IPD及BIM技術(shù)在其中的應(yīng)用

1、第三屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集上海2011IPD及BIM技術(shù)在其中的應(yīng)用馬智亮 馬健坤清華大學(xué)土木工程系，北京 100084【摘要】IPD（Integrated Project Delivery，綜合項(xiàng)目交付）作為一種全新的工程項(xiàng)目交付模式，已經(jīng)在美國、澳大利亞和英國等發(fā)達(dá)國家得到應(yīng)用，并趨于成熟。但是，IPD在我國還沒有實(shí)際應(yīng)用案例，其本身仍然存在著定義模糊、法律合同體系不完善等問題。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)的出現(xiàn)為推進(jìn)IPD的發(fā)展和完善提供了條件。本文在廣泛文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，首先回顧了IPD的發(fā)展歷程，介紹了IPD的定義

2、、特征及其應(yīng)用的關(guān)鍵專屬工程合同體系并總結(jié)了IPD在工程實(shí)踐中面臨的主要問題，之后歸納了采用BIM技術(shù)解決IPD現(xiàn)有問題、提升IPD實(shí)施效果的可行途徑。本文對在我國利用IPD具有參考作用。【關(guān)鍵詞】IPD，BIM，合同體系，工程項(xiàng)目交付根據(jù)美國勞工部從1964年到2003年共40年的統(tǒng)計(jì)資料，建筑業(yè)的生產(chǎn)能力和生成效率持續(xù)下降1。綜合美國建筑工業(yè)協(xié)會(huì)和澳大利亞財(cái)政部的統(tǒng)計(jì)資料，截止本世紀(jì)初兩國建筑市場上62%的項(xiàng)目竣工決算成本超預(yù)算，大約40%的項(xiàng)目逾期沒有完工，30%左右的項(xiàng)目沒有滿足業(yè)主的使用需求2-3。面對建筑業(yè)對更高經(jīng)濟(jì)效益的追求和現(xiàn)代建筑物體量增大與復(fù)雜性上升對DBB（Design-

3、Bid-Build，設(shè)計(jì)/招投標(biāo)/建造）、CM（Construction Management，建造管理）及DB（Design-Build，設(shè)計(jì)/建造）三種傳統(tǒng)的建筑項(xiàng)目交付模式的挑戰(zhàn)，上世紀(jì)90年代國外建筑業(yè)誕生了一種全新的建筑項(xiàng)目交付模式IPD（Integrated Project Delivery，綜合項(xiàng)目交付）。在IPD的雛形誕生的同時(shí)，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）也應(yīng)運(yùn)而生。隨著國際工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，BIM技術(shù)和IPD表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的相互融合的傾向。本文將對IPD、BIM以及BIM技術(shù)在IPD中的應(yīng)用分別進(jìn)行綜述，在此基礎(chǔ)上指出

4、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢。IPD簡介1.1IPD的定義上世紀(jì)90年代末，IPD的雛形最先在BP（British Petroleum，英國石油）公司的英國北海石油鉆井平臺(tái)項(xiàng)目中取得成功，緊接著又分別在澳大利亞國家博物館項(xiàng)目和美國加州薩特郡綜合醫(yī)療項(xiàng)目中取得成功，自此之后業(yè)界開始逐漸認(rèn)識(shí)并接受IPD4-5。目前IPD已經(jīng)發(fā)展成一種定義清晰并擁有一套完整的專屬合同體系的建筑項(xiàng)目交付模式。美國和澳大利亞政府以及美國的AIA（American Institute of Architects，美國建筑師協(xié)會(huì)）和AGC（The Associated General Contractors of America，總

5、承包商協(xié)會(huì)）等行業(yè)協(xié)會(huì)以及在業(yè)內(nèi)具有較大影響力的專業(yè)公司都已經(jīng)發(fā)布了自己對IPD的定義4, 6-10。根據(jù)David和Burcin的問卷調(diào)查結(jié)果，被業(yè)內(nèi)最廣泛接受的IPD的定義是美國AIA在其2007年發(fā)布的IPD指導(dǎo)手冊中給出的，即IPD是一種集成人員、系統(tǒng)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，能夠減少浪費(fèi)降低成本、減少返工縮短工期、提升建筑物對業(yè)主的價(jià)值的工程項(xiàng)目交付模式1, 11。1.2IPD的特征作為一種全新的項(xiàng)目交付模式與三種傳統(tǒng)的項(xiàng)目交付模式相比，IPD同樣特征鮮明。由于合同在IPD中起著非常重要的作用，美國CMAA（The Construction Management Association of A

