IPD與BIM技術在其中的應用

馬智亮 馬健坤

(清華大學土木工程系，北京 100084)

根據(jù)美國勞工部從1964年到2003年共40年的統(tǒng)計資料，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)會和澳大利亞財政部的統(tǒng)計資料，截止本世紀初兩國建筑市場上62%的項目竣工決算成本超預算，大約40%的項目逾期沒有完工，30%左右的項目沒有滿足業(yè)主的使用需求［2-3］。面對建筑業(yè)對更高經(jīng)濟效益的追求和現(xiàn)代建筑物體量增大與復雜性上升對DBB(Design-Bid-Build，設計/招投標/建造)、CM(Construction Management，建造管理)及 DB(Design-Build，設計/建造)三種傳統(tǒng)的建筑項目交付模式的挑戰(zhàn)，上世紀90年代國外建筑業(yè)誕生了一種全新的建筑項目交付模式IPD(Integrated Project Delivery，綜合項目交付)。在IPD的雛形誕生的同時，BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)也應運而生。隨著國際工程實踐經(jīng)驗的積累，BIM技術和IPD表現(xiàn)出越來越強的相互融合的傾向。本文將對IPD、BIM以及BIM技術在IPD中的應用分別進行綜述，在此基礎上指出相關技術的發(fā)展趨勢。

1 IPD簡介

1．1 IPD 的定義

上世紀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項目中取得成功，緊接著又分別在澳大利亞國家博物館項目和美國加州薩特郡綜合醫(yī)療項目中取得成功，自此之后業(yè)界開始逐漸認識并接受IPD［4-5］。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)和 AGC(The Associated General Contractors of America，總承包商協(xié)會)等行業(yè)協(xié)會以及在業(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指導手冊中給出的，即IPD是一種集成人員、系統(tǒng)、知識、經(jīng)驗，能夠減少浪費降低成本、減少返工縮短工期、提升建筑物對業(yè)主的價值的工程項目交付模式［1，11］。

1．2 IPD 的特征

作為一種全新的項目交付模式與三種傳統(tǒng)的項目交付模式相比，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 America，美國建設管理協(xié)會)按合同設計相關的特征和與合同執(zhí)行相關將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

1．3 IPD項目的組織結(jié)構(gòu)模式及所采用的標準合同文本

迄今為止已經(jīng)實施的IPD項目的組織結(jié)構(gòu)模式主要有三種［14-15，32］，如圖1 至圖3 所示。相應地，各國發(fā)布的IPD的標準合同主要有:澳大利亞政府發(fā)布的IPD標準合同，美國的行業(yè)協(xié)會AIA和AGC發(fā)布的 IPD 標準合同［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，因為美國AIA的標準合同體系覆蓋了所有三種模式，作為示例，在這幾個圖中標出了組織之間適用的AIA標準合同的編號。

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標準合同［13］。第三種組織結(jié)構(gòu)模式是由IPD帶來的全新的組織結(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，單一目的實體)在IPD項目中成功實施的關鍵因素，其中SPE是針對建筑物體量大、復雜程度高、建設時間長、運營維護要求高的IPD項目由參與方成立的有限責任公司［16］。

2 BIM技術簡介

2．1 BIM技術的定義

BIM技術的概念首先由美國喬治亞大學的查克·伊斯曼提出，從上世紀90年代發(fā)展到今天已經(jīng)取得長足發(fā)展［17］。目前關于BIM的定義有很多，一般認為美國NBIMS(National Building Information Modeling Standard)給出的定義更為全面、準確。根據(jù)美國NBIMS，BIM技術是一種改進建筑的計劃、設計、建造、運營和維護過程的技術，它使用標準化的機器可讀的信息模型為每個建筑部件及設備建模，該模型包含獨立創(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備信息［18］。

