附录B 外文原文

Implementation of Building Information Modeling (BIM) in Construction: A Comparative Case Study

Steve Rowlinsona, *, Ronan Collinsb , Martin M. Tuulic , and Yunyan Jiac

a Department of Real Estate and Construction, the University of Hong Kong (*steverowlinson@hku.hk)

b Intelibuild Ltd, North Point, Hong Kong

c Department of Real Estate and Construction, the University of Hong Kong, Pokfulam

Abstract. Building Information Modeling (BIM) approach is increasingly adopted in coordination of construction projects, with a number of parties providing BIM services and software solutions [1, 2]. However, the empirical impact of BIM on construction industry has yet to be investigated [3, 4]. This paper explores the interaction between BIM and the construction industry during its implementation, with a specific focus on the empirical impacts of BIM on the design and construction processes and professional roles during the process. Two cases were selected from recent construction projects coordinated with BIM systems: the Venetian Casino project in Macau and the Cathy Pacific Cargo Terminal project in Hong Kong. The former case illustrates how the conflicts emerged during the design process and procurement were addressed by adopting a BIM approach. The latter demonstrates how the adoption of BIM altered the roles of architect, contractor, and sub-contractors involved in the project. The impacts of BIM were critically reviewed and discussed.

Keywords: Building Information Modeling (BIM), implementation, construction.

PACS: 00

INTRODUCTION

The adoption of Building Information Modeling (BIM) processes in the Hong Kong construction industry has evolved in an ad-hoc manner to date with a number of different parties providing BIM services and software solutions. A number of client organizations such as Henderson Land have specified that BIM must be adopted in their design and construction projects. Some clients directly lead the implementation, training, and management of the BIM technology. Others require consultants to offer BIM solutions for each project, in which cases the architects, engineers and contractors appoint independent BIM Consultants to assist in the planning and management process. The larger design consultancy firms such as Ove Arup amp; Partners have invested in developing BIM solutions, making the technology accessible to all of their staff. As for contractors, large firms such as Leighton or Gammon use BIM to review construction sequences and to communicate planned tasks to the sub-contractors and local authorities. In September 2008 the Hong Kong Institute of Building Information Modeling (HKIBIM) was established, aiming at promoting and advancing the education, understanding, appreciation and interest in BIM in

Hong Kong. If construction projects are to be more effective, this will come as a consequence of greater integration of communications across the temporary project organisation[5].

LITERATURE REVIEW

The demand for BIM is being driven by the potential for cost savings resulting from shorter project time horizons, less design clashes being issued on the project site which in turn results in fewer delays and cost overruns. As such, the adoption and utilization of the BIM process will require top management support and ultimately need to be demanded by the client[6]. Major construction projects involve several key parties that require a great deal of

direction in order to complete a project effectively[5, 7]. Collaboration between key parties, such as architects and structural engineers, is critical in accomplishing this goal. The use of BIM technology enables a unified master dataset accusable to all stakeholders of a project, thus facilitating the increasing communication between traditionally segmented parties in the construction process[3, 8].

The aim of BIM implementation is to create a centralized shared knowledge resource that contains all the necessary design and operational information about a project[9]. 3D technology had been used to present design proposals, with no real on-site application and no ethos of cooperation amongst team members to drive its use. BIM has taken this concept to the next level by using actual engineering and architectural data to create the 3D models as opposed to creating the models with artistic 3D design software. This allows for a 3D model to be updated by way of changing the database containing the specifications and not the actual model itself. With this advantage, BIM is used to identify and reduce the number of errors and design conflicts and requests for information (RFIs) before the project ever breaks ground[10]. Centralizing the dataset also has the benefit of maintaining a consistent format of data which reduces the confusion experienced by different specialists interpreting information.

FIGURE 1. Opportunities gained through BIM

Recently, BIM has progressed beyond 3D visual representations to 4D representations of the entire construction process. This allows it to be an incredibly useful tool not only for participants in the design process, but those involved in the building process as well. For example, by simulating the build process, risky construction methods can be identified and designed out before it becomes too late and costly, with obvious occupational health and safety benefits[1, 2]. Costs can be reduced with the prefabrication of certain elements if the specifications are known well enough in advance, as this typically requires very long lead-times (say, up

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附录A 译文

建筑信息模型（BIM）在建筑中的实现：一个比较性的案例研究

香港大学地产及建筑系(*steverowlinson@hku.hk)

