ID及BIM技术在其中的应用

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集 上海·2011IPD及BIMMM技术在其其中中的应用用马智亮马健坤坤坤清华大学土木工工工程系，北北京京10000084【摘要】IPDDD（InteeggratteddPrrojjecttDDeliiveery，综合项项目目交付）作作为为一种全全新的的工程项项目交交付模式式，已已经在美美国、澳澳大利亚亚和英英国等发发达国国家得到到应用用，并趋趋于成成熟。但但是，IPD在我国还还没没有实际际应用用案例，其其本本身仍然然存在在着定义义模糊糊、法律律合同同体系不不完善善等问题题。BIM（BuillddinggIInfoormmatiionnMoodeelinng，建筑信信息息模型）技技术术的出现现为推推进IPD的发展和和完完善提供供了条条件。本本文在在广泛文文献调调研的基基础上上，首先先回顾顾了IPD的发展历历程程，介绍绍了IPD的定义、特特特征及其其应用用的关键——专属工程程合合同体系系并总总结了IPD在工程实实践践中面临临的主主要问题题，之之后归纳纳了采采用BIM技术解决IPD现有问题题、提提升IPD实施效果果的的可行途途径。本本文对在在我国国利用IPD具有参考考作作用。【关键词】IPPPD，BIM，合同体体系系，工程项项目目交付根据美国劳工部部部从1964年到2003年共40年的统计计资资料，建建筑业业的生产产能力力和生成成效率率持续下下降[[1]。综综合合美国建建筑工工业协会会和澳澳大利亚亚财政政部的统统计资资料，截截止本本世纪初初两国国建筑市市场上上62%的项目竣竣工工决算成成本超超预算，大大约约40%的项目逾逾期期没有完完工，30%左右的项项目目没有满满足业业主的使使用需需求[2--33]。面对对建建筑业对对更高高经济效效益的的追求和和现代代建筑物物体量量增大与与复杂杂性上升升对DBB（Desiiggn-BBidd-Buuilld，设计/招投标/建造）、CM（ConssttrucctiionMaanaggemment，建造管管理理）及DB（Desiiggn-BBuiild，设计/建造）三三种种传统的的建筑筑项目交交付模模式的挑挑战，上上世纪90年代国外外建建筑业诞诞生了了一种全全新的的建筑项项目交交付模式IPD（InteeggratteddPrrojjecttDDeliiveery，综合项项目目交付）。在在IPD的雏形诞生生的同时，BIM（BuilddingIInformmationnModeeling，建筑信息息模型）也应应运而生。随随着国际工程程实践经验的的积累，BIM技术和IPD表现出越来来越强的相互互融合的倾向向。本文将对对IPD、BIM以及BIM技术在IPD中的应用分分别进行综述述，在此基础础上指出相关关技术的发展展趋势。IPD简介1.1 IPDDD的定义上世纪90年代代代末，IPD的雏形最最先先在BP（BrittiishPeetrooleeum，英国石石油油）公司司的英英国北海海石油油钻井平平台项项目中取取得成成功，紧紧接着着又分别别在澳澳大利亚亚国家家博物馆馆项目目和美国国加州州萨特郡郡综合合医疗项项目中中取得成成功，自自此之后后业界界开始逐逐渐认认识并接接受IPD[44--5]。目目前IPD已经发展展成成一种定定义清清晰并拥拥有一一套完整整的专专属合同同体系系的建筑筑项目目交付模模式。美美国和澳澳大利利亚政府府以及及美国的AIA（AmerriicannIInsttittuteeoofAArcchitteccts，美国建建筑筑师协会会）和和AGC（TheAAssoociiateedGennerralCoontrracctorrsofAmmeriicaa，总承包包商商协会）等等行行业协会会以及及在业内内具有有较大影影响力力的专业业公司司都已经经发布布了自己己对IPD的定义[44,,6--100]。