BIM与项目集成管理在建筑工程管理中的应用.docx
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BIM与项目集成管理在建筑工程管理中的应用
BIM与项目集成管理在建筑工程管理中的应用
第一章绪论
1.1研究背景。
随着社会经济和技术的高速发展，建设工程项目的规模和内容变得越趋庞大和复杂。
一般项目的管理内容涵盖了工期、成本、组织、安全、信息等各个方面。
但通过研究，可以发现这些复杂错乱的管理内容之间具有一定的联系和规律。
因此，亟需建立这样一种工程项目管理模式，把一个项目中处于动态环境的相互联系又相互区别的各工程要素，作为一个系统工程进行集成管理，并对项目目标进行明确和控制[1].
目前，我国工程项目管理正处于探索发展阶段。
伴随改革开放的发展步伐，发达国家高效科学的项目管理模式对我国传统项目管理模式造成了巨大冲击，国内的工程项目管理模式仍又停滞于传统水平。
这种传统项目管理模式又存在以下问题:
通常只重视单独管理工程项目的某一阶段内容;缺少从全过程角度对工程项目进行科学和系统的分析，使得项目全过程各阶段的工程信息支离破碎，产生许多自动化孤岛或信息孤岛;工程参与主体间的各工作部门相互独立，采取不同的管理方法来获取各自的利益;决策设计阶段的信息很难被反馈和运用于施工、运营阶段，短期内很难实现三大传统控制目标。
例如，工程项目施工阶段管理中经常出现大量的工程变更，其原因在于项目管理者通常只重视施工阶段的质量管理，对设计阶段的质量管理考虑不足而留下了工程隐患，并造成了费用的增加和工期的延误。
这些违规的建设工作程序对我国工程项目建设带来了很大危害。
不仅降低了工程质量、拖延了建设项目工期、增加了事故诱发频率，还加大了工程成本，致使一些工程无法建成，或建成后长期亏损。
这些都是新形势下出现的，也是当前不可忽视的问题。
与此同时，建筑业在传统二维CAD时代下低效的生产效率一直是行业中的难题之一，其原因就在于过于分散的建设过程以及低下的集成管理程度，严重滞后了建筑业信息化的发展[2].BIM（BuildingInformationModeling,建筑信息模型）技术，基于三维数字技术，
对工程项目全生命周期的信息进行集成，并通过创建协同工作平台，使得工程项目管理过程连续化，提高了工程项目管理的集成性，并为解决上述难题提供了一种思路。
但项目各参与方运用BIM技术实施协同工作的过程中，受到了传统项目工作模式的严重阻碍[3].许多国内外学者试图将高度创新集成的管理模式与BIM技术相结合。
例如，丁士昭通过结合PIP（PersonalInformationPortal）技术和BIM技术，提出了基于BIM技术的建设项目全生命周期（BuildingLifecycleManagement,BLM）管理模式[4].美国建筑师学会于2007年提出了集成交付模式（IntegratedProjectDelivery,IPD），并将其付诸于BIM工程项目的应用中。
由于国内对这类新型的项目管理模式研究较少，真正落实到实际项目中还很遥远。
在目前工程项目管理模式下实施BIM的风险大小程度很难被评估，使得各参与方对是否运用BIM技术而犹豫不决。
作为实施BIM最大受益方的业主，如何基于我国国情选择适合的项目管理模式成为亟待解决的一个重要课题。
1.2研究目的与意义。
我国对工程项目管理理论的研究己有30年之久，在此基础上发展了各种工程项目管理模式和方法。
近年来提出的工程项目集成管理模式，正是将集成理念和工程项目管理的实践相结合，从业主需求出发，运用先进的信息技术对工程项目的全过程进行系统和科学性的管理，增强各主体之间的沟通和交流，最大限度减少变更和返工现象，从而全面优化项目的质量、成本和进度目标，实现项目价值的最大化。
借助于BIM技术的发展，工程项目集成化管理在理论和技术上得到了强有力的支持。
