同济大学丁士昭：建筑行业信息化导论

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背景介绍

建筑业从事所建造环境（builtenvironment）的设计、建设和运行工作。它负责创造世上的固定物质财富——房屋、工厂和基础设施。在大多数发达和发展中国家里，建筑业都对经济做出了巨大贡献。在大多数发达国家中，建筑业独自占国内生产总值的10%或更多；而在经济快速发展的发展中国家里，例如中国，其所占的百分比更要大许多。建筑业要使用大量的人力并且要消耗很大部分的资源。此外，建筑业的“产品”极大地制约和影响商业的行为和生活的质量。目前，建筑物大约消耗世界能源和原材料的40%【美国能源部（DepartmentofEnergy）能源效率和再生能源网络（EnergyEfficiencyandRenewableEnergyNetwork）可持续发展卓越研究中心（CenterExcellenceforSustainableDevelopment），2003】。建筑业已取得举世瞩目的成就，例如中国三峡大坝（ThreeGorgesDam）、美国纽约自由之塔（FreedomTower）、马来西亚吉隆坡国油双峰塔（PetronasTowers）、日本明石海峡大桥（AkashiKaikoBridge）、美国洛杉矶沃尔特迪斯尼音乐厅（WaltDisneyConcertHall）的建成。然而，尽管有这些成就，与其他行业相比，它的效率是十分低下的。在过去40多年中，其他行业的生产效率在大幅度提高的同时，建筑业的生产效率事实上反而下降了。

造成建筑业效率低下的原因有很多，包括割裂的行业结构、参与方之间的对立关系、和信息管理水平差等【英国1998年出版的“伊根(Egan)报告”确定了许多这样的因素。】在其他行业，信息技术已经推动了生产效率的改进，而在建筑业，信息技术的使用尚处在初级阶段，而且大部分仅限于实现手工工程自动化这方面。虽然信息技术已经用于改进单项任务的生产效率，尤其是在所建造的设计方面，但是它几乎还没用于解决贯穿于整个过程的集成与沟通这个更为基本的问题。

信息技术的使用可以极大地提高建筑业的生产效率，这样可使得建筑业与其他行业例如制造业同步【再造建筑，斯蒂芬基兰（StephenKieran）和詹姆斯汀布莱克（JamesTimberlake）著，美国麦格罗希尔（McGraw-Hill）国际出版公司出版，2004，列举了许多建筑业可从制造业学的经验】。可以利用下面这两种相互关联的信息技术来提高建筑业的生产能力：

■建设工程生命周期管理（BuildingLifecycleManagement－BLM）：贯穿于建设全过程即从概念设计到拆除后再利用，通过数字化的方法来创建、管理和共享所建造资本资产的信息。

■建筑信息模型（BuildingInformationModeling－BLM）：在设计和施工过程中，创建和使用互相协调的且内部一致的建设项目信息。

这两种技术可以共同发挥作用，以确保在建设过程中信息为所有参与方共享，这样可以减少信息传递的含糊不清、信息的流失和误解。BLM和BIM的应用超越了单项任务的自动化，到达了对设计和施工全过程的集成。因此，它要求对传统的流程作出很大的改变。然而，BLM和BIM的应用可以极大地提高建筑业的生产效率，进而使其成为更具竞争性又持续对经济贡献价值的行业。

在以下的篇幅中，我们将描述建筑业低效率的有关情况，深入分析造成低效率的原因，提出解决低效率问题的方案，并且建议效率改进的目标。我们也将概要地给出应用BLM和BIM道德途径。我们相信在建筑业应用BLM和BIM技术将导致生产效率的提高，就像人们在制造业乐于看到的那样。

建筑业的低效率

在过去的40年中，美国大多数行业已经极大地改进了它们的效率，生产力几乎翻了一番，图1【资料来源：美国劳工统计局（USBureauofStatistics），美国商务部（USDepartmentofCommerce），保罗泰丘兹（PaulTeicholz）编写，美国斯坦福大学（StanfordUniversity）终身教授、CIFE前主任】中的上曲线显示了非农业行业（包括建筑业）生产效率的增长，下曲线表示建筑业生产效率的变化。下曲线表明建筑业生产效率在34年里实际下降了大约10%，而其他非农业行业的生产效率同期增长80%。建筑业的生产效率不仅没有增长，反而实际上在下降。