2．2 BIM技術的特征

美國NBIMS指出目前BIM技術的研究與應用主要圍繞BIM作為一個數(shù)字形式的設計產(chǎn)品、作為一種合作實施項目的過程和作為一種建筑物全生命周期管理工具三個方面展開［18］。《BIM手冊》是在總結(jié)美國BIM研究與實踐現(xiàn)狀的基礎上對BIM進行了全面而詳細的介紹，并對BIM未來的發(fā)展趨勢進行了預測;目前該手冊已經(jīng)成為BIM應用領域的權(quán)威論著而業(yè)界廣泛接受。該手冊將BIM技術的特征概括為10項［19］。綜合上述兩個文獻作者給出BIM技術的特征如表2所示。

表2 BIM技術的特征

3 BIM技術在IPD中的應用

據(jù)Fish和Amanda，IPD作為一種新生的項目交付模式，雖然其理念得到業(yè)界廣泛的歡迎與支持，并且已經(jīng)建立起較為成熟的專屬合同體系，但是當IPD具體執(zhí)行時很多工程實踐中的技術問題還沒有完美的解決方案，業(yè)界傾向于將BIM技術與IPD相結(jié)合解決目前存在于工程實踐中的問題［20］。本文綜合文獻調(diào)研的結(jié)果，提出了一個BIM技術在IPD中應用的框架，如圖4所示。圖4展示了BIM技術提供的服務對IPD各個方面的支撐。以下文獻綜述將按該應用框架分別介紹各方面的研究進展及存在的問題。

3．1 BIM技術為IPD提供數(shù)據(jù)存儲交換服務

IPD需要相關技術支持在項目的早期階段就開始協(xié)同工作的參與方之間進行有效的信息交流。由于行業(yè)專業(yè)技術發(fā)展的歷史原因，不同參與方往往采用不盡相同的數(shù)據(jù)存儲格式，這使得設計成果的溝通非常困難。幸運的是BIM技術已經(jīng)能夠為用戶提供建筑項目相關多領域的開放數(shù)據(jù)存儲交換標準，在此基礎上BIM技術就可以為IPD提供數(shù)據(jù)存儲交換服務。根據(jù)Nadine的研究和2008年美國AIA發(fā)表的研究報告，IPD已經(jīng)得到BIM技術在數(shù)據(jù)存儲交換方面的有效支持［21-23］。

當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)，在實踐中BIM技術還不能將建筑工程涉及到的所有技術專業(yè)的數(shù)據(jù)全部統(tǒng)一到BIM模型中，而只有核心的技術專業(yè)，例如建筑設計和結(jié)構(gòu)設計得到的設計成果數(shù)據(jù)能夠較充分地統(tǒng)一到項目的整體BIM模型中［24］。

3．2 BIM技術為處理IPD相關法律事務提供服務

不能清晰地定義合同標的物一直是阻礙針對復雜建筑項目的合同有效實施的一個重要因素，對此Islam認為一套成熟的合同首先必須能夠精確地定義標的物，IPD的專屬合同在BIM技術的幫助下才能在面對現(xiàn)代巨型復雜建筑項目時，清晰準確地定義標的物［25］。模糊不清的合同標的物常常引起不要的法律糾紛，F(xiàn)ish指出使用BIM技術精確建立的建筑信息模型能夠幫助IPD實現(xiàn)項目收益共享和風險共擔，與參與方間法律訴訟最小化甚至完全放棄訴訟權(quán)力［20］。

圖4 BIM技術在IPD中的應用框架

知識產(chǎn)權(quán)問題一直在傳統(tǒng)項目交付模式中困擾著設計方和施工方之間的有效合作，Stephen經(jīng)過重點對IPD涉及到的法律問題的研究發(fā)現(xiàn)在所有的IPD相關法律糾紛中，涉及知識產(chǎn)權(quán)的糾紛同樣是對設計階段影響最大的［26］。Wang指出因為使用BIM技術設計完成的建筑信息模型不但清晰詳細，而且是面向?qū)ο蟮亩鄬傩阅Ｐ?，所以設計產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)問題就得到了有效的解決［35］。同時，Pardis也指出因為參與方各自的貢獻能夠在使用BIM技術完成的建筑信息模型中被清楚地劃分，所以不僅設計方，包括咨詢方和施工方等在內(nèi)的其他IPD參與方的知識產(chǎn)權(quán)也能夠在技術層面上得到了最大的保護［27］。