6、merica，美國建設(shè)管理協(xié)會(huì)）按合同設(shè)計(jì)相關(guān)的特征和與合同執(zhí)行相關(guān)將IPD的特征劃分為兩類，每類包含的具體特征如表1所示4。表1 IPD的特征序號(hào)分類IPD的特征1合同設(shè)計(jì)特征參與方在項(xiàng)目開始階段的平等參與2參與方以項(xiàng)目最終產(chǎn)出為基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)與收益的分配3所有參與方放棄訴訟彼此的權(quán)力4參與方之間公司財(cái)務(wù)透明5集成參與方知識(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)成果6所有參與方共同制定項(xiàng)目目標(biāo)和評價(jià)指標(biāo)7參與方達(dá)成一致的共同決策8合同執(zhí)行特征參與方相互尊重與信任9參與方之間強(qiáng)烈的合作意愿10參與方之間坦誠交流1.3IPD項(xiàng)目的組織結(jié)構(gòu)模式及所采用的標(biāo)準(zhǔn)合同文本迄今為止已經(jīng)實(shí)施的IPD項(xiàng)目的組織結(jié)構(gòu)模式主要有三種14-15,

7、32，如圖1至圖3所示。相應(yīng)地，各國發(fā)布的IPD的標(biāo)準(zhǔn)合同主要有：澳大利亞政府發(fā)布的IPD標(biāo)準(zhǔn)合同，美國的行業(yè)協(xié)會(huì)AIA和AGC發(fā)布的IPD標(biāo)準(zhǔn)合同5, 7, 12, 15。澳大利亞政府和美國AGC只是針對圖2所示的組織結(jié)構(gòu)模式發(fā)布了合同，因?yàn)槊绹鳤IA的標(biāo)準(zhǔn)合同體系覆蓋了所有三種模式，作為示例，在這幾個(gè)圖中標(biāo)出了組織之間適用的AIA標(biāo)準(zhǔn)合同的編號(hào)。圖1 以IPD理念改進(jìn)傳統(tǒng)交付模式的組織結(jié)構(gòu)圖13圖2 多參與方合同下的IPD組織結(jié)構(gòu)圖32圖3 SPE下的IPD組織結(jié)構(gòu)圖16在三種組織結(jié)構(gòu)模式中，前兩種與傳統(tǒng)模式基本一致，只是在其中采用IPD標(biāo)準(zhǔn)合同13。第三種組織結(jié)構(gòu)模式是由IPD帶來的全新

8、的組織結(jié)構(gòu)模式。Kermanshachi在其文章中指出該組織結(jié)構(gòu)模式是保證多參與方組成的SPE（Single Purpose Entity，單一目的實(shí)體）在IPD項(xiàng)目中成功實(shí)施的關(guān)鍵因素，其中SPE是針對建筑物體量大、復(fù)雜程度高、建設(shè)時(shí)間長、運(yùn)營維護(hù)要求高的IPD項(xiàng)目由參與方成立的有限責(zé)任公司16。BIM技術(shù)簡介2.1BIM技術(shù)的定義BIM技術(shù)的概念首先由美國喬治亞大學(xué)的查克伊斯曼提出，從上世紀(jì)90年代發(fā)展到今天已經(jīng)取得長足發(fā)展17。目前關(guān)于BIM的定義有很多，一般認(rèn)為美國NBIMS（National Building Information Modeling Standard）給出的定義更為

