第一章 绪论
1.1 研究背景
项目形态的复杂度不断增加、建筑工程项目的高度不断升高。建筑工程项目的这些变化使得传统的建筑工程设计方法和管理模式已经很难满足现代建筑业发展的需要，发展较早同时也比较成熟的一些传统的工程设计方法和管理模式面临着严峻的挑战。如 CAD 技术、工程图纸等。而随着现代计算机技术的不断发展，一种新型的工程设计方法和管理模式出现在人们的面前，即以工程数字模型为核心技术的 BIM 技术。
建筑业一直比较依赖 CAD 技术，建筑工程设计成果往往也是以二维形式展现在人们面前，即将建筑工程的各层的平面结构、关键位置的剖面结构和各个竖立面的立面结构以图纸的形式展现出来。但是，我们需要注意的是一个建筑工程项目包括多方面的专业内容，各个专业之间具有一定的联系[1],进行信息传递的过程中由于专业之间的壁垒一定会出现信息传输错误或有偏差的情况，这将给后续的工作带来很多问题，使得建筑工程施工难以按照预期目标完成。任何一个建筑工程项目都要涉及到建筑、结构、给排水、暖通、电气等五个方面的内容，在进行工程项目设计时，需要综合考虑这五方面的专业知识，但由于各个专业之间的理论基础和设计原理之间有很大的不同，各个专业之间的信息系统是独立存在的，难以将其进行有机的组合，即使组合在一起也会存在漏洞和问题。此外，各个专业的设计人员不同，主观意识的影响会使得他们对于同一建筑工程项目的理解和认识存在偏差，对待相同信息内容的表达也不会完全相同，这就会导致信息传递出现问题，难以保证各个专业之间信息的一致性[2].这些问题的存在使得一些关于建筑工程项目的信息很难在各个专业之间以及项目参与方之间进行共享。
彼此之间信息不流通会给各方的设计工作带来严重影响，从而大大降低建筑工程管理的效率。建筑工程项目的信息传递是按照建筑工程项目的施工顺序进行的，即按照施工各个阶段的先后顺序，如从建筑工程的设计阶段到具体的施工阶段再到后期的运营维护阶段。建筑工程项目采用这种串联式的信息传递方式很难保证信息的传递的准确性，在传递的过程中会引发很多问题，并且随着建筑工程项目的推进，问题会越来越多，从而使得建筑工程管理工作变得更加困难。同时，这种串联式的信息传递方式还会因最初设计不够完善而使得后续施工作难以实施[3],造成一种恶性循环，施工方案难以实施就不得不进行设计变更，设计变更后再进行施工，如果还存在问题就需要再次进行设计变更，频繁地进行设计变更不仅会大大增加设计的工作量，延误工期，同时也将对建筑工程施工的质量产生严重影响，不符合建筑工程管理的要求。
建筑工程项目设计阶段的主要工作就是要对整个工程项目进行规划，即在正式施工前就做好准备工作，有效的准备工作可以大大提高建筑工程施工阶段的工作效率，节约经济成本，实现资源优化配置的目标，从而保证建筑工程项目施工的质量。在建筑工程项目设计阶段进行设计时，设计出的方案不仅要能完整地呈现出建筑工程项目的结构面貌，同时也要让参与项目的各方能清楚地知道自己的任务职责和需要完成的建筑工程项目的相关功能，同时还要能预测在施工阶段以及运营管理阶段可能遇到的问题和相应的解决对策。传统的二维平面设计很难满足上述要求，与之相比，三维设计方法更加符合这些标准的要求，不仅能将设计结果以三维立体的方式展现出来，同时还可以对项目参与方的信息进行综合汇总，实现建筑工程项目信息共享的目标，这就是 BIM 技术，中文名字为建筑信息模型技术。因此，在这种环境背景下进行有关 BIM 在建筑工程管理中的应用这一课题的研究对于建筑行业的发展具有十分重要的作用。
1.2 研究意义
BIM 技术的出现与计算机技术和三维数字技术的发展有很大的关系，BIM 技术以计算机技术为依托，随着三维数字技术的不断发展而逐渐成熟。所谓建筑信息模型就是利用计算机技术将和建筑工程项目有关的数据信息进行加工处理，建立一种包含建筑工程项目整体信息的三维仿真模型或者可以称之为工程数据模型。建模的过程就是对建筑工程项目的数据资料进行整理和加工处理的过程，这个模型可以应用于建筑工程项目的各个阶段[4],包括最初的准备阶段和设计阶段以及最后的运营维护阶段。BIM 技术不仅建立了一个完整的系统的建筑工程项目数据模型，同时也为建筑工程项目参与方提供有一个信息共享的平台。正是如此，BIM 技术将作用于建筑工程项目的全生命周期中（见表 1.1）。
首先，是在建筑工程项目的准备阶段。在这一阶段工作人员可以利用 BIM技术对建筑工程项目进行虚拟演示，使得项目参与方能较为直观地了解项目各个方面的情况。其次，是在建筑工程项目的施工阶段，工作人员可以利用 BIM 技术建立模型，预测在实际施工过程中可能遇到的麻烦和问题，提前做好应对准备。
