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基于+BIM+的工程项目管理流程与组织设计研究
西安建筑科技大学硕士学位论文基于 BIM 的工程项目管理流程与组织设计研究专 业：管理科学与工程 硕 士 生：师征 指导教师：徐勇戈 教授摘要计算机辅助设计技术（Computer Aided Design，简称 CAD）与现代项目管理 理论的相互结合是我国建筑行业目前采用的主流施工管理技术，本论文称之为二 维工程项目管理技术。二维工程项目管理技术在我国建筑行业的广泛应用推动了 我国建筑行业信息化的水平的不断提高，改善了传统落后的建筑行业施工面貌。 但随着建筑设计的复杂程度不断提高，二维项目管理的弊端也愈加明显。信息割 裂问题严重，信息集成化程度不高，可靠性差，重复利用低等问题是建筑行业信 息化继续发展的主要瓶颈。工程项目管理向多维度集成化发展将成为解决这些问 题的必然选择。 在这种情况之下，建筑信息模型 BIM（Building Information Modeling，简称 BIM ）理论的提出为项目管理信息化的继续发展开辟了新的道路。建筑信息模型 是以三维数字成像技术为基础，集成了多种建模工具，包含大量建筑实体信息的 三维建模系统。他采用目前最先进的三维参数化建模技术，试图将建筑物的各种 信息以统一的方式表达在建筑信息模型之中，实现了建筑信息的集成化表达。能 够使设计师在项目的早期设计阶段就最大程度的解决工程项目可能面临的问题与 风险，在模型的修改完善中就实现对问题的理想解决。BIM 技术的应用空前的强 调项目管理中计划职能的重要性，最大程度上将项目的问题解决在项目规划的早 期阶段。解决了二维工程项目管理信息人为割裂的问题，深刻的影响到后续工程 项目管理乃至于建筑物的运营与维护，真正实现了建筑全生命周期管理的信息统 一。BIM 的应用程度如今很大程度上成为建筑行业信息化水平的标志。 考察我国的 BIM 应用现状，目前大多数研究成果集中在软件的操作层面上， 较少涉及对整个工程项目的信息整合和后续的工程项目管理。本论文在对 BIM 思 想特点研究的基础上，结合现代项目管理理论方法，建立了基于 BIM 的适合我国 国情的工程项目管理流程，进行了组织结构设计，并通过实例模拟验证了其合理 性。论文研究成果对于 BIM 在我国的推行及工程管理信息集成水平的提高上有一 定的理论参考价值。西安建筑科技大学硕士学位论文关键词：建筑信息模型；项目管理；计算机辅助设计；流程设计；组织设计西安建筑科技大学硕士学位论文The design research of construction management’s workflow and organization based on BIMSpecialty：Management Science and Engineering Name：Shi Zheng Instructor：Prof. Xu YonggeAbstractComputer Aided Design technology has applied for more than twenty years in the construction industry of our country. The combination of CAD technology and modern project management theory become a mainstream in construction industry of our country at present, which is called the project management technology. This method promotes the wide application of the construction industry and improves the informationalized level, changing the traditional backward construction appearance. Along with the construction industry and the development of the computer information technology, complexity of the architecture design continuous improves. Much previous technology cannot meet the architectural form appear ceaselessly, which makes the 2-dimensionality project management cannot adapt to the development of buildingmarket. The planar design information lacerate is very serious, and the integration of information is not high, low reliable, low repeated utilization factor, which become obstacles of the development of construction informatization. Highly integrated and multidimensional development of project management becomes a key to solve the 2-dimensionality project management problems. In this situation, Building Information Modeling theory offers a new way to the continued development of the project management Information. Building information model using the most advanced 3-dimensionality parametric modeling technology, tried to express all the information building in a unified manner in a building information modeling, which makes the information integrated expression of a building realize. It can make the stylist solve the problems and the risk of a project in the project design greatest degree, and improving of the ideal and solving problems in the phase of model’s modification. The application of BIM technology unprecedentedly emphasis the importance of planning functions in project management, solving the problem of project in the early stages of the project at the maximum level. It changed information西安建筑科技大学硕士学位论文separated in the 2-dimensionality design stage dramatically, influencing subsequent project management from the operation to maintenance of the building deeply, realizing truly information management’s unity in the construction total life cycle. The depth of BIM application becomes largely as a signs of construction industry informatization. After inspecting the application of BIM in our country, most research focused on software operation platform, giving little attention to the entire project information integration and project management. After researching of the characteristics of BIM, with China's traditional project management theory and method, this paper tries to build a project management workflow based on BIM process, explore a right path for BIM in our country’s application. There are a certain reference theory value to our country’s BIM implementation and engineering management information integration Keyword ： Building Information M Computer Aided D process design；organization design西安建筑科技大学硕士学位论文目录第 1 章 绪论 ........................................................ 1 1.1 研究背景 ...................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ................................................ 2 1.2.1 国外研究现状 ............................................ 2 1.2.2 国内研究现状 ............................................ 4 1.3 论文研究的目的和意义 ......................................... 4 1.3.1 论文研究的目的 .......................................... 