运用BIM技术能极大地促进工程项目管理向高效的集成化方向发展，具体表现在:
（1）基于中央数据库的BIM模型，自身具有智能参数化的特点，可以对项目全工程的所有信息进行创建、共享及关联更新，并不断完善和集成。
（2）工程项目全生命周期的过程管理可以借助于BIM技术对
各阶段中任意关联的目标要素的综合而实现。
（3）现有各参与方之间的信息沟通和组织合作方式受到了BIM协同环境的改变，由于利益风险共担，促使项目的各方加强信息的沟通和共享，实现项目组织的无缝沟通和集成管理。
本文针对传统工程项目管理模式中建设过程独立分散、各项管理内容分割独立、各参与方之间信息传递效率低、信息协同和共享性差等问题，利用BIM技术优势，通过对工程项目多要素集成管理、各参与方集成管理以及信息集成管理的研究，阐述了基于BIM技术的工程项目组织管理制度，并进一步建立了基于BIM技术的工程项目集成管理框架模型，为建设项目管理过程中全面应用BIM技术提供借鉴和指导，促进我国现代化项目管理模式的发展。
1.3研究现状与问题提出。
1.3.1国外研究现状。
随着计算机技术和信息技术的高速发展，国际上越来越重视BIM技术的应用与研究，目前BIM技术在建设项目中的应用日趋普遍和成熟。
据统计，2009年美国49%的工程项目应用了BIM技术，在欧洲也有36%的工程项目应用了BIM技术[5].就在2012年，BIM技术已经被北美71%的业主、设计师以及施工承包商所接受和应用[6].
现阶段国外对BIM技术在工程项目管理中的研究主要包括:
nD模型与集成管理研究、决策阶段设计优化的研究、IFC（IndustryFoundationClasses）标准与信息模型研究以及BIM技术在工程应用中的扩展研究。
针对nD模型与集成管理的研究，Tamera等（2008）[7]通过将4D和5D技术运用到工程造价和进度管理中，实现了项目的增值，论证了应用nD技术可以带来项目团队的整体利益。
Alvarado,Lacouture等（2010）[8]基于BIM进度计划和AEC标准，实现了BIM技术对进度计划的合理安排。
英国索尔福德大学开发的nD模型，将工期、费用、建筑性能分析等各方面的信息进行了集成[9].
针对决策阶段设计优化的研究，GuNing,LondonK（2011）[10]提出碰撞检查和施工模拟等功能的应用效果取决于对象模型的成熟度。
而BIM应用的更高层次目标是通过数据共享与信息管理实现组织的协同工作。
FaiziF,NooraniM,GhaediA（2011）[11]基于太阳辐射、采光、热环境、遮阳4个指标，采用模糊决策对4个预设方案进行模拟优化。
Tsanas.A.andA.Xifara（2012）[12]以采暖负荷和制冷负荷为评价指标，来判断高度和朝向的变化对评价指标的影响。
针对IFC标准与信息模型研究，K.Yu等（2005）[13]基于已建的物业管理框架，进行IFC标准的扩展，建立了新型物业管理信息模型。
Tauscher,Mikulakova等（2009）[14]认为工程项目管理者可以利用模型信息和IFC标准，生成施工进度计划，实现快速4D模拟，提高项目管理效率。
针对BIM技术在工程应用中的扩展研究，Hamid等（2009）[15]通过将BIM技术与3D激光扫描、无线射频等数据获取技术结合，进行建设工程项目实时信息管理。
Eastman（2011）[16]在BIM手册
中提出运用BIM技术将成本、工期以及其他管理要素进行集成，来实现成本的实时追踪、质量的实时管理、材料的实时采购以及人员的安全管理等。
AmirH.Behzadan等（2011）[17]通过成功应用增强现实技术（AugmentedReality），建议将BIM技术和AR技术相结合，应用到工程项目的质量和工期管理中。
此外，国外学者在集成管理研究方面。
