第1章
绪论

1.1　研究背景

国家统计局相关统计数据表明（图1.1），2012年我国建筑业总产值达到137218亿元，是“十一五”期末（2010年）的1.43倍，是“十五”期末（2005年）的3.97倍。虽然受国家宏观经济结构调整等因素影响，自2011年起建筑业总产值增速连续两年放缓，但2012年增长幅度仍达17.82％。上述数据表明建筑业产业规模保持着持续稳步扩大的态势。

虽然建筑业产业规模逐年扩大，但建筑业在本质上仍属于劳动密集型产业，对物资资源消耗极大，受宏观政策影响大，劳动生产率相对较低，新技术应用扩散缓慢，这也导致了建筑业长期以来呈现出低效、浪费大、控制难、信息损失大等问题。

斯坦福大学的研究数据表明，在1964—2009年间，非农产业的劳动生产率翻了一番，而建筑业的劳动生产率却增长缓慢（Teicholz，2004），如图1.2所示。

美国建筑师协会（American Institute of Architects，AIA）（2007a）报告指出建筑业存在低效和浪费现象。美国国家研究委员会（National Research Council）（2009）报告指出，每年建筑业消耗占美国基本能源消耗的40％，并产生40％的温室气体排放；每年新建项目耗费掉30％的原材料、25％的水并产生30％的垃圾。这对全球的气候与环境有着重要影响，同时建筑业的劳动生产率与其他行业相比仍处于落后水平。

究其原因，不少研究指出是建筑行业割裂的本质阻碍了其绩效提升（Egan，1998；Bouchlaghem et al.，2004；Kagioglou et al.，2001）。美国《经济学家》杂志2000年公布的数据表明：割裂的生产结构导致建筑生产过程存在巨大的浪费，创造价值活动的比例仅为10％，而非增值活动（Non Value-adding Activities）比例却多达57％，但制造业中同一活动的比例为62％与12％（Eastman et al.，2008）。

美国国家科学院和美国国家工程院2009年完成了如何提升美国建筑业的竞争力和效率的研究项目，研究报告指出，美国建筑业的三大主要问题：①缺乏组织、流程、技术、政策和法规对建筑业变革的支持，②缺乏负责推动变革和提高劳动生产率的主体，③缺乏基于创新技术的建筑业绩效管理与绩效测度体系。这些问题导致了长期以来建筑业的低效率、高浪费、缺乏竞争力和可持续性的发展（National Research Council，2009）。

1.1.1　BIM的出现

1．BIM的内涵

随着时代的进步，我国出现了越来越多的特大、复杂、综合型建设项目，也催生了大批新材料、新工艺、项目管理及信息化技术（王广斌等，2009）。美国国家科学院提出，未来10年提高建筑业效率和竞争力、实现可持续发展的5个突破性解决途径中，以BIM技术为代表的建筑业创新是改变和提高建筑业生产效率和竞争力的首要的也是最重要的途径。其他的4个途径分别是通过提供更有效的组织、流程、材料、设备和信息的交互提高工作效率；应用更多的预制、预装配、模块化和非现场制造技术和流程；广泛使用创新性示范装置；有效的绩效测度体系驱动效率提升并支持创新（NationalResearch Council，2009）。

不同的组织对BIM的内涵与外延有着不同的观点。《美国国家BIM标准》中主张BIM是建筑设施物理特性和功能特性的数字化描述，它可以作为信息的共享源，从项目的初期阶段开始为项目提供全寿命周期的信息服务，这种信息的共享可以为项目决策提供可靠的支撑。该观点从三个层次揭示了BIM的内涵与外延：第一层含义是作为产品的BIM，即指设施的数字化表示；第二层含义是指作为协同过程的BIM；第三层含义是作为设施全寿命周期管理方式的BIM（NBIMS，2007）。Jernigan（2007）对BIM的内涵与外延进行了区分：BIM的内涵是信息管理以及社会与技术资源的复杂关系，表现在组织与环境的复杂性、协作及相互关联，主张在合适的时间、合适的地点获得合适的所管理项目的信息；BIM的外延聚焦于一系列与BIM应用相关的软件，如ArchiCAD、Bently、Revit等BIM工具软件。