9、全面、準(zhǔn)確。根據(jù)美國NBIMS，BIM技術(shù)是一種改進(jìn)建筑的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營和維護(hù)過程的技術(shù)，它使用標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)器可讀的信息模型為每個(gè)建筑部件及設(shè)備建模，該模型包含獨(dú)立創(chuàng)建和收集的能夠在建筑的全生命周期使用的建筑部件及設(shè)備信息18。2.2BIM技術(shù)的特征美國NBIMS指出目前BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用主要圍繞BIM作為一個(gè)數(shù)字形式的設(shè)計(jì)產(chǎn)品、作為一種合作實(shí)施項(xiàng)目的過程和作為一種建筑物全生命周期管理工具三個(gè)方面展開18。BIM手冊是在總結(jié)美國BIM研究與實(shí)踐現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對BIM進(jìn)行了全面而詳細(xì)的介紹，并對BIM未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測；目前該手冊已經(jīng)成為BIM應(yīng)用領(lǐng)域的權(quán)威論著而業(yè)界廣泛接受。該手

10、冊將BIM技術(shù)的特征概括為10項(xiàng)19。綜合上述兩個(gè)文獻(xiàn)作者給出BIM技術(shù)的特征如表2所示。表2 BIM技術(shù)的特征序號(hào)分類BIM技術(shù)的特征1BIM作為數(shù)字形式的設(shè)計(jì)產(chǎn)品采用以對象為基礎(chǔ)的建筑模型2在建筑模型中包含豐富的對象屬性數(shù)據(jù)3以參數(shù)驅(qū)動(dòng)的方式修改建筑模型4圍繞建筑模型提供智能化功能5BIM作為合作實(shí)施項(xiàng)目的過程采用開放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)6支持虛擬建造/沖突檢測7可自動(dòng)生成2D/3D報(bào)告8BIM作為建筑物全生命周期管理工具建筑模型用于自動(dòng)控制預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)9建筑模型用于建筑設(shè)備的管理BIM技術(shù)在IPD中的應(yīng)用據(jù)Fish和Amanda，IPD作為一種新生的項(xiàng)目交付模式，雖然其理念得到業(yè)界廣泛的歡迎與支

11、持，并且已經(jīng)建立起較為成熟的專屬合同體系，但是當(dāng)IPD具體執(zhí)行時(shí)很多工程實(shí)踐中的技術(shù)問題還沒有完美的解決方案，業(yè)界傾向于將BIM技術(shù)與IPD相結(jié)合解決目前存在于工程實(shí)踐中的問題20。本文綜合文獻(xiàn)調(diào)研的結(jié)果，提出了一個(gè)BIM技術(shù)在IPD中應(yīng)用的框架，如圖4所示。圖4展示了BIM技術(shù)提供的服務(wù)對IPD各個(gè)方面的支撐。以下文獻(xiàn)綜述將按該應(yīng)用框架分別介紹各方面的研究進(jìn)展及存在的問題。圖4 BIM技術(shù)在IPD中的應(yīng)用框架3.1 BIM技術(shù)為IPD提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換服務(wù)IPD需要相關(guān)技術(shù)支持在項(xiàng)目的早期階段就開始協(xié)同工作的參與方之間進(jìn)行有效的信息交流。由于行業(yè)專業(yè)技術(shù)發(fā)展的歷史原因，不同參與方往往采用不盡相

12、同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，這使得設(shè)計(jì)成果的溝通非常困難。幸運(yùn)的是BIM技術(shù)已經(jīng)能夠?yàn)橛脩籼峁┙ㄖ?xiàng)目相關(guān)多領(lǐng)域的開放數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上BIM技術(shù)就可以為IPD提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換服務(wù)。根據(jù)Nadine的研究和2008年美國AIA發(fā)表的研究報(bào)告，IPD已經(jīng)得到BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交換方面的有效支持21-23。當(dāng)然這方面仍存在一些問題需要解決。Reza經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)踐中BIM技術(shù)還不能將建筑工程涉及到的所有技術(shù)專業(yè)的數(shù)據(jù)全部統(tǒng)一到BIM模型中，而只有核心的技術(shù)專業(yè)，例如建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)能夠較充分地統(tǒng)一到項(xiàng)目的整體BIM模型中24。3.2 BIM技術(shù)為處理IPD相關(guān)法律事務(wù)提供