根据Daviid和Burcciin的问卷调调查查结果，被被业业内最广广泛接接受的IPD的定义是是美美国AIA在其2007年发布的IPD指导手册册中中给出的的，即即IPD是一种集集成成人员、系系统统、知识识、经经验，能能够减减少浪费费降低低成本、减减少少返工缩缩短工工期、提提升建建筑物对对业主主的价值值的工工程项目目交付付模式[11,,111]。1.2 IPDDD的特征作为一种全新的的的项目交交付模模式与三三种传传统的项项目交交付模式式相比比，IPD同样特征征鲜鲜明。由由于合合同在IPD中起着非非常常重要的的作用用，美国CMAA（TheCConsstrructtioonMMannageemeentAsssocciaatioonofAmmeriicaa，美国建建设设管理协协会）按按合同设设计相相关的特特征和和与合同同执行行相关将IPD的特征划划分分为两类类，每每类包含含的具具体特征征如表表1所示[4]]。表1IPD的的的特征序号分类IPD的特征1合同设计特征参与方在项目开开开始阶段段的平平等参与与2参与方以项目最最最终产出出为基基础的风风险与与收益的的分配配3所有参与方放弃弃弃诉讼彼彼此的的权力4参与方之间公司司司财务透透明5集成参与方知识识识优化设设计成成果6所有参与方共同同同制定项项目目目标和评评价指指标7参与方达成一致致致的共同同决策策8合同执行特征参与方相互尊重重重与信任任9参与方之间强烈烈烈的合作作意愿愿10参与方之间坦诚诚诚交流1.3 IPDDD项目的组组织织结构模模式及及所采用用的标标准合同同文本本迄今为止已经实实实施的IPD项目的组组织织结构模模式主主要有三三种[[14--155,332]]，如图1至图3所示。相相应应地，各各国发发布的IPD的标准合合同同主要有有：澳澳大利亚亚政府府发布的IPD标准合同同，美美国的行行业协协会AIA和AGC发布的IPD标准合同同[55,77,12,,115]。澳澳大大利亚政政府和和美国AGC只是针对对图2所示的组组织织结构模模式发发布了合合同，因因为美国AIA的标准合合同同体系覆覆盖了了所有三三种模模式，作作为示示例，在在这几几个图中中标出出了组织织之间间适用的AIA标准合同同的的编号。图1以IPDD理念改改进传传统交付付模式式的组织织结构构图[133]]图2多参与方方合同同下的IPD组织结构构图图[32]]图3SPE下下下的IPD组织结构构图图[16]]在三种组织结构构构模式中中，前前两种与与传统统模式基基本一一致，只只是在在其中采采用IPD标准合同同[113]。第第三三种组织织结构构模式是是由IPD带来的全全新新的组织织结构构模式。Kermmaanshhacchi在其文章章中中指出该该组织织结构模模式是是保证多多参与与方组成成的SPE（SinggllePPurrposseEnttitty，单一目目的的实体）在在IPD项目中成成功功实施的的关键键因素，其其中中SPE是针对建建筑筑物体量量大、复复杂程度度高、建建设时间间长、运运营维护护要求求高的IPD项目由参参与与方成立立的有有限责任任公司司[16]]。BIM技术简介介介2.1 BIMMM技术的定定义义BIM技术的概概概念首先先由美美国乔治治亚大大学的查查克•伊斯曼提提出出，从上上世纪纪90年代发展展到到今天已已经取取得长足足发展展[17]]。目目前关于BIM的定义有有很很多，一一般认认为美国NBIMMS（NatiioonallBBuilldiingInnforrmaatioonModdellinggSStanndaard）给出的的定定义更为为全面面、准确确。根根据美国NBIMMS，BIM技术是一一种种改进建建筑的的计划、设设计计、建造造、运运营和维维护过过程的技技术，它它使用标标准化化的机器器可读读的信息息模型型为每个个建筑筑部件及及设备备建模，该该模模型包含含独立立创建和和收集集的能够够在建建筑的全全生命命周期使使用的的建筑部部件及及设备信信息[[18]]。