从BIM的内涵看，Eastman等（2008）提出BIM的核心技术是参数化建模技术，不仅是对建筑设施的数字化、智能化表示，更是对建设项目的绩效、规划、施工和运营等一系列活动进行分析管理的动态过程。它不能简单地被理解为一种工具，它体现了建筑业广泛变革的人类活动，这种变革既包括了工具的变革，也包含了生产过程及组织的变革。Hardin（2009）基于Eastman的观点认为BIM不仅仅意味着3D建模软件的应用，还是在使用一种新的思维方式。Succar（2009）提出BIM是在政策、流程和技术的一系列相互作用下，用于建设项目全寿命周期项目数据数字化管理的方法。Ho（2009）的研究报告中指出BIM是工程建设过程中通过应用多学科、多专业和集成化的信息模型，准确反映和控制项目建设过程，使项目建设目标能最好地实现。

从BIM的外延看，基于产品的视角，BIM软件供应商对BIM也有着各自的定义。Autodesk（2007a）认为BIM是一种用于设计、施工、管理的方法，运用这种方法可以及时并持久地获得质量好、可靠性强、集成度高、协作充分的项目信息。Graphisoft（2007）认为BIM是建设过程中唯一的知识库，它所包含的信息包括图形信息、非图形信息、标准、进度及其他信息，用以实现减少差错、缩短工期的目标。Bentley（2007）认为BIM是一个在集成数据管理系统下应用于设施全寿命周期的数字化模型，它包含的信息可以是图形信息，也可以是非图形信息。

尽管不同的组织对BIM的内涵与外延有着不同的理解和定义，但都从不同角度反映出BIM的社会-技术属性，其应用具有明显的跨组织性（Harty，2005）。综上所述，本书对BIM的理解是以可视化、参数化技术为基础，在建设项目全寿命周期中跨越项目各参与方的组织边界来准确反映和控制项目建设目标的动态过程。

2．BIM的特征

BIM的出现不是对建筑业现有的2D CAD（二维平面）技术简单改进或局部修补式创新，而是对建设项目信息表达方式、信息化工具乃至建筑业生产范式进行突破性创新（Taylor et al.，2004；Harty，2005）。建模技术作为BIM的基本内涵，具有以下特征。

（1）参数化。

BIM通过智能数字化方式表示建筑构件，并能与可计算的图形与数据属性以及参数化规则关联。参数化建模是BIM的核心技术特征（Eastman et al.，2008）。参数化表示模型并非以简单的空间位置及尺寸存储，而是按照对象、对象类型、空间定位及对象属性等结构化关联信息存储（王广斌等，2009a），而这正是BIM最具变革性的特征。

（2）多维化。

BIM所记录的建设对象的属性是多维度的，这些信息可包括空间尺寸、材质、管理类信息等（王广斌等，2009a）。通过参数化建模，模型构件信息包含了用以描述其行为的多维化数据，可以用来进行功能分析和工作流程的安排。例如，计算工程量、规范检验和能耗分析等（Eastman et al.，2008）。

（3）一致性。

传统的2D CAD技术，将建筑构件的几何信息分别用平面图、立面图和剖面图表达，一旦发生变更，极易造成上述三类视图中同一构件信息的冲突。而通过参数化建模，建立了BIM各构件间的关联关系，从本质上确保了数据的一致性和无冗余，一旦对构件相关参数进行了修改，其相关联的信息也将同时进行修改，包括不同视图中展示的内容（例如平面图、立面图、剖面图等不同视图的信息）（Eastman et al.，2008）。因此，BIM使得建筑构件表达的方式由二维转向参数化模型，相关的各类设计文件均由参数化模型生成，进而从源头上确保建设项目信息的一致性。

