造价过程中的BIM 应用障碍探究

刘 畅，郭婧娟

（北京交通大学 经济管理学院，北京100044，E-mail：liuchang_lp@sina.com）

造价过程中的BIM 应用障碍探究

刘 畅，郭婧娟

（北京交通大学 经济管理学院，北京100044，E-mail：liuchang_lp@sina.com）

BIM在我国的应用越来越多样化，基于BIM实现工程计价是近年来工程造价管理领域的前沿技术，优势显著，然而其在造价工作及造价管理中的推广情况并不乐观，通过BIM在国内外造价过程中的应用现状以及我国建筑市场造价的具体情况，总结项目造价过程中推广BIM 的阻碍因素，针对复杂多样的阻碍因素，利用解释结构模型发现各障碍因素之间的层次关系，根据模型推算结果，提出在造价过程中推广BIM实施的措施，如建立新的项目分解结构、激励项目各参与方的共同努力等，以便在造价过程中尽早实现真正的BIM。

BIM；造价过程；阻碍因素；解释结构模型

BIM理念一经提出，业内人士就将其视为建筑行业继CAD之后的第二次“革命”。BIM可以在规划策划、设计施工、运营维护过程的全部或者某个阶段中，通过应用3D 或4D信息技术进行系统设计、协同施工、虚拟建造、工程量计算、项目管理、设施运行；BIM也可以在项目生命期内作为一种工具以提高项目利益相关者之间的合作，同时通过各方共同工作加快信息共享过程。将BIM技术应用到工程项目造价中，是建筑行业实现精细化发展的重要一步。造价管理作为项目管理中的重要内容，对整个工程的实施具有重要作用，而BIM技术在造价管理中的应用，将更有利于造价管理，解决现阶段造价管理中出现的一些问题。

1　应用BIM优势分析

随着BIM的日渐发展，项目各方希望把BIM应用到施工过程中的各个模块。3D和4D技术侧重于模拟建设项目施工过程的可施工性和各种设计方案的改进等，直到发展至有利于造价管理的 5D技术及方法，可以将可视化的建筑信息模型和进度、成本管理同时集中起来，以提高工作效率，增加变更索偿的可行性，并提供成本、合同管理的信息，使得项目在各阶段可以更好地进行管理，避免不必要的人力、物力浪费[1]。Mena等[2]认为利用5D模型创建成本信息，将5D成本模型与BIM结合来创建详细的成本计划，可以使模型同时担当造价数据库；通过自动算量，可以消除人为错误以及图纸测量过程中的误差。Daniel等[3]认为，造价人员对BIM有足够的理解可以帮助他们从5D BIM的职能中受益并且更快地完成造价估算。这将会使得业主可以在项目早期接受经济反馈，从而提高客户满意度。

不同的专家学者对于 BIM在造价管理中的应用价值进行了广泛研究，证实了如果在项目的造价管理中应用BIM技术可以为业主方、施工方带来的好处及优势，从而有助于相关企业将其应用到项目层级中，美国斯坦福大学整合设施工程中心（CIFE）根据32 个项目总结了使用BIM技术的效果如下：一是消除40%预算外变更；二是造价估算耗费时间缩短80%；三是通过发现和解决冲突，合同价格降低10%；四是项目工期缩短7%，及早实现投资回报。

2　造价过程中应用BIM的阻碍因素

在《中国施工行业信息化发展报告（2014）：BIM 应用与发展》中，对全国施工企业应用 BIM的情况调查进行了统计分析，发现71.3%的企业在遇到建筑物结构非常复杂的项目时会主动考虑应用BIM技术，还有近30%的企业会在有特殊要求时应用BIM技术，而很少的企业会在普通项目中应用BIM技术。在《中国建筑施工行业信息化发展报告（2015）：BIM深度应用与发展》中，针对BIM应用情况又进行了调研总结，发现有更多的企业开始熟悉BIM应用计划，更多企业进入到BIM概念普及阶段，而BIM技术应用在项目试点方面没有明显增长。同时，大面积应用BIM技术的企业也未有较明显的增长。所以我国虽然目前也有一些项目应用BIM，但均是复杂或是投资较大项目，而整个建筑业中BIM技术的应用仍在少数，这一情况使得造价管理中BIM工作的推广应用较为困难，国内BIM在造价管理中的主要工作还是集中于利用3D模型进行算量，而没有在整个项目中应用BIM进行全过程造价管理。