2.2 BIMMM技术的特特征征美国NBIMSS指指出目前BIM技术的研研究究与应用用主要要围绕BIM作为一个个数数字形式式的设设计产品品、作作为一种种合作作实施项项目的的过程和和作为为一种建建筑物物全生命命周期期管理工工具三三个方面面展开开[18]]。《BIM手册》是是在在总结美美国BIM研究与实实践践现状的的基础础上对BIM进行了全全面面而详细细的介介绍，并并对BIM未来的发发展展趋势进进行了了预测；；目前前该手册册已经经成为BIM应用领域域的的权威论论著而而业界广广泛接接受。该该手册册将BIM技术的特特征征概括为10项[19]]。综综合上述述两个个文献作作者给给出BIM技术的特特征征如表2所示。表2BIM技技技术的特征征序号分类BIM技术的特特特征1BIM作为数字字字形式的的设计计产品·采用以对象为为为基础的建建筑筑模型2·在建筑模型中中中包含丰富富的的对象属属性数数据3·以参数驱动的的的方式修改改建建筑模型型4·围绕建筑模型型型提供智能能化化功能5BIM作为合作作作实施项项目的的过程·采用开放的数数数据标准6·支持虚拟建造造造/冲突检测测7·可自动生成222D/3DD报告8BIM作为建筑筑筑物全生生命周周期管理理工具具·建筑模型用于于于自动控制制预预制构件件的生生产9·建筑模型用于于于建筑设备备的的管理BIM技术在IIIPD中的应用用据Fish和AAAmanddaa，IPD作为一种种新新生的项项目交交付模式式，虽虽然其理理念得得到业界界广泛泛的欢迎迎与支支持，并并且已已经建立立起较较为成熟熟的专专属合同同体系系，但是是当IPD具体执行行时时很多工工程实实践中的的技术术问题还还没有有完美的的解决决方案，业业界界倾向于于将BIM技术与IPD相结合解解决决目前存存在于于工程实实践中中的问题题[220]。本本文文综合文文献调调研的结结果，提提出了一一个BIM技术在IPD中应用的的框框架，如如图4所示。图4展示了BIM技术提供供的的服务对IPD各个方面面的的支撑。以以下下文献综综述将将按该应应用框框架分别别介绍绍各方面面的研研究进展展及存存在的问问题。图4BIM技技技术在IPD中的应用用框框架3.1BIMMM技术为IPD提供数据据存存储交换换服务务IPD需要相关关关技术支支持在在项目的的早期期阶段就就开始始协同工工作的的参与方方之间间进行有有效的的信息交交流。由由于行业业专业业技术发发展的的历史原原因，不不同参与与方往往往采用用不尽尽相同的的数据据存储格格式，这这使得设设计成成果的沟沟通非非常困难难。幸幸运的是BIM技术已经经能能够为用用户提提供建筑筑项目目相关多多领域域的开放放数据据存储交交换标标准，在在此基基础上BIM技术就可可以以为IPD提供数据据存存储交换换服务务。根据Nadiinne的研究和2008年美国AIA发表的研研究究报告，IPD已经得到BIM技术在数数据据存储交交换方方面的有有效支支持[211--23]]。当然这方面仍存存存在一些些问题题需要解解决。Reza经过研究究发发现，在在实践践中BIM技术还不不能能将建筑筑工程程涉及到到的所所有技术术专业业的数据据全部部统一到BIM模型中，而而而只有核核心的的技术专专业，例例如建筑筑设计计和结构构设计计得到的的设计计成果数数据能能够较充充分地地统一到到项目目的整体BIM模型中[2244]。3.2BIMMM技术为处处理IPD相关法律律事事务提供供服务务不能清晰地定义义义合同标标的物物一直是是阻碍碍针对复复杂建建筑项目目的合合同有效效实施施的一个个重要要因素，对对此此Islaam认为一套套成成熟的合合同首首先必须须能够够精确地地定义义标的物物，IPD的专属合合同同在BIM技术的帮帮助助下才能能在面面对现代代巨型型复杂建建筑项项目时，清清晰晰准确地地定义义标的物物[225]。模模糊糊不清的的合同同标的物物常常常引起不不要的的法律纠纠纷，Fish指出使用BIM技术精确确建建立的建建筑信信息模型型能够够帮助IPD实现项目目收收益共享享和风风险共担担，与与参与方方间法法律诉讼讼最小小化甚至至完全全放弃诉诉讼权权力[200]]。