（4）可协作性。

BIM从本质上是将建筑对象在虚拟世界进行数字化描述，与现实世界一样，同样需要建设项目的各个参与方共同完成模型。BIM模型通过统一的数据库，可以让同一组织的不同专业，或不同的参与方基于同一个基础模型进行信息沟通与交流。从建设项目全寿命周期的角度看，不同阶段、不同参与方通过基本模型获取其所需的信息来完成与自己相关的模型工作，并通过可交互的数据格式将各自的成果反馈到基本模型中，实现建设项目全寿命周期管理（Eastman et al.，2008）。

（5）跨组织性。

正是BIM的上述技术特征，使得BIM能将异构的、没有联结的建设项目各参与方通过一个共享的数字化基础平台联结在一个协作环境中（Yoo et al.，2010）。Harty（2005）通过实证研究表明BIM应用在明显改变单个组织活动方式的同时，也会对项目其他参与方之间的沟通方式、权责关系以及整个行业的市场结构带来巨大变革，且BIM的成功应用往往需要企业内部各部门、项目各参与方乃至全行业各类从业人员的共同努力。

综上所述，BIM之所以能作为建筑业变革的重要途径，在于BIM的本质是描述建筑实体的参数化多维动态模型，使用单一BIM模型能从理论上保证相关信息的一致性，从根本上杜绝了原来二维平面设计所带来的各种信息失真和信息损失，进而提高建筑业的生产效率，减少浪费。

1.1.2　BIM对建筑业的影响

1．BIM为建筑业带来的变革作用

现有的信息共享和沟通模式使得与建筑业割裂相关的问题更加严峻。Eastman（2008）在BIM Handbook一书中指出基于纸质文档沟通的建设项目交付过程中，纸质文档的错漏导致了现场不可预料的成本、延期甚至是项目各参与方之间的诉讼。正是BIM技术的参数化、可视化的特征改变了建筑业工作对象的描述方式，改变了信息沟通方式，势必从根本上引起建筑业生产方式的变化。BIM用于建设项目全寿命周期，基于信息模型进行虚拟设计与施工，将促进项目各参与方之间的沟通与交流（Lu et al.，2011）。一方面，BIM作为一项创新技术，为建设项目各参与方提供了一个协同工作和信息共享的平台；另一方面，BIM作为一种集成化管理模式，需要对建设项目各参与方的工作流程、工作方式、信息基础设施、组织角色、契约行为及协同行为进行诸多的变革（Gal et al.，2008）。Lu等（2011）认为BIM的应用将改变传统的建筑业生产范式。BIM对建筑业的推动作用主要体现在将依赖于纸质的工作流程（3D CAD、过程模拟、关联数据库、作业清单和2D CAD图纸）的任务自动地生成为一种集成的和可交互协同的工作流任务模式，这是一个可度量、充分利用网络沟通能力协同合作的过程。BIM可用来缓解建筑业的割裂，提高建筑业的效率和效益，同时也能减少软件间不兼容所产生的高成本（Succar，2009）。

BIM对建筑产品、组织、过程等信息的表达及集成方式带来系统性变革，并应用于建设项目全寿命周期的各个方面。例如集成化设计与施工、项目管理及设施管理（Azhar et al.，2008；Bazjanac，2008；Schlueter et al.，2009），可有效解决项目生产过程及组织的信息割裂问题，进而大大提高项目生产效率（Eastman et al.，2011）。不少学者将BIM视为解决建筑业日趋凸显问题的革命性技术（Young et al.，2008；Eastman et al.，2008；Luth，2011）。斯坦福大学针对全球BIM应用项目的调查研究表明，通过BIM有效应用可降低40％的设计变更（Gao et al.，2008），施工现场的劳动生产率可提高20％～30％（Hartmann et al.，2007），同时，BIM的应用还有助于提高建筑产品的性能并显著促进可持续建设（Eastman et al.，2008）。Moum（2009）的研究表明BIM对项目的贡献主要体现在减少协调成本、加快信息交换、改善决策能力，从而改变建筑业内企业的竞争战略关系，改变现有关系的结构和行为，促进新的跨组织关系模式的产生等方面（Moum，2009）。更有学者认为BIM有潜力作为创新和改进跨组织间流程的催化剂（Berente et al.，2010；Boland et al.，2007）。因此，BIM已被广泛地视为建筑业变革的重要方向。