5 1.3.2 论文研究的意义 .......................................... 5 1.4 论文研究内容与技术路线 ....................................... 5 1.4.1 论文的研究内容 .......................................... 5 1.4.2 拟解决的关键问题 ........................................ 6 1.4.3 论文的研究方法与技术路线图 .............................. 6 第 2 章计算机辅助设计发展历程与 BIM 理论综述 ......................... 9 2.1 CAD 发展脉络 .................................................. 9 2.1.1 2DCAD 的技术发展历程 .................................... 9 2.1.2 3DCAD 技术发展历程 ..................................... 10 2.2 计算机辅助建筑设计软件的发展及其应用 ........................ 14 2.2.1 2DCAD 绘图软件 ......................................... 14 2.2.2 2DCAAD 软件 ............................................ 14 2.2.3 3DCAAD 软件 ............................................ 14 2.3BIM 的定义与理论范畴 .......................................... 15 2.3.1BIM 的定义 .............................................. 16 2.3.2BIM 的狭义理论范畴 ...................................... 17 2.3.3BIM 的广义理论范畴 ...................................... 19 2.4 BIM 在建筑行业中的定位 ....................................... 20 2.5 BIM 在我国推广应用的主要问题及对策 ........................... 20 本章小结 ........................................................ 23 第 3 章 基于 BIM 的工程项目管理流程设计 ............................. 25 3.1 对现代项目管理的再认识 ....................................... 25 3.2 现代二维工程项目管理的流程框架 .............................. 26I西安建筑科技大学硕士学位论文3.3 基于 BIM 项目管理流程设计的基本原则 ........................... 27 3.4 基于 BIM 的工程项目管理流程设计 .............................. 27 3.4.1 基于 BIM 的项目管理各参与方的流程 ....................... 27 3.4.2 基于 BIM 工程项目管理技术流程 ........................... 30 3.5 基于 BIM 的工程项目管理流程图的设计 ........................... 36 本章小结 ........................................................ 38 第 4 章基于 BIM 的项目组织与团队设计 ................................ 39 4.1 传统组织理论 ................................................. 39 4.1.1 组织理论的研究内容 ..................................... 39 4.1.2 组织结构的分类及特点 ................................... 40 4.2BIM 项目管理团队设计的基本原则 ................................ 42 4.3BIM 项目管理团队设计 .......................................... 42 4.3.1BIM 项目管理组织的横向与纵向分层 ........................ 42 4.3.2BIM 项目管理组织结构 .................................... 42 4.3.3BIM 组织结构的扩展 ...................................... 43 4.4BIM 团队成员应当具备的素质 .................................... 44 4.4.1BIM 项目总监 ............................................ 45 4.4.2BIM 项目职能主管 ........................................ 45 4.2.3BIM 项目专业主管 ........................................ 46 本章小结 ........................................................ 46 第 5 章实例模拟研究 ................................................ 47 5.1 模型建立 ..................................................... 47 5.2 集成化工程项目管理 ........................................... 49 5.3 BIM 组织在案例中的应用 ....................................... 52 本章小结 ........................................................ 53 第 6 章 结论与展望 ................................................. 55 6.1 结论 ......................................................... 55 6.2 有待进一步研究的问题 ......................................... 55 致谢 .............................................................. 57 参考文献 .......................................................... 58 附录 硕士研究生学习阶段发表论文 .................................. 61II西安建筑科技大学硕士学位论文第 1 章 绪论1.1 研究背景当前，人类已经步入信息社会。信息化浪潮席卷全球。人们在处理和交换共 享各种信息的方法和手段上取得了长足的进步。在这种大的社会背景推动之下， 工程建设领域，计算机辅助设计（Computer Aided Design ，简称 CAD）技术也应 运而生，并且伴随着信息浪潮飞速的向前发展。 计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称 CAD）的使用给广大的建筑 行业从业者（建筑师，监理师，项目经理等等）带来了难以想象的巨大便利，它 使得建筑师可以从繁重的手工绘图中解放出来将注意力真正的放在方案的优化设 计上；使得项目管理者从繁杂的项目变更和多次重复的工程量计算中脱离出来将 目光投向全寿命周期工程项目管理；使得业主不必再为多如牛毛的项目文件烦恼 而将注意力集中在项目的成本与收益上。可以说，计算机辅助设计的推广应用极 大改善了建设行业从业者的工作环境，空前提高了建筑行业的生产效率。 然而，随着计算机软硬件的不断发展更新，对项目管理也提出了很多更高的 要求。传统的施工组织方式也亟需改善以适应不断发展的工程技术手段。 BIM（Building Information Modeling，简称 BIM）是一种集成的参数化全新设 计思想。BIM 利用现在最先进的建模方式，集成了很多建筑行业特有的工具模型， 实现了对建筑信息的最详尽表达。作为建筑信息化的新的发展方向，BIM 已从一 个纯粹的理论变成了如今现实的应用工具。给建筑行业从设计、施工、管理、乃 至于运营，都带来了新的挑战和发展机遇。设计师可以通过 BIM 的模型更好的进 行方案的优化比选，施工方可以从模型中获得比以往更多、更可靠的技术细节信 息支持，项目管理者可以透过 BIM 的思想结合 4D 模拟建筑技术更有效率的展开 工程项目管理。在建筑物竣工之后，成熟的 BIM 模型还可以帮助物业管理者开展 设施维护与大修工作。 参数化建模技术是 BIM 理论下设计软件的核心。BIM 思想之下的设计软件有 着同相关信息很好的关联效果。建筑构件的属性信息都统一于建筑信息模型之中。 通过参数化的设定与修改，设计师可以方便快捷的编辑各类建筑构件属性信息。 属性之间的相互关联使得模型每改动一处，其他与之相关的所有子项目信息都自 动的获得修改指令，并随之改动。这种参数化的设计思想有效降低了设计师在方 案修改上所耗费的时间与精力，使建筑信息最大程度实现了重复利用。1西安建筑科技大学硕士学位论文参数化的设计思想也给项目管理者提供便利的工具。在项目的实施过程中， 项目的变更是常见且令人头疼的事情。原因在于：在二维平面 CAD 的设计思想之 下，每改动一处往往需要对照与之相关的所有图纸做相应的变更，工程量重复计 算也非常的繁琐。BIM 的思想为解决这一问题提供了很好的工具。在 BIM 的设计 软件中，工程量清单作为建筑构件属性信息的一部分，在设计时就直接生成。当 发生设计变更时，只需将模型中构件修改，自动关联的属性信息就在数据库中重 新计算与更新。这使得项目管理者可以更有效的设计管理流程而不必将注意力放 在工程繁琐的变更程序之中。参数化建模思想给建筑行业带来了更多智能化的实 现工具。是建筑信息化在计算机辅助设计之后的又一次新的变革。1.2 国内外研究现状作为目前解决建筑全生命周期项目管理的理论方法，BIM 思想在理论和实践 上都被世界各国同行所认可。各国也都在积极的制订本国的 BIM 项目管理框架和 实施细则。由于国情与行业现状的不同，各国对于 BIM 的研究和应用也呈现出不 同的特点，这其中尤以美、欧及日本最具代表性。