香港北角英特尔建设有限公司

薄扶林香港大学房地产及建筑系

摘要：建筑信息建模(BIM)方法越来越多地被用于建筑项目的协调，许多缔约方提供BIM服务和软件解决方案[1,2]。然而，BIM对建筑业的影响还有待于研究[3,4]。本文探讨了建筑信息管理系统在实施过程中与建筑业的相互作用，重点分析了建筑信息管理系统对设计和施工过程的经验影响以及在实施过程中的专业作用。从最近的BIM系统建设项目中选择了两个案例：澳门威尼斯赌场项目和香港凯西太平洋货运码头项目。前一个案例说明了如何通过采用BIM方法解决设计过程和采购过程中出现的冲突。后者展示了采用BIM如何改变参与项目的建筑师、承包商和分包商的角色。对BIM的影响进行了批判性审查和讨论。

关键词：建筑信息建模(BIM)，实施，建设。

介绍

在香港建筑业中采用建筑信息建模（BIM）过程已经以一种特设的方式发展到目前，许多不同机构提供BIM服务和软件解决方案。亨德森置地（Henderson Land）等一些客户组织已明确表示，在其设计和建设项目中必须采用BIM。一些客户直接领导BIM技术的实施、培训和管理。其他要求顾问为每个项目提供BIM解决方案，在这种情况下，建筑师、工程师和承包商任命独立的BIM顾问协助规划和管理过程。奥雅纳等大型设计咨询公司已投资开发BIM解决方案，使所有员工都能使用该技术。对于承包商，大型公司如莱顿或伽蒙使用BIM审查施工顺序，并将计划任务传达给分包商和地方当局。2008年9月，在香港，香港建筑信息建模研究所（HKIBIM）成立，旨在促进和提高BIM的教育、理解、欣赏和兴趣。如果要使建设项目更加有效，这将是临时项目组织更多地整合沟通的结果[5]。

文献综述

对BIM的需求是由缩短项目工期、项目现场发布的设计冲突减少导致的成本节约潜力驱动的，而这反过来又会减少延误和成本超支。因此，采用和利用BIM流程需要最高管理层的支持，最终需要客户的要求[6]。重大建设项目涉及多个需要大量指导才能有效完成项目的关键方[5,7]。关键各方之间的合作，如建筑师和结构工程师，是实现这一目标的关键。BIM技术的使用使得一个项目的所有利益相关者都能获得统一的主数据集，从而有助于在施工过程中传统的分段各方之间不断加强沟通[3,8]。

BIM实施的目的是创建一个集中的共享知识资源，其中包含有关项目的所有必要设计和操作信息[9]。3D技术被用于提出设计方案，没有真正的现场应用，团队成员之间也没有合作精神来推动其使用。BIM通过使用实际工程和建筑数据创建3D模型，而不是使用艺术3D设计软件创建模型，将这一概念提升到了下一个层次。这允许通过更改包含规范的数据库而不是实际模型本身来更新3D模型。利用这一优势，在项目破土动工之前，BIM用于识别和减少错误数量、设计冲突和信息请求（RFIs）。集中数据集还有助于保持数据格式的一致性，从而减少不同专家解释信息时遇到的混乱。

图1.通过BIM获得的机会

最近，BIM已经超越了3D视觉表示，发展到整个施工过程的4D表示。这使得它不仅对于设计过程的参与者，而且对于那些参与构建过程的参与者来说，是一个非常有用的工具。例如，通过模拟建造过程，风险建筑方法可以被识别和设计出来，因为它变得太晚和成本高，具有明显的职业健康和安全利益[1,2]。如果事先充分了解规格，可以通过预制某些元件来降低成本，因为这通常需要很长的交货期（例如，最多9个月）。如果提前对材料的要求了解得足够多，则可以使用准时的时间表制造结构和建筑构件，并将其交付给项目，以减少储存和延迟的需要（图1）。

BIM模型的一个关键特征是它不承担责任；它仅仅识别可以协作解决的冲突、问题。从本质上说，没有人会失去“面子”，这是香港的一个重要文化概念[11]。建设中的关系管理源于关系营销和战略网络竞争[12,13]。关系订约是基于这样一个概念，即自我利益促使双方签订合同关系，但当事人之间的竞争必然受到接受合作需要的限制[14]。

本研究探讨了BIM与建筑业在实施过程中的互动关系，重点研究了BIM对设计和施工过程的经验影特响，以及在这个过程中的专业角色。从最近的BIM系统建设项目中选择了两个案例：澳门威尼斯赌场项目和香港凯西太平洋货运码头项目。