但是，據(jù)Leentje，BIM技術在實踐中由于包含豐富的建筑設計細節(jié)信息使模型變得繁冗，運轉(zhuǎn)十分緩慢［28］。

3．3 BIM技術為完成IPD設計施工任務提供服務

W．Nofera和S．Korkmaz認為，在BIM技術的幫助下，IPD能夠促成項目參與方實現(xiàn)超越傳統(tǒng)意義的協(xié)同工作，因為使用BIM技術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計產(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)化設計［29-30］。針對4D－BIM模型在IPD中的應用價值，F(xiàn)ranklin指出下一代更先進的BIM技術可以建立4D建筑信息模型，獲得4D建筑信息模型的技術支持，施工方就可以在特定時間點為設計方提供專業(yè)經(jīng)驗和合理化建議，提高建筑設計成果的可建造性［31］。澳大利亞政府在其IPD推廣說明書中指出可以使用BIM技術對IPD項目進行虛擬施工和沖突檢測，因為IPD具有將項目涉及到的所有技術專業(yè)參與方在項目設計階段就包含進來的特征，這樣當使用虛擬施工時進行沖突檢測時，檢測內(nèi)容更趨近于真實情況，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，最終的檢測結(jié)果對優(yōu)化設計更有價值，獲得的預期經(jīng)濟產(chǎn)出也更高［32］。對于BIM技術能否促進IPD與Lean理論相互融合的問題，Ryan指出當IPD與BIM技術融合后就能夠?qū)崿F(xiàn)IPD所追求的建筑產(chǎn)品與施工過程同步設計，最終徹底消除由于設計缺陷導致的施工障礙［33］。

3．4 BIM技術對形成IPD組織文化的影響

對于BIM技術提供給IPD的服務將怎樣影響IPD的組織文化的問題，Howard認為BIM技術提供給IPD的服務通過促使IPD團隊協(xié)同工作更加便捷，項目目標的定義與實際情況結(jié)合更緊密，從而工作任務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，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］。

4 BIM技術在IPD中應用的發(fā)展方向

為了更好地在IPD中應用，BIM技術需要在擴展其統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準、提高建筑信息模型的運行與維護性能和適應網(wǎng)絡化應用三方面取得突破。

4．1 擴展BIM技術的統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準

BIM技術和IPD的面前還有很長的路要走。目前在以開放的數(shù)據(jù)標準進行數(shù)據(jù)存儲與交換方面，BIM技術還不能完全滿足IPD多參與方之間進行數(shù)據(jù)共享與交換的需求，因為IPD的參與方各自都有對數(shù)據(jù)標準的特殊要求，BIM技術還需要改進擴展其統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，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行與維護性能

因為IPD是應現(xiàn)代化巨型復雜項目的需求而生，當參與方共同向建筑信息模型輸入己方重要的設計相關信息時，以現(xiàn)有BIM技術建立的模型也相應容量大增，運行維護困難。為了回應IPD對清晰定義與劃分工作和保護知識產(chǎn)權(quán)的要求，需要使用BIM技術建立更精確的模型，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，這些都會降低模型的運行效率。BIM技術在大型模型的運行與維護方面的能力急需提高。

4．3 發(fā)展適應網(wǎng)絡化應用的BIM技術

IPD將參與方集成到新的項目交付模式下，如果僅僅在物理位置上簡單地實現(xiàn)這種集成，那么因為IPD模式需要參與方頻繁交流，就必將產(chǎn)生巨大的交通費用和交通時間成本。目前計算機網(wǎng)絡技術已經(jīng)非常成熟，通過網(wǎng)絡將IPD的參與方集成起來是一種極具潛力的解決方案，因此BIM技術也需要適時調(diào)整自己以適應基于網(wǎng)絡技術集成參與方的IPD模式。