我国的 BIM 研究尚处于起步阶 段，如何在制订 BIM 实施规范时既能与已有的标准保持一致又能够与国际标准 （美、欧等等）保持对接是目前面临的最大挑战。但是伴随着国家经济和建设行 业的高速发展，我国的 BIM 研究的潜力和应用空间规模正在不断扩大。 1.2.1 国外研究现状 BIM 的研究发端于美国，又以美国的应用程度最为普及深入。欧洲作为 BIM 思想的孕育地和主要的软件提供商，其 BIM 工程项目管理技术框架的制订和政府 推动的作用效果明显，值得我国在制订相关规范时学习借鉴。日本由于其特殊的 地理条件，BIM 的研究主要在绿色节能和结构抗震上成果显著。 1．美国 BIM 在美国的应用已经非常成熟。各大建筑事务所，建筑公司，房地产开发 公司先后推出了自己的 BIM 标准。 2009 年数据表明美国建筑业前 300 的企业中超 过 80%都已使用了 BIM 技术。 2003 年，美国总务管理局（GSA）就推出了旨在提升建筑业生产效率，促进 建筑业信息化发展的国家 3D-4D-BIM 计划， GSA 在以往开发的实际工程项目中挑 选出一批试点工程项目，推广 BIM 的应用，并在其中逐步探索 BIM 的应用模式， 规范，管理流程等。在试点的基础上推出一整套项目全生命周期的工程项目管理2西安建筑科技大学硕士学位论文实施方案。政府给予资金支持，大力推广试点项目的实施开发。从 2007 年开始项 目经验逐步累积完善，开始推出系列的 BIM 实施指南，用来规范 BIM 的具体操作 规程。 2007 年，美国建筑科学研究设计院（NIBS）发布了了首个美国国家 BIM 标准 （NBIMS） ，该组织通过旗下的 buildingSMART 联盟负责推广研究 BIM 具体实施 工作，借以此来改善整个建筑行业的生产力状况。 2009 年 7 月，维尔康辛州发布第一个 BIM 实施细则，成为全美境内第一个要 求在州内大型公共项目必须使用 BIM 的州政府。 州政府要求从 2009 年 7 月 1 日开 始，预算在 500 万美元以上的所有工程项目及预算在 250 万美元以上的施工项目 都必须在项目早期规划阶段就使用 BIM 技术。 2009 年 8 月， 得克萨斯州宣布发展详细的 BIM 的指导规则； 2010 年 9 月俄亥 俄州发布 BIM 实施细则。至此，美国州一级行政单位的 BIM 实施计划基本制订完 善，开始进入到 BIM 实施的具体应用环节。 2．欧洲 2006 年丹麦政府就推出了旨在促进工程建设程序改革的 BIM 模板。在结合案 例工程修改三次后正式成为国家标准。德国的智能建筑联盟（Building Smart GS） 也在同年推出了自己的 BIM 检验标准及认证指标。在此之后北欧的芬兰挪威等国表 1.1 欧洲各国的 BIM 标准 国家 丹麦 德国 芬兰 挪威 标准名称 Digital Construction User Handbook Data Exchange BIM/IFC BIM Requirements 2007 information Delivery Manual 发布机关 NAEC Building Smart GS Senate properties STATSBYGG 发布时间 2006 年 2006 年 2007 年 2007 年家也先后推出了自己的 BIM 标准，见图 1.1。这其中芬兰的 BIM 标准具有比较强 的可移植性。 芬兰的 BIM 标准建模过程分为空间组 BIM 建模（Spatial Group BIM） 、空间 信息 BIM（Spatial Information BIM） 、初步建筑元素 BIM（Preliminary Building Element BIM） 、建筑元素信息建模（Building Element Information BIM）4 个阶段。 从上一个阶段到下个阶段是一个模型逐步细化的过程，并对模型个阶段的细化程 度和信息要求作出了详细的规定。成为后来欧洲各国制订 BIM 实施细则的重要参 照。 3．日本3西安建筑科技大学硕士学位论文在日本 BIM 的应用已经从企业的自发应用上升至政府层面的高度重视。 负责日本政府级投资工程，道路建设的是日本国土交通省。下设官厅营缮部， 主要负责组织管理政府间投资项目，运营和成本核算等事务。2010 年 3 月，国土 交通省官厅营缮部高调对外宣布将在所辖建筑施工项目的推进 BIM 技术的应用， 以期形成自己的 BIM 实施框架。 1.2.2 国内研究现状 在我国，香港一直是全亚洲潮流的风向标，BIM 技术已经成功应用于各类大 型房地产建筑项目中。香港在 2009 年成立了 BIM 研究学会。 在内地，有一定的数量的建筑项目在不同程度使用了 BIM 技术，其中最为瞩 目的要数上海中心项目。作为在建的中国第一高楼，通过对 BIM 技术的引进式吸 收，对项目进行设计、施工和运营的全过程工程项目管理。成为全国第一个由业 主指导的 BIM 全生命周期工程项目管理的典范。 在企业级应用层面上， 业主、 施工方、 设计院等与 BIM 团队的密切配合是 BIM 项目管理走向成功的关键。在这一问题上我国的 BIM 应用现状还存在协同合作的 一系列问题。 2004 年 10 月，国内第一个建筑生命周期管理实验室在哈尔滨工业大学成立， 并召开了 BLM 国际学术会议。 BIM 技术受到了与会专家学者的高度重视， BIM 研 究开始从企业的摸索的阶段走入高校、研究所、设计院合作开发的新阶段。 在行业协会方面，BIM 在国内的学习交流可谓进行的如火如荼。 D中国 BIM 门户 ‖和 D北纬服务论坛 ‖为代表的 BIM 相关技术型网站开始成为 BIM 从业人 员学习交流的基地。而 D北纬服务论坛 ‖则运用 Autodesk 的系列 BIM 软件介绍 国内外相关先进的设计思想，成为 BIM 从业者自发学习培训的新的基地。 2009 年开始，中国建筑行业各大公司注意到 BIM 人才培养的重要性，一 些国内著名的土木类院校陆续推出 BIM 课程， 开始大力培养 BIM 技术的实用 型人才。然而行业的标准定制和规范、操作流程等等问题尚未被提上议事日 程，这越来越成为 BIM 技术在国内推广应用的主要障碍。1.3 论文研究的目的和意义BIM 的迅速发展和推广已经让人们看到他未来的潜力，各国都在加紧制订 BIM 的研究推广工作。而在我国，传统的二维设计及项目管理的方式仍然占据着 统治地位。BIM 的研究工作在相当长的时间里只停留在软件的操作层面，没有形4西安建筑科技大学硕士学位论文成应有的研究深度和应用广度。 这在很大程度上阻碍了 BIM 在我国的推广与应用。 1.3.1 论文研究的目的 面对 BIM 在我国的推广应用中的诸多障碍，如：各参与方分工不明确，配合 不够协调，没有相关的规范与实施细则可供参考，人员素质参差不齐等等。本论 文通过对国内推广 BIM 现状的调查（主要是设计院）研究后发现：传统的二维工 程项目管理的方式不能使 BIM 发挥他应有的潜力，而新的工程项目管理流程 BIM 国家标准还尚未制订是限制 BIM 在国内推广应用的最主要问题。因此，本论文的 研究目的是：通过查阅国内外相关文献，吸取成熟的 BIM 实施案例，试图在我国 原有的项目管理理论框架上重新构建基于 BIM 的工程项目管理流程，探索适合我 国规范与国情的 BIM 项目管理实施框架， 为 BIM 技术在我国的进一步推广与应用 奠定基础。 1.3.2 论文研究的意义 前文已述， 我国 BIM 的推广处于一个旧有工程项目管理流程不能适应 BIM 的 特点，新的国家规范尚未制订的阶段，而现阶段我国建筑行业的爆炸式增长又迫 切要求有新的技术来改善目前国内高能耗，低效率的建筑工程项目管理施工环境。 因此， 本论文对基于 BIM 工程项目管理流程的探讨对于现阶段我国的 BIM 技术推 广与应用具有一定的现实意义；对进一步提升我国的建筑行业信息化水平有一定 的参考价值；对于在我国建立适合国情与行业特点的 BIM 实施细则进行了初步尝 试。1.4 论文研究内容与技术路线1.4.1 论文的研究内容 本论文根据当前 BIM 发展的趋势与我国建筑行业自身的规律，通过对 CAD 技术的发展脉络的简单回顾了解 BIM 技术出现的必然和合乎规律性， 提出 BIM 主 要解决建筑行业的那些问题。 再通过国内外 BIM 研究的对比探讨我国 BIM 推广存 在的问题，并提出解决问题的办法――对传统的项目管理模式进行改良，建立适 合三维 BIM 技术的项目管理流程。 在此基础上探讨适合 BIM 规律的项目管理组织 模式，研究 BIM 思想下项目管理的团队建设，然后通过案例来检验与发现上述流 程与组织结构的可行性与存在的不足，提出下一步研究的方向。5西安建筑科技大学硕士学位论文1.4.2 拟解决的关键问题 本论文的研究目的是建立基于 BIM 的工程项目管理流程，在此目的之下主要 解决两个关键问题：第一，研究 BIM 的理论特点结合我国项目管理体系流程，提 出了建立基于 BIM 工程项目管理流程的基本原则，在原有的工程项目流程图基础 上建立基于 BIM 的工程项目管理流程，确定各个参与方的职责权限分工任务，设 计 BIM 工程项目管理流程图；第二，研究了组织理论的分类特点，提出了 BIM 组 织建立的基本原则，选取了适合 BIM 的组织结构，设计基于 BIM 的组织结构图。 建立了 BIM 的组织团队，讨论了团队成员应该具备的基本素质。 1.4.3 论文的研究方法与技术路线图 围绕前文提出的主要问题和研究内容，本论文主要采用了统计调查研究、流 程图设计、案例分析等方法。在研究我国 BIM 推广中的问题与主要障碍上论文调 查了国内主要设计院的 BIM 使用现状，通过统计方法得出其中存在的主要问题。 运用流程图设计了基于 BIM 的工程项目管理流程与团队组织结构。再通过案例分 析研究了上述流程的可行性与存在不足。本文技术路线图如图 1.2。6西安建筑科技大学硕士学位论文研究背景BIM的产生及对二维工 程项目管理的改善国内外研究现状论文研究问题的提出二维CAD发展历程及 BIM理论综述研究方法基于BIM的工程项目管 理流程设计基于BIM的组织结构设 计案例研究结论及存在的不足，进 一步的研究方向图 1.2 本论文技术路线图7西安建筑科技大学硕士学位论文8西安建筑科技大学硕士学位论文第 2 章计算机辅助设计发展历程与 BIM 理论综述计算机辅助设计为我国工程项目管理信息化的发展作出了不可磨灭的巨大贡 献， 二维工程项目管理就是主要以二维 CAD 为工具开展。 本章主要讨论二维 CAD 在发展过程中的关键节点及其局限性，BIM 的产生、理论特点以及主要解决工程 项目管理信息化的那些问题，为下一步的研究奠定理论基础。2.1 CAD 发展脉络计算机辅助设计（Computer Aided Design ，简称 CAD）是利用计算机强有力 的计算功能和高效率的图形图像处理能力，辅助设计者进行工程或产品的设计与 分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。 CAD 技术起源于上世纪 50 年代，发展于 60 年代。起初目的只是为了减轻设 计师的手工绘图作业量，其出发点是用三视图来表达图纸的各项细节。除了将图 纸搬到电脑屏幕上来之外，做图的原理和依据与手工绘图并无区别。