硕士论文范文：BIM环境下项目管理协同机制研究

时间:2020-09-21 15:52 | 栏目:项目管理 | 浏览:次

硕士论文网第2020-09-21期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇项目管理文章《硕士论文范文：BIM环境下项目管理协同机制研究》，供大家在写论文时进行参考。

结合目前已经发布的 BIM 标准/指南与文献期刊中的 BIM 应用实践，对BIM 标准与文献期刊中的 BIM 应用点与 BIM 应用状况进行了总结和分析。BIM应用已经延伸至工程项目全过程中，BIM 作为信息集散的综合协同作业平台，在建设工程项目管理中，BIM 应用将能推动工程建设领域生产效率的提升和发展。如何实现 BIM 在工程项目中完整应用将是本文解决的问题之一。

1 绪论

1.1 研究背景

建筑业长期以来因浪费严重，安全事故频发，各参与方之间信息封闭，效率低下，产品质量不符合预期而倍受诟病。《经济学人》在 2000 年发布的文章中称全球建筑业存在 30%的浪费；美国劳动统计局调查研究显示自 1964 年以来，建筑业相比其他非农业产业生产效率持续下降，而非农产业同一期间生产效率提高超过 200%。全球建筑业成本超支、工期延误、工程质量不符合业主要求等问题，以及由此带来的工程参与方之间工程变更、工程索赔等争端，使人们的眼光自然的转向寻求更好的解决方案，以期提高建筑业生产效率。全球化竞争趋势下，如何突破建筑业发展困境成为亟需解决的问题。通过建筑业与制造业生产水平的对比，人们将信息化技术在建筑业中的应用和提升作为建筑业发展的突破口。20 世纪 80 年代，计算机辅助设计 (Computer Aided Design, CAD) 技术的普及和推广使建筑绘图由手工走向电子化，提高了绘图效率，使设计人员能够将更多的精力和时间转移到图纸的深化设计与完善，提高了设计质量。然而这种技术在几十年的应用间，逐步发现了自身存在的缺陷和在全球竞争环境下的不足。一方面，最终的图形文件只能包含建筑项目的小部分信息；另一方面，CAD 不同图纸和规范间信息分裂，无法实现信息协同。以提高绘图效率为目的的 CAD 应用已不能满足全球化竞争趋势下建筑业信息化需求。2002 年作为全球最大的二维和三维设计、工程及娱乐软件的领导者欧特克(Autodesk)有限公司推出了建筑信息模型（Building Information Modelling，BIM）的概念。BIM 作为数字建模软件的总称，在虚拟环境中将真实的建筑信息参数化。基于此数字化模型平台，从设计、施工到最后的运营维护，实现整个建筑项目全生命期信息的共享和改进。BIM 技术区别于传统 CAD 设计方式的一项重要特征是通过三维的共同工作平台以及三维的信息传递方式，实现设计、施工、运营全过程信息的协同与参与方工作方式的协同。建筑业信息化技术的发展弥补了建筑业信息技术落后的不足，创造了以 BIM 为核心平台的参与方协同工作模式，致力于确保工程建设全过程目标的统一。BIM 为建筑业生产效率的提升和争端问题的减少提供了信息技术的支持。在过去几年里，中国 BIM 技术的发展与应用持续增长，虽然越来越多的业主（包括政府单位）开始要求在工程项目中应用 BIM 技术，同时认真地评估或引进BIM 应用的组织也逐渐增多，但中国 BIM 发展与应用依然落后于许多发达国家。中国现有有关 BIM 协同的研究主要是搭建统一的数据管理平台，其中又以设计阶段协同软件平台为主，实现协同设计。BIM 的实际应用以及研究已经延伸至建筑全生命期，在现有不同建设工程采购模式下如何实现各参与方在项目实施全过程的宏观协同管理，以及设计、施工、运营、维护各过程中各相关参与方在特定 BIM 应用下的微观协同工作将是亟须解决的问题。本文将对以上两个层面的协同问题展开研究和探讨。

