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理解BIM对协同设计的影响：中国建筑业的实证研究

Yan Liu ⁎, Sander van Nederveen, Marcel Hertogh

Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Stevinweg 1, 2628 CN Delft, The Netherlands

摘要

在建筑项目中，建筑信息模型（BIM）影响着合作的共同方式，包括不同参与者的角色。本研究的目的是探索目前的实践，并找出BIM对协同设计和构建的关键影响。通过专题小组讨论和对BIM相关参与者的访谈，探讨了项目专业人员对BIM在协同设计和构建中实施的理解，并采用扎根理论对定性数据进行了分析。对影响BIM协作发展的八个概念进行了界定和分类：（1）IT能力，（2）技术管理，（3）态度和行为，（4）角色扮演，（5）信任，（6）沟通，（7）领导，（8）学习和经验。我们将BIM效应分为三个维度：技术、人员和过程。我们的研究结果为BIM建设项目的协作性质提供了经验见解，并强调了项目团队协作在BIM项目交付中的重要性。

关键词：协作；BIM；设计；结构；基础理论

1. 介绍

在建筑学、工程和建筑（AEC）行业，设计和施工活动涉及多个组织协同工作，相互依赖，为业主提供量身定制的解决方案。在项目建设中，各方都有自己的专业性、工作模式和承诺，也有各自的利益、价值观和文化。多年来，不同专业的业主、承包商和设计师都在为实现项目目标而共同努力。然而，近年来出现了一些对共同工作和协作方式有影响的发展，包括建设项目的组织和不同参与者的作用，最显著的是项目参与者之间更加开放的趋势（Hertogh和Westerveld，2008年）和建筑信息建模（BIM）（Bryde等人，2013）。

我们现在所说的“建筑信息建模”已经由Van Nederveen和Tolman（1992）提出，尽管最初的BIM概念可以追溯到20世纪70年代（Eastman等人，2011）。这一概念对行业来说仍然是相对较新的，但会引起更多的关注，并能取得巨大的改进（McGraw-Hill Construction，2014）。

BIM可以被描述为一个社会技术系统（Sackey等人，2014），因为它由技术维度（如3D建模）和具有社会影响的维度（如过程）组成重新设计。BIM趋势已经导致了设计师和承包商工作和协作方式的改变，比如信息共享方式的改变。

尽管有这些趋势，设计和施工团队的组织和角色似乎并没有发生重大变化。只有很少的例子尝试使用完全不同的方法，如集成项目交付（IPD）（Kent and Becerik Gerber，2010）。在这些项目中，关键参与者从项目开始就结成伙伴关系，并消除合同界限。

适当的协同设计与施工活动，可以使信息传递、知识创造、技术协调和资源配置有效运作，减少不必要的冲突。Grilo和Jardim Goncalves（2010）认为，在实施BIM的建设项目中，技术互操作性不是问题，这已经证明是可行的。相反，挑战在于理解和确定业务互操作性的价值，扩展协作的定义。

本文的目的是从社会-技术系统的角度来探讨BIM的含义，特别关注多学科的组织间协作实践。本文采用焦点小组讨论和访谈的方法，运用扎根理论的原理进行研究。它确定了影响BIM建设项目成功协作效果的协作特征和关键概念。

1. 文献综述

2.1. AEC协作的特点

AEC部门是一个典型的基于项目的行业范例。新的非常规设计和施工过程也伴随着复杂的工作关系和相互关系（Bresnen等人，2004）。由业主、设计师、总承包商、项目经理、土木工程师、MEP（机械、工程、管道）工程师、分包商、材料和设备供应商、BIM协调员等各专业组成的一套团队来交付项目。他们作出相互依赖的纪律决定，自然形成一个临时的多组织。个体参与者最终会影响整体进度（Benne，2005）。此外，不同的个人和组织兴趣、专业知识、期望、资源和约束条件会影响不同的参与者（Lau和Rowlinson，2010）。如何管理这些复杂的参与者之间的互动关系已引起人们的极大关注。建筑管理面临着巨大的挑战，因为它的复杂性日益复杂，如众多参加者（Heltoh和Westeld，2008）之间的复杂关系。