这项技术的 应用使得做图更加精确，快捷。此时的 CAD 被称为 2DCAD，即：二维平面设计。 应该说此阶段的 CAD 只是D计算机辅助绘图‖，而并不能成为真正的计算机辅 助设计。以这种简化绘图为目的的 CAD 一直延续到上世纪 70 年代末期，在这期 间更高级的计算机辅助设计理论已经提出，但受限于当时的软硬件条件并没有很 好的得到开发和利用。 20 世纪 70 年代后期，随着软件开发水平的不断提高，其对各个行业产生的冲 击变革日益明显。大量的 CAD 设计理论和方法在硬件提高的驱动下得到迅速的开 发使用，影响波及国民经济的各个方面。钢铁，造船，汽车，设计，建筑等成为 CAD 技术主要的收益者和推动者。计算机辅助设计逐渐成为衡量国民经济发展水 平的重要标准之一。 2.1.1 2DCAD 的技术发展历程 伴随着计算机软硬件及其其他设备的发展，CAD 的技术发展主要经历了一下 几个阶段: 第一阶段：发展初期（上世纪 50～60 年代） 1950 年，麻省理工学院研制出了世界上第一台图形显示器，作为计算机的一 个配件,他使得将图纸搬上电脑屏幕成为可能。1958 年，美国 Calcamp 公司研发滚 筒式绘图仪，GerBer 首次将数控机床发展为平板式绘图仪。20 世界 50 年代，计9西安建筑科技大学硕士学位论文算机处于电子管与机器语言时代，CAD 主要具有输出的功能，这些都为 CAD 技 术的蓬勃发展奠定了条件。 第二阶段：快速发展时期（上世纪 60 年代） 上世纪 60 年代初，麻省理工学院的 Ivan Sutherland 博士研制了世界上首台交 互式图形系统。受制于当时高昂的费用并没有被多少公司采用。但作为 CAD 技术 的基础，计算机图形学却在这一阶段迅速发展起来。至 20 世纪中晚期商品化的计 算机辅助设计设备逐渐进入了应用领域，为 CAD 的发展打下了新的基础。 第三阶段：推广应用阶段（上世纪 70 年代） 20 世纪 70 年代出现了以小型机为平台的 CAD 系统，计算机硬件和 CAD 的 支撑软件也逐渐丰富起来。各种辅助设备也相继进入商品应用的领域，于是在这 一阶段，面向中小企业商品化的 CAD 软件开始出现。 第四阶段：飞速发展时期（上世纪 80 年代） 步入 20 世纪 80 年代，随着大规模集成电路的使用，计算机硬件水平又向前 迈了一大步。CAD 系统的性能也随之得到了巨大的提升。同时，图形软件也日益 丰富，显示精度和功能都发展的很快。二维三维的图形图像处理技术已经日益成 熟，有限元，图形仿真，动态模拟等技术先后出现并进入商业化开发领域。 第五阶段：成熟期（上世纪 90 年代） 如果说前四个时期的发展主要集中在技术上的话，那么这一时期的计算机辅 助设计的发展轨迹则主要体现在标准化体系的制定上。在这一时期，各国都推出 了自己的相关图集与规范。使得绘图的图元更加的清晰简洁，表达更加准确。此 外，CAD 的集成与计算机仿真成为新的发展热点。 2.1.2 3DCAD 技术发展历程 第一阶段：曲面造型阶段 20 世纪 60 年代的 CAD 只停留在简单的平面线条关系的处理上， 无法真正体 现实体的空间拓扑关系。由于缺乏几何体面的表达关系，计算机辅助机械制造和 计算机辅助工程均难以实现。这一阶段理论和实践的热点就在于如何将简单的二 维线框表达扩展至三维曲面表达。 进入到 70 年代，汽车飞机等大工业迅速崛起，工程实践中遇到大量的自由曲 面问题无法得到解决。当时只能采取二维线框的表达方式。这种方式存在很多技 术上的缺陷。首先，在二维表达中，空间立体感觉得不到很好的体现，很大程度 上只能由工程师人工想像，再结合二维三视图拼接，由此带来了很多的读图识图10西安建筑科技大学硕士学位论文错误；其次，二维表达将实体的空间关系割裂开来，使得信息不完整，不精确。 设计方案漏洞百出，拖延了产品和方案设计的时间和效率。 为了解决上述问题，法国人率先提出了贝赛尔算法，使得工程师能够真正利 用计算机来处理自由曲面问题。这项发明也使得法国的达索飞机制造公司在传统 计算机辅助设计和计算机辅助机械制造的基础上研发出了旨在处理三维自由曲面 的建模方法，并以此为工具开发出了三维曲面造型系统 CATIA。CATIA 的出现标 志着计算机辅助设计从单纯的二维平面绘图中解放出来，开始真正能够完整的描 述三维实体的空间曲面及拓扑关系。这成为 CAD 技术发展史上的一个突破性的里 程碑事件，并为计算机辅助设计带来了第一次技术变革，改变了此前无法完整表 达三维造型曲面的落后的工作方式。 这一时期的三维计算机辅助设计软件的价格非常的昂贵，相互之间高筑技术 壁垒，商品化程度极低。世界上只有少数军火商和大型航空公司拥有这项技术， 非常不利于计算机辅助设计技术的推广应用。 当时，这项技术主要应用在军工领域。但受到 CAD 技术发展带来的启发，一 些民用工业也加入到 3DCAD 技术研发中来。例如一些汽车巨头，如大众汽车表 2.1：70 年代的三维 CAD 软件及开发商 3DCAD 软件 CADAM CALMA CV I-DEAS UG CATIA 软件开发商 美国洛克希德公司 美国通用电气公司 美国波音公司 美国国家航空宇航局 美国麦道公司 法国达索公司公司， 福特汽车， 法国雷诺公司， 丰田公司等等都相继开发了自己的 3DCAD 系统。 但由于经费的缺乏和开发经验的不足，再加上不能得到军方的支持和技术壁垒严 重等问题，开发出的 3D 建模软件功能和可靠性等都参差不齐，差距较大。 这阶段的计算机辅助设计技术革新给汽车工业的设计注入了新的活力，曲面 造型系统的使用使新车型的开发大大加快。简洁明快的流线造型给汽车车身设计 带来了前所未有的变革，不仅提升了美观程度，而且设计方案更加科学合理。 第二阶段：实体造型阶段11西安建筑科技大学硕士学位论文20 实际 70 年代和 80 年代初，计算机硬件水平持续更新，CAD 技术也得到了 更大的提升空间。开始出现了专用模块分析，曲面技术也取得了进一步的发展。 软件开发商开始注意到，三维 CAD 技术虽然能够准确描述实体的空间几何特 征，但是还不能反映其他的属性信息。于是在对三维 CAD 技术进一步探索的基础 上，美国 SDRC 公司首次研发出了能够包含实体所有属性信息的大型计算机辅助 设计/计算机辅助机械制造软件。由于模型中包含当时可以想象到的几乎所有实体 属性信息，这给设计人员带来了难以想象的巨大方便。 作为第二次计算机辅助设计变革的标志，三维实体属性的模型系统在给从业 者带来便捷的同时，也使得计算机需要处理的数据数以万计的增加。运行这样一 套大规模的建模软件计算机的计算速度非常的慢。在当时的硬件条件之下，三维 实体属性模型系统的推广第一次碰到了硬件落后的瓶颈。这使得很难在更为广阔 的领域得到推广应用。进一步的发展有待计算机硬件的提升和支撑。 第三阶段：参数化阶段 在当时信息化爆炸式发展的条件下，计算计硬件条件又有了突飞猛进的发展。 正当实体造型技术普及之时，3DCAD 技术又有了重大进展。80 年代中期， CV 公司提出了一种更加自由的计算方法，现在我们称之为参数化实体模型。从算 法上来说，这个理论更加的简洁，运行速率更加快。他的特点是基于形体的属性 特征，将模型的属性通过算法定义，逐条量化，用户使用时可以随时自由修改参 数，使得模型的属性数据更加自由。 该方案在发展初期很多问题得不到解决，如：模型中很多属性极难量化处理， 如果强行量化需要定义更多的数学计算规则，于是 CV 公司曾一度否决了这项提 议。设计参数化技术的工程师在想法无法实现之下集体辞职，另成立一家 （Parametric Technology Corp.,简称 PTC 公司） ，开始了一个名为 Pro/E 的参数化 软件的开发研制工作。早期的 Pro/E 功能非常简单，但由于在世界上第一次实现属 性信息量化和自由修改，其潜力在很短的时间里便发挥了出来。使设计者认识到 这种技术将给行业带来的便捷。 80 年代末，计算机发展迅猛，硬件成本进一步下降。3DCAD 技术在更加广阔 的领域得到了深层次的应用。 时间步入到上世纪 90 年代，参数化技术已经非常普及。市场开始充斥着各种 计算机辅助设计软件。PTC 公司在低端 CAD 市场上异军突起，而此时的 Autodesk 公司却增长缓慢。可以说参数浪潮引领了第三次计算机辅助设计领域的革命。12西安建筑科技大学硕士学位论文第四阶段：变量化技术阶段 参数化的算法和由此开发的 3DCAD 软件的成功应用， 使其成为世界上真正的 行业规范。很多公司看到了他潜在的巨大价值，纷纷加入竞争。但是理论意义上 的可行性在运用到现实的过程中，参数化的计算方法碰到诸多的困难。且不说很 多属性的定义在参数化时是否成功，即便是可以参数化的概念在现实使用上能否 真正反映客观现实也是很大的问题。于是很多开发商寻步在原有基础上的修正来 解决面临的问题，开发出很多独立模块。然而，重新开发一套基于参数化的应用 3DCAD 平台其工程的浩大不啻于将系统的内核重新改写，参数化的技术方法并没 有给解决所有问题留下应有的兼容平台。在原有系统上的小修小补难以适应此时 面临的新问题。于是各家软件商开始寻找复式建模的新路子。并且开始宣传这种 复式建模的优越性能，即：能够用参数化处理的尽量参数化，不能或者不能直接 用参数化处理的预留出来让用户自己定义。 上述的思想是基于将线，图框，面乃至于体等几何要素杂糅在一起的复试建 模方法，这并不是完全的实体描述，而充其量只是其雏形。是在难以参数化的情 况之下采用的权宜之计。这时，新的问题又产生出来，参数化与非参数化是基于 不同内核所写的程序。系统在参数化的内核之下工作要进入非参数化系统需要计 算机进行大量转译过程才能计算运行，而这种转译对于软件来说其缺点是很突出 的。大量转译带来了数据信息的丢失，成为困挠用户的主要问题。而如果想要使 参数化技术与非参数化技术在一套系统中同时工作在当时的技术条件下是无法实 现的。 20 世纪的 90 年代， 美国 SDRC 公司在累积多年参数化计算机辅助设计经验的 基础上深刻认识到参数化系统善存在大量的不足。 例如： D尺寸约束‖的设计理念极 容易限制设计者的想象空间，尺寸约束即在设计工作中必须始终通盘考虑设计方 案硬性限制。必须通过规定的约束尺寸来达到对形体改变的调控。如果方案复杂， 各种关系无法在屏幕上清晰显示，细处的尺寸变更很容易被忽略，极易造成数据 的混乱甚至丢失。这提醒当时的软件开发者必须彻底放弃尺寸硬性约束的藩篱， 重新书写系统内核才能找到解决问题的方法。 于是，在 20 世纪 90 年代初，SDRC 公司在比较多种改善方案后，斥资 1 亿美 金，以参数化技术为基础，重新书写了软件内核，提出了一种更为先进的实体建 模方法――变量化技术。这是世界上首次重新改写参数化内核的技术成果。变量 化技术的出现成为 3DCAD 第四次重要变革的标志， 他的成功应用标志着计算机辅13西安建筑科技大学硕士学位论文助设计的历史进入的新的发展阶段，为下游的汽车，制造，建筑等行业都带来空 前的巨大效益。2.2 计算机辅助建筑设计软件的发展及其应用CAAD 是D计算机辅助建筑设计‖(Computer Aided Architectural Design)的简称， 是利用现代的技术手段，利用最先进的电脑成像技术辅助建筑行业从业人员进行 方案设计，工程变更以及后续项目管理和设备运行的一系列软件的统称。