同濟大學丁士昭：建筑行業(yè)信息化導論

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背景介紹

建筑業(yè)從事所建造環(huán)境（builtenvironment）的設計、建設和運行工作。它負責創(chuàng)造世上的固定物質(zhì)財富——房屋、工廠和基礎設施。在大多數(shù)發(fā)達和發(fā)展中國家里，建筑業(yè)都對經(jīng)濟做出了巨大貢獻。在大多數(shù)發(fā)達國家中，建筑業(yè)獨自占國內(nèi)生產(chǎn)總值的10%或更多；而在經(jīng)濟快速發(fā)展的發(fā)展中國家里，例如中國，其所占的百分比更要大許多。建筑業(yè)要使用大量的人力并且要消耗很大部分的資源。此外，建筑業(yè)的“產(chǎn)品”極大地制約和影響商業(yè)的行為和生活的質(zhì)量。目前，建筑物大約消耗世界能源和原材料的40%【美國能源部（DepartmentofEnergy）能源效率和再生能源網(wǎng)絡（EnergyEfficiencyandRenewableEnergyNetwork）可持續(xù)發(fā)展卓越研究中心（CenterExcellenceforSustainableDevelopment），2003】。建筑業(yè)已取得舉世矚目的成就，例如中國三峽大壩（ThreeGorgesDam）、美國紐約自由之塔（FreedomTower）、馬來西亞吉隆坡國油雙峰塔（PetronasTowers）、日本明石海峽大橋（AkashiKaikoBridge）、美國洛杉磯沃爾特迪斯尼音樂廳（WaltDisneyConcertHall）的建成。然而，盡管有這些成就，與其他行業(yè)相比，它的效率是十分低下的。在過去40多年中，其他行業(yè)的生產(chǎn)效率在大幅度提高的同時，建筑業(yè)的生產(chǎn)效率事實上反而下降了。

造成建筑業(yè)效率低下的原因有很多，包括割裂的行業(yè)結構、參與方之間的對立關系、和信息管理水平差等【英國1998年出版的“伊根(Egan)報告”確定了許多這樣的因素。】在其他行業(yè)，信息技術已經(jīng)推動了生產(chǎn)效率的改進，而在建筑業(yè)，信息技術的使用尚處在初級階段，而且大部分僅限于實現(xiàn)手工工程自動化這方面。雖然信息技術已經(jīng)用于改進單項任務的生產(chǎn)效率，尤其是在所建造的設計方面，但是它幾乎還沒用于解決貫穿于整個過程的集成與溝通這個更為基本的問題。

信息技術的使用可以極大地提高建筑業(yè)的生產(chǎn)效率，這樣可使得建筑業(yè)與其他行業(yè)例如制造業(yè)同步【再造建筑，斯蒂芬基蘭（StephenKieran）和詹姆斯汀布萊克（JamesTimberlake）著，美國麥格羅希爾（McGraw-Hill）國際出版公司出版，2004，列舉了許多建筑業(yè)可從制造業(yè)學的經(jīng)驗】?？梢岳孟旅孢@兩種相互關聯(lián)的信息技術來提高建筑業(yè)的生產(chǎn)能力：

■建設工程生命周期管理（BuildingLifecycleManagement－BLM）：貫穿于建設全過程即從概念設計到拆除后再利用，通過數(shù)字化的方法來創(chuàng)建、管理和共享所建造資本資產(chǎn)的信息。

■建筑信息模型（BuildingInformationModeling－BLM）：在設計和施工過程中，創(chuàng)建和使用互相協(xié)調(diào)的且內(nèi)部一致的建設項目信息。

這兩種技術可以共同發(fā)揮作用，以確保在建設過程中信息為所有參與方共享，這樣可以減少信息傳遞的含糊不清、信息的流失和誤解。BLM和BIM的應用超越了單項任務的自動化，到達了對設計和施工全過程的集成。因此，它要求對傳統(tǒng)的流程作出很大的改變。然而，BLM和BIM的應用可以極大地提高建筑業(yè)的生產(chǎn)效率，進而使其成為更具競爭性又持續(xù)對經(jīng)濟貢獻價值的行業(yè)。

在以下的篇幅中，我們將描述建筑業(yè)低效率的有關情況，深入分析造成低效率的原因，提出解決低效率問題的方案，并且建議效率改進的目標。我們也將概要地給出應用BLM和BIM道德途徑。我們相信在建筑業(yè)應用BLM和BIM技術將導致生產(chǎn)效率的提高，就像人們在制造業(yè)樂于看到的那樣。

建筑業(yè)的低效率

在過去的40年中，美國大多數(shù)行業(yè)已經(jīng)極大地改進了它們的效率，生產(chǎn)力幾乎翻了一番，圖1【資料來源：美國勞工統(tǒng)計局（USBureauofStatistics），美國商務部（USDepartmentofCommerce），保羅泰丘茲（PaulTeicholz）編寫，美國斯坦福大學（StanfordUniversity）終身教授、CIFE前主任】中的上曲線顯示了非農(nóng)業(yè)行業(yè)（包括建筑業(yè)）生產(chǎn)效率的增長，下曲線表示建筑業(yè)生產(chǎn)效率的變化。下曲線表明建筑業(yè)生產(chǎn)效率在34年里實際下降了大約10%，而其他非農(nóng)業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)效率同期增長80%。建筑業(yè)的生產(chǎn)效率不僅沒有增長，反而實際上在下降。

