, 且获取成本昂贵, 影响他们学习和使用的积极性不高。各类软件之间的信息不能实现高效的交换和共享, 制约BIM技术价值的体现。虽然数据集交换方面目前已经有所改进, 但很多从业者仍把互用性缺乏列为BIM应用的主要挑战。BIM软件本身存在技术缺陷的问题, 不能很好地为企业所用, 互操作性差, 软件过于复杂, 不能同时追踪进度和成本, 缺少应用接口等。

4.1.2 组织层面

项目实现BIM实施的全过程全面协同需要多参与方参与, 需要有集成的基于云计算和云存储的系统平台。从业主、设计到施工对模型的信息共享度太低, 最终的BIM模型需要行业各专业人员的共同努力和投入, 承包商没有从设计方得到BIM模型, 而是从传统的设计方拿到资料自己去建立模型。由于对预期效果的不明确表示担忧甚至持悲观态度, 项目参与者实施BIM的积极性不高。随着企业更为深入地应用BIM, 他们逐渐意识到, 虽然内部BIM技能对企业十分重要, 但BIM真正强大的效益只有在多家企业相互协作并有效分享模型数据时才能体现出来, BIM用户日益明显和迫切地要求更多项目参与方具备足够的BIM技能。

4.1.3 环境层面

政府在一些政府投资的项目强制实施BIM, 但是给予的行政支持或行业指导还远远不够。政府管理部门目前扶持政策仍不到位, 管理程序上设计和施工等环节割裂, 各审批部门之间分散审批, 有效的标准缺乏等制约了BIM技术推广应用。尽管BIM技术已被广泛使用, 但是缺乏统一的标准被多数组织广泛认可的标准, 例如缺乏多个软件互操作性的标准, 协同平台的管理标准, 交付成果的验收标准及评估效益的客观标准。建筑行业缺乏针对BIM应用的标准合同语言, 缺乏BIM过程的标准性和BIM实施的实施方案。BIM标准如果与相关现行规范、标准对接工作滞后, 就会影响信息集成共享的水平, 阻碍BIM技术的推进和发展。BIM相关合同和法律体系不完善, 合同方面的主要的挑战是责任和风险的分配。合同体系, 包括交付模式、验收接受体系以及执行过程中的责任和风险的分配变化, 将依赖于像行业组织或主管部门来修改标准合同和/或业主修改他们自己的合同条款。

4.2 建设项目BIM应用的内部障碍

4.2.1 项目层

项目缺乏明确的使用需求。使用者对BIM技术的认识不够, 英国政府在强制实施BIM技术的效果并不理想, 原因是客户认知方面的缺失局限了BIM强制令的效果, 无法充分获得回报。在国内, 截至2016年底上海市具有一定规模BIM应用项目明显增加, 达到BIM应用建设规模而未实施BIM的首要原因是客户或项目相关方的需求不足。其他的一些学者也得出行业BIM应用过程中企业不够熟悉BIM使用, 缺乏专业知识、缺乏认知, 企业高层没有统一认识, 应用过程中没有提出明确的要求是实施BIM过程中遇到的主要障碍之一。 项目缺乏有效的管理模式。缺乏有效的管理模式导致实施过程中权责不清, 存在沟通障碍, 进而没法实现协同, 具体表现为三个方面:一是缺乏高效执行的管理人员, 项目层面使用者认为BIM实施的价值不明确而担心做重复工作或无价值的工作而投入较少, 消极观望。二是缺乏合理的实施规划, 大型企业一般率先采用BIM, 有很多早期优势, 小型企业中BIM应用经验不足, 形成规范化管理模式的可能性比较小, 以及在实施规划方面表现比较差。三是项目流程和方法面临变革, 项目层面缺乏较好的协作工作流程。相关研究认为现在的企业不愿为BIM应用启动新的工作流程或培训, 而现有的业务流程制约了BIM应用, 企业的参与者甚至抵制流程变革。 项目各参与方协作水平低。目前很多项目BIM的应用以单个参与方为主, 导致BIM应用整体效益不高。需要各参与方参与进来BIM应用才有价值, 通常很难确保所有的项目参与者都有参与创建或使用BIM模型的技术和意愿。项目干系人之间缺乏有效合作, BIM模型需要行业各专业人员的共同投入, 业主、设计和施工团队各自均不愿分享信息。BIM实施后项目的团队沟通机会受到不利影响, 缺乏协作性工作流程和建模标准以及与其他人的协作能力。 缺乏直接的效益回馈。BIM实施目前还不能带来理想的直接经济利益。BIM应用的投资回报率与应用情况直接相关, 在应用率较高的用户中大部分认为投资回报率为正, 但是应用率较低的用户中, 有相当大一部分的用户指出其投资回报率呈负值。国内外的研究对目前阶段BIM应用的价值和项目收益方面普遍认为, 带来的切实好处不足以证明BIM的价值, 项目参与方团队内缺乏从项目交付中得到直接的收益。