分析 BIM技术现阶段的应用及发展现状以及我国建筑业的具体国情，现阶段影响BIM技术在我国造价管理中应用的阻碍因素可以分为应用环境、技术方法、组织管理三大方面。

2.1应用环境方面

（1）BIM标准缺失。2007年美国就发布了BIM技术应用标准的第一个版本，此后，北美、欧洲、韩国及许多英联邦国家或采用美国标准或在其标准基础上发展自己国家的 BIM标准。我国也针对BIM标准化进行了一些基础性的研究工作，住房和城乡建设部为促进BIM在我国应用的标准化、程序化，加大了有关 BIM 标准的研究编写工作，2012年初，住建部批准了5个关于建筑工程的中国BIM国家标准编制。其中，《建筑工程设计信息模型交付标准》和《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》由中国建筑标准设计研究院负责主编，截止2016年2月20日经过审查报批中。2015年《建筑工程信息模型应用统一标准》由中国建筑科学研究院负责主编并已颁布。但是纵观这些标准，设计信息模型交付标准以及施工模型应用标准中对于项目中各阶段信息进行了定义并展示模型应用到施工阶段的整体流程，但是在有关造价及成本管理方面，仅确定构件信息内容和自设计阶段模型起的应用流程，具体的应用方法以及如何达成设计到施工信息模型的应用并没有明确表示，不利于造价管理中BIM的应用。

（2）国家政策支持少。2016年，英国建筑业中BIM应用已达到Level 2的要求，即所有项目必须应用BIM。相较于美国12年的BIM推进历史，英国仅用4年就达到这一目标。比较二者推广BIM期间的具体做事，早期美国的BIM应用由建筑师引领，随后各施工企业及各协会大力推进BIM应用，直到 2006年美国的联邦总务署（GSA）才提出项目BIM应用的最低限度要求[4]。英国的经验、做法中最重要的一条就是政府的强制要求，自上而下的推进BIM应用，即2011年英国政府颁布了《政府建筑业合作战略报告》，大力推进国内BIM应用。这一做法在我国建筑业发展过程中尤为重要。2015 年7月1日，住建部在《推进建筑信息模型指导意见》中指出，到 2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现 BIM与企业管理系统和其他信息技术一体化进程应用，BIM已经是未来各个项目中不可缺少的技术工具，然而，具体到BIM如何应用、应用层级以及其在造价管理中的应用方法、手段均未明确提出，国家层级上的政策缺失使得BIM在造价管理中的真正应用难以实现。

（3）项目业主应用的驱动力不足。经研究表明，BIM 的应用能够为建设项目带来多方面的效益，建设项目的各参与方（业主、承包商、设计方、材料供应商、物业管理等）都是相应的受益者，各方的受益内容不尽相同，其中，业主是所有参与方中受益最大的之一[5]。在当前建筑行业中，业主处于整个产业的前端（政府、建设行政机构除外），业主对于项目操作模式的选择是决定性的，业主是BIM应用的组织者，是整个建筑业变革的“马达”[6]。只有业主在项目实施前期大力或者强制性推行BIM的使用，才有可能推动BIM在该项目中得到有效实施。但 2014年的一项调查显示，施工企业应用BIM技术的原因中，仅有两成的企业处于业主对BIM的应用提出了确切的要求，这可能与现阶段BIM技术投入的时间成本和资金成本有关。因此，作为项目中最容易推进BIM应用的参与方之一，业主应用BIM的驱动力不足，也导致了造价管理过程中BIM推广较困难。

2.2技术方法方面

（1）工作流程制约。我国的造价工作包括招投标造价、施工阶段预算、施工过程中的各种变更、工程款支付以及竣工结算等一系列内容，项目各阶段均需要项目的造价工作，如策划规划期的估算、初步设计期的概算、施工图设计期的预算等。目前我国应用 BIM 的工作方法是依靠设计单位在设计阶段利用相关软件建造模型以及创建相应管线、暖通等内容，利用模型计算工程量再应用到各个方面，以减少造价人员的工作量，达到提高效率、减少时间浪费的目的。然而，这一工作流程存在一定的问题，我国的建筑法要求造价人员对造价结果负完全责任，如果应用BIM，造价人员必须在设计早期介入，和设计人员一起定义构件信息，但现有的项目工作流程中很难做到这一步。根据我国《建筑工程施工信息模型应用标准》发布的初稿，关于施工图预算中BIM的典型应用示意图（见图1），应用BIM的过程中，施工图预算需要根据设计阶段的模型来创建，以获得投标清单项目及投标报价单，这一工作流程便需要造价人员花费大量时间对设计人员提供的BIM模型进行校验和修改，无法体现出应用BIM的优势。