13、服務(wù)不能清晰地定義合同標(biāo)的物一直是阻礙針對復(fù)雜建筑項(xiàng)目的合同有效實(shí)施的一個(gè)重要因素，對此Islam認(rèn)為一套成熟的合同首先必須能夠精確地定義標(biāo)的物，IPD的專屬合同在BIM技術(shù)的幫助下才能在面對現(xiàn)代巨型復(fù)雜建筑項(xiàng)目時(shí)，清晰準(zhǔn)確地定義標(biāo)的物25。模糊不清的合同標(biāo)的物常常引起不要的法律糾紛，F(xiàn)ish指出使用BIM技術(shù)精確建立的建筑信息模型能夠幫助IPD實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目收益共享和風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，與參與方間法律訴訟最小化甚至完全放棄訴訟權(quán)力20。知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題一直在傳統(tǒng)項(xiàng)目交付模式中困擾著設(shè)計(jì)方和施工方之間的有效合作，Stephen經(jīng)過重點(diǎn)對IPD涉及到的法律問題的研究發(fā)現(xiàn)在所有的IPD相關(guān)法律糾紛中，涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的糾

14、紛同樣是對設(shè)計(jì)階段影響最大的26。Wang指出因?yàn)槭褂肂IM技術(shù)設(shè)計(jì)完成的建筑信息模型不但清晰詳細(xì)，而且是面向?qū)ο蟮亩鄬傩阅Ｐ?，所以設(shè)計(jì)產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題就得到了有效的解決35。同時(shí)，Pardis也指出因?yàn)閰⑴c方各自的貢獻(xiàn)能夠在使用BIM技術(shù)完成的建筑信息模型中被清楚地劃分，所以不僅設(shè)計(jì)方，包括咨詢方和施工方等在內(nèi)的其他IPD參與方的知識(shí)產(chǎn)權(quán)也能夠在技術(shù)層面上得到了最大的保護(hù)27。但是，據(jù)Leentje，BIM技術(shù)在實(shí)踐中由于包含豐富的建筑設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)信息使模型變得繁冗，運(yùn)轉(zhuǎn)十分緩慢28。3.3 BIM技術(shù)為完成IPD設(shè)計(jì)施工任務(wù)提供服務(wù)W.Nofera和S.Korkmaz認(rèn)為，在BIM技術(shù)的幫助

15、下，IPD能夠促成項(xiàng)目參與方實(shí)現(xiàn)超越傳統(tǒng)意義的協(xié)同工作，因?yàn)槭褂肂IM技術(shù)建立的建筑信息模型不但能夠以2D而且能以3D的形式向參與方展示建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)品，直觀的3D建筑模型可以幫助IPD參與方更有效地交流專業(yè)問題優(yōu)化設(shè)計(jì)29, 30。針對4D-BIM模型在IPD中的應(yīng)用價(jià)值，F(xiàn)ranklin指出下一代更先進(jìn)的BIM技術(shù)可以建立4D建筑信息模型，獲得4D建筑信息模型的技術(shù)支持，施工方就可以在特定時(shí)間點(diǎn)為設(shè)計(jì)方提供專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和合理化建議，提高建筑設(shè)計(jì)成果的可建造性31。澳大利亞政府在其IPD推廣說明書中指出可以使用BIM技術(shù)對IPD項(xiàng)目進(jìn)行虛擬施工和沖突檢測，因?yàn)镮PD具有將項(xiàng)目涉及到的所有技術(shù)專業(yè)參與

16、方在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就包含進(jìn)來的特征，這樣當(dāng)使用虛擬施工時(shí)進(jìn)行沖突檢測時(shí)，檢測內(nèi)容更趨近于真實(shí)情況，檢測內(nèi)容覆蓋的范圍更廣，檢測的內(nèi)容更加深入更加詳細(xì)，最終的檢測結(jié)果對優(yōu)化設(shè)計(jì)更有價(jià)值，獲得的預(yù)期經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出也更高32。對于BIM技術(shù)能否促進(jìn)IPD與Lean理論相互融合的問題，Ryan指出當(dāng)IPD與BIM技術(shù)融合后就能夠?qū)崿F(xiàn)IPD所追求的建筑產(chǎn)品與施工過程同步設(shè)計(jì)，最終徹底消除由于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的施工障礙33。3.4 BIM技術(shù)對形成IPD組織文化的影響。對于BIM技術(shù)提供給IPD的服務(wù)將怎樣影響IPD的組織文化的問題，Howard認(rèn)為BIM技術(shù)提供給IPD的服務(wù)通過促使IPD團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作更加便捷，項(xiàng)目

