Application, Advantages, and Methods Associated with Using BIM in Commercial Construction

CLIFTON B. FARNSWORTH, PH.D., PE, SIMON BEVERIDGE, KEVIN R. MILLER, PH.D., and JAY P. CHRISTOFFERSON, PH.D.

Brigham Young University, Provo, Utah, USA

a b s t r a c t

Building information modeling (BIM) has become an integral part of commercial construction processes in recent years. This article summarizes a research study under- taken to explore the frequency of BIM application, the advantages and effects of using BIM, and various other methods associated with developing and using BIM models in commercial construction. Executive, mid-management, and BIM practitioner-level employees from eighteen leading commercial general contracting firms (with regard to BIM use) were surveyed to determine how their companies utilized BIM. Thirty-two dif- ferent applications of BIM use were identified for commercial construction, and those most commonly utilized included clash detection, 3-D modeling, team collaboration, constructability issues of design, and sales. Communication, scheduling, coordination, visualization, and clash detection were identified as the top advantages of using BIM. Regarding the effects of using BIM, companies reported a positive impact on prof- itability, time of construction, and marketing. Finally, this article discusses various processes for using BIM, how models were used internally and with trade partners, and the decisions affecting BIM use by leading commercial contractors.

Keywords：commercial building；construction project management；construction productivity

1.Introduction

The construction industry has experienced a shift in recent years in the way that design and construction documents are produced and communicated, with building informa- tion modeling (BIM) technology at the forefront of this change. BIM has tremendously improved the visualization aspects of the design and construction processes within the con- struction industry, since “a 3-D model is worth a thousand 2-D drawings” (Mirman, 2003). Numerous tasks can be accomplished and enhanced through BIM, including the more com- mon applications of three-dimensional (3D) modeling, visualization, clash detection, and scheduling. As a result of this technological advancement, BIM is a topic that is currently receiving vast attention within the construction industry. BIM processes are incorporated into daily construction practices to improve efficiency, advance the industry, and simply keep pace with the technology. However, since the technology is still relatively new and continually evolving, there is little consensus on how contractors best utilize BIM.

This study was initiated to identify the current practices of BIM use by leading BIM contractors within the commercial construction industry. This article addresses the fol- lowing: which BIM applications were being utilized most by leading BIM commercial contractors, the perceived advantages of using BIM in commercial construction, the effects of BIM on profitability, construction time, change orders, and litigation, how internal BIM processes were performed, how BIM models were being utilized within the company and with the companyrsquo;s trade partners, and finally the general decision making process determining which projects to use BIM on. These results can be used by commercial construction companies seeking to expand their use of BIM, those making their exist- ing processes more efficient and effective, and in general by the academic community in preparing capable construction managers and furthering research efforts with regard to BIM application.

2.Background

The term BIM refers to the process of developing and utilizing a “data-rich, object- oriented, intelligent and parametric digital representation of the facility,” used to “improve the process of delivering the facility” (Associated General Contractors of America, 2009). In its completed form, the model contains the precise geometry and relevant data needed to support the design, procurement, fabrication, and construction activities required to con- struct the building (Eastman, Teicholz, Sacks, amp; Liston, 2008). In a 2007 survey, across the full spectrum of roles and disciplines within the architecture, engineering, and construction (AEC) industry in North America, only 28% of companies claimed to have adopted some form of BIM into their business practices, but had increased to 49% by 2009 (McGraw-Hill, 2012). By 2012 the number of BIM users had swelled to 71%, a number representing BIM use by 90% of large and medium to large organizations compared to only 49% of small companies (McGraw-Hill, 2012). BIM use by contractors paralleled the same growth as the AEC community at large, with nearly identical percentages of contractors using BIM (McGraw-Hill, 2012). It is clear that the demand for BIM products has increased as con- tractors have recognized the benefits of utilizing this technology. The use of BIM is further being mandated more often in commercial projects to generate financial and time sav- ings, and utilize the most current and advanced technologies (Levy, 2012). Contractors have been incorporating BIM technology into their regular business practices and evolv- ing their business approach as BIM technology advances. The principal purpose of this research was to provide an understanding of how leading commercial general contractorrsquo;s (with regard to BIM use) utilized building information modeling within their construction practices and likewise the frequency and benefit of potential application in commercial construction.