最后，是在建筑工程项目交付使用后，可以利用 BIM 技术对建筑工程周边的配套设施进行设计管理，便于进行物业管理。设计人员利用 BIM 技术进行虚拟模拟，可以在实际施工之前就找到设计成果中存在的问题，并根据输入的模型中的相关参数提供可行的施工方案，代替原有的施工计划。这样可以减少在实际施工中进行设计变更的次数，避免出现工期延误的现象[5],同时还可以从源头上确保建筑工程施工的质量。此外，利用 BIM 技术进行建筑工程项目模型设计，能实现不同专业之间协同设计的目标，还能根据相关的标准自动查找不同专业设计结果之间存在的矛盾和冲突，在实际施工开始前解决专业之间信息不一致的内容，从而可以有效降低设计方案出错的概率，从而提高建筑工程项目施工的效率，节约施工的时间和成本。而这种将不同专业内容进行协同设计的方式不仅仅是降低了设计方案出错的概率，综合的设计成果比单个专业独立设计的成果要更加有价值，能有效保证设计成果的质量。以此可见，进行 BIM 技术在建筑工程管理中应用的研究能大大提高建筑工程管理的效率，为相应的管理工作提供便利条件，提高相关决策的准确性。
BIM 技术的中文名称是建筑信息模型，是基于信息化手段的一种建筑工程管理技术。根据相关的调查显示，我国的建筑行业的信息化水平比较低，要远远落后于国际建筑行业信息化的平均水平。在大中型建筑企业中只有五分之一左右的企业进行了信息化管理，而其中大部分企业对于信息化的应用只停留在比较浅的层面上，如办公软件的使用和一些基本应用软件的使用，真正对于企业的发展能起到辅助作用的信息化手段不到 40%.这些数据是我国建筑业信息化水平最直观的表现。在科学技术飞速发展的今天，信息化已经成为各个行业发展的一种重要手段，如果建筑业不能加大对信息化的重视[6],必将不能在未来的市场竞争中获得一席之地。因此，进行有关 BIM 技术在建筑工程管理中应用的研究对于建筑业信息化发展具有实际应用意义。
除了上述的实践意义和价值外，进行 BIM 技术在建筑工程管理中应用的研究也具有一定的理论价值和意义。目前，我国关于 BIM 技术的研究还不成熟，在很多方面的研究还存在欠缺和不足。我国现有的 BIM 技术理论系统还不足以支撑BIM 技术在建筑业方面的实践应用。本文通过对相关文献的分析以及对 BIM 技术在建筑工程管理中应用的研究将弥补该系统中存在的一些漏洞，使其更加完整化和系统化。因此，进行有关 BIM 技术在建筑工程管理中应用的研究不仅具有实际操作意义，同时也具有一定的理论价值。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
BIM 技术起源于 20 世纪 70 年代，最早是由美国学者提出的。1975 年，美国的查克·伊斯曼教授构想出一种比较智能的计算机系统，他设想这种系统能将建筑工程的各个方面信息包含进去，如工程图纸、工程量清单、施工方案等，如果工程项目参与方想要获得这些建筑工程信息就可以直接访问该系统，他将这种智能化的系统定义为建筑描述系统，即 BIM 技术的雏形。后来，CAD 技术发展速度要远超 BIM 技术，并被人们广泛的接收，这使得 BIM 技术的相关研究受到影响。
但是西方国家一直没有放弃对 BIM 技术的研究，不断在理论层面上丰富和完善BIM 技术。随着研究的深入，BIM 技术的研究经历了不同阶段，从最初的建筑描述系统到建筑产品模型，再演变成产品信息模型，到今天就成为了建筑信息模型[7].在不同的阶段，人们对于 BIM 概念的界定也大为不同。
虽然 BIM 技术的理论发展速度较快，同时也取得了一定的成果，当时由于BIM 技术是以计算机技术为依托的，其发展还要受到计算机技术发展水平的限制。在计算机技术发展还不成熟的阶段，BIM 技术的研究只能停留在理论层面，难以进行实际应用。进入 21 世纪以后，计算机的发展速度不断加快，相关方面的技术发展也取得了很大的进步，一些应用软件的开发和建筑企业的支持使得BIM 技术开始被人们所接受，出现了 BIM 技术发展的高潮期。
BIM 技术的逐渐成熟，使得 BIM 技术很快就在国外的建筑业中流行开来，一些相应的标准和制度也逐渐出台。美国在 BIM 技术方面的研究起步比较早，一直处于科研的最前沿，美国总务署于 2003 年出台国家 3D-4D-BIM 计划[8],对于利用 BIM 技术进行信息交换的要求和标准进行了说明，随后又出台一系列的相关政策和制度。2006 年，美国联邦机构美国陆军工程兵团制定并颁布了一份 15 年（2006~2020）的 BIM 路线图，其制定的 BIM15 年规划的时间节点和要实现的目标概要如下：
2007 年，美国又颁布了 BIM 标准，对 BIM 技术的使用的标准进行了正式的阐述。2008 年，BIM 技术的提出者查克·伊斯曼教授又主编了 BIM 手册，向读者详细地介绍了 BIM 的相关理论和使用说明，并对其应用于工程项目的优势进行了阐述。