（2）BIM软件与造价软件信息“不对称”。现有的造价软件与 BIM软件中对于各构件信息的要求不同，使得不同软件中模型存在差异。在造价软件如广联达、鲁班等软件中，模型的创建按照施工图纸进行，同时根据施工部件、施工工艺等不同，按照我国清单计算规范扣减、增加有关工程量，而BIM软件中并不会考虑到这些问题，也不会按照材料、工艺对构件进行分类。如玻璃幕墙在造价软件中定义为面，只需计算面积，在BIM软件中却是独立的构件，若进行算量，会得出混凝土、玻璃等材料用量。造价人员利用BIM模型的信息编制造价，必须对各种信息进行过滤，得到满足编制不同精细程度造价需要的项目信息，即设计提供信息和编制造价需要信息的匹配。如果想实现BIM模型与造价模型的交互问题，需要考虑到模型创建过程中的这些差异。

（3）知识产权问题。BIM的最大特点就是模型信息的交互使用以及上下游传递，然而这涉及到知识产权问题。为满足BIM应用，设计人员建模时需要大量的信息搭建与确认模型。BIM模型创建完毕后包含大量信息，然而若在整个项目中连续使用这一模型以及相关信息，那么其他各方应该如何获得模型并在什么阶段、范围、条件下使用，都是难以解决的问题；若各方均使用BIM模型，那么设计变更过程中的模型操作与维护由谁负责以及成本如何界定；项目完工后，作为资料备档的模型，其最终归属权存在争议。这些问题的存在导致BIM无法做到在项目各阶段形成链条，从而促进其使用推广。

图1　施工图预算BIM典型应用示意

2.3组织管理方面

（1）人才问题。BIM需要利用技术得以实现，有关软件的熟练使用、数据库的构建、建筑知识等方面均需要相关人才，复合型人才的短缺在一定程度上阻碍了BIM技术的使用。根据目前各大招聘网站上数据资料统计发现，我国在BIM方面人才缺口较大，对计算机技术要求较高，但是技术方面的专精无法保证他们在建筑业内快速进入工作状态。缺乏人才使得 BIM在造价过程中的应用无法真正实施，造价人员不仅要技艺娴熟、知识储备丰富，同时对计算机技术有一定的了解。多专业、多技能的要求提高了对工作人员的要求，也为BIM推广带来挑战。

（2）协同能力。协同能力可定义为“实施和管理集成式项目的多专业团队各方之间合作关系的能力”[7]。随着BIM的应用，协同能力也受到了关注。BIM作为建筑行业中的重要理念以及工具，实现了项目的三维设计，并且模型可以作为其物理与功能特性的强大数据库。BIM的数据共享性对于BIM应用的优化提升至关重要，协同能力就是改善此的重要方面。然而，BIM有关软件的局限性，使得项目各方在不同的应用程序和平台上重复输入数据，造成了资源、信息的浪费。有项调查显示，在BIM应用的影响因素中，协同能力是其中非常重要的一项（占 41%）。如果无法改善协同能力，那么BIM应用困难重重。

（3）成本问题。如果将BIM应用于项目造价管理工作中，首先要保证基本的硬件、软件条件得以满足。公司会根据项目情况及自身财务能力确定硬件标准，但为了满足基本软件应用情况，CPU、硬件等基本构件合计约为 6000元，如果是要求更高的项目，构件配置的总额将会达到10000元。且这些软件、硬件投入同工业产品固定成本投入不同——无法作为总造价的一部分，即大部分企业成本自付。出于成本考虑，大部分项目除非业主要求，施工方一般不会主动应用BIM。相比而言，造价过程中设计院、企业利用传统造价软件在硬件投入方面成本会低得多，面对这样的情况，很多企业为了降低成本，不会在造价过程中实施BIM技术。

3　解释结构模型的建立

3.1解释结构模型（ISM）

ISM是美国J.华费尔教授于1973年为了分析复杂的社会经济系统有关问题而提出的一种方法，该方法用于分析和揭示复杂关系结构的有效方法[8]。ISM方法可将系统中各要素之间的复杂、凌乱关系分解成为若干子系统（要素），利用人们的实践经验和知识，以及计算机的帮助，最终将系统构建成一个多级阶梯的结构模型[9]。ISM属于概念模型，它最大的好处是可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型，具有启发性[10]。通过上文分析共发现 9种影响到造价过程中BIM 应用的阻碍因素，各阻碍因素之间关系不明确，无法对其进行系统分析，从而无法通过各阻碍因素之间的结构关系，有针对性地提出促进造价过程中BIM应用的建议，根据以上内容以及解释结构模型的特点，利用解释结构模型分析阻碍因素之间的结构关系。