组织研究的文献从主要的功能角度对协作进行了探讨，许多研究强调了协作的潜在好处和目的（Hardy和Phillips，1998）。许多创新可以被认为是在建筑的跨组织环境中无限的（Harty，2005）。AEC行业以其跨学科知识而闻名。协作过程涉及共享决策以及数据和资源（Popp等人，2004年）。项目经理收到各种各样的信息，必须检查内容和来源的可靠性。随着建设项目参与者的专业化和分段化，将发现次优和低效的解决方案，因为每个参与者通常关注自己的利益，并试图最大化这些。这些现象使我们开始重新思考建设项目的合作，在项目建设的整个生命周期中，需要克服法律和非正式的界限。随着BIM的实施带来了新的、复杂的活动，BIM项目中协作元素的识别是一个重要的课题。

2.2. 新兴BIM对建设项目管理的影响

对BIM没有普遍接受的定义。在这项研究中，BIM被定义为一个过程，而不仅仅是一个软件。在本研究中，本研究以项目沟通为背景，确定了BIM的基本概念。

BIM用于更有效地执行任务，并在后期更有效地执行任务，包括以前不可能完成的任务。由于设计和施工环境的分散性质和需要在不同参与者之间交换的大量信息（Isikdag和安德伍德，2010），BIM支持协作成为必然的需求。这意味着，在设计和施工中，组织依靠信息技术来执行其特定的明确任务，从而使建设项目成为可能。

因此，BIM的实施过程应注重在项目中平衡这些社会和技术子系统，以确保两个子系统的联合优化。特别是，AEC部门高度协作，需要多方协作。

关于BIM的讨论通常包括跨组织边界协作的论据。一些人认为，新技术（尤其是BIM）为建筑工作实践的范式转变提供了机会（CURT，2005），而另一些人则认为，成功采用BIM需要技术的改变，以适应团队成员当前的工作（Hartmann，2008）。

然而，Hartmann等人。（2008）通过26个重大建设项目的案例研究发现，大多数项目在一个项目阶段仅对一个应用领域应用了3D/4D模型，大多数项目处于设计阶段。同样，霍华德和比约克（2008年）进行的一项调查结果表明，BIM解决方案似乎非常复杂，可能需要在有限的领域中初步应用。协调仅限于可视化和碰撞检测（Shafiq等人，2013）。研究人员认为，与早期采用2dcad相比，设计师和承包商采用BIM工具的速度较慢（Whyte等人，2002）。重要的原因是，BIM项目在技术上通常是紧密耦合的，但在组织上是分裂的。这意味着BIM并没有促进不同组织之间更紧密的协作，尽管它使项目成员之间的联系变得可见（Dossick和Neff，2009）。

协作设计和施工建立在AEC行业的两个最新趋势之上，这两个趋势见证了BIM等技术和IPD等创新流程的广泛采用。然而，这些创新被认为是孤立发展的，很少考虑人、过程和技术之间的总体交互。尽管BIM可以在没有协作的情况下使用，但这种使用只处理了一小部分表面问题（ashraft，2008）。缔约方内部以及缔约方之间以及缔约方与更广泛的环境网络之间的互动，使这些创新中的这些互动（包括边界问题）的解决方案和实施方式极具挑战性。

研究人员从相当多的技术角度对BIM进行了研究。其中许多研究集中在研究和增强项目网络中BIM技术的互操作性。当技术变革跨越项目网络中的多组织边界时，多组织业务实践也必须发展并适应这些变革。当BIM这样的技术变革跨越了项目网络中必须补充技术互操作性的组织边界时，组织间实践是如何演变的，这在很大程度上被忽略了（Taylor和Bernstein，2009）。在更深入地确定BIM如何影响项目环境中的协作开发方面，文献中仍然存在一个缺陷。需要更深入的定性方法来探索BIM项目中协作的复杂性。

1. 研究方法

到目前为止，尽管BIM在项目的具体任务中做出了巨大贡献，并在短期内从技术上建立了项目参与者之间更紧密的联系，但它在促进设计和施工方面的有效合作方面还不具备能力。BIM研究需要更多地关注人、过程及其与技术的总体互动。为了提供更可靠的结果，本研究采用了扎根理论的定性研究方法。为了找出影响协作的有效因素，本研究将采用焦点小组讨论和访谈相结合的方式收集BIM项目中协作问题的数据。它的目的是探讨在项目中实施BIM时，他们对协作的看法、态度和经验。

扎根理论最初由Glaser和Strauss（1967）创立，是一种基于实证研究的理论生成方法。我们之所以选择它，是因为当人们对研究主题知之甚少，而且主题似乎很复杂时，它是有效的（Strauss和Corbin，1990）。扎根理论方法的定义特征是，立即收集每一个代码，并与以前的代码进行比较，寻找相似点和联系。我们研究过程中的主要研究策略和措施如图1所示。