DavidDixon（1990）[18]对项目集成管理的内容从过程管理、知识管理、资源管理三个方面进行了阐述，并设计了ISTAR环境支持管理系统来实现这三个功能。
RiggsJefferyL等（1994）[19]基于集成风险管理理念，运用计算机技术对工程项目管理中费用、进度、技术等风险集成问题进行处理。
L.Kanapeckiene（2010）[20]突出工程项目管理中实际经验和隐形知识的作用，并基于显性和隐形知识，对工程项目知识集成管理系统进行了构建。
XiaojingTu,WeiminFeng（2011）[21]提出工程项目集成管理信息系统的设计核心在于信息化技术和手段的充分应用，来实现工程项目全寿命周期的质量、进度、成本三大核心管理目标，并注意全过程中信息的共享、协调和优化。
1.3.2国内研究现状。
从2004年起，Autodesk公司与国内大学开始合作建立BLM（BuildingLifecycleManagement,建筑全寿命期管理）联合实验室并设立BLM课程。
2004年，哈尔滨工业大学成立了国内第一个BLM实验室，并举办了国际BLM会议。
2004~2005年间，华南理工大学、清华大学、同济大学也紧接着成立了各自的BLM实验室。
华中科技大学在2011年成立了BIM工程中心，面向全国招收BIM研究方向的工程硕士，将国内的BIM应用推向新的高度。
国内，BIM技术已在一些实际工程项目中得到了应用，见表1-1.但总体上，我国对BIM技术的应用还处在探索阶段，由于缺少BIM合同标准和规范的支持，BIM技术大多仅应用在工程的设计或施工阶段。
我国现阶段对BIM技术在工程项目管理中的研究主要包括三
个方面:
BIM技术在项目要素管理中的应用、BIM技术在信息管理中的研究以及BIM技术在集成设计管理中的研究。
针对BIM技术在工程项目项目管理中的应用，牛博生（2012）[22]通过对BIM技术和相关BIM软件的分析，建立了进度管理中BIM应用框架和实施过程，对比了传统软件的功能应用，总结了BIM技术引入前后进度管理的差异，并分析归纳了现阶段进度管理中BIM推广应用的障碍。
王友群（2012）[23]通过对工程项目三大目标管理的现状分析，总结出目前目标管理中存在的问题及产生问题的原因，建议在三大目标管理中运用BIM技术，提高项目管理工作的效率和质量。
针对BIM技术在信息管理中的研究，张洋（2009）[24]综合应用最新的信息集成技术和IFC标准，建立了BIM体系结构、扩展机制和信息描述，解决了三维BIM建模及模型转换、BIM模型信息的提取与集成、BIM数据存储与访问等关键技术。
张晓菲等（2010）[25]强调了IFC标准对BIM软件在信息交互中的重要作用，论述了基于IFC标准的各种工程应用系统间的数据交换和全过程信息管理。
李勇，管昌生（2012）[26]分析了我国建筑信息化及BIM技术应用的发展现状，基于工程项目BIM信息管理模式，对BIM信息集成模型进行研究，并
提出了BIM管理人才培养和加强各参与方信息交流与共享的实施策略。
李犁，邓雪原（2012）[27]通过对建筑信息BIM平台的结构分析，运用BIM技术构建了BIM信息平台，实现了各参与方各专业间的协同工作和信息共享。
针对BIM技术在集成设计管理中的研究，陈彦，戴红军等（2008）[28]比较分析了传统的工程项目管理信息系统（ProjectManagement
InformationSystem,PMIS）和基于BIM技术的PMIS,提出了基于BIM技术的PMIS应具有的功能。
郑聪（2012）[29]在集成化设计中引入BIM技术，进行参数化设计和协同工作，并对集成化设计的各具体设计阶段的应用进行了研究。
国内对集成管理的研究，起源于钱学森提出的综合集成研讨厅体系，这是一种处理开放复杂巨系统的方法，通过结合专家、信息数据资料和计算机技术，组成一个人机结合的问题处理和巨型智能系统，是我国最早应用综合集成思想解决问题的方法[30].