17、目標(biāo)的定義與實(shí)際情況結(jié)合更緊密，從而工作任務(wù)的定義與劃分更加合理，參與方更容易理解和接受工作任務(wù)，減少法律糾紛的手段使得參與方之間自然而然地愿意坦誠地交流與合作并且相互信任與尊重34。BIM技術(shù)在IPD中應(yīng)用的發(fā)展方向?yàn)榱烁玫卦贗PD中應(yīng)用，BIM技術(shù)需要在擴(kuò)展其統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、提高建筑信息模型的運(yùn)行與維護(hù)性能和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用三方面取得突破。4.1 擴(kuò)展BIM技術(shù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)BIM技術(shù)和IPD的面前還有很長的路要走。目前在以開放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換方面，BIM技術(shù)還不能完全滿足IPD多參與方之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與交換的需求，因?yàn)镮PD的參與方各自都有對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的特殊要求，BIM技術(shù)還需

18、要改進(jìn)擴(kuò)展其統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，使其能被需求各異的參與方接受。4.2 提高建筑信息模型的運(yùn)行與維護(hù)性能因?yàn)镮PD是應(yīng)現(xiàn)代化巨型復(fù)雜項(xiàng)目的需求而生，當(dāng)參與方共同向建筑信息模型輸入己方重要的設(shè)計(jì)相關(guān)信息時(shí)，以現(xiàn)有BIM技術(shù)建立的模型也相應(yīng)容量大增，運(yùn)行維護(hù)困難。為了回應(yīng)IPD對清晰定義與劃分工作和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的要求，需要使用BIM技術(shù)建立更精確的模型，這樣模型中對象的數(shù)量將急劇增加，對象的屬性數(shù)量也將隨之增加，這些都會(huì)降低模型的運(yùn)行效率。BIM技術(shù)在大型模型的運(yùn)行與維護(hù)方面的能力急需提高。4.3 發(fā)展適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的BIM技術(shù)IPD將參與方集成到新的項(xiàng)目交付模式下，如果僅僅在物理位置上簡單地實(shí)現(xiàn)這種集

19、成，那么因?yàn)镮PD模式需要參與方頻繁交流，就必將產(chǎn)生巨大的交通費(fèi)用和交通時(shí)間成本。目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，通過網(wǎng)絡(luò)將IPD的參與方集成起來是一種極具潛力的解決方案，因此BIM技術(shù)也需要適時(shí)調(diào)整自己以適應(yīng)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成參與方的IPD模式。結(jié)語面對IPD模式正在國外少數(shù)發(fā)達(dá)國家興起推廣的歷史機(jī)遇，我國應(yīng)該抓緊機(jī)遇奮起直追。在此文章提出一些關(guān)于如何在我國推廣IPD的四點(diǎn)建議。首先我國政府應(yīng)該實(shí)施優(yōu)惠政策并組織完成符合我國國情的IPD合同體系，幫助保險(xiǎn)公司推出與IPD相適應(yīng)的保險(xiǎn)產(chǎn)品；然后以政府的公共項(xiàng)目作為IPD的示范項(xiàng)目，從公共建筑向私人建筑領(lǐng)域推廣；其次充分發(fā)揮行業(yè)組織的力量，組織針對

20、IPD的學(xué)術(shù)研究；最后總結(jié)IPD成功經(jīng)驗(yàn)，利用多種傳播手段推廣成功經(jīng)驗(yàn)，使業(yè)界充分認(rèn)識(shí)到IPD的優(yōu)勢。致謝本研究受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于BIM技術(shù)的建筑工程IPD網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)研究”（51078201）資助。參考文獻(xiàn)1 David C. Kent, Burcin Becerik Gerber. understanding construction industry experience and attitudes toward integrated project delivery. J Journal of construction engineering and management.201

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