知识产权问题一一一直在传传统项项目交付付模式式中困扰扰着设设计方和和施工工方之间间的有有效合作作，Stepphhen经过重点点对IPD涉及到的的法法律问题题的研研究发现现在所所有的IPD相关法律律纠纠纷中，涉涉及及知识产产权的的纠纷同同样是是对设计计阶段段影响最最大的的[26]]。Wang指出因为为使使用BIM技术设计计完完成的建建筑信信息模型型不但但清晰详详细，而而且是面面向对对象的多多属性性模型，所所以以设计产产品的的知识产产权问问题就得得到了了有效的的解决决[35]]。同同时，Parddiis也指出因因为为参与方方各自自的贡献献能够够在使用BIM技术完成成的的建筑信信息模模型中被被清楚楚地划分分，所所以不仅仅设计计方，包包括咨咨询方和和施工工方等在在内的的其他IPD参与方的的知知识产权权也能能够在技技术层层面上得得到了了最大的的保护护[27]]。但是，据Leeeentjje，BIM技术在实实践践中由于于包含含丰富的的建筑筑设计细细节信信息使模模型变变得繁冗冗，运运转十分分缓慢慢[28]]。3.3BIMMM技术为完完成IPD设计施工工任任务提供供服务务W.Noferrra和S.Koorrkmaaz认为，在BIM技术的帮帮助助下，IPD能够促成成项项目参与与方实实现超越越传统统意义的的协同同工作，因因为为使用BIM技术建立立的的建筑信信息模模型不但但能够够以2D而且能以3D的形式向向参参与方展展示建建筑设计计产品品，直观观的3D建筑模型型可可以帮助IPD参与方更更有有效地交交流专专业问题题优化化设计[2299,330]]。针对4D-BBIIM模型在IPD中的应用用价价值，Frannkklin指出下一一代代更先进进的BIM技术可以以建建立4D建筑信息息模模型，获获得4D建筑信息息模模型的技技术支支持，施施工方方就可以以在特特定时间间点为为设计方方提供供专业经经验和和合理化化建议议，提高高建筑筑设计成成果的的可建造造性[[31]]。澳澳大利亚亚政府府在其IPD推广说明明书书中指出出可以以使用BIM技术对IPD项目进行行虚虚拟施工工和冲冲突检测测，因因为IPD具有将项项目目涉及到到的所所有技术术专业业参与方方在项项目设计计阶段段就包含含进来来的特征征，这这样当使使用虚虚拟施工工时进进行冲突突检测测时，检检测内内容更趋趋近于于真实情情况，检检测内容容覆盖盖的范围围更广广，检测测的内内容更加加深入入更加详详细，最最终的检检测结结果对优优化设设计更有有价值值，获得得的预预期经济济产出出也更高高[332]。对对于BIM技术能否否促促进IPD与Lean理论相互互融融合的问问题，Ryan指出当IPD与BIM技术融合合后后就能够够实现现IPD所追求的的建建筑产品品与施施工过程程同步步设计，最最终终彻底消消除由由于设计计缺陷陷导致的的施工工障碍[3333]。3.4BIMMM技术对形形成IPD组织文化化的的影响。对于BIM技术术提提供给IPD的服务将将怎怎样影响IPD的组织文文化化的问题题，Howaarrd认为BIM技术提供供给IPD的服务通通过过促使IPD团队协同同工工作更加加便捷捷，项目目目标标的定义义与实实际情况况结合合更紧密密，从从而工作作任务务的定义义与划划分更加加合理理，参与与方更更容易理理解和和接受工工作任任务，减减少法法律纠纷纷的手手段使得得参与与方之间间自然然而然地地愿意意坦诚地地交流流与合作作并且且相互信信任与与尊重[3344]。BIM技术在IIIPD中应用的的发发展方向向为了更好地在IIIPD中应用，BIM技术需要要在在扩展其其统一一的数据据标准准、提高高建筑筑信息模模型的的运行与与维护护性能和和适应应网络化化应用用三方面面取得得突破。4.1扩展BBBIM技术的统统一一数据标标准BIM技术和IIIPD的面前还还有有很长的的路要要走。