圖1

我們來看一下在40年里汽車的生產(chǎn)。與20年前相比，現(xiàn)在的汽車在性能、功能、燃料利用率、可靠性和耐用性方面度有了極大的提高。同時汽車的產(chǎn)量提高了，汽車的生產(chǎn)過程也得到了改進。開發(fā)一款新車型所需的時間已從40個月縮短為15個月【伊根報告】，高質(zhì)量的工藝減少了返工，及時供應鏈（just-in-time）計劃降低了庫存，在生產(chǎn)中使用的工藝更為有效和可靠。顯然，建筑業(yè)和制造業(yè)未能同步，盡管建筑業(yè)的許多問題、工藝和方法與制造業(yè)相似。

建筑業(yè)生產(chǎn)效率下滑不僅僅出現(xiàn)在美國，它是一個全球范圍的問題。英國的研究【拉薩姆（Latham）報告，團隊建設。邁克爾拉薩姆（MichaelLatham）爵士。英國皇家出版局（HMSO）。環(huán)境署（DepartmentoftheEnvironment），英國，1994】表明大約30%～40%建設成本的浪費是低效率造成的。在2005年初，美國國家標準與技術研究所（NationalInstituteofStandardsandTechnology－NIST）發(fā)布了一個報告。詳細地說明了僅由于數(shù)據(jù)互通性的要求而產(chǎn)生的成本使得效率降低6%左右【美國大型設施建設行業(yè)互通性不足的成本分析。美國國際標準與技術研究所（NationalInstituteofStandardandTechnology）。美國商務部】。像這樣的低效率目前在大多數(shù)建筑業(yè)發(fā)達的國家都有報導。直觀的證據(jù)表明這種低效率實質(zhì)上是全球范圍內(nèi)的問題。此外，人們已越來越意識到大多數(shù)的建筑物運行效率低——尤其是在它們的能源使用方面。這就導致了在這些建筑物的整個生命周期中能源和資源的不必要浪費。與制造業(yè)在上世紀70年代和80年代遇到的情況非常相似，建筑業(yè)在其產(chǎn)品（房屋和基礎實施）和過程（設計和施工）兩方面都存在很大的改進余地。

事實上，人們很容易想到建筑業(yè)具有制造業(yè)的許多特征。目前雖然大量的施工建設是在現(xiàn)場完成的，但是建筑物中制造的部分在增加。建筑業(yè)也許正從設計－施工模式轉成設計－制造－裝配模式。當這種情況發(fā)生時，制造業(yè)所累積的經(jīng)驗和使用的技術就可很好的用到建設中。

建筑業(yè)中所用到的信息技術

全球制造業(yè)和建筑業(yè)的規(guī)模相差無幾，以購買力平價為基礎來計算每年大約3萬億美金。盡管制造業(yè)和建筑業(yè)具有許多相似的特征，但是它們各自在信息技術（IT）方面的花費有著顯著差別。如圖2所示，制造業(yè)每年花費在信息技術方面的金額大約是81億美元，而建筑業(yè)的花費約為14億美元，僅為制造業(yè)的17%【全球縱向市場信息技術（IT）支出：2002年二季度預測和分析，2001~2006，國際數(shù)據(jù)公司（IDC）研究報告，安妮盧（AnneLu），2002年10月】。從事制造業(yè)的企業(yè)已經(jīng)在使用復雜的立體模型技術、有限元分析、材料資源計劃、產(chǎn)品生命周期管理、最優(yōu)化、計劃安排、和其他數(shù)字化技術來創(chuàng)造、管理和共享設計信息，然而在建筑業(yè)這些信息技術相對來說很少使用。

圖2

建筑業(yè)的低生產(chǎn)效率與它在信息技術使用方面的落后狀況呈明顯的強相關性。建筑業(yè)割裂的行業(yè)結構造成它的效率低下，因為項目參與方之間的信息交流方式仍是基于有幾千年歷史的介質(zhì)技術。大部分信息是以數(shù)字化形式產(chǎn)生的，但是卻通過紙張來交流，由此造成信息流失。提高建筑業(yè)生產(chǎn)效率所面臨的挑戰(zhàn)在于需加大對于信息技術的投資，以便使用更多基于模型的技術，同時，有利于建設過程參與各方創(chuàng)建信息，并且管理和共享信息。

改進的目標

為了促進建筑業(yè)生產(chǎn)效率的提高，美國斯坦福大學（Stanforduniversity）設施集成工程中心（CenterforIntegratedFacilityEngineering——CIFE）已設定如表1所示的一系列目標作為建筑業(yè)參與方所面對的挑戰(zhàn)。表中對這些目標做出了解釋。這些目標特地被設計得極具挑戰(zhàn)性，僅僅通過漸變的方式是不能夠實現(xiàn)的，它們要求巨大的改變和全力以赴。

表1

目標分為六個方面：進度、成本、功能、安全、可持續(xù)性和安全化。對于其中的任何一方面，表1都給出了2005年的實際情況及到2015年要取得的目標。目標極富挑戰(zhàn)性，只有通過對建設過程進行巨大改變才能實現(xiàn)它們。CIFE認為這些方面的改進是可能的，并且指出美國在過去30年中施工安全方面已取得很大的改進。在美國和其他的西方國家，安全在過去變成了首先要考慮的因素。通過在安全性能和過程改進方面采取嚴格措施，目前安全方面已經(jīng)變得相當好，這樣在施工中就減少了經(jīng)濟和人力成本?？赏ㄟ^設置那些像表1中所示的極具挑戰(zhàn)性目標的方式來進行改進，施工安全的改進就是一例。

我們相信BLM和BIM信息技術的應用是達到這些目標必需的要素。正像在許多其他行業(yè)所看到的一樣，在信息技術方面的投資可顯著地改進生產(chǎn)效率。為了理解這些技術的價值，我們將描述一下導致低效率的原因。