是 CAD 家族中最重要的分支和组成部分，他的推广与应用极大的促进了建筑业的发展， 提高了生产效率及绘图、识图的精准程度，减少了人为原因造成的工程变更。成 为现代建筑发展的主要成就。CAAD 软件不仅拥有科学绘图，显示，出图等功能， 还不断向计算机仿真，模拟，方案优化，乃至于建筑物全生命周期管理的理论发 展。它的应用不仅极大的减轻了设计师繁杂的方案比选优化，而且还充分拓展了 设计人员的想像力，使得以往无法实现的很多建筑在今天都已成为现实。 2.2.1 2DCAD 绘图软件 在 CAD 技术发展的初期，那时尚没有专门针对建筑行业的 CAD 软件，很多 相似的功能都杂糅在一个软件之下。主要用于尺寸的标注，图上距离的测量，定 线等等，用途比较简单。但是却可以应用于多个领域。 2.2.2 2DCAAD 软件 20 世纪的 70 年代，计算机性能大大提升，在此基础上 CAD 技术也取得长足 发展。由于建筑行业与 CAD 技术结合的较早，这一阶段开始出现了专业的建筑设 计软件，这就是第一代的 CAAD 软件。 这时的 CAAD 软件包含了几乎所有的绘图打印与出图功能，可以进行多种协 同设计，方案比选优化，造型设计等工作，开始受到专业建筑师的青睐。 在这期间， 群雄逐鹿于二维平面设计市场， 然而只有 Autodesk 公司的 AutoCAD 软件成为了日后二维平面设计行业的霸主，并且真正成为行业事实上的规范。 2.2.3 3DCAAD 软件 当 CAD 技术刚刚走入建筑行业时，软件设计师和建筑工程师就开始思考如何 设计 3D 的 CAAD 软件的问题。这在软件行业上需要很多纯理论上的准备工作， 而在于建筑行业却是必须要迈出的步子。 建筑行业的成果一直是以三维实体来呈现的，二维的设计方法需要大量的人14西安建筑科技大学硕士学位论文工分割拼接和空间想象，这又回到了前文提到的老路上。然而，建筑行业的三维 软件不同于通用建模软件（如 3Dmax） ，他有自身行业的上下游衔接的特点。在如 今软件走集成化的大背景之下，如何在建模后又能融合更多的建筑信息上软件设 计者必须花费更多的心思。在没有更好的系统建模思想出想之前，设计师往往用 二维 CAD 做出平面图纸再导入通用建模软件中生成模型，再赋予材质光感等等属 性信息。这种建模方法做出的只是一张建筑效果图而已，对于建筑行业的后期延 伸并没有多大的价值。建筑也是一个系统的工作，如此的表达建筑语言所带来的 缺陷主要有以下几条。首先，导入模型可能存在不兼容的问题，数据在不同模型 之间转换，使得文件格式增多，工作重复量多。其次，通用的建模软件的设计精 度可能达不到建筑行业需要的设计施工精度，使得很多尺寸处于模棱两可的尴尬 状态，模型成为一个中看不中用的花瓶。再有，建筑信息的割裂情况严重，使得 信息传递不能始终如一，妨碍了模型的后期使用。第四，建筑师，监理师需要在 模型中包含有施工作业量，成本结构可靠性，日照采光，能耗等要素在通用建模 软件中无法得到体现。虽然这种方法一直延续至今，但其弊端也是显而易见的。2.3BIM 的定义与理论范畴基于以上的问题，1984 年匈牙利的 Graphisoft 公司提出了以D建筑信息模型‖ （Building information modeling，简称 BIM ）为技术内核的D虚拟建筑‖设计理念， 由此拉开了又一次 3DCAAD 软件的新的变革。 建筑信息模型是以数字成像技术为基础的三维实体建模系统。该系统包含了 大量丰富的建筑信息，是对建筑实体及构件信息的详尽表达，是数字技术在建筑 领域里运用的最高成果。他所富含的大量实体建筑信息能够给设计者，施工人员， 工程项目管理者，业主，物业提供各类所需信息。所涵盖的领域涉及建筑设计， 结构，施工，项目管理，物业管理，设备运营与维护，采光节能，绿色建筑，能 效分析等方面，并且是一个仍然在不断拓展的开放式系统。建筑信息模型所涵盖 的工程领域如图 2.1 所示。图 2.1 建筑信息模型所涵盖的领域 15西安建筑科技大学硕士学位论文同时，建筑信息模型又是一种数字化的建筑，管理，施工，设计的方法。在 建筑信息模型集成化的工作界面下，可以显著的提升建筑行业的施工效率和减少 由于设计变更带来的工程项目风险。 在建筑信息模型中，项目的参与者都围绕统一的三维模型展开。设计院与业 主可以轻而易举的获得设计方案的各种尺寸，各层平面图，各方向立面图，随意 更改剖切面来得到任意角度的剖面图。施工单位可以通过模型来查看细部结构的 施工方案。监理与项目经理可以通过模型来展开施工组织设计，进行成本与进度， 质量管理。各种项目文件作为模型提供信息的一部分也不必再以纸质文档储存， 而可以系统的保存在数据库中，信息管理也变的井然有序。如图 2.2 所示为 BIM 之下与传统二维 CAD 下的信息交互方式的比较。建设单位建设单位建筑 结构 预算设计方案二维图纸成本设备BIM模型项目管理能耗设计院项目管理施工单位设计院施工单位图 2.2 BIM 下与传统 2 维 CAD 信息交互方式的比较由于建筑信息模型支持建筑工程全寿命周期项目管理，因此还不仅是对实体 建筑信息的虚拟表达，而且还兼具建筑行为模拟的功能，例如：建筑物承载力检 测，风荷载测试，采光与能耗分析等。并且这些模型信息质量更高，更精确简洁。 应用他最直接的好处就是信息完整可靠，长远的效益涉及建筑物的运营维护，物 业管理等等。在不久的将来他的影响很可能远远超出人们对他的预测。BIM 的应 用可能对建筑行业的影响如图 2.3 所示。 通过查阅大量国内外文献，D建筑信息模型（Building information modeling）‖ 属于国际上的一个崭新的学科领域。BIM 的思想初创是为了解决在设计中二维设 计工具中信息人为割裂的问题。随着 BIM 理论研究的不断深入，BIM 的研究与应 用领域早以突破了设计的范围，扩展到包含设计、施工、项目管理、营运管理、 设备维护、大修与建筑拆除等建设行业的各个阶段，真正为建设项目的全生命周 期提供了强大的工具支持。成为代表现代建筑行业信息化水平的重要标志。 2.3.1BIM 的定义 BIM 的定义有多种说法，McGraw? Hill（麦克格劳? 希尔）在 2009 年对 BIM 的定义16西安建筑科技大学硕士学位论文中提出DBIM 是D利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程‖。相比较图 2.3BIM 的应用对建筑行业造成的影响美国国家 BIM 标准对 BIM 的定义视野则更加开阔，更能反映 BIM 的行业本质： DBIM 是一个设施（建设工程项目）物理和功能特性的数字化表达；BIM 是一个共 享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，并为该设施从概念到拆除的全 寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目的不同阶段，不同利益相关 方通过在 BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同 作业。‖本论文在 BIM 定义的基础之上将 BIM 的理论范畴划分为狭义与广义两个 部分。 2.3.2BIM 的狭义理论范畴 狭义的理论范畴即是 BIM 的应用层。可以概括为：BIM 是利用数字模型对项 目进行设计、施工和运营的过程。应用层面的复杂之处在于涉及到了建筑行业的 方方面面，所有的项目阶段，所有的项目参与方与利益相关方，还包含其他应用 到工程建设行业的技术和方法。 Autodesk 公司推出的 BIM 解决方案包括： Autodesk Revit， Autodesk Structure， Autodesk MEP 等软件工具，主要涵盖了建筑，节能，管线，结构等的设计工具。 结合项目管理的 4D 模拟施工方法，成为一套非常成熟的 BIM 工程项目管理实现 方案。能够帮助项目管理者在项目的设计阶段就完成工程项目信息的一半以上的 收集和创建。最大限度的突出了计划组织职能，使很多问题都在项目早期就得到 较为理想的解决。17西安建筑科技大学硕士学位论文Bentley 的 BIM 包含 Micro Station Tri Forma 的多个模块来创建模型信息。 BIM 解决方案中还包含了 Bentley HVAC、Structural 和 Architecture 等多个软件实现建 筑信息的交互式表达与传递。 匈牙利著名的建筑设计软件开发商推出的 BIM 解决方案也是基于一系列的 BIM 模型创建软件实现的。Graphisoft Archi CAD 是其中的核心建模软件。此外还 兼具有设备管理（Archi FM）及虚拟建筑的平台软件((virtual Construction)，通过 这些虚拟软件的平台将多工种的建筑项目管理统一起来，实现了对建模，进度， 预算，设备管理，维护等方面的信息集成。 BIM 思想之下的建筑信息表达具备以下一些特点： 第一，集约性。建筑行业涉及设计，建造施工，给排水，管线，运营维护等 等多种施工工种；包含设计院，业主，施工总包，各分包商等多个参与主体。资 料来源渠道多且杂。在施工现场多工种的作业相互穿插搭接，管理非常复杂。信 息的收集和存储是多层次，多环节，多渠道的。BIM 能够运用多种实施工具实现 对这些的资料的统一收集，集中管理，有效利用。 第二，共享性。由于建设项目信息包含的作用对项目的各个参与方都具有重 要的意义，因此项目信息共享是各个参与主体实现协调工作的基础。BIM 模型提 供的高质量的信息可以在不同参与方之间相互流转使用，自由的编辑修改，以及 时的发现项目中存在的问题，最大程度的提升各工种的协调配合。 第三，统一性。由于项目所需要的信息来源复杂，格式各异，信息管理起来 难度大。在传统的工程项目管理中由于缺乏对信息统一性管理的有效工具，同种 信息往往在不同参与方手中多次创建，标准不一。BIM 信息完全围绕模型信息展 开，不仅质量高，而且格式统一，可以重复多次使用。 第四，海量性。由于工程项目自身的行业特点，项目各个阶段所产生的信息 量是非常巨大的。一般规模的工程信息量如果都用纸质文件表达的话都得数以吨 计。这在很大程度上增加了管理的难度。BIM 模型是对实体建筑信息最详尽的数 字化表达，包含了项目整个阶段所涉及的所有信息，且都围绕不断成熟的 BIM 模 型创建。增加了信息的维度，有效压缩了信息量。 第五，相关性。BIM 模型在设计之初就在构建的属性信息中定义了与其相关 的建筑信息，比如，在绘制墙体时可以告诉软件墙体的材质，用料，颜色等信息。 这些信息都具有很好的关联性，减少了模型修改的难度。18西安建筑科技大学硕士学位论文2.3.3BIM 的广义理论范畴 从广义上来说，BIM 不仅仅是解决建设工程项目信息化的一系列软件工具的 集合，也是交互是共享信息的平台。在这层含义上 BIM 理论还包括了 IFC 标准与 BIM 标准。 一个建设项目从立项到竣工运营拆除的全生命周期之内，需要使用的软件多 达数十种，想要支持如此众多的软件格式数据的信息交换，就必须有一个公开， 独立的信息标准格式，这个信息交换标准就是 IFC。 IFC（Industry Foundation Classes）工业基础类的缩写。