2．BIM对建设项目组织的影响

随着BIM在全球的广泛扩散和应用，BIM的应用对建筑业产生了一系列的影响，如基于BIM的跨组织跨专业集成设计、基于BIM的跨组织信息沟通、基于BIM的跨组织项目管理、基于BIM的生产组织及生产方式、基于BIM的项目交付、基于BIM的全寿命周期管理等。相比2D CAD技术，这一系列的影响均具有跨组织的特性。BIM的成功应用需要打破项目各参与方（业主、设计方、总承包方、供货方及构配件制造方等）原有的组织边界，有效集成各参与方的工作信息。Tayor等（2007）认为BIM情境下，设计方、总承包方、供货方、构配件制造方及相关建筑业企业间相互依存形成的项目网络可以通过合作共同创建虚拟的BIM。Harty（2005）对伦敦希思罗机场T5航站楼BIM应用研究认为，BIM在明显改变单个组织活动方式的同时，也会对项目其他参与方之间的沟通方式、权责关系以及整个行业的市场结构带来巨大变革。因此，BIM具有典型的跨组织特征，影响着项目各参与方间相互依存的工作活动与流程。

3．BIM对建设项目绩效认知方式的影响

BIM的应用也将明显改变建设项目绩效评价的方式。基于BIM的建设项目绩效指标体系已不再局限于传统的“铁三角”项目绩效，即投资、进度与质量。BIM的采用鼓励在设计阶段集成施工阶段的信息，这需要并将促进各参与方间良好的合作。同时，各参与方面临的最显著变化是从设计阶段各专业紧密使用一个共享的模型，在施工阶段各参与方使用一整套关联一致的模型，作为项目工作流程和各方协同的基础。这不仅对建设项目的投资和进度有着严格的要求，还需要协同设计方与总承包方，以实现建设项目的精益交付。成功的BIM应用追求的是“1+1＞2”的效果，不仅仅是谋求建设项目某一参与方自身的绩效，更关注于从项目整体的角度来测量项目绩效。

从狭义上看，学术界和产业界将项目绩效定义为“铁”或“金”三角（Atkinson et al.，2001），即满足预先制定的投资、进度和质量目标。Bryde（2005）的研究表明这类项目绩效认知方式或许不利于建设项目组织，因为这个结果将导致项目绩效在短期或对某一参与方是最优的，但从长期和战略视角来看往往会损害项目其他参与方的利益，更难以实现BIM为项目及各参与方所带来的溢出效应。随着市场环境中许多因素的改变，如项目越来越复杂、参与方越来越多以及国际化竞争等，建设项目绩效的整体性观念得到重视。国内外不少学者也将注意力转移到对建设项目进行更全面的测量和评价。例如，国外的研究者提出项目绩效评价指标除了“铁三角”以外，还包括其他指标如感知绩效、业主满意度、施工单位满意度、项目管理团队满意度、技术绩效、技术创新、项目执行效率、管理与组织期望、功能性、可施工性和业务绩效（Ashley et al.，1987；Freeman et al.，1992；Atkinson，1999；Baker et al.，1997）。

成功的BIM应用需要将建设项目中业主、设计方、总承包方等各关键参与方集成为一个有机的整体，而这与现有的建设项目管理模式存在较大差别，使得应用BIM的建设项目的项目绩效评价与传统的评价方式存在区别：我国现有的工程项目绩效只评价不能反映出其他影响项目绩效的关键因素（如BIM这类跨组织技术创新）的贡献情况；侧重于事后分析，而不能科学、客观地评价整个建设项目团队业务流程的运营状况，做到过程控制。因此，BIM情境下对建设项目绩效认知方式提出新的要求，即以建设项目各参与方追求项目整体绩效的提升为导向，从系统的角度评价建设项目整体绩效。