实例探究

案例1：威尼斯人赌场，澳门路凼5和6号地块

澳门威尼斯人娱乐场的建设由Hsin Chong Mace管理承办。遵循传统的工作方式，结构工程师和建筑师将处理不同的原理图集，这些原理图需要在发现问题时进行更新和协调，需要大量的组织和文书工作。在开发的第一阶段，建筑GRC外墙板与现场结构混凝土框架之间存在许多复杂的设计协调问题。这些问题导致现场延误，而RFI则发给工程和建筑顾问以便解决。

图2.威尼斯项目的冲突和错误检测

威尼斯人赌场开发包裹5和6的设计涉及裙楼外观，其设计反映了巴厘岛风格。路凼金光大道沿线250米长的高程由18个不同的主题立面组成，这些立面都是相互连接的。外墙采用GRC预制板建造，预制板由现浇钢筋混凝土框架结构支撑。在设计，招标和建设的第一阶段威尼斯人赌场，威尼斯主题GRC外墙和混凝土结构之间存在许多设计整合问题。设计问题导致了招标和施工阶段的延误。

为了应对第一阶段的挑战，客户支持在专业幕墙承包商任命之前的详细设计阶段和施工文档阶段采用BIM 3D CAD建模。InteliBuild的BIM团队被指定与建筑师和结构工程师并行工作，以建立3D CAD模型，以识别设计冲突，其中结构元素与立面的建筑元素冲突。在向承包商发布图纸之前，设计人员已经解决了这些问题（图2）。

在5号和6号地块立面项目为期12周的详细设计和投标文件编制阶段开始时，BIM团队承担起协调员的角色，根据建筑师和结构工程师的二维CAD图纸组装三维CAD模型。BIM协调工程师负责确定设计冲突，信息冲突以及顾问图纸缺失细节等任务。与设计团队一起制定了工作计划，将3D CAD设计验证评审整合到整体设计协调过程中。3D结构建模团队从Arup 2D CAD图纸中组装了结构框架模型。3D建筑建模团队根据建筑师的2D CAD图纸构建了GRC幕墙模型。

由于完成了18个主题立面中的每一个的设计，BIM协调员编写了一份报告，确定了需要建筑师和工程师注意的问题。这些问题包括建筑平面图，剖面图和立面图之间的信息冲突，错位以及结构框架和GRC面板之间的问题以及许多其他技术问题。这些问题以前是主要承包商在现场发现的。

建筑师和结构工程师每周向BIM团队发布图纸。一周后，客户协助设计协调研讨会，以审查设计进度并解决3D建模过程中提出的技术问题。在整个设计协调过程中使用3D模型来审查细节并说明不同的设计条件。3D模型成为客户，建筑师和工程师之间讨论的焦点。建筑师和工程师根据协调工作车间的决策进行了设计变更并修改了各自的2D图纸。然后将更新的图纸合并到3D CAD模型中，以确保先前提出的问题得到完全解决。

建筑师和工程师首先要求3D CAD建模团队进行独立检查。但是，当设计师发现BIM模型和技术查询过程有助于更好地理解问题时，他们很快就完全投入了。在预定的12周招标文件处理结束时，建筑师和工程师制作了一套完全协调的设计图纸，3D建模顾问制作了一个详细的讲台外观交互模型。3D模型包含在发给专业外墙承包商的招标文件中。正如客户所指出的那样，BIM协调招标的完成时间比前一阶段短。

案例2：香港国泰航空货运站

该项目位于香港国际机场平台南侧的国泰航空（CX）货运站设施，耗资约5亿美元。该设施将成为世界上最大的航空货运站（按吨/平方米计算），目标吞吐量为每年260万吨货物。在高峰时段，货运站将每天处理超过75个航班，每个航班包含来自银子弹（转换为747货船）的最多110吨货物或来自客机的最多25吨货物。

客户指定必须在设计阶段的最初阶段使用BIM流程协调设计。CX决定使用现有的最新技术来降低复杂快速通道建筑的延误和成本超支风险。货物设施是一个具有非常特殊目的的结构，需要大量的机械，排水，通风，电气和专用机械系统。由于这些系统的设计，图纸和规格已纳入BIM，因此可以实施详细的碰撞检测分析矩阵，以识别和消除各种系统（货物处理，结构，建筑，市政系统，专业系统）之间的任何设计冲突。