Two of the most co

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BIM在商业建筑中的应用、优势和方法

方斯沃斯博士、西蒙·贝弗里奇博士、凯文·米勒博士和杰伊·克里斯托佛森博士

杨百翰大学，犹他州普罗沃，美国

摘 要

近年来，建筑信息建模(BIM)已经成为商业建设过程中不可或缺的一部分。本文总结了一项旨在探索BIM应用频率、使用BIM的优势和效果，以及在商业建筑中开发和使用BIM模型的各种方法的研究研究。来自18家领先的商业总承包公司(关于BIM的使用)的执行人员、中层管理人员和BIM实践者级别的员工接受了调查，以确定他们的公司如何使用BIM。BIM在商业建筑中有32种不同的应用，其中最常用的包括冲突检测、三维建模、团队协作、设计的可施工性问题和销售。沟通、调度、协调、可视化和冲突检测被认为是使用BIM的最大优势。关于使用BIM的效果，公司报告了对教授性、施工时间和市场营销的积极影响。最后，本文讨论了使用BIM的各种过程，模型如何在内部和与贸易伙伴使用，以及影响主要商业承包商使用BIM的决策。

关键词:商业建筑;施工项目管理;施工生产率

介绍

近年来，建筑行业在设计和施工文件的制作和沟通方式上发生了变化，建筑信息建模(BIM)技术处于这一变化的最前沿。BIM极大地改善了建筑行业中设计和施工过程的可视化方面，因为“一个三维模型胜过一千个二维图纸”(Mirman, 2003)。BIM可以完成和增强许多任务，包括更常见的三维(3D)建模、可视化、冲突检测和调度应用。由于这种技术的进步，BIM是目前建筑行业中受到广泛关注的一个话题。BIM过程被纳入到日常施工实践中，以提高效率，推进行业，并简单地跟上技术的步伐。然而，由于该技术仍相对较新，并在不断发展，对于承包商如何最好地利用BIM，目前还没有达成共识。

本研究旨在识别商业建筑行业中领先的BIM承包商使用BIM的当前实践。本文论述了以下内容:领先的BIM商业承包商最常使用BIM的应用，在商业建设中使用BIM的优势，BIM对盈利能力、施工时间、更改订单和诉讼的影响，BIM的内部流程是如何执行的，BIM模型是如何在公司内部和与公司的贸易伙伴一起使用的，以及最终决定在哪些项目上使用BIM的一般决策过程。这些结果可以被商业建筑公司用于扩大他们对BIM的使用，那些使他们的现有过程更高效和有效，以及一般的学术团体用于准备有能力的建筑经理和进一步的研究工作，与BIM应用。

背景

术语BIM指的是开发和利用“数据丰富、面向对象、智能和参数化的设施数字表示”的过程，用于“改进交付设施的过程”(美国联合总承包商，2009)。在完整的模型中，包含了精确的几何形状和相关数据，以支持建筑所需的设计、采购、制造和施工活动(伊斯曼、泰奇尔茨、萨克斯和利斯顿，2008年)。在2007年的一项调查中，在北美的建筑、工程和建筑(AEC)行业的所有角色和学科中，只有28%的公司声称在他们的业务实践中采用了某种形式的BIM，但到2009年已经增加到49% (麦格劳·希尔，2012年)。到2012年，BIM用户的数量膨胀到71%，这一数字代表了90%的大中型到大型组织使用BIM，相比之下，只有49%的小型公司使用BIM (麦格劳·希尔，2012年)。承包商使用BIM的增长与AEC社区的增长大致相同，承包商使用BIM的比例几乎相同(麦格劳·希尔，2012年)。很明显，随着承包商认识到使用BIM技术的好处，对BIM产品的需求已经增加。在商业项目中，BIM的使用更加频繁，以节省资金和时间，并利用最先进的技术(Levy, 2012)。承包商已经将BIM技术融入到他们的常规业务实践中，并随着BIM技术的进步不断改进他们的业务方法。本研究的主要目的是了解领先的商业总承包商(就BIM的使用而言)如何在其施工实践中使用建筑信息建模，以及潜在应用于商业建筑的频率和效益。

在麦克劳希尔建筑公司(麦格劳·希尔，2009年，2012年)发布的关于BIM在AEC社区的普遍使用的两项最全面的研究中可以找到。这些研究的目的是分析“BIM的商业价值”，并专注于BIM的采用、收益和投资回报等要素。虽然这些研究提供了承包商使用BIM的具体结果，但没有任何进一步的细分表明BIM是如何在商业建筑中具体使用的。本研究针对领先的BIM商业承包商，评估BIM在商业建设中的应用。因此，本研究的结果与更具体的研究参与者相一致，并通过更有针对性的方法补充了之前的工作。