图1

我们来看一下在40年里汽车的生产。与20年前相比，现在的汽车在性能、功能、燃料利用率、可靠性和耐用性方面度有了极大的提高。同时汽车的产量提高了，汽车的生产过程也得到了改进。开发一款新车型所需的时间已从40个月缩短为15个月【伊根报告】，高质量的工艺减少了返工，及时供应链（just-in-time）计划降低了库存，在生产中使用的工艺更为有效和可靠。显然，建筑业和制造业未能同步，尽管建筑业的许多问题、工艺和方法与制造业相似。

建筑业生产效率下滑不仅仅出现在美国，它是一个全球范围的问题。英国的研究【拉萨姆（Latham）报告，团队建设。迈克尔拉萨姆（MichaelLatham）爵士。英国皇家出版局（HMSO）。环境署（DepartmentoftheEnvironment），英国，1994】表明大约30%～40%建设成本的浪费是低效率造成的。在2005年初，美国国家标准与技术研究所（NationalInstituteofStandardsandTechnology－NIST）发布了一个报告。详细地说明了仅由于数据互通性的要求而产生的成本使得效率降低6%左右【美国大型设施建设行业互通性不足的成本分析。美国国际标准与技术研究所（NationalInstituteofStandardandTechnology）。美国商务部】。像这样的低效率目前在大多数建筑业发达的国家都有报导。直观的证据表明这种低效率实质上是全球范围内的问题。此外，人们已越来越意识到大多数的建筑物运行效率低——尤其是在它们的能源使用方面。这就导致了在这些建筑物的整个生命周期中能源和资源的不必要浪费。与制造业在上世纪70年代和80年代遇到的情况非常相似，建筑业在其产品（房屋和基础实施）和过程（设计和施工）两方面都存在很大的改进余地。

事实上，人们很容易想到建筑业具有制造业的许多特征。目前虽然大量的施工建设是在现场完成的，但是建筑物中制造的部分在增加。建筑业也许正从设计－施工模式转成设计－制造－装配模式。当这种情况发生时，制造业所累积的经验和使用的技术就可很好的用到建设中。

建筑业中所用到的信息技术

全球制造业和建筑业的规模相差无几，以购买力平价为基础来计算每年大约3万亿美金。尽管制造业和建筑业具有许多相似的特征，但是它们各自在信息技术（IT）方面的花费有着显著差别。如图2所示，制造业每年花费在信息技术方面的金额大约是81亿美元，而建筑业的花费约为14亿美元，仅为制造业的17%【全球纵向市场信息技术（IT）支出：2002年二季度预测和分析，2001~2006，国际数据公司（IDC）研究报告，安妮卢（AnneLu），2002年10月】。从事制造业的企业已经在使用复杂的立体模型技术、有限元分析、材料资源计划、产品生命周期管理、最优化、计划安排、和其他数字化技术来创造、管理和共享设计信息，然而在建筑业这些信息技术相对来说很少使用。

图2

建筑业的低生产效率与它在信息技术使用方面的落后状况呈明显的强相关性。建筑业割裂的行业结构造成它的效率低下，因为项目参与方之间的信息交流方式仍是基于有几千年历史的介质技术。大部分信息是以数字化形式产生的，但是却通过纸张来交流，由此造成信息流失。提高建筑业生产效率所面临的挑战在于需加大对于信息技术的投资，以便使用更多基于模型的技术，同时，有利于建设过程参与各方创建信息，并且管理和共享信息。

改进的目标

为了促进建筑业生产效率的提高，美国斯坦福大学（Stanforduniversity）设施集成工程中心（CenterforIntegratedFacilityEngineering——CIFE）已设定如表1所示的一系列目标作为建筑业参与方所面对的挑战。表中对这些目标做出了解释。这些目标特地被设计得极具挑战性，仅仅通过渐变的方式是不能够实现的，它们要求巨大的改变和全力以赴。

表1

目标分为六个方面：进度、成本、功能、安全、可持续性和安全化。对于其中的任何一方面，表1都给出了2005年的实际情况及到2015年要取得的目标。目标极富挑战性，只有通过对建设过程进行巨大改变才能实现它们。CIFE认为这些方面的改进是可能的，并且指出美国在过去30年中施工安全方面已取得很大的改进。在美国和其他的西方国家，安全在过去变成了首先要考虑的因素。通过在安全性能和过程改进方面采取严格措施，目前安全方面已经变得相当好，这样在施工中就减少了经济和人力成本。可通过设置那些像表1中所示的极具挑战性目标的方式来进行改进，施工安全的改进就是一例。

我们相信BLM和BIM信息技术的应用是达到这些目标必需的要素。正像在许多其他行业所看到的一样，在信息技术方面的投资可显著地改进生产效率。为了理解这些技术的价值，我们将描述一下导致低效率的原因。