通过这一标准，在建 设项目的整个生命周期中提高信息的共享，沟通与节约时间和成本。IFC 包含了所 有建设项目参与方与技术工种应用软件需要的所有信息。而每个项目参与成员只 需面对他专业的工作完成创建所需要的信息，同时把自己提供的信息共享给其他 参与方使用。 IFC 格式作为 BIM 数据共享的标准，虽然在实施中善存在很多问题，但是随 着 BIM 思想的逐渐推广应用也正处在高速的发展时期。IFC 标准的优势还没有真 正的体现，原因在于同一软件商在提供 BIM 解决方案时数据的共享是不存在兼容 性问题的。而不同软件商之间差别化竞争的结果使得很多软件难于提供 IFC 的数 据接口。工程项目的结构外形越来越复杂，需要创建的大量信息很难由一个软件 开发商独立提供。 在 BIM 的实施过程城中，最需要也是最难于确定就是 BIM 的标准，以及在 BIM 标准之下的实施细则。由于 BIM 的应用涵盖了建设项目的全生命周期的所有 环节。随着各个阶段的逐步进行，模型也经过一个不断的修改，成型的过程。模 型信息在这个过程中逐渐的清晰明朗，经过了从宏观到微观，从模糊到具体，从 近似到精确的过程。虽然模型中的数据都是精确可靠的，但是项目的参与方在不 同的时间点上获取的信息精度不一定都是一致。事实上各方所需要的信息也没有 必要都是最精确的，这样其实会造成信息的浪费。 不同参与方，不同的项目实施时点对信息的质量会有各种层次的不同精度的 要求。那么如何确定这些不同信息的精度，在什么阶段模型应该对建筑物表达到 何种效果，进行什么样的应用，如何对这些作出相应的规定是 BIM 规范因该解决 的问题。 全美建筑师协会（AIA，American Institute of Architects）对使用模型的等级， 即 BIM 规范作出了分类。BIM 模型的详细等级可以随着项目的开工建设，直至竣19西安建筑科技大学硕士学位论文工运营，从概念性近似的低级到成熟模型精确的高级作出了明确的定义与分类。 BIM 标准等级共分为 5 级：概念阶段（Conceptual） 、近似几何阶段（Approximate geometry） 、精确几何阶段（Precise geometry） 、建造阶段（Fabrication） 、建成竣工 阶段（As-build） 。 在制订 BIM 应用标准时，应该结合国外成熟的 BIM 实施细则，提炼符合企业 或者我国施工现状水平的技术规范。一般来说，BIM 标准还应当包括，数据，文 档的存储标准，软件使用规范，图纸细节（标准尺寸、线型、字体等）规范、协 调作业的各种构件库、构建尺寸在每阶段的详细程度等等。2.4 BIM 在建筑行业中的定位工程项目涉及的范围和涵盖的领域非常广阔。包括：设计、规划、行政、法 律法规、工程计量、施工、维护、运营、拆除等等。这在经典管理学理论上是一 个标准的长流程管理。为了实现这种超常做业的流程管理，现代管理理论提出了 项目管理的方法和技术。BIM 技术的引入直接的效果是显著缩短了建筑行业流程 的长度，减低了成本，减少了项目实施的风险。他使得项目各个参与方首次在同 一平台，同一标准下实现了协同工作，提高了工作效率。各项工作都围绕统一的 BIM 模型展开，信息流动更加活跃，渠道更加畅通。改善了传统工程项目管理方 式信息流不对称的弊端。图 2.4 描述了在 BIM 模型之下项目个参与方协同工作的 模式。法律，法 规，行业规 范 CAD软件图 纸，计算结 果。 建筑师，工 程师 VRML（虚拟 现实）-可 视化，3D模 型 模拟-通风 供热，采 光，隔声， 隔热，消 防，使用知识库-BIM 项目经验积 累BIM模型拆除改阔建明细-明细 清单，分类 标准，预 算，决算书设施管理出租，运营 销售维护 施工管理进度，质 量，成本控 制采购-产品 数据库，物 料价格数据 库图 2.4 BIM 下建筑行业各参与方协同工作图示2.5 BIM 在我国推广应用的主要问题及对策前文已述， BIM 的出现是 CAD 技术发展的必然趋势和必经道路。 BIM 技术的 应用也在长期工程实践中日趋成熟。本节主要探讨 BIM 在我国应用中的主要问题20西安建筑科技大学硕士学位论文及解决对策。 基于 BIM 的项目管理实践在全球的工程实践中已经被广大的建设项目从业者 认可和接受，其能带来的巨大效益也日益显现。而在我国的实践推广却碰到了诸 如没有规范、各部门配合不协调、政府缺乏相关支持等等问题。成为影响 BIM 在 中国推广实践的巨大障碍。如图 2.5 所示。究其原因主要有以下几条： 第一，我国的建设行业从业者从一开始就是用二维 CAD 做项目的规划设计， 长期的二维实践使得多数人很难放弃对二维数据的依赖。缺乏对国际上建筑行业 的宏观把握。向他们推广 BIM 实践理论是一件非常困难的事。 第二，国内的项目实践缺乏相关的成功案例。推广 BIM 需要研究以往成功的 实施案例来引起设计院，业主和建设单位的一至认可，这样才能激发他们对 BIM 的研究和应用热情。在这方面，国内的案例资料明显不足，现有的案例也多来自 于国外。 第三，国内缺乏相关规范和可供执行的操作步骤。规范对于建筑行业无疑是 非常重要的。纵观 BIM 实践比较成功的欧美各国，都在大力推广完善自己的 BIM 的实施规范和细则。而我国在 BIM 总体的实施规范上来说目前还未见有所行动。 第四，BIM 的成功使用要求项目实施的全部流程都利用 BIM 的思想。在项目 的一开始阶段就需要引入 BIM。设计院用 BIM 来规划设计方案，业主用 BIM图 2.5BIM 在行业中的应用障碍图解来定制物料清单和控制预算，施工方用 BIM 来进行进度质量的控制。否则，BIM 带来的巨大收益将无法实现，甚至可能造成项目的失败。如此多部门，多工种的 行业变革在我国目前很难实现，很多设计院采用 BIM 只是用它作为绘图的工具， 而到了施工方手里又从模型中截出平面图来进行施工，又回到了二维 CAD 的老路 上。图 2.6 所示为 BIM 在国内设计院使用情况的调查结果。21西安建筑科技大学硕士学位论文图 2.6BIM 在国内设计院使用情况的调查结果。针对以上 BIM 推广应用的问题， 本论文通过对 BIM 在中国使用状况的调查研 究，通过查阅了大量的文献资料及相关网站，认为只有建立适合我国国情及现阶 段行业发展水平的项目管理流程，明确各个参与方在 BIM 实施的工作权限及工作 内容，才能为 BIM 在中国的进一步推广研究及规范的制订打下基础。22西安建筑科技大学硕士学位论文本章小结本章通过对计算机辅助设计发展基本脉络的简单回顾，介绍了计算机辅助设 计几个关键的发展节点。分析了二维平面 CDA 存在的主要问题，引出了解决问题 的办法――BIM 思想方法。从 BIM 的定义开始阐述了 BIM 的理论范畴，提出了 BIM 的狭义理论范畴和广义理论范畴。分析了 BIM 理论的主要特点，明确了 BIM 在行业中的定位以及 BIM 协调工作模式对建筑行业带来的变化。通过统计方法调 查了国内推广应用 BIM 的主要障碍。为解决本论文提出的主要问题奠定了理论基 础，下一章将在此基础上讨论解决问题的方法和途径。23西安建筑科技大学硕士学位论文24西安建筑科技大学硕士学位论文第 3 章 基于 BIM 的工程项目管理流程设计我国现行的工程项目管理体系是以二维 CAD 为主要工具结合现代工程项目管 理方法技术构建的理论体系和实施规范，本论文称之为二维工程项目管理。前文 论述了二维 CAD 的发展状况和技术特点，本章将对现代工程项目管理的理论体系 展开论述，主要研究二维工程项目管理的特点，技术方法和存在的主要问题。结 合 BIM 思想来设计基于 BIM 的工程项目管理流程。3.1 对现代项目管理的再认识工程项目管理是以现代系统工程理论为基础，应用所有的现代先进的管理技 术和方法，注重过程管理和目标规划，并致力于对项目整个寿命周期的不断改善 和已有成功项目的经验积累，使项目在各类约束目标的前提下（成本，工期，物 料资源等等）实现项目的目标的管理方法。 项目管理这一称谓是相对于一般管理或者企业管理（General Management）来 说的，与一成不变的传统管理有着本质的区别。它将管理的过程通过工作结构分 解（Work Break Structure，简称 WBS）划分为一个一个的分项目来确定阶段的管 理目标，并且不断的与规划目标做比较，对项目工作进程纠偏，这样反复的进行 下去，最终实现项目的总规划目标。 现代的项目管理方法起源于美国的航空航天工业，而在两个领域运用的最为 成功，一个是软件开发，另一个就是土木工程。项目管理的理论与方法一经与建 设行业相结合就给传统高能耗，低产值的土建行业带来了巨大的效益。第一，它 严格的成本管理模式节约了项目的成本；第二，网络代号技术的引进使得工程进 度的控制更加规范严格；第三，现代实验统计理论方法使得工程质量的控制更加 科学；第四，项目的信息和文档管理更加规范；第五，各种项目管理软件的开发 促进了项目管理模式在建筑行业内部的推广和应用。这些都给传统落后且高能耗 的建筑行业带来革命性的变化。 项目管理是一个具有广阔兼容性的学科，他能够利用最先进的管理理论与技 术方法，使其融入项目管理的理论体系，成为其学科外延中的一部分。并且时刻 处在不断融合的变化的过程中。他的成功使用和不断拓展正改变着很多传统行业 的生产方式。25西安建筑科技大学硕士学位论文3.2 现代二维工程项目管理的流程框架所谓的二维工程项目管理框架是在现阶段我国土建行业内部大量使用的主要 以二维 CAD 工具展开的项目管理方式与方法。图 3.1 大致展示了二维 CAD 之下 项目管理的基本工作流程和技术框架。工程项目管理主要发生在设计至交付使用 的阶段，当然广义的项目管理的已拓展到包括项目前期的建议书和可行性研究阶项 目 建 议 书 可 行 性 研 究 批 立 设 计 任 务 书 设 施 交 付 使 用准 项目前期项计工工程项目管理设计阶段施工管理阶段交付使用阶段 自 检 或 初 步 验 收运营阶段 设 施 维 护 及 修 缮概 念 设 计方 案 设 计初 步 设 计施 工 图 设 计控 制 职 能管 理 职 能准 备 验 收 资 料竣 工 验 收工 程 移 交物 业 管 理成 本 控 制进 度 控 制质 量 控 制合 同 管 理信 息 管 理投 资 估 算设 计 概 算工 施 修 程 工 竣 工 正 合 程 工 图 概 同 结 决 预 算 价 算 算 算 格总 进 度 纲 要总 进 度 规 划项 目 进 度 计 划项 目 实 施 计 划图 3.1 二维项目管理框架流程图段直至项目的维护运营拆除等等方方面面。由此我们可以看到工程项目管理工作 量的浩大。在如此浩繁的工作量之下，传统的二维项目管理技术在现如今暴露出 明显的弊端：第一，二维 CAD 之下项目文件以纸质工程图纸文件为主，一个工程26西安建筑科技大学硕士学位论文从开工到竣工所涉及的纸质文件量特别巨大，整理收档困难，很难作为成熟的项 目经验累积供今后使用；第二，工程变更困难。一处变更需要随之更改与其相关 的所有部位，且在三视图之下很容易出现错漏，而且每次变更都必须重新核算工 程量和施工图预算，非常的繁琐。第三，多种信息以不同的格式存在，给信息管 理也带来很大的不方便。比如，工程文件以 WORD 文档形式存在，工程预算以 EXCEL 表存在，而图纸文件又以 DWG 格式存在，更有效果图，施工照片等等文 件格式都不能统一管理。