目目前在在以开放放的数数据标准准进行行数据存存储与与交换方方面，BIM技术还不不能能完全满满足IPD多参与方方之之间进行行数据据共享与与交换换的需求求，因因为IPD的参与方方各各自都有有对数数据标准准的特特殊要求求，BIM技术还需需要要改进扩扩展其其统一的的数据据标准，使使其其能被需需求各各异的参参与方方接受。4.2提高建建建筑信息息模型型的运行行与维维护性能能因为IPD是应应现现代化巨型型型复杂项项目的的需求而而生，当当参与方方共同同向建筑筑信息息模型输输入己己方重要要的设设计相关关信息息时，以以现有有BIM技术建立立的的模型也也相应应容量大大增，运运行维护护困难难。为了了回应应IPD对清晰定定义义与划分分工作作和保护护知识识产权的的要求求，需要要使用用BIM技术建立立更更精确的的模型型，这样样模型型中对象象的数数量将急急剧增增加，对对象的的属性数数量也也将随之之增加加，这些些都会会降低模模型的的运行效效率。BIM技术在大大型型模型的的运行行与维护护方面面的能力力急需需提高。4.3发展适适适应网络络化应应用的BIM技术IPD将参与方方方集成到到新的的项目交交付模模式下，如如果果仅仅在在物理理位置上上简单单地实现现这种种集成，那那么么因为IPD模式需要要参参与方频频繁交交流，就就必将将产生巨巨大的的交通费费用和和交通时时间成成本。目目前计计算机网网络技技术已经经非常常成熟，通通过过网络将IPD的参与方方集集成起来来是一一种极具具潜力力的解决决方案案，因此BIM技术也需需要要适时调调整自自己以适适应基基于网络络技术术集成参参与方方的IPD模式。结语面对IPD模式式正正在国外少少少数发达达国家家兴起推推广的的历史机机遇，我我国应该该抓紧紧机遇奋奋起直直追。在在此文文章提出出一些些关于如如何在在我国推推广IPD的四点建建议议。首先先我国国政府应应该实实施优惠惠政策策并组织织完成成符合我我国国国情的IPD合同体系系，帮帮助保险险公司司推出与IPD相适应的的保保险产品品；然然后以政政府的的公共项项目作作为IPD的示范项项目目，从公公共建建筑向私私人建建筑领域域推广广；其次次充分分发挥行行业组组织的力力量，组组织针对IPD的学术研研究究；最后后总结结IPD成功经验验，利利用多种种传播播手段推推广成成功经验验，使使业界充充分认认识到IPD的优势。致谢本研究受国家自自自然科学学基金金项目“基于BIM技术的建建筑筑工程IPD网络平台台研研究”（5107788201）资助。参考文献[1]DavvvidC..Keentt,BBurrcinnBBeceeriikGGerrberr.undderrstaanddinggcconsstrructtiooniinddusttryyexxpeerieencceaanddatttiituddesstoowaardinnteggraateddpprojjecctddelliveeryy.[[J]]Joourrnalloofcconnstrrucctioonengginneerrinngaanddmaanaagemmennt.220110,1336(88)::8155-8825.[2]F.PPPenaaMMoraa,M.Lii.DDynnamiicPlaannninggaandCoontrrollMeethhodooloogyfoorDDessignn//BuiilddFaastt-trracckCConnstrrucctioonProojeect..[[J]JoournnalloffCConsstrructtioonEEnggineeerringgaandMaanaggemmentt.20001,,1227((1):11--17.[3]TheeeDeepaartmmenntoofTreeassuryyaandFiinanncee.InnPuurssuittoofAAddditiionnalVaaluee.[OLL],,(200099.100)[200111.5..288]hhtttp:///wwww..dtt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