4.2.2 参与方团队层

缺乏明确的应用目标。对BIM实施需要的资源和BIM效益的认知的相关性缺乏, 导致重视度不够, 资源匹配不够, 影响到项目BIM实施效果。尤其是目前政府投资的项目还是处于预算拨款的模式, 没有客观的收费依据和标准导致强制实施BIM效果不佳, 这样项目参与者不认真使用, 简单应付。项目业主方认为应用BIM技术后未发现项目进度有明显变化, BIM发挥的作用有限, 然而项目中引进BIM后软硬件及人员成本给项目投资增加。 项目BIM实施的成本高。项目刚开始的硬件和软件需要一部分投资, 实施过程中也缺乏能评估和支持BIM价值的项目资金。大多数不使用BIM的公司认为BIM培训会花费太多的时间和公司的人力资源, 这是实施BIM的最大障碍。国内外研究者普遍认为, 实施BIM的成本太高, 主要包括软硬件的初期投入, 硬件升级所需的成本, 进行大量的培训等, 缺乏实施的支持资源 (包括资金、时间和人力成本) 。 BIM专业技术人才缺乏。BIM的应用对建筑设计人员的知识结构、能力构成及培养方式等提出了更高的要求和挑战, 而仅仅要求设计师自觉地去更新知识体系、提高综合能力是不够的。BIM技术在培训和改变工作流程和工作过程是昂贵的, 软件和硬件方面投资通常超过培训成本和初期生产率损失。BIM专业技术人才较缺乏, 尤其现场一线工程技术人员BIM应用能力欠缺, 改造比重新培训新员工难度更大, 需要政府和社会层面更广泛、更深入的培训。 对BIM新流程和方法的适应。参与方团队内缺乏较好的协作工作流程, BIM使参与者原来的工作流程和方法发生变化, 需要不断学习适应, 短期会影响到工作效率。影响到团队的绩效和个人的工作绩效, 会产生对原来习惯的偏好, 还是倾向用原来的工作流程和方法。英国的调查报告显示90%的受访者认为BIM应用需要改变原来的工作流、实践和规程, 事实上在新的流程下采用BIM并不容易, 仍有少数人会对BIM感到遗憾。

4.2.3 个体使用者层

个体使用者对BIM认识不清。个体使用者在项目整体的定位和要求比较低的情况下就会应付使用, 对BIM和价值的认知不够, 于是对BIM应用拓展和延续使用的动力不足。由于使用者对BIM技术的不熟悉, 导致BIM实施目标和收益不明确, 设计企业短视现象严重, 设计师设计思维及方法的转型困难等。 初期学习成本高。不断扩展的BIM系统对于许多建设项目参与者来说过于复杂, 需要不断地学习, 付出包括培训的费用及时间的成本, 培训成本和学习曲线太高。对BIM的片面观念、短暂的工作低效率、学习成本的增加、繁重的现有工作压力等因素都会导致转型的源动力不足。企业应用BIM的重要内部障碍是缺乏教育和培训、缺乏专业知识技能、缺乏标准化的工具和协议。 付出与收益不匹配。项目参与者感到高层的重视度和支持力度不够后, 考虑到自身绩效和价值就会消极使用甚至是放弃使用。项目参与方整体利益未平衡好, 参与者就会站在所代表的利益方权衡公平性, 从而影响自身的BIM使用行为。由于各方的相互割裂, 利益关系不明确, 付出与分配不匹配, 成为BIM难以推广的挑战。基于绩效设计的必要的业务和合同安排, 可能与正式的委托相关联, 还没有得到解决, 参与企业总体认为BIM实施带来的收益不超过BIM应用发生的成本。

5 结语

目前建筑业BIM技术应用的研究主要是基于IDT和TAM的BIM技术扩散和接受的影响因素研究, 以技术特征和行业环境方面的影响因素为主, 研究企业的采纳和个体的使用行为, 寻找促进BIM应用效果的影响因素。本研究从建设项目层、参与方团队层和个体使用者层对BIM应用的障碍进行分析, 也从外部的环境、组织和技术方面找到问题, 并基于此建立了一个分析框架。建设项目外部的问题及内部的障碍都影响BIM实施效果。这些问题和障碍是否引起BIM使用者的消极使用行为, 以及他们的关系是什么, 后续可以进一步研究验证。