基于上文阻碍因素的探究以及造价过程中的特点，归纳得出以下影响因素：①BIM标准缺失，使得各种软件及有关各方无法对产品进行定义；②国家政策支持少，没有对造价过程中BIM应用进行规定；③项目业主应用BIM的驱动力不足；④造价工作流程制约BIM应用；⑤BIM软件与造价软件信息“不对称”；⑥已创建的模型在造价应用中知识产权定义不明；⑦造价过程中针对BIM应用的人才匮乏；⑧项目各方的协同问题使得 BIM应用受限；⑨应用BIM造价成本增加。

利用解释结构模型对以上阻碍因素进行分析，可以比较直观地得出各阻碍因素之间关系。

3.2建立连接矩阵

用邻接矩阵A表示影响BIM在造价过程中阻碍因素之间的直接相互关系，0表示没有相互影响，1表示存在相互影响。如此可得连接矩阵A为：

3.3计算可达矩阵

对上述邻接矩阵加上单位矩阵得到矩阵（A+I），采用布尔运算规则进行（A+I）n计算，直到（A+I）n－1≠（A+I）n=（A+I）n+1= M为止，M即为所求的可达矩阵，用来表示影响BIM在造价过程中阻碍因素间的所有关系。

3.4对可达矩阵进行层级分解

根据可达矩阵，归纳各因素的可达集合（用R(i)表示）和先行集合（用A(i)表示），如表1所示。

表1　各元素的可达集合和先行集合

根据表1，以R(i)∩A(i)= R(i)确定第3，6，8号因素为最上位等级要素，将它们从表中划掉，再用同样方法求得下一级各要素，以此类推，便可把各要素按等级划分，对其主要影响因素的可达矩阵进行重新排列。

根据层级划分，可得影响因素的解释结构模型，如图2所示。

图2　影响因素的解释结构模型

4　BIM在造价过程中阻碍因素分析

由图2可知，BIM在造价过程中阻碍因素是一个三级的递阶系统。

4.1第一级因素分析

阻碍 BIM在造价过程中推广应用的最直接的因素有项目业主应用BIM的驱动力不足、已创建的模型在造价应用中知识产权定义不明、项目各方的协同问题使得BIM应用受限。针对BIM在建筑行业中的推广应用，作为整个产业前端的决策者对于BIM的推广应用不积极，没有推进新方法、新技术的驱动力。第一层级的阻碍因素说明，面对新的技术和理念，使用者要求趋利性，且新理念传递给项目有关方时，应该没有任何的阻碍。CAD的使用之所以顺利，便在于其并没有改变传统手工制图的规则以及方法，仅仅是制图工具的智能化。BIM改变传统建筑业的管理方式及手段，但如果项目方对于新事物无法接纳，则势必会影响其在建筑业内的推行。

同时从第二级与第一级之间的解释关系来看，造成项目业主对于 BIM使用驱动力不足的主要原因包括国家政策支持少、BIM推进中有关人才匮乏以及应用BIM下造价成本增加，从造成项目业主驱动力不足的主要原因发现，无论是在人才、成本以及国家政策支持来看，业主方推动BIM应用的利益不足，使得业主缺乏推动BIM应用于造价管理的动力；造成BIM应用过程中项目各方协同问题有障碍的原因便是BIM软件与造价软件中包含的信息“不对称”，由于设计模型与造价模型用途不同，使得两种模型包含的主要信息不同，且由于我国软件发展等技术障碍，使得已熟悉造价软件的项目各方对于BIM应用情况下各方的合作等问题存在疑虑，从而抑制了造价管理中BIM的应用。

4.2第二级因素分析

第二级因素主要包括国家对于造价管理中BIM应用的政策较少、BIM软件与造价软件中模型之间的信息不对称、造价过程中针对BIM应用的人才匮乏以及现行造价模式与 BIM应用下成本的差异。当BIM技术逐渐应用到造价过程中时，其在造价管理中的应用并没有国家层面的要求，毫无疑问这会抑制BIM在造价管理中的推广，同时无论是设计阶段建模的人才还是造价阶段对模型进行改造以适应施工工艺的人才都很少，这与我国目前建筑行业内造价的方式以及行业内对目前形式的满足是有关的，设计人员通过一般的3D建筑模型可以满足其工作需要，便也没有了BIM建模的需求，从而学习相应技术人员减少；且BIM模型与造价模型包含的信息不一致，使得不同模型之间的传递应用存在障碍，抑制BIM在各阶段造价管理中的使用；在成本方面考虑，传统造价方式软件、劳务费用相应更低，造价过程中利用现有造价软件重新建造成本模型，虽说耗费更多时间，但是对人员技术要求较低，同时软件、硬件、管理等成本更低，以至于造价机构对BIM推行的内在动力不足。