1.2 国内外研究现状

建筑信息模型的理念与应用始于美国，美国乔治亚理工学院的 Charles Eastman 在 80 年代其著作“Building Product Models”一书中就提出了信息模型的原理。随后 2002 年 Autodesk 的副总裁 Phil Bernstein 首次提出并使用 Building Information Modelling 这个术语阐述该公司 AEC 相关产品的功能设计理念。由此 AEC 行业由此走上了 BIM 快速发展的道路。BIM 概念包含一系列广泛的设计和建造变革的技术，本质而言，BIM 就是使用自身包含的信息数据库对建筑结构的几乎所有方面进行描述和展示。Eastman 在《BIM 手册》中将 BIM 定义为：“BIM 不仅仅是三维数字化建模技术，作为包含建筑构件参数化信息的建筑物模型，它可以实现项目信息全生命周期的流通和交互”。BIM 不仅仅是一件事物或者一种软件，而是“人的活动”，一种牵涉到广泛的工程管理流程改造的活动。BIM 自出现以来就被设计人员、承包商和供应商的广泛采用，以减少成本、提高质量。公共和私人业主对 BIM 的需求也逐渐增加并广泛将其应用在复杂工程项目中。斯坦福大学 CIFE (Centre for Integrated Facility Engineering, CIFE) 研究中心报告指出 BIM 在全球的应用正逐步扩大深入。麦克格劳希尔(Mc Graw-Hill) 公司报告认为 BIM 的应用在 2008 年达到了高峰，更多的团队开始使用 BIM 而不仅仅是尝试。BIM 标准的制定、电子数据许可和文件传输等问题的逐渐解决也促进着 BIM 应用的增多。BIM 的参数化和智能化特征可以支持建筑的虚拟设计，建造和运营。BIM 从根本上使参与方在项目设计和施工过程中实现了最大程度的知识和经验的分享，交流以及工作效率的提升。软件开发方面，Autodesk、Bentley 和 Graphisoft 三家公司率先将 BIM 概念应用到产品开发中。自此，这些软件开发商（随后又有Tekla 等许多厂商陆续加入）就纷纷进入推出 BIM 理想工具的竞逐中。此外 BIM 标准制定方面，2003 年，美国总务管理局（General Services Administration，GSA）推出了国家 3D-4D-BIM 计划，并发布了系列 BIM 指南。美国率先在 2007 年底推出《美国国家建筑信息模型标准》（United States National Building Information Modelling Standard），第二版(Version 2)也于 2012年 5 月问世。欧美主要先进国家及亚洲的韩国、新加坡等，皆已积极地推广BIM 应用，并进行技术研发，提高本国建筑企业的全球竞争力。英国于 2009 年发布了“AEC（UK）BIM 标准”，2010 年 4 月发布了第一版由英国建筑业十几个公司的专家共同编写的，旨在指导和支持英国建筑业中所有采用 BIM 技术（Revit 平台）的工程项目作业流程行业标准（AEC (UK) BIM Standard for Autodesk Revit）。第二年，又发布了基于 Bentley 平台的工程项目作业流程行业标准。2011 年 6 月，英国政府正式宣布所有的政府工程在五年内必须使用BIM。新加坡在 2010 年要求公共工程全面应用 BIM 在工程设计和施工环节中，要求 2015 年所有公私建筑通过 BIM 模型送审及按照 BIM 模型兴建。2012 年，新加坡政府发布了新加坡 BIM 标准。韩国在 BIM 技术应用上也十分领先。2010 年 1 月韩国国土海洋部分别制定了建筑和土木两个领域的 BIM 应用指南，详细的说明了开发商、建筑师和工程师采用 BIM 技术时必须注意的方法及要素。除了以上提及的几个国家的 BIM 标准发展外，北欧，香港，加拿大，澳大利亚等国家近年来也积极倡议推动 BIM 的概念与应用。表 1.1 列举了目前各国（地区）BIM 应用(推动)情形。