除了美国，英国也是 BIM 技术的支持者，而且英国还强制性要求建筑业使用BIM 技术，这主要与设计公司应用 BIM 技术取得的成果有很大关系[9],使英国政府看到了应用 BIM 技术的益处。此外，韩国、新加坡等国也积极推广 BIM 技术，韩国政府正在为全面应用 BIM 技术做准备工作，而新加坡政府也出台了类似的计划，要求在 2015 年全国大部分建筑企业都要应用 BIM 技术。
1.3.2 国内研究现状
我国在相关方面的研究起步比较晚，很多研究内容都是借鉴国外先进的研究成果，虽然这种研究方法的原创性比较差，但对于我国推广 BIM 技术而言却是具有一定的作用的。在我国很多投资单位都会要求在建筑工程管理的过程中应用BIM 技术，这与国外 BIM 技术发展的过程有很大的不同，我国比较有名的一些建筑工程项目都使用了 BIM 技术，如广州的广州塔、北京奥运会的主会场鸟巢、上海的中心大厦等等。
近几年，我国的专家学者也认识到应用 BIM 技术对于建筑工程管理的重要意义，并为此进行了大量的研究论证，为 BIM 技术在我国建筑业的推广使用做出了很大的贡献。经过多年的研究，我国在 BIM 技术应用方面取得了很大的进步，不仅使得我国现有的 BIM 技术理论愈加完善，同时也使得实践应用技术更加成熟。
2010 年，我国学者李恒对现有的 BIM 技术进行分析，发现其中存在缺陷，使得 BIM 技术的效用不能完全发挥出来。因此，他利用对比法建立一种更加适合实践应用的 BIM 模型，该模型与传统 BIM 模型[10]的主要区别就在于建设单位在其中起主导作用。2011 年，何关培对 BIM 技术在建筑工程管理中的作用进行了重新的阐述，并提出 BIM 技术应用于建筑行业中需要三大支柱的支持，分别为 IFC、IDM 和 IFD.通过上述对国外研究现状的分析我们不能发现，BIM 技术在西方国家的推广与流行需要政府的大力支持，需要对 BIM 技术的使用制定相应的标准和使用制度。但在我国进行 BIM 技术研究的初始阶段，我国学者关注的重点在相关的技术层面上，而对于相关规范和标准的关注度远远不够，使得我国出现了技术和标准发展不一致的局面，影响了 BIM 技术在我国建筑业的推广和使用。随后，在大家认识到这一问题后，我国迎来了 BIM 技术研究的高潮期，相应的规范和标准随之出台。2010 年，我国出台了中国建筑信息模型标准框架[11],即 CBIMS.2012 年又出台了《建筑工程信息模型同意标准》和《中国 BIM 表中研究项目申请指南》。
2013 年，进行了《建筑工程信息模型应用统一标准》意见征稿。由此可见，我国在 BIM 技术方面的研究正处于不断完善的阶段，无论是在技术层面还是相关的政策、规范标准层面。现阶段，我国正是进行基础设施建设的阶段，建筑工程量比较大，BIM 技术在我国具有很大的发展潜能，未来在我国建筑行业的应用会越来越广泛。
1.4 研究内容和方法
1.4.1 研究内容
本文主要研究的是 BIM 技术的相关理论知识以及在国内外研究的现状，并对BIM 在国内外应用的现状进行了具体的分析，但论文的重点是研究 BIM 技术在建筑工程管理各个阶段应用的方法、应用过程中存在的问题以及相应的解决对策，如在建筑工程项目阶段、建筑工程施工阶段以及建筑工程运营管理阶段，并对未来 BIM 技术发展的发展方向进行了介绍。要点如下：
1. 对 BIM 技术的概念进行分析，包含三维 BIM 与协同设计、BIM 协同设计实现的以及 BIM 信息的特征等内容；2. 对 BIM 应用的现状进行研究。主要包括 BIM 应用过程中存在问题、应用的风险以及相应的解决对策；3. 对 BIM 技术在工程管理设计阶段的应用进行研究。主要包括在工程管理设计阶段应用 BIM 技术的原因、在设计阶段应用 BIM 技术的方法、在设计阶段应用 BIM 技术需要注意的问题、在设计阶段应用 BIM 技术的影响和好处；4. 对 BIM 技术在工程管理施工阶段和运营阶段的应用进行研究。主要包括在建筑工程管理施工阶段、工程造价管理以及运营维护管理阶段应用BIM 技术的分析；5. 工程实际应用及取得的经济与社会效益。
1.4.2 研究方法
本文对 BIM 技术的研究主要是从理论层面进行的，通过对国内外相关理论和应用的研究，分析中国建筑业在应用 BIM 技术方面存在问题并提出解决对策，研究的重点是 BIM 技术在建筑工程管理各个阶段应用的研究，这些研究内容是以我国国情和建筑业发展的实情为基础的[12],更加具有中国特色，同时对中国建筑业应用BIM 技术更有指导作用。论文的研究结构和研究路径如图 1.1 所示：