给信息管理工作也带来极大的不便。3.3 基于 BIM 项目管理流程设计的基本原则本节探讨基于 BIM 工程项目管理流程设计的基本原则。如图 3.1 所示，现代 工程项目管理是一个标准的长流程管理，在 BIM 的思想体系之下审视这个二维项 目管理流程有很多步骤只存在作为一个程序的必要，而作为一项工作是完全没有 必要的。基于对现有工程项目管理流程的再审视，结合 BIM 思想的特点提出本论 文基于 BIM 项目管理框架设计的基本原则――压缩流程。3.4 基于 BIM 的工程项目管理流程设计本小结将工程项目管理的流程设计划分为各个参与方的流程与工程项目管理 的技术流程。 基于 BIM 的各个参与方主要研究在 BIM 理论下各参与方的职责与权 限，明确各参与方在 BIM 之下的分工与协同。技术流程旨在研究 BIM 思想为传统 的D三控制两管理‖的工程项目管理内容提供的崭新管理工具和技术方式。 这两部分 的研究都围绕着压缩流程这一基本原则展开。最后汇总为基于 BIM 的工程项目管 理流程图的设计。 3.4.1 基于 BIM 的项目管理各参与方的流程 图 3.2 为项目管理的总流程图，除项目前期之外属于工程项目管理的阶段，包 括设计阶段，施工管理阶段，交付使用阶段，竣工运营阶段。各阶段所对应的参 与方为：设计方、施工方、业主方。项目管理参与方是工程项目管理在不同阶段 的执行者与受益者。各参与方充分的协同配合才能使工程项目成功的实现规划目 标。在 BIM 的思想体系之下，项目各参与方的工作流程也呈现出与传统工程项目 管理所不同的分工协同方式。 1．设计方（设计阶段） 。 由于传统的工程设计方法都是基于二维 CAD 的，27西安建筑科技大学硕士学位论文项 目 建 议 书可 行 性 研 究批立准 项目前期项设 计 任 务 书设施计工交 付 使 用工程项目管理设计阶段施工管理阶段交付使用阶段运营阶段图 3.2 项目管理总流程示意图二维 CAD 中最突出的短板就是信息割裂。例如；施工图纸设计中，平面图，立面 图，剖面图本是属于一个方案中的设计信息，而二维设计中却只能将各部分分割 开呈现。如果想要在立面图纸中更改一个门窗，就必须在相应的平面图纸中再次 修改一次，涉及到的工程量变更又得重新计算一次。设计方案改动一处的代价非 常之大，设计师在完成了大致的方案设计之后很大精力都放在在了这种类似小修 小补的工作上，而且极容易出错或者更改了立面图忘记更改平面图。类似这些变 更，修改，返工成为现阶段困扰设计师的主要问题，常常导致设计周期延误和成 本的增加。 在 BIM 的设计思想之下，设计信息采用了同一种储存的方式，改变了二维存 储方式中信息割裂的问题。在一个模型之中，设计元素可以以多种方式呈现，平 面图，立面图，三维透视图，剖面图，再或者构件祥表。但是这些不同的呈现方 式所指向的模型是同一个设计元素。BIM 在这种设计元素的大集成上做的非常的 出色，例如：不论你修改上述呈现模式中的任意一个，其他状态下的这一元素属 性都会相应的发生变化，因为你修改的本来就是同一设计元素。如果你选中要素 的一个构件，那么其他的状态下的构件都被选中，因为他们本就属于同一构件元 素的不同呈现状态。 BIM 的设计方式很容易同业主进行沟通。由于 BIM 的集成设计的成果是一个 三维模型，非建筑专业的人交流理解起来才不至于有更多的误解。有效增加了沟 通的效果，减少了设计变更带来的重复和浪费。 准确来说，BIM 的设计思想其实是给方案的初期设计增加了难度，毕竟 BIM 做出的是一个三维模型。但是由于 BIM 软件在设计初期的三维空间约束计算机已 为用户计算好，所以 BIM 的设计思想减少了设计的出错概率，减少了沟通上带来 误读，修改上带来的错漏。28西安建筑科技大学硕士学位论文图 3.3 表明， BIM 的设计流程将主要的工作量集中在了方案设计的初期， 由于 模型建立好后，后续的工作将会变得非常简单，而前期增加工程量的成本是非常 小的。因此，BIM 的应用不仅仅是技术的巨大进步，同时也是改善流程的一套新 思想。高 PD:设计准备 SD:方案阶段 DD:扩初阶段 CD:施工图阶段 PR:施工前期准备 CA:施工阶段 OP:运营阶段 影响和性能的能力 设计变更的成本 传统设计流程 基于BIM的设计流程影 响 效 果2．施工方，项目管理咨询公司或监理单位（施工管理阶段） 。施工管理阶段 是工程项目管理最重要的组成部分，是建筑项目的物化阶段，很多前期后期的问 题都要集中在这一阶段解决。因此，这一阶段是项目管理中最复杂，最核心的部 分，项目的成败很大程度上取决于施工管理是否成功。 表 3.1 列出了在 BIM 思想下施工管理各部门的分工与任务。在 BIM 思想之下 各个部门协调配合的中心工作全部围绕着 BIM 模型展开来。项目投标和合约管理 中的投标报价以 BIM 模型中的算量为准，排除了很多人为因素的干扰，使得项目 投资成本更易于在同一标准上的控制。设计部门前文已述，这里不再重复。采购 部门按照 BIM 模型设计的构件来制定采购计划和质量标准，真正实现了建筑部品 的标准化。 项目管理部门是施工管理的核心部门， 多数指令从这里下达。 采用 BIM 模型后通过 BIM 思想的 4D 施工模拟，工程的质量，进度，包括费用造价等信息 都包含在内。现阶段的工程信息管理存在的最大问题是资料文档格式多，如 doc， jpg，dwg 还有其他数据格式多达十余种，且修改一处都必须相应的修改多个文件 格式，信息之间相互不关联。这给信息的维护，存档工作带来相当大的难度。在/低 PD SD DD CD PR CA图 3.3 工程设计流程曲线29西安建筑科技大学硕士学位论文表 3.1 基于 BIM 的施工项目管理解决方案 部门名称 综合管理部 设计部 采购部 项目管理部 信息管理部 工作内容 项目投标及合约的管理 方案设计及优化 设备，材料采购 三控制，两管理 信息维护，共享，归档 BIM 解决方案 算量分析，4D 进度模拟 设计模型及方案改进 物料价格分析 碰撞检测，4D 进度模拟 利用网络管理统一模型上的各方信息BIM 思想之下，所有项目资料都围绕 BIM 模型展开，文件格式达到了集成化的高 度统一，且在同一的模型中修改一处与之相关联的其他部分属性都相应变动。 3．业主，物业公司（维护运营阶段） 。在工程项目完工之后，BIM 模型对于 业主或者物业管理公司有重要的意义。BIM 的模型就是一个按比例可以随意缩放 的虚拟建筑模型。这个模型包含着实体建筑所有的重要信息。业主和物业公司可 以根据模型提供的各种信息对建筑物实时检查和维护，并在设备使用与消耗过程 中不断更新数据库，使其能够真正反映建筑物的使用情况，各个设备的运营状况 等信息。 3.4.2 基于 BIM 工程项目管理技术流程 技术框架是工程项目管理的核心内容，是逐渐实现工程项目规划目标具体的 细化工作。BIM 为工程项目管理的技术流程提供了新的管理工具，如何很好的利 用这些工具实现工程项目管理的总目标，如何在现有技术流程的基础上一步压缩， 使其更加清晰简洁，工程信息更加可靠是本小节研究的主要内容。 1．质量管理技术流程。工程质量是否合格是在工程竣工后能否安全使用的最 终保证，是工程项目管理的核心内容之一。施工工艺的标准化是建设单位施工能 力的重要体现。特别在如今新材料，新技术大量使用的前提之下，施工工艺和技 术是确保工程质量的重要前提。在传统施工二维设计图纸之下，建筑构件的表达 方式存在巨大的局限性，给施工方和监理单位读图，识图带来了很多麻烦。很多 施工方与监理，与业主的矛盾都是由于对图纸的理解不同造成的。在无法真确理 解图纸意图的情况之下，施工质量将很难保证。再者，对于同一个项目的设计方 案，物料采购时往往存在各个部门标准不统一的情况，如总包与业主，分包商与 监理单位，业主与监理单位往往对建筑材料的采购要求不统一。各自提出各自的 质量控制标准。施工方在不知所措的情况之下往往会偏离了设计院所希望的设计30西安建筑科技大学硕士学位论文意图，甚至导致项目失败。由此造成的工程索赔也是非常常见。究其原因都是在 设计阶段二维图纸对细节的模糊表达造成的。 在 BIM 的设计思想之下，BIM 模型中对细节的表达实现了高度的精准清晰。 模型中的各个建筑细节都能清晰的反映在电脑屏幕上。同时三维模型的呈现方式 有效弥补了二维信息的缺失，使得对图纸的理解能够被多方同时接受。在相同施 工条件的基础之下减少了因为人为因素造成的工程质量差异。 BIM 技术还为施工标准化进一步发展提供了很好的技术平台。通过 BIM 模型 搭载的虚拟建筑技术，工程项目各方都可以在统一平台之下分享交流各种信息， 各个工种的工程师在统一的 BIM 模型基础上更容易达成对未建项目认识上的统 一。再通过各个工种的高度协作，细节表达由计算机精确计算完成，保证了施工 细节的可靠性。有力推进了施工工艺的标准化水平。 图 3.4 展示了 BIM 模型中对细节描述的清晰程度，每一部分的施工质量都在 BIM 模型与工程实体的不断对比与纠偏中得到了最大程度的保证。图 3.4 BIM 模型对混凝土细节的监控图 3.5 所示的是钢结构构件链接的细节在 BIM 模型中的处理。通过这种清晰 的表达，更容易对构件实施标准化的定制，避免了施工中可能出现的不确定问题 对工程质量造成的影响。31西安建筑科技大学硕士学位论文图 3.5 BIM 模型对钢结构细节的监控图 3.6 是 BIM 模型在管线碰撞检查中的使用，通过三维的模型呈现，管线设 计师能够更加清楚更加简单的选取最合适的管线布置，最大程度的避免碰撞情况 的出现，提高了施工质量水平。图 3.6 BIM 模型对管线碰撞的监控图 3.7 是 BIM 虚拟施工模拟中施工现场与模拟状况的对比。事实证明，缺乏足够 的信息和有效的沟通往往是建设项目失败的主要原因。BIM 通过强大的数据模型 支持为建设项目各方提供了大量可靠的技术细节信息。在 BIM 提供的强大平台的 支持之下，各个专业施工都以 3D 模型为基础组织施工设计，更加明确了自己的工 作时间和工作内容，使得物尽其用，人尽其力。防止了不必要的返工和减少了质 量控制中的不确定因素。32西安建筑科技大学硕士学位论文图 3.7 BIM 模型与现场施工状况的对比2.进度管理技术流程。 施工进度是项目管理个参与方有效展开各项工作的基础 和依据。能否实现项目前期对进度的规划目标对于项目的成败至关重要，项目进 度的拖延会产生巨大的附加成本。前文已述，工程项目管理是一个流程特别长的 管理过程，因此工程项目的投资回收期相对于其他制造业来说是很长的。如果没 有很好的进度控制，业主就无法在可控的时间内收回投资，对于施工单位来说也 存在巨大的索赔风险。 传统的施工进度控制主要是依靠施工图纸所提供的工程量清单与靠经验形成 的施工必要工作时间形成的。由于对于某些部位的工程量清单在施工组织设计的 过程中无法准确预估，再加上工程变更不断，使得施工作业量无法准确获得，常 常造成施工的混乱。工程项目管理者不得不在被动的情况之下对工期的控制一改 再改。另外，靠传统经验或者定额决定的施工必要劳动时间也是不可靠的因素。 实际上，一个行业的施工必要劳动时间是随着社会的发展时刻在变化中的。靠经 验取得的定额数据不能及时反映这种变化，项目管理者常常在施工明显拖延的情 况之下才匆匆采取措施，临时找来施工队加入施工，这又给工程项目增加了很多 规划外的附加成本。 