现阶段集成管理在我国工程项目中的研究主要侧重于四个方面:
集成管理在大型工程项目中的研究、集成管理在项目管理中的应
用研究、集成管理信息化研究以及集成管理模式研究。
针对集成管理在大型工程项目中的研究，张国宗（2009）[31]结合大型公益项目管理系统的特点，对项目管理的三维结构体系进行研究，并提出利用时间维、逻辑维和知识维的三维系统和项目环境要素，来构建大型公益建设项目管理的空间结构。
徐武明，徐玖平（2012）[32]基于大型工程项目组织管理现状和基本原理，应用系统集成的方法，建立了项目组织的十元组模型，并在此基础上，建立了工程项目组织集成的逻辑框架、结构框架、和运作机制。
潘怡冰，陆鑫和黄晴（2012）[33]基于BIM的研究成果，分析了大型项目群的特点、结构与管理风险，构建了大型项目群全生命周期管理的信息集成模型。
针对集成管理在项目管理中的应用研究，赵丽坤（2004）[1]分析了项目管理的两个层次、全生命周期各阶段及三大目标之间的系统性，研究了项目综合集成管理模型和实现方法。
郭晓霞（2005）[34]基于工程项目集成管理内涵，优化了集成网络计划，提出了一种能实现三大目标经济效益最大化的项目集成管理方法。
田野（2007）[35]等通过对管理要素、过程和知识的集成，对项目集成化和DEA评价方法进行研究和阐述，验证了项目集成化管理的可行性。
夏胜权（2009）[36]在集成风险管理的基础上，结合综合集成研讨厅理论，提出了基
于综合集成研讨厅的工程项目风险集成管理。
师征（2012）[37]基于BIM特点和项目管理理论，构建了适合我国现阶段发展的工程项目BIM管理流程，并通过实例模拟验证了组织结构设计的合理性。
针对集成管理信息化研究，刘尔烈（2001）等[38]认为工程项目集成化管理模式实现的两大基石是网状项目组织结构和集成信息系统。
丁卫平（2004）[39]基于三维模型和兼容协议，开发了能将信息模型与进度、成本等信息进行整合的软件平台，实现了3D到nD的建模以及工程项目可视化的集成管理。
陈勇强、吕文学和张水波（2005）[40]结合工程项目自身特点，研究了工程项目信息管理和信息集成，提出了工程项目集成管理系统的管理目标、总体集成框架和初步实施方案。
高璇（2008）[41]在协同网络工作环境下，运用UML建模语言对集成管理系统进行了开发设计。
涂小京（2012）[42]基于网络信息技术，研究了工程项目集成信息管理，实现了关键对象的动态信息管理和智能决策。
针对集成管理模式研究，仉冰（2005）[43]等把集成化理念运用于工程项目管理，并从工程项目目标集成、内外部集成模式、信息平台等方面提出了集成管理创新理论。
陈敬武，袁鹏武（2008）[44]通过分析各目标的平衡点，提出了一种可以兼顾各主体、各阶段以及
三大管理要素的项目集成管理模式。
万冬君（2012）[45]基于全生命周期理论，综合项目全过程、全方位、全生命期以及全要素管理，提出了关于质量、进度、费用、安全、环保等要素的集成管理实施办法。
综上所述，可以得出如下结论:
近年来，国内外对于BIM技术以及工程项目集成管理的研究内容和领域越来越深入。
项目管理人员越来越重视项目全过程的管理、逐步将BIM技术运用于工程项目集成管理中。
但目前国内对于BIM技术和集成管理理论的结合运用，主要表现在工程项目的信息管理与传统三大目标的管理，尚未从工程项目全过程的角度，将工程项目中各参与方管理、多要素管理、信息管理以及组织管理的综合集成。
1.4研究内容。
当前BIM技术在我国的应用大多集中在设计阶段和施工阶段，对整个项目的全过程集成运用还不完善，考虑到项目生命周期长、施工复杂、管理因素多以及庞大的信息量，运用BIM可以实现全过程的信息传递和共享。
鉴于BIM和集成管理的优势，本文主要从集成管理内容和组织管理制度两方面，构建基于BIM技术的建筑工程项
目集成管理框架。
并通过某综合建筑群的案例分析，验证BIM技术在工程项目集成管理中的高效性和优越性。
具体内容如下:
（1）从工程项目全过程中多要素管理、各参与方管理以及信息管理三方面阐述了集成管理的内容，明确项目多要素管理的内容和各参与方管理的范围。
（2）研究基于BIM技术的组织结构、组织内部职能分工和激励机制。
（3）构建基于BIM技术的工程项目集成管理框架，并通过案例验证其可行性，为BIM技术在建筑工程项目管理中的全面应用提供借鉴和指导。
1.5研究方法与技术路线。
1.5.1研究方法。
本文主要运用了以下三种研究方法:
（1）文献研究法。
通过计算机网络、学校图书馆等途径，对BIM技术、组织管理、信息管理以及集成管理等相关的学位论文、期刊、书籍等资料进行收集，为国内外研究现状和项目集成管理模式研究提供理论支撑。
（2）比较研究法。
对现阶段传统项目管理模式和基于BIM技术的集成管理模式的比较研究，分析了传统项目管理模式存在的问题以及产生问题的原因，同时对BIM项目集成管理模式的特点、应用原理和应用推广障碍进行分析。
（3）案例分析法。
结合案例分析了BIM技术在工程项目集成管理中的实际应用情况，验证了BIM技术在项目集成管理中的可行性和优越性。
1.5.2技术路线。
第二章集成管理与BIM技术理论
2.1集成管理理论。
2.1.1集成管理的内涵及特点。
集成化的理念最初来源于1969年，由美国学者霍尔（Hall）提出的系统工程”三维结构体系”[46],它是一种解决大规模、结构复杂、因素众多的复杂工程组织与管理问题的思想方法，其本质上是一种管理理念集成的体现。
因此集成管理是指对特定要素的集成活动以及集成体的形成、维持及发展变化，进行能动的计划、组织、指挥、协调、控制，以达到整合增效目的的过程。
且集成管理的对象主要是要素的集成活动，既包括对具有公共属性要素的集合过程的管理，又包括了对要素经过集合后所形成的整体或系统的维持，以及对整个系统在内外环境作用下变化、发展规律的研究。
基于集成理念，对时间维（过程集成）、逻辑维（组织集成）、知识维（信息方法集成）这三个维度的空间结构系统进行集成，则构成了集成管理系统，能够加强管理系统和对象间的内部联系，实现整个管理系统的协调程度和管理效益的提高。
集成管理是一种全新的管理理念与方法，是强调运用集成的思想和理论来指导管理实践，其特点如下:
（1）主体行为性。
集成是集成主体--人的有意识、有选择的行为过程，是为实现集成主体某一具体目的而进行的有意识的活动。
因此，集成管理突出强调集成主体的主体行为性。
（2）功能倍增性。
集成管理是一种以功能倍增或涌现出新的功能为结果的，因此它不是集成要素各功能的简单加和，而是一种非线性功能变化或功能涌现。
如集成电路，不仅大大提高了分立元件所组成电路的功效，而且在抗干扰性、稳定性等方面增加了新的功能。
（3）整体优化性。
集成管理是集成行为主体的有意识、有选择的过程，这种有意识、有选择的过程本身就包含着优化的思想方法，而且经过有目的、有意识地比较选择，能充分发挥各集成要素的优势，最终实现整体优势、整体优化的目标。
（4）相容性。
各可集成元素（单元）之间相互关联，这种关联是各集成元素（单元）能否集成为一个整体的必要条件。
2.1.2建筑工程项目集成管理。
建筑工程项目，是以建筑物为目标产出物、有开工时间和竣工
时间的相互关联的活动组成的特定过程。
该过程要达到的最终目标应符合预定的使用要求，并满足标准（或业主）要求的质量、工期、造价和资源等约束条件。
因此，建筑工程项目集成管理即是从建设工程项目全生命周期的角度，运用集成思想和网络信息技术，以工程项目信息为核心，对工程项目管理人员、工作内容、进程以及设定的管理目标进行远程智能化的控制，实现项目整体价值和功能的提升。
主要包括组织管理、主体管理、要素管理以及信息管理四个方面。
（1）组织集成管理。
在组织集成管理中，通过集成化建立为实现共同项目目标，能承担各自的项目任务的组织结构，建立相应工作流程、责任体系、风险管控以及激励机制等，使具有各自利益的各参与方共担利益与风险，更好地服务于建筑工程项目目标[47].