1.1.3　BIM应用的挑战

1．BIM的潜力未充分发挥

国内外的研究一致认为BIM能为建设项目带来增值作用，例如：效率和效能的提高，工期和投资的减少，以及质量的提高。建筑业涵盖多个专业领域，建设项目作为其载体需要多专业多工种的合作才能顺利实施。而建设项目又被视为由临时组织构成的松散耦合系统，项目各参与方间的工作任务高度相互依存。Ahmad（2010）的研究指出尽管BIM被广泛的采用，但设计人员仍然错失了BIM带来的诸多好处。研究者发现设计师们主要是使用新技术对传统工作进行自动化，而不是改变他们的沟通方式和工作方式（Merschbrock，2012）。这也从一个角度印证了Gal等的研究结果，即BIM在建筑业的应用并没有完全发挥其潜力，部分原因是缺乏一个共同的愿景和“自动化群岛”。作者所在的研究团队在2011年对中国BIM应用的调研结果显示，国内BIM应用的成熟度仍较低，存在组织相对分散、缺乏系统管理等问题。究其原因是建筑业传统业务模式并未随着BIM的引入而发生根本性的改变，其中组织层面的障碍是亟待研究的领域之一。跨组织关系作为组织研究领域的重要分支，在具有社会-技术二元属性的建筑业中越来越受到关注。

2．BIM跨组织应用的障碍

Hartman等（2008）指出传统项目交易模式下BIM应用的主要阻碍包括：项目参与方对技术变化的抵触、业内对BIM应用缺乏激励措施、项目各参与方不愿意进行模型共享、合同关系不能有效促进模型信息共享、模型的精度不确定、模型的责权关系不明确、法律原因、信息丢失的保险问题、无BIM应用的标准合同语言、软件和信息的交互操作性差等。Young等（2008）指出除技术问题和经济问题外，僵化的生产流程、对使用BIM的项目缺乏必要的激励措施已成为BIM应用过程中的主要障碍。Wong（2010）分析了欧美六个国家和地区BIM应用的情况后认为，项目参与方众多而项目合作环境恶劣是导致BIM跨组织应用的主要障碍，项目各参与方的角色和责任并不明晰。为了发挥BIM的全部潜力，Lyytinen等（2011）提出BIM的跨组织应用带来的问题是最大的障碍之一，必须得到解决。但迄今为止，上述问题仍未解决，其根源在于没有正确理解BIM情境下建设项目各参与方如何进行协同合作。

建设项目各参与方间敌对的关系是建筑业典型特征，缺乏合作一直被视为造成建筑业创新水平低的主要原因。虽然创新曾一度被认为是属于某一个企业的工作范畴，但研究技术发展的学者们越来越重视跨组织边界、跨组织关系和网络间的合作（Håkansson et al.，1989）。甚至有学者认为组织创新是技术创新的先决条件（Holmen et al.，2005）。无论针对组织内部、组织间还是行业层面，组织创新本身就是一个挑战，因为惯性力量对变革的抵触，对于传统的建筑业而言尤为严重。这也就意味着建筑业进行BIM这类跨组织创新并发展跨组织合作关系必然会遇到困难与挑战。

面对诸多挑战，学术界和产业界对BIM应用远景的刻画是一致的，即建设项目各参与方在信息技术、标准等支持下，协同创建、维护能体现完整的建设对象实体尺寸、属性及附属管理信息的、可共享的单一BIM模型，其特征是能形成可用于项目全寿命周期，且信息保持多维、一致性的BIM模型。显然这个过程不是一蹴而就的，在这个逐步实现的过程中，需要克服技术、组织、流程等一系列的问题，如何尽快地使BIM融入项目建设的全过程中，以充分发挥BIM的优势，是当前研究的热点。而跨组织关系与BIM情境的相互作用机理的研究成果能更好地为制定BIM应用规划和发展路径提供依据，这具有重大的研究意义。因此，有必要对BIM情境与建设项目跨组织关系之间的相互作用机理进行深入探讨。