BIM 模型的引入降低了对项目进度控制的难度。进度规划的基础除了里程碑 事件的进度要求外还有总工期的要求，工程量清单则是进度规划和控制的最重要 依据。这项工作在传统项目管理中主要依靠手工完成，繁琐且不够准确。BIM 模 型的工程量清单是计算机通过对建筑物构件的精确计算得到的建筑物所需要的 人，才，物等等，不仅方便快捷，准确无误，而且变更非常容易。在结合相关的 国家，企业定额规范可以准确的编制出施工进度的规划。还可以在各参与方充分 交流的基础上建立 4D 虚拟建筑模型， 减轻了项目管理者对施工进度掌控的难度和 物料采购部门的采购计划。33西安建筑科技大学硕士学位论文图 3.8 BIM 模型的 4D 模拟进度计划图 3.8 为 4D 进度模拟的计算机图示，在上图中银白色部分为己建成部分，红 色部分为在建的施工进程。4D 工程模拟再接合传统的网络计划图能够更加清楚的 反应出工程项目进度的准确情况，能够方便的为项目管理者的进度控制提供依据。 如果项目进度滞后，也能在进度模拟中很快的分析出原因，并及时采取对策。表 3.2 传统方式与 BIM 方式进度度掌控的比较 项目 进度依据 物资分配 控制方式 现场情况 工作交叉 传统方式 经验+阶段进度要求 粗略 通过关键节点控制 做了才知道 以自己专业为准 BIM 方式 依据工程量的工程进度安排 精确 精确控制每项工作 事前已规划好，仿真模拟现场情况 各专业按协调好的图纸施工BIM 项目管理方式与传统项目管理方式对进度掌控情况的比较见表 3.2. BIM 技术的引入结合 4D 模拟的进度管理也给各个分包商的阶段进度管理带 来了实质的飞跃。各个专业，各工种施工都清楚的知道自己现在要完成的工作。 有效避免了不必要的返工拖延和资源浪费。 工程项目变更在实际施工过程中是非常普遍的现象，BIM 技术之下的工程变 更加的快捷，准确。更改模型中的一处，无论是平面图还是立面图，剖面图，还 有工程量计量都随之更改。再不需要令管理者头疼的工程变更重新计算，使得各 个工种能够在统一的 BIM 模型下每项工作都有章可循，有据可依。 3.费用管理技术流程。工程计量在费用管理中处于核心的地位，能否准确的计34西安建筑科技大学硕士学位论文算工程量是进行费用管理的基础。传统的二维工程项目管理是在二维 CAD 图纸上 进行工程量计算的，不仅费时费力而且容易出错。为了减轻工程量计算的复杂程 度，现行的做法通常是通过算量软件来代替手工计算。尽管这样也需要很多抄图 导图的工作，其实质是将施工图纸重新绘制一边，然后在用算量软件对建筑工程 的构建进行识别才能进行计算机的计量运算。这种做法本质上只是减轻对手工操 作的依赖程度，实际上仍然有很大的人为因素影响。如果造价师对图纸的理解有 偏差很容易导致偏差人为因素的不断累积，最终影响费用计算的精确程度。而一 套设计成型的施工图纸为了工程量计算重新再抄绘一遍，除了事实上的无此必要， 信息的再次传递也极容易造成缺失和错误。 在 BIM 的设计思想之下，设计的过程和工程量计算统计融合成为一个过程。 在设计过程中绘制的每一个建筑构建计算机会自动统计其尺寸，面积等属性信息， 储存在一个数据库中。设计完成之后只要将构建逐一编号后工程量清单就自动生 成。这样产生的工程量清单不仅清晰简洁，而且作为建筑构件属性信息的一部分 修改起来也是非常容易，一旦需要对设计的某部分进行修改后工程量清单也随之 自动修改，不需要再重新计算一次，为项目费用计算提供了可靠的依据。图 3.9 BIM 软件中建筑构件与工程量统计对照图造价师当面对一些建筑形状奇特的建筑构件时常常采用忽略或者经验数据的 方法进行估算来得到工程量。比如，圆形或者不规则图形的转弯处，接缝处等部 位。而计算机在统计处理这些部位时候不会因为形状的奇特而损失某些工程量， 得到的数据是绝对精确和可靠的。表 3.3 反映了工程量计算方法的对比情况。35西安建筑科技大学硕士学位论文表 3.3 工程量统计方式比较表 名称 现行的工程量统计方 法 BIM 的工程量统计方 法 步骤 对照施工图纸列计算式，计算分部分项工程量，汇总工程量，套 用单价 利用模型内生成的数据库直接导出数据对于工程进度款的支付 BIM 也提供了很好的方法。在项目的一开始阶段，一 个成熟的 BIM 模型就已经展现在项目管理者的面前， 通过 BIM 模型生成的工程量 数据已经为进度工程款的支付做好了充分准备。对于施工者和项目管理来说成熟 的 BIM 模型有着对工程造价准确预估的作用。在项目开展的前期，在各方对施工 全局都有充分了解的基础上更能为资金的支付和流转做好充足准备。项目开工后， 结合 4D 的模拟分析能够对工程的进度及时跟踪，及时掌握工程的进度情况，为科 学合理的支付工程进度款提供依据。在工程的竣工阶段，各项竣工情况和工程中 的变更都已经汇总到了 BIM 模型之中， 工程竣工的过程实质上已变为 BIM 模型对 各种工程信息的总汇集。由于各项变更已在 BIM 模型的不断修改和完善中完成并 最终在数据库中统一汇总，节约了竣工的工作量，节省了工程结算的时间。 总的来看，BIM 的应用使得造价工程师从繁琐的工程计算中解脱出来，将视 线真正投向了工程项目全生命周期的费用管理。 特别是 BIM 模型中所具备的实时， 关联的特性，使得项目管理者能够真正实现对费用的动态管理，全局把握。3.5 基于 BIM 的工程项目管理流程图的设计上一节详细介绍了 BIM 工程项目管理各参与方的流程与技术流程的技术细 节，对比了 BIM 在工程项目管理与传统工程项目管理在质量控制、成本控制、进 度控制上的差异，突出了基于 BIM 工程项目管理在压缩现有流程上的巨大优势。 本节通过上文 BIM 各参与方的和技术管理流程汇总的基础上提出本论文的基于 BIM 的项目管理流程图设计。如图 3.10 所示： 通过前文的叙述，项目管理的总流程和工作内容仍然不变。在设计阶段不再 需要概念设计，方案设计，初步设计，施工图设计等等步骤而简化为 BIM 的建模 与修改的过程。值得注意的是虽然从流程图和工作内容上来说比较简化，但是真 正在建模过程中的遇到的问题更多，难度更高。毕竟我们要得到的是一个三维的 立体模型，而二维设计图纸已经包含在三维模型之中，如果需要可以随时从三维36西安建筑科技大学硕士学位论文模型中截取。设计是未建工程的蓝图和范本，能在设计阶段将可能遇到的工程问项 目 建 议 书 可 行 性 研 究 批 立 设 计 任 务 书 设 施 交 付 使 用准 项目前期项计工工程项目管理设计阶段施工管理阶段交付使用阶段运营阶段修 改模 型 方 案 设 计控质 制量控费 制用 控进 制度管合 理同建 筑 模 拟管信 理息体 的 信 息 模 型形各 成项 能施 够工 真信 正息 反的 应收 建集 筑最 实终管 理 与 大 修经 验 的 累 积 ， 物 业BIM图 3.10 基于 BIM 的项目管理流程图题提前解决符合工程项目管理事前计划比事后处理成本更低的原则。 在施工管理阶段，三控制两管理的核心都被涵盖在以 BIM 模型为基础的虚拟 建筑之中，这种管理方式的优势在前文已述，以这项技术来压缩项目管理的流程 也是 BIM 思想的初衷。 交付使用的阶段除了将实体工程项目交付使用之外，还将包含有建设项目所 有工程信息的建筑信息模型一并交付给业主，为业主的后续使用维护提供技术支 持。在交付使用阶段，项目各参与方将施工进程中遇到的各项问题与各种信息一 一汇总到了 BIM 模型中， 使得 BIM 模型成为能够真正反映建筑物真实面貌的最终 成果，更进一步简化了竣工决算的工作量。 在项目交付使用后的维护运营之中，这个成熟的 BIM 模型还将更加长久的发 挥他的作用。由于 BIM 模型真正模拟了建设项目的真实情况，其中包含的大量属 性信息成为设施管理和设备更新的可靠依据。就算项目的使用寿命终结拆除之后， BIM 模型仍然能够作为项目经验的积累，为探索更加成熟的 BIM 项目管理模式提 供参照，真正实现了工程项目的全寿命周期管理。4D37西安建筑科技大学硕士学位论文本章小结本章从对项目管理的重新认识开始，在对二维项目管理框架的弊端进行研究 的基础上提出了 BIM 项目管理框架流程的设计原则――压缩流程。 通过对 BIM 思 想之下项目各参与方与技术框架流程的理论阐述，设计了基于 BIM 的项目管理流 程图。为解决本课题提出的问题提供了技术基础。下一章将对 BIM 项目管理的组 织展开讨论，来研究实现 BIM 的项目管理需要什么样的组织结构，试图建立基于 BIM 的项目管理团队，为 BIM 的实施提供组织保证。38西安建筑科技大学硕士学位论文第 4 章基于 BIM 的项目组织与团队设计BIM 的团队是最终完成 BIM 所有设想的执行者， 也是对 BIM 业务开展贡献最 多的群体。 这个组织的组织结构， 人员素质最终决定了 BIM 工程项目管理的成败。 本章就结合前文所述的 BIM 基本思想研究现有的组织结构能否实现 BIM 的巨大潜 力，还存在哪些缺点和不足，在此基础上提出 BIM 团队设计的基本思想，如何加 以改进。在改进现有组织结构的基础上明确 BIM 团队应该具备的基本素质。 如图 4.1 所示 BIM 人才分为三种：BIM 标准人才，BIM 工具人才，BIM 应用 人才。图 4.1BIM 人才的分类本课题研究 BIM 的项目管理流程及组织， 所以本章研究的 BIM 人才属于上图 中用红色圈出的部分，即 BIM 的专业应用人才。4.1 传统组织理论4.1.1 组织理论的研究内容 组织理论在传统管理学的基本理论上建立，是经典管理学的重要组成部分。 主要研究系统的组织要素、组织模式、分工、信息流向、工作流程、内部激励与 奖惩等内容，以确保在适合的组织构成下完成工作任务。项目管理模式的发展改 变了传统管理的管理方式，但在组织理论上并无独创，基本沿用了传统管理的组 织模式。图 4.2 展示了组织理论的内容和分类。39西安建筑科技大学硕士学位论文职能组织结构 组织结构模式 线性组织结构 矩阵式组织结构工作任务分工 组织理论 组织分工 管理职能分工管理工作流程组织 组织工作流程 信息处理工作流程组织 物质流程组织图 4.2 组织理论研究的基本内容和分类4.1.2 组织结构的分类及特点 在职能组织结构中，管理层以职能划分来设计职位和部门，每个职能部门根 据他的管理职能来向下属发布指令。每个具体的工作单位在工作中可能会涉及多 种职能，所以具体的工作单位可能会接到不同部门发布的管理指令。如果多部门 下达的指令不统一很容易造成管理运行的混乱。我国多数的企事业单位，学校等 还一直沿用这种传统的管理组织模式。AB1B2B3C1C2C3C4图 4.3 职能式组织结构图直线式组织结构是在我国现阶段各类组织中运用最多的组织结构形式，其特 点是每个管理部门只向其唯一的下属下达指令，工作单位也只接受唯一的指令来40西安建筑科技大学硕士学位论文完成具体工作。这种结构的优点是指令单一，避免出现令出多门无所适从的现象。 缺点是如果本部门工作需要其他部门协同配合，往往需要上级的领导出面协调， 信息传导的效率低。AB1B2B3C11C12C21C22C31------图 4.4 直线式组织结构图矩阵组织结构是一种新型的组织结构图。在矩阵组织中，横向与纵向以不同 划分标准来划分。如在项目管理中，横向可以按照职能划分，如人事部，财务部， 采购部，工程部等等，而纵向可按照分包商和施工阶段来}