研究方法

建筑设计与施工(BDC)网络的300个BIM承包商名单(BDC网络，2011年)被用作针对领先BIM公司的起点。这个列表包括北美的顶级BIM承包商，基于承包商自己报告的BIM收入。在这项研究中，假设自报的BIM收入较高的公司天生就意味着在BIM方面有更丰富的经验，而拥有更多经验的公司将会对BIM在商业建筑方面的最佳应用方式产生共同的看法。共有18家公司参与了这项研究。巨人300 BIM承包商名单中的前20家承包商都被邀请参加，但只有12家公司同意。然而，这些参与者帮助确保了另外6家公司的研究池，其中5家仍然在巨人300 BIM承包商名单的前40名。参与公司的BIM收入在2.5亿美元到

在2010年(BDC网络，2011年)的25亿美元中，所有使用BIM的时间都超过了3年，其中大约一半使用了6年以上。该研究是通过电话采访调查参与者来进行的，并允许他们回答一系列关于BIM在其公司内使用的问题。

研究的总体目标包括确定BIM是如何使用的，最常用的BIM应用是什么，以及商业承包商在使用中发现的主要好处。本研究针对三个员工级别，包括执行人员、中层管理人员和BIM从业人员级别，每个级别都有一系列为他们量身定制的问题。本研究中使用的调查问题的完整列表可以在贝弗里奇（2012）中找到。管理层的员工被问及BIM的参与情况，以确定他们是否对该技术有基本的了解，以及他们的参与对BIM在公司内的功能是否至关重要。中层管理人员的目标是确定每个公司内部的信息是如何流动的，以及谁在公司内部指导BIM实践。BIM实践者层面的重点是确定公司在日常基础上如何使用BIM。最终的调查包括12名执行者，13名中级管理人员，以及12名BIM用户级别的参与者，代表了18家不同公司在一定程度上的参与。其中，8家公司对所有三个级别的员工进行了面试。

BIM在商业建筑中的应用

BIM具有内在的潜力，可以在结构的设计、施工和后期施工中以各种方式使用。研究的第一阶段包括确定哪些BIM应用正在被商业承包商使用。通过分析78家领先的BIM商业承包商(BDC网络，2011年)的网站和市场行情，并汇总其中识别出的潜在BIM应用，开发了一份潜在应用清单。表1显示了32个已识别应用程序的完整列表。贝弗里奇（2012）进一步定义并解释了如何将它们集成到BIM中。其他人也开发了类似的BIM应用列表，如克雷德和他的同事(2010)，库和泰巴 (2011)， 爱资哈尔(2011)，但通常不那么全面，或包括其他可能不会被商业总承包商直接利用的应用，如工程分析、资产管理或灾难规划。

中层管理人员被要求确定他们公司在商业建筑中使用32个BIM应用程序的频率。

这些结果如表1所示，并以使用阴影缩放的降序排列，以突出响应率(阴影越深表示响应频率越高)。虽然最初确定了32种BIM的用途，但调查参与者提出了另外三种用途，如表格底部所示。领先的BIM商业承包商使用的五大BIM应用包括冲突检测、3D建模、团队协作、设计的可施工性问题和销售，每一个都被70%到85%的公司在至少75%的公司项目中使用。其次是现场协调和生成竣工图纸(表1)，但只有大约三分之一的公司在几乎所有项目中使用了这些应用，其余公司的反应不一。

领先的BIM商业公司使用最低的应用包括与GPS的集成，评估建筑生命周期，声纳扫描，跟踪花费的时间/打孔卡，以及与GIS的集成。许多被调查的公司从未使用过这些类型的BIM应用。表1中的结果表明，尽管有许多不同类型的应用可以在商业建筑中使用BIM，但其中许多很少被主要的商业承包商使用。也许最值得注意的是，计划、成本估算和BIM的数量起飞，这些通常与BIM相关的应用，在领先的BIM商业承包商的使用中排名不是很高。这些结果支持了麦格劳·希尔（2012）报告的整个AEC社区中对这些活动的低频率使用的总体趋势。然而,研究结果也表明,领先商业承包商似乎比承包商更经常使用这些应用程序的结果由麦格劳·希尔(2012),使用1.8和2.3,平均在10分制,劳动力和成本估算的投标和建设逐步和调度,替换为有效。因此，这些结果表明，尽管领先的BIM商业承包商比整个行业更多地使用这些应用程序，但他们在使用BIM进行成本估算和进度安排时仍然是有选择性的。很明显，与BIM相关的调度和评估过程仍有很大的改进空间。然而，表1的结果进一步表明，随着BIM在整个行业的使用继续扩大，许多这些BIM应用的使用频率也肯定会增加。