2 理论研究

2.1 协同科学与协同学理论概述

“协同科学”的思想和方法具有深刻的哲学内涵，体现了辩证法的观点。恩格斯在《自然辩证法》中写道：“整个自然界形成一个体系，各物体间相互联系，相互作用”。自然科学发展中，能量守恒和转化定律的发现以及由此而引起的许多其他科学成果，表明自然界中的一切运动都处于普遍联系之中，并不断由一种质态转化为另一种质态。整个自然界各种现象之间是一个相互联系的有机整体。不同系统、不同的物质层次间相互作用、制约，相互依存、合作，构成一个和谐的整体。中国古代自然科学的发展也提出了“天时”，“地利”，“人和”，“和谐”等协同作用的观点。“协同科学”即此类揭示学科“协同”本质，为事物向“协同”转变创造条件和环境而形成的专门科学。因此，“协同科学”作为一门研究不同物质间协同作用的一门综合学科，从各学科自身的研究内容出发，研究不同学科间“协同”现象综合的协同研究。“协同科学”内含的群体协作心理和模式研究是社会学中人类社会工作协同的本质特点；包括组织学中关于企业战略协同、战略联盟、跨国企业的文化管理研究以及组织结构和组织效率的研究、组织内部协同工作行为的研究；包括经济学中对于经济运行各部门相互协同的研究和经济全球化、一体化的研究；随着社会的快速发展，信息技术如通信技术、网络技术和计算机软件技术等技术的发展为人类的协同工作提供丰富强大的协同工具和一体化工具，因此信息技术中的支持协同工作技术的研究也属于“协同科学”研究领域。协同学是协同科学一个重要分支。协同学是 20 世纪 70 年代由德国斯图加特大学学者赫尔曼·哈肯 (Hermann Haken) 教授创立的以研究完全不同的学科间存在着的共同特征为目的的一门跨自然科学和社会科学的横断学科。协同学主要研究远离平衡状态的开放系统下的性质截然不同的各子系与外界发生物质或质量交换的情况下，通过组织内协作而形成系统空间结构，时间结构。它以信息论、控制论、突变论等现代学科理论为基础，通过运用类比的方法，针对各学科广泛存在的无序到有序的现象建立了一整套数学模型和处理方案。协同学把不同学科共同存在的协同现象抽取出来，作为其研究基准对象，研究协同的本质、结构、描述模型、作用、研究方法及支撑工具等，从而可把在一门学科中所取得的研究成果，很快地推广到其他学科的类似现象上去。协同学研究内容可以概括为，研究从自然界到人类社会各种系统的发展演变，总结出发展所遵循的一般原理，支配着所有这些系统彼此协同作用。协同学一个重要内容即自组织，所谓自组织是指无序状态向有序状态的转变，或者有序状态向新的有序状态转变中，在一定环境条件下，环境中的物质、能量和信息交换并未产生质的变化，这种组织结构自身在没有外界因素驱使下的状态转变就称为自组织，相应的理论即自组织理论。协同学是一种关于自组织的理论, 它研究系统各要素之间、要素与系统之间、系统与环境之间协调、同步、合作、互补的关系, 研究新的有序结构的形成，揭示系统进化的动力。