必须在诸如此类的项目中识别不同类型的冲突。在管道或其他系统通过或以其他方式干扰结构或建筑元素的地方存在硬碰撞。这可能会导致站点延迟，如果在设计过程中被忽略，可能需要RFI。货物通过6吨托盘进入设施，然后由物料搬运系统（MHS）处理。MHS包括一个半自动的辊子组件，它可以横向移动货物托盘，而大型升降机则用于在各层之间垂直升高或降低托盘。这要求BIM考虑可能的不同系统当货物托盘在整个设施中移动和处理时，与货物托盘的“动能包络”发生间隙冲突。

使用专门的碰撞矩阵识别冲突，该矩阵将设计规范和操作要求（净空，MHS规范，结构和建筑协调以及MEP协调）纳入分析（图3）。分析是在优先基础上进行的，问题在任何建设开始之前就已得到解决。这是一个持续的过程，一个专门的工程师在整个设计协调过程中不断努力。这导致现场RFI，成本超支和延迟的情况要少得多。

CX在该项目中采用的主动方法使操作更加平稳，并迫使传统上隔离的设计过程元素（结构工程师，建筑师，MEP等）从一开始就以系统的方式进行协作。这需要对关键人员进行广泛的再培训，以使用标准化系统和软件平台，以确保数据的设计和格式保持一致。正如项目总监所反映的那样，BIM经理面临的挑战是设计师和承包商的承诺要求。阻力来自于回归2D的专业惯性：“有时我们不得不坚持回到二维方法是不可接受的”。事实证明，这种方法正在带来行业中预期的文化变革。

图3.香港新CX货运站的计划

讨论

临时项目组织成员创造价值需要整个项目供应链的参与。BIM协调有助于缩小与其他团队成员的沟通差距。然而，仅靠技术不能带来行业文化的这种根本性变化。在采购系统[4]之上建立流程和程序至关重要。利益相关者之间的合作与协作在很大程度上取决于项目团队内部关系的管理，这是一个临时的多组织[5, 8]。案例研究表明，将制定社会基础设施和关系管理，以支持BIM的实施。随着这些基础设施现在开始凝聚，真正合作的机会现在开始出现[14]。

BIM流程通过修改项目支付结构的时间安排来创造新的挑战，更多的资金用于“预先”[7]。BIM在施工开始之前需要一个完整的模型，在现场遇到冲突和其他问题之前几乎可以解决。在建筑师和工程师（他们传统上期望大部分工作量在RFI发布时处于设计阶段的后半段）的情况下，他们的工作量已经转移到设计阶段的开始阶段。现金流量在顾问之间进行了修改，这需要在当前采购系统中进行文化变革。

结论

通过对两个案例的分析，本研究考察了BIM与建筑行业实施过程中的相互作用，特别关注BIM对过程中设计和施工过程以及专业角色的实证影响。前一个案例说明了如何通过采用BIM方法解决设计过程中出现的冲突和采购问题。后者展示了BIM的采用如何改变了项目中涉及的建筑师，承包商和分包商的角色。调查结果表明，仅仅取得商业成功不足以成为管理者推动综合ICT战略实施的动力，除非有信息通信技术支持者（最好是组织内的高级管理层）对此类变革给予大力支持。改变文化是必要的，BIM在项目交付中的实施必须伴随着关系管理方法，最好是采用更加综合的采购系统，例如联盟和设计建设方法。

感谢

作者要感谢R. Richard Switzer在编写本文时所做的工作。

引 用

1. Hu,Z,J.Zhang,Z. Deng.基于建筑信息模型和4D技术的施工过程仿真与安全分析.清华科技,2008,13（增刊1）:266-272

2. Schlueter，A,F. Thesseling.在早期设计阶段建立基于能量/火用性能评估的信息模型.自动化在建筑，2009,18（2）：153-163

3. Froese，TM建筑信息管理.第四届国际教育建筑信息技术研讨会.2005年,德国德累斯顿工业大学

4. Suermann，P.C.,R.A.Issa.BIM对建筑关键绩效指标(KPI)调查的影响.建筑信息建模杂志，2007年秋季：26-27

5. Rowlinson，S.在主要建筑项目中作用于创新IT的力量的时间性质.建筑管理与经济学,2007年,25：227-238

6. Tanotush,T.和S.CleaG,CADCAM.集成和技术变革的实践政治.组织变更管理杂志,2001,14（1）：9-27

7. Succar，B.建筑信息模型框架：为行业利益相关者提供研究和交付基础.

自动化在建筑,2009,18（3）：357-375

8. Rowlinson，S.，M.Tuulimm，和T.Y.Koh.香港的利益相关者管理.建筑利益相关者管理，E.Chinyio和P.Olomolaiye，编辑.在媒体上，威利-布莱克韦尔：牛津

9.

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