BIM在商业建筑中的优势

本研究的目标之一是确定每个不同级别的员工在商业建筑中使用BIM的感知优势。所有的研究参与者都被要求以开放式的回答形式找出使用BIM的三大优势。图1列出了生成的29个优势，包括对三个员工级别的每个结果的并排比较。从这些结果可以看出，领先的商业承包商使用BIM的五大优势包括调度、沟通、可视化、协调和冲突检测。BIM实践者产生的不同回应最少，这可能表明，对于那些每天使用BIM的人来说，感知到的好处更普遍。然而，不同回应的总数也表明了每个公司的不同需求。

商业建筑高管集体提供了冲突检测、协调和营销作为在他们的公司内使用BIM的最常见的感知优势(图1)。这些受访者进一步阐述了BIM帮助公司变得更高效。由于减少了工时，减少了返工，增加了预制，生产更紧凑的时间表，降低了施工成本。BIM也影响了公司赢得项目的能力，变得更有竞争力。有能力进行高层次的BIM应用，让客户意识到该公司在行业内是有能力和能力的。据报道，在竞争激烈的经济环境下，这可以创造更多的工作机会。执行层的参与者也被要求解释为什么他们的公司重视BIM。虽然没有一个共同的原因提供的受访者，简而言之，这些原因包括效率，满足客户需求，拥抱未来，让公司实现其目标，并使公司保持相关和创新。

图1所示。使用BIM的综合优势，被所有的研究参与者所识别。

中层管理者认为协调是最常见的优势，紧随其后的是沟通、调度、模型中包含的信息和可视化(图1)。一个有趣的优势是客户满意度。这名特殊的受访者认为，BIM的使用等同于让客户更快乐，并增加了客户未来再次光顾的可能性。BIM从业者级别的参与者一致认为沟通和调度是BIM最常见的优势，其次是成本和可视化(图1)。应该注意的是，一些受访者表示沟通和可视化确实是携手并进的。就像一个人说的，“你可以用身体表现出问题，而不是假设地谈论它。”另一位与会者进一步强调了沟通的重要性，简单地将其称为三个优点。

值得注意的是，虽然进度、成本和数量的提高是BIM最常被注意到的三个优势(图1)，但表1中先前显示的结果表明，这些应用程序的每一个都只是在有限的基础上使用。支持这个明显的矛盾,使用调度、成本估算,并执行数量与BIM起飞商业建筑的高度重视是一个过程,虽然不是利用所有的时间,因此将继续发展和使用更多的规律意味着这样做改善。对结果的进一步分析表明，那些更经常使用这些应用程序的承包商也表明这些应用程序是使用BIM的优势，因此显示了两个结果之间的相关性。这意味着，即使在有限的基础上，使用BIM执行调度、收集数量起飞和估算成本的商业承包商也相信，这些应用程序为他们的施工过程提供了巨大的优势。

这个问题的结果也提供了一些有趣的见解，关于公司是如何组织起来使用BIM的，信息是如何在公司内部流动的，以及谁在公司内部指导BIM的使用。在领先的BIM商业承包商中，一个共同的趋势是使用BIM经理，他负责在公司内实施BIM。所有接受采访的高管都知道BIM在他们的公司是如何以及为什么被使用的。在许多情况下，员工称赞了管理层在整个公司发展BIM的热情和努力。奇怪的是，有几个中层管理人员并不完全确定BIM是如何被使用的，或者BIM在公司中使用的频率。一些人需要澄清BIM的使用和频率来回答这个研究问题。这一层次的调查对象包括BIM经理和主管，而主管虽然是中层管理人员，却不太了解BIM的使用。需要注意的是，这一层次的受访者似乎要么有有限的施工经验，但有BIM使用的工作知识，要么有大量的施工经验，但缺乏BIM的工作知识，这很可能反映了BIM在行业中的新颖性。只有少数BIM从业者不确定BIM在公司内部是如何使用的，他们只知道自己正在做的项目。一般来说，领先的BIM商业承包商有理解BIM的高管，并在公司内部采取积极的方法开发BIM的使用。此外，领先的BIM商业承包商通常有在公司内部指导BIM使用的中层管理人员，以及理解如何将BIM集成到公司流程中的BIM从业人员。这些结果支持这样的观点，即领先的BIM商业承包商有高级管理层的支持，以及使用BIM的结构良好的内部方法，并在整个公司有效地沟通。

许多参与者承认使用BIM也有缺点，比如学习曲线，但他们普遍认为BIM正在成为一个标准工具。BIM从业者表示，BIM软件通常是好的，但BIM的过程是有问题的，比如在公司内部实施软件或遵循标准方法。许多人表示，BIM专家通常缺乏施工经验，很难在现场应用BIM。另一方面，有经验的建筑工人通常还没有完全理解BIM的重要性或无法适应新技术。因此，优秀的BIM施工工人明显缺乏。在很多情况下，公司只有其中一种，

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