2.2 建设工程项目管理理论与建设工程项目管理下的协同管理概述

项目管理是二十世纪五六十年代发展起来的，以当时比较成熟的组织学、控制论和管理学作为理论基础，结合建设工程和建筑市场的特点形成的一门新兴管理技术学科。项目管理体系(Project Management Body of Knowledge, PMBOK) 2000 将项目管理内容划分为九大领域：质量管理、进度管理、成本管理、范围管理、整体管理、人力资源管理、沟通管理、风险管理和采购管理。为了更好的理解项目管理的概念，重要的一项是了解项目、项目管理和工程项目管理的定义。虽然不同的组织和机构对项目，项目管理，工程项目管理的定义基于统一的内涵有不同的表述。项目管理协会(Project Management Institute, PMI)将项目定义为：“项目是为创造某个独特产品或服务所作的暂时的努力。”独特的产品是指所服务的产品对象具有和其他类别显著的特点，暂时性是指每个项目都有明确的开始和结束的时间。项目管理的定义，最早的尝试是二十世纪五十年代，Oisen定义项目管理：“项目管理是一系列工具和方法（例如关键线路法和矩阵组织）的集合应用，去指导不同资源的使用，以实现在时间、成本和质量的约束下，完成一项独特的、复杂的、不可重复的项目。”该定义中所使用的一些词语和标准依然是现代项目管理定义的核心。项目管理知识体系将项目管理定义为：“项目管理是指具有特定职能的人员，为实现已经建立的相对短期的目标，对项目和资源进行计划、组织、指导和控制，以完成特定的目的和结果。”英国项目管理协会出版的英国知识体系将项目管理定义为：“对项目全方面的计划、组织、监督和控制，实施对参与人员的激励，根据既定的时间、成本和完工标准，安全实现工程目标。项目经理是实现该目标的唯一责任人。” 工程项目管理是项目管理一大类，是指“项目管理者为了使项目取得成功即实现所要求的功能和质量、所规定的时限、所批准的费用预算，用系统的观念、理念、理论和方法进行有序、全面、科学、目标明确地管理工程项目，发挥计划职能、组织职能、控制职能、协调职能、监督职能的作用，其管理对象是各类工程项目，既可以是建设项目管理，又可以是设计项目管理和施工项目管理等”。工程项目管理的独特性体现在工程项目的一次性、整体性强、全过程管理和协作要求高的特点。1）工程项目管理一次性是指工程项目建设的单件性特征，不同于工业产品生产过程中的可重复性批量生产，每一个工程项目具有的不同的地质环境和外在管理环境决定了工程项目管理是以某个建设项目为对象的一次性任务。每一个工

程都在质量、成本、工期目标的约束下，实现既定任务。2）工程项目管理整体性体现在工程项目是由人，材，物，信息，空间和时间等多种要素所组成整体系统，工程项目实施过程中，必须以整体效益为目标，合理规划和管理各要素的排列。3）工程项目的全过程管理。工程项目管理的全过程指项目从可行性研究、勘察、设计、招投标、施工、采购使用和运营维护等阶段的全过程管理，各阶段有明显界限又相互衔接。在每个阶段都包含了进度、质量、成本、安全的管理。4）工程项目建设的协同性要求。工程项目全过程参与人员多，工序复杂，要求各参与方在工程建设的全过程中参与方高度协作。