图1. 扎根理论的过程

数据收集时间为2015年的6个月。我们没有选择在过去十年中使用特定BIM工具进入AEC市场的公司，但确实要求该工具是参数化、基于对象的3D CAD工具，这是BIM spirit的基本要求。我们更感兴趣的是在不同的BIM工具中找出一致的范例趋势。通过以下步骤收集数据：

步骤1：选择受访者来源

选择有经验的BIM用户进行焦点小组讨论和访谈，目的是全面了解协作的效果。这项研究将BIM用户分为三类：业主、设计师和承包商。焦点小组讨论安排在一个行业兴趣小组沙龙，11名来自主要公司的代表参加了讨论。焦点小组的成员都是BIM爱好者。调查对象中，业主公司2家，设计咨询公司7家，建筑公司3家，均在中国。

步骤2：执行焦点小组讨论并打开编码

根据施特劳斯和科尔宾（1990）的观点，我们在开始研究时并没有考虑到先入为主的理论。我们已经选择在一个有根据的基础上开始在中国进行焦点小组讨论。焦点小组讨论使答卷者能够分享他们的经验和意见，而不必有限制性的选择。前一步的焦点小组讨论的目的是尽可能多地激发想法。对合作的关注被用来帮助保持讨论的焦点。

我们将相关的行为、活动、意见和过程标记为代码。执行开放式编码以提取重要或重复的概念。在第一次焦点小组讨论中出现了多个关键代码。收集的每个代码都与以前的代码进行比较，以寻找相似性和连接。从第一次焦点小组讨论中产生的紧急代码和概念被用作下一次和随后的访谈数据分析的基础，并在下一次访谈中保持开放的心态，以便出现更多的代码和概念。

步骤3：进行面试和轴向编码

此外，我们还组织了12名受访者的访谈调查。关于受访者的详细信息见附录一。两种方法的成员没有重叠。我们使用半结构化的访谈，每个访谈都有一般性的问题，还有一些可选的探究性问题，以激发丰富的描述。对最后一步的结果作了简要说明，以确保向所有答复者通报每个概念的相同定义。鼓励答卷人根据其背景和经验提出在重点小组讨论中未提及的其他概念。受访者表示他们的项目中的各种角色，并表达了他们对现有的合作实践和他们对BIM合作的未来需求的看法。事件、观点和相互作用被发现在概念上具有相似的特征或在意义上相关，它们被归为更抽象的概念。我们识别每个开放代码集中于核心现象，我们称之为轴向编码。这一步骤停止了，直到调查参与者支持需要对这一主题进行额外的关注，这称为理论饱和。

为了减少系统性偏见，我们保证对受访者匿名。此外，调查对象的确认过程也被用来解决研究的有效性问题。受访者被要求检查每一个代码在这一步的清晰度和确保意义。这减少了事实和解释的错误数量。

步骤4：执行理论编码

在对这些概念进行反思后，可以清楚地看到，其中一些概念具有共同的特点，可以分为更高级别的类别。此步骤用于将概念分组到这些类别中。在理论编码过程中，概念和范畴被理论化并与文献相互参照。我们收集了访谈数据来充实概念和类别。在第一次焦点小组讨论中，产生了16个代码，这些代码分为8个概念。在访谈中，进一步确定了4个代码，在这些最初的探索中，最后生成了2个代码。然后探讨了这些类别之间的联系。分类和联系是本研究的主要结果。这一阶段的编码结果是一个理论模型。从这些数据中，我们对BIM的协作效应有了深入的了解。

1. 结果分析

焦点小组讨论和访谈揭示了受访者对BIM项目合作的看法和经验。在研究中，从焦点小组讨论和访谈中抽取22个代码。这些代码被组合在一起，出现了八个概念：（1）IT能力，（2）技术管理，（3）态度和行为，（4）角色扮演，（5）信任，（6）沟通，（7）领导，（8）学习和经验。它们被分为技术、人员和过程类别。这些代码、概念和类别如图2所示。在本节中，这八个概念及其对应的代码将使用归纳研究方法进行研究。

图2. BIM协作效果的代码、概念和类别

4.1. IT容量

使用3D BIM模型进行可视化和冲突检测被发现有显著的改进（Azhar，2011），这也得到了大多数受访者的证实。采访还证明，BIM在中国项目中的应用主要集中在可视化和冲突检测、调度和数量起飞方面，而不是附属于BIM的专家功能，如工作现场安全和风险情景规划。

IT能力与BIM的质量有关

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