（2）主体集成管理。
即各参与方的集成管理，在项目全生命周期管理过程中，应用管理科学、系统科学、自然科学、工程技术和信息技术等管理手段及方法对各参与方的工作任务、职责等进行集成管理。
（3）要素集成管理。
由于工程项目同时存在质量、成本、进度、安全、风险和沟通等多个相互制约的项目要素，因此需要对这些项目要素进行集成的规划考虑。
项目各参与方应强调实现多要素目标的一致性，共担利益风险，防止各参与方为了各自利益而损害其他方的利益，只有整个工程项目的多要素目标实现了，各参与方的目标才能实现。
（4）信息集成管理。
从建设项目提出、市场调研、可行性研究、评估、决策、设计、施工到竣工验收及后期的运营物业管理等一系列工程活动中，收集和整合大量建设工程信息，用于指导和控制工程项目的建设工作，提高信息使用效率，减少因为沟通问题导致的费用增加，提升项目利润。
2.1.3工程项目集成管理模式。
管理模式是一种由项目管理者基于假设的基础上，设计出的一整套具体运用于企业的管理理念、管理程序、管理制度、管理内容、
管理工具和管理方法论体系，并通过企业的反复运用，逐渐使企业自觉在运行过程中按此框架进行操作的管理规则。
当前，我国大多数工程建设项目采用的是设计--招标--建造的模式，这种模式虽然具有专业分工明确、管理阶段明细、管理重点突出等优点，但人为地阶段割裂（设计、施工、采购等）和专业割裂（建筑、结构、给排水等），导致了项目目标与组织冲突、信息沟通不畅、项目知识割裂等问题严重，制约着建设项目的实施绩效，是制约我国建筑业管理水平提高的重要因素之一。
工程项目集成管理模式是一种基于信息技术的新型高效的工程项目管理模式。
依据工程项目和项目管理的特点，基于系统化和集成化理念，综合考虑了工程项目从前期决策到后期运营维护全生命周期中各要素间相互关系、各参与方的在项目执行过程中的动态关系以及项目全过程中信息的高效传递和数据共享，从项目整体出发，对工程项目实施全过程中的组织、要素、主体和信息进行系统科学性的管理，实现项目在质量、进度和工期等目标的全面优化。
即在实现信息安全共享的基础上，通过建立各参与方平等协调的项目管理机构，并由该机构在项目全寿命周期全过程实施项目决策和管理，进而提高项目管理水平和管理效益，弥补了当前工程项目实施过程中被人为割裂的不
利局面。
传统管理模式和集成管理模式的区别。
2.2BIM技术理论。
2.2.1BIM的内涵。
30多年前，美国ChuckEastman博士首次提出了建筑信息模型的概念，他认为:
”建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等过程信息。
”[48]
Autodesk公司在2002年正式提出”建筑信息模型”的概念，指出建筑信息模型是在建筑设计、施工以及运营过程中，创建和使用的一种可以计算的数码信息[49].而美国国家BIM标准则将BIM定义
为一个共享的知识信息库，通过对项目功能特性的数字表达进行信息的传递和共享，为项目全生命周期中各参与方的决策提供准确的依据[50].
综上，BIM是创建并利用数字化模型对建设项目进行设计、建造和运营全过程进行管理、优化的方法和工具，通过对信息的插入、提取、更新和修改来支持在建设项目不同阶段、不同利益相关方的协同工作。
2.2.2BIM的特点。
完整的建筑信息模型，是对工程对象
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