3 BIM 应用概述

3.1 BIM 简介

3.2 BIM 应用介绍

3.3 本章小结

4 BIM 环境下工程项目参与方宏观协同机制设计

4.1 项目参与方宏观协同

4.2 BIM 环境下项目参与方宏观协同机制设计

4.3 本章小结

5 BIM 环境下工程项目参与方微观协同机制设计

5.1 项目参与方微观协同

5.2 BIM 环境下工程项目参与方微观协同机制设计

5.3 本章小结

6 案例分析

6.1 项目概况

6.2 BIM 总体应用流程

6.3 BIM 应用

6.4 本章小结

7 结论和展望

7.1 结论

本论文从建筑业技术发展落后和项目管理存在的问题开始，研究了国内外建筑业信息技术的发展和项目管理协同研究的现状。以工程项目管理采购模式下的协同管理研究和 BIM 研究作为基础，讨论了目前工程项目中实施 BIM 应用所面对的协同问题。提出了本论文的解决方法—建立一套适合 BIM 协同特征的项目管理流程图，明确各方的职责和任务。以此为基础，结合 BIM 思想的特点设计了 BIM 环境下项目参与方宏观协同机制，另外为了更好地实现 BIM 的应用价值，又讨论了 BIM 环境下项目参与方微观协同机制，确认在在不同 BIM应用下的协同流程。通过案例的形式展示了 BIM 协同机制的可行性和实践成果。力图为未来 BIM 协同发展提供解决选择。本论文取得主要成果有：① BIM 环境下的工程项目参与方协同作业是改善我国建筑业信息封闭，提高工程管理效率的重要方法之一。本文作者认为，目前我国建设工程行业在BIM 环境下的协同研究还处于初始阶段，BIM 环境下的协同主要关注 IPD 建设采购模式的协同框架建设，将 BIM 环境下的协同讨论扩展到更多的工程采购模式中，将会更好的发挥 BIM 在建设工程项目的价值。② BIM 在工程项目管理领域的应用，主要体现在 BIM 在工程不同阶段的应用，体现 BIM 应用在建设项目中的价值主要依靠工程参与方的工作努力，而不是单一参与方对 BIM 软件的操作和使用。因此 BIM 环境下的协同作业在考虑全生命期的整体协同作业外，也要将 BIM 应用下的参与放协同作业框架囊括进去。将 BIM 作为项目管理的手段，而不仅是技术应用。③通过对 BIM 的应用现状分析，本文作者认为，目前 BIM 在全世界建筑业已经成为主流技术应用趋势，中国的 BIM 发展在众多大型国际项目的支持下，也发展迅猛。但从各国 BIM 标准/指南分析，目前的 BIM 应用主要还在建筑设计阶段，根据 13 个 BIM 应用的案例分析了解到，目前 BIM 在建设项目中的应用依然有限。中国的 BIM 发展虽然有众多的工程项目支撑，但 BIM 标准的缺失是目前 BIM 推广应用的主要障碍。④ BIM 在我国发展虽然还处于起步阶段，但已经有众多的学者开始关注并进行 BIM 协同作业的研究，BIM 环境下的建设项目协同作业将是 BIM 非技术方面的一项重要工作。要真正实现 BIM 的协同管理价值，还有很多的工作需要完成，努力需要付出。⑤ 针对 BIM 环境下的协同作业问题，作者从以下两个方面提出了解决方案：1）设计了 BIM 环境下项目参与方宏观协同机制，研究讨论了建筑的生命周期中 BIM 的价值，提出了 BIM 工作流程，从 DBB 建设工程采购模式、DB建设工程采购模式和 IPD 建设工程采购模式三种不同协同等级的工程交付模式，设计 BIM 环境下参与方任务分配与信息协同路径。2）设计了 BIM 环境下项目参与方微观协同机制，研究选取了 7 个 BIM 应用的价值，提出了建立在 PDCA 循环上的 BIM 应用实施路线，定义了变更管理、方案模拟、进度模拟三个方面的协同流程。

7.2 展望

尽管本文基于 BIM 思想对工程项目管理各方协同管理进行了较为深入的基础性研究，提出了工程项目管理中微观和宏观协同机制，但仍然有很多有待于进一步研究的问题。① 不同项目采购模式中的协同问题研究有待进一步深入，本文只从由作者建立的项目管理采购模式分类系统中，选取了 3 个代表性的采购模式进行分析。目前已有的项目采购模式在全世界不同类型的项目中均有应用，随着 BIM的推广，需要对每种项目采购模式建立协同机制。② 对项目管理的协同程度方面研究展开进一步实证研究。通过大量的项目案例，分析 BIM 思想与项目管理协同之间的关键点，提出更多可操作的方法和思想，还可以进一步通过定量化的研究揭示内在的协同影响因素排序大小，为项目管理与 BIM 结合的协同发展提供数据支撑。③对工程项目 BIM 环境下参与方任务分配与信息协同路径和 BIM 应用下的参与方协同机制的框架和方法还可以展开进一步的研究。

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