5 結(jié)語

面對IPD模式正在國外少數(shù)發(fā)達國家興起推廣的歷史機遇，我國應該抓緊機遇奮起直追。在此文章提出一些關于如何在我國推廣IPD的四點建議。首先我國政府應該實施優(yōu)惠政策并組織完成符合我國國情的IPD合同體系，幫助保險公司推出與IPD相適應的保險產(chǎn)品;然后以政府的公共項目作為IPD的示范項目，從公共建筑向私人建筑領域推廣;其次充分發(fā)揮行業(yè)組織的力量，組織針對IPD的學術研究;最后總結(jié)IPD成功經(jīng)驗，利用多種傳播手段推廣成功經(jīng)驗，使業(yè)界充分認識到IPD的優(yōu)勢。

［1］David C．Kent，Burcin Becerik Gerber．understanding construction industry experience and attitudes toward integrated project delivery［J］．Journal of construction engineering and management．2010，136(8):815-825．

［2］F．Pena Mora，M．Li．Dynamic Planning and Control Methodology for Design/Build Fast-track Construction Project［J］．Journal of Construction Engineering and Management．2001，127(1):1-17．

［3］The Department of Treasury and Finance．In Pursuit of Additional Value［OL］．(2009．10)［2011．5．28］http://www．dtf．vic．gov．a(chǎn)u/CA25713E0002EF43/pages/project-alliancing．

［4］The Construction Management Association of America(CMAA)．Managing Integrated Project Delivery［OL］．(2010．10)［2011．5．28］http://cmaanet．org/．

［5］Chris Noble．Can project alliancing agreements change the way we build?［J］．Journal of Architectural Record．2007，(7):16-23．

［6］U．S．General Service Administration(GSA)．Partnering［OL］．(2010．10．20)［2011．05．11］http://www．gsa．gov/portal/content/100822．

［7］The Department of Treasury and Finance．Victorian Policy for Alliance Contracting［OL］．(2010．07)［2011．05．11］http://www．dtf．vic．gov．a(chǎn)u/CA25713E0002EF43/pages/project-alliancing．

［8］The Associated General Contractors of America(AGC)．IPD for Public and Private Owners［OL］．(2010．01)［2011．06．10］http://www．a(chǎn)gc．org/．

［9］The Associated General Contractors of America(AGC)．Integrated Project Delivery:First Principles for Owners and Teams［OL］．(2007．07)［2011．04．07］http://www．a(chǎn)gc．org/．

［10］Amy C ．Edmondson，F(xiàn)aaiza Rashid．Integrated Project Delivery at Autodesk，Inc．(C)［J］．Journal of Harvard business school．2009，(9):29-37．

［11］The American Institute of Architects(AIA)．Integrated Project Delivery:A Guide［OL］．(2007．9)［2011．03．08］http://www．msaipd．com/IPD_Guide_2007．pdf．

［12］The American Institute of Architects(AIA)．Integrated Project Delivery(IPD)Family，Contract Documents［OL］．(2010．08)［2011．03．08］http://www．a(chǎn)ia．org/index．htm．

［13］Jilei Wang．Integrated Project Delivery-Achieving Relational Contracting through Traditional Project Management Methods［D/OL］．(2008．07．14)［2011．05．06］http://etd．ohiolink．edu/view．cgi/WANG%20JILEI．pdf?ucin1218820957．

［14］The American Institute of Architects(AIA)．AIA C191-2009 Frequently Asked Questions［OL］．(2011．02．09)［2011．05．08］http://www．a(chǎn)ia．org/index．htm．

［15］The Associated General Contractors of America(AGC)．ConsensusDOCS 300 Guidebook［OL］．(2011．07)［2011．08．08］http://www．a(chǎn)gc．org/．