同时从第三级与第二级之间的解释关系来看，BIM标准缺失使得造价信息与设计信息之间“不对称”，BIM标准可以为各个阶段模型的建模要求以及产品定义提供参考，从而帮助各阶段中有关信息的传递，减少重复信息录入以及不匹配信息集成，提高应用BIM的效率；而造价流程的制约造成了国家对于 BIM在造价管理中的政策支持较少以及应用BIM的造价成本增加，传统的造价流程便是造价人员进行估算、概算与预算，大部分基本基于设计阶段及以后的过程中，若应用BIM，则要求造价人员越早介入项目过程越好，这与我国的有关法律法规相悖，使得国家政策支持较少，且现阶段项目管理过程中，大部分项目在实际操作过程中并没有特别重视造价管理工作，传统的造价工作可以满足其工作要求，便对于 BIM应用于造价管理无过高期望。

4.3第三级因素分析

BIM标准的缺失，使得BIM无论是在技术层面还是管理层面上均受到极大阻碍；与BIM相关的行业问题也需要解决，如应用BIM后造价工作流程的合理变更等。BIM软件本身技术问题制约了造价的进行，加上政府方面的无响应，势必使得造价机构的BIM受益程度降低。同时应用BIM技术工作流程的传递并没有被国家所认可，模型的可传递性以及信息正确性不能得到保证，使得造价岗位在其中的受益程度相应降低。

5　建议

基础层级（第三级）的因素是促进BIM推广的重要因素，若想BIM在造价管理中顺利应用，必须要从BIM标准以及造价工作的流程为切入点，进行整体的改革，才能促进BIM在造价管理中真正发挥作用。

（1）BIM标准。首要的任务是建立合理、全面的工程分解结构。现阶段在造价管理中应用BIM的一个问题便是WBS（Work Breakdown Structure，工作分解结构）与CBS（Cost Breakdown Structure，造价分解结构）之间不一致的问题，影响了BIM模型中4D到5D过渡中模型的构建以及有关信息的传递，从而影响5D在动态造价管理中的应用。由此，一套新的工程分解结构是促进5D发展的重要一步，也是BIM标准中应该考虑的重要问题。

（2）造价工程流程。传统的建设项目工作流程，设计工作在前，有关造价工作在后，造价人员多是应用设计图纸重新建模计算造价，而BIM应用很重要的变化便是项目各方之间的关系，IPD模式认为是最适合BIM应用的一种项目交付模式，这种模式的最重要一点便是可实现多参与方在概念阶段就介入，并为了共同的利益在项目全寿命周期过程中协同合作、共同决策、知识共享和信息共享，达到提高项目效率和成功实现项目目标的目的[11]。这其中作为造价工作代表的咨询机构也可以尽早参与到项目工作中，考虑到我国的法律要求，新的项目工作流程变化还需多方面共同努力，但在这样的情况下，业主方可在开始阶段聘请有造价工作经验的专家等代替咨询机构进行有关工作，从而为项目发展发挥有利价值。

6　结语

BIM 在造价管理中的应用应该由静态造价管理向动态发展，而这需要国家从上至下的政策、标准支持以及建筑业内整体的改革以及项目各方的有力支持，无论是业主、施工方、供应商以及软件的支持才能实现造价管理中BIM的完全应用，从而保证在项目发展各阶段为有关各方带来更多效益。

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Study on Barriers of Building Information Modeling in the Process of Cost

LIU Chang，GUO Jin-Juan
（School of Economics and Management，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China，E-mail：liuchang_lp@sina.com）

The application of BIM is increasingly diverse in our country，the construction estimating based on BIM is an advanced technology in the field of construction cost management in recent years，and it has a lot of advantages. But its development in the cost work is not optimistic，this paper analyzes various obstacles during the process of estimating by introducing and summarizing the application status at home and abroad and the specific situation of China's construction market. Then we use explanation structure model to detect complicated and various obstacle factors，and find the hierarchical relationship between them. According to the result of model calculation，we put forward some measures to promote BIM implementation in the process of estimating，such as establishing new project breakdown structure and encouraging the participants to work together，to realize the real BIM implementation in estimating as early as possible.

BIM；process of cost estimation；hinder factors；explanatory structure model

TU17

A

1674-8859（2016）02-033-06 DOI:10.13991/j.cnki.jem.2016.02.007

刘 畅（1992-），女，硕士研究生，研究方向：房地产管理，成本管理；

2016-03-07．

郭婧娟（1972-），女，副教授，硕士生导师，研究方向：房地产管理，资产评估。