［16］Kermanshachi．US multi-party standard partnering contract for integrated project delivery［J］．Journal of Masters Abstracts International．2010，48(6):174-185．

［17］U．S．General Service Administration(GSA)．3D-4D Building Information Modeling［OL］．(2011．03)［2011．05．08］http://www．gsa．gov/portal/category/21062．

［18］National Institute of Building Science．National Building Information Modeling Standard［OL］．［2011．09．03］http://www．wbdg．org/bim/nbims．php．

［19］Chuck Eastman，Paul Teicholz，Rafael Sacks，Kathleen Liston．BIM Handbook［OL］．［2011．09．03］http://books．google．com/books?id=IioygN0nYzMC＆hl=zh-CN．

［20］Fish，Amanda．Integrated project delivery the obstacles of implementation［OL］．(2011．05)［2011．08．08］http://krex．k-state．edu/dspace/handle/2097/8554．

［21］The American Institute of Architects(AIA)．2008AIA Documents Advance the Use of BIM and IPD［OL］．(2008．06)［2011．05．08］http://www．a(chǎn)ia．org/index．htm．

［22］The Associated General Contractors of America(AGC)．Contracts Catalog［OL］．(2011．07)［2011．09．03］http://www．a(chǎn)gc．org/．

［23］Nadine M．Leonidas．Integrated-Project-Delivery Boosters Ignore Many Flashing Red Lights［J］．Journal of Engineering News-Record(ENR)．2010，264(14):22-24．

［24］Reza Ghassemi．Transitioning to Integrated Project Delivery-Potential barriers and lessons learned［J］．Journal of Lean Construction Journal．2011，(1):32-52．

［25］Islam．H．El－adaway．Integrated Project Delivery Case Study Guidelines for Drafting Partnering Contract［J］．Journal of Legal Affairs and Dispute Resolution in Engineering and Construction．2010，2(4):248-254．

［26］Stephen A．Hilger．The Legal Worries Raised by IPD［J］．Journal of Engineering News-Record(ENR)．2010，264(30):12-19．

［27］Pardis B．Pishdad．Integrating Multi-Party Contracting Risk Management(MPCRM)Model with Building Information Modeling(BIM)［OL］．(2010．08)［2011．08．08］http://itc．scix．net/data/works/att/w78-2010-44．pdf．

［28］Leentje Volker．a(chǎn)rchitect participation in integrated project delivery-the future mainspring of architectural design firms［J］．Journal of Gest?o ＆ Tecnologia de Projetos．2010，5(3):22-37．

［29］W．Nofera ，S．Korkmaz．，V．Miller．Innovative Features of Integrated Project Delivery Shaping Project Team Communication．Proceedings of Engineering Project Organizations Conference，Estes Park［C］．USA 2010．

［30］The American Institute of Architects(AIA)．Crossing the IPD Chasm with BIM［OL］．(2010．10)［2011．05．08］http://www．a(chǎn)ia．org/index．htm．

［31］Franklin D．Lancaster．Integrated Project Delivery-Next-Generation BIM for Structural Engineering．Proceedings of 2010 Structures Congress?2010 ASCE，Washington，DC［C］．USA 2010．

［32］The Department of Treasury and Finance． The Practitioners'Guide to Alliance Contracting［OL］．(2010．10．25)［2011．05．08］http://www．dtf．vic．gov．a(chǎn)u/CA25713E0002EF43/pages/project-alliancing．

［33］Ryan E．Smith．Lean and Integrated Project Delivery［J］．Journal of Lean Construction．2011，(1):1-16．

［34］Howard Mckew．INTEGRATED-Project Delivery．［J］Journal of Engineered Systems．2009，26(1):108-118．

［35］Guangbin Wang．Cooperation between Building Information Modeling and Integrated Project Delivery Method Leads to Paradigm Shift of AEC Industry．Proceedings of the 2009 International Conference on Management and Service Science(MASS)［C］．USA 2009．