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对建筑项目中使用的建筑信息建模系统的批判性分析
摘要
建筑信息模型（BIM）现在是一种全球数字技术，广泛认为这种技术有可能使建筑业发生革命性的变化。 这主要是由于全球政府举措推动BIM的应用，以提高建设项目的效率和质量。这种推动伴随着市场上现有的大量BIM软件系统的发布。 虽然这可以看作是一种积极的发展，但人们不能忽视它是如何压倒许多不能轻易区分这些软件系统使用的专业人士。 以前关于不同BIM系统的研究一般主要局限于操作问题上。 本研究旨在对当前用于管理建筑项目信息的各种BIM软件系统进行全面和重要的评估。 为了实现这一点，采用了五种主要方法。 其中包括对文献的系统评价，结构化问卷调查，行动学习，焦点小组讨论和电子邮件调查。 必须指出的是，虽然不可能检查BIM系统的总体情况，但该研究采用整体方法来查看大多数BIM系统的主要类别和122个应用实例，这些实例在架构，工程和施工（AEC ）行业很常见。
背景
近年来，许多政府一直在推动使用建筑信息模型（BIM）作为促进协作和提高交付效率和项目质量的手段。 尽管BIM已经存在了一段时间，但信息和通信技术（ICT）方面的最新进展已经使建设业的研究人员和决策者们重新推动这一概念的进一步采用。 在过去的三十年中，软件供应商通过众多处理不同类型施工信息的BIM软件包涌入市场。 这导致最终用户面临使用哪种软件系统，哪种类型的构建领域/活动/以及如何有效使用所选软件包的重大挑战。 事实上，理解BIM系统的各种应用的要求不容低估。 也许，这就解释了为什么BIM系统，它们的应用程序和交换格式现在需要作为合同前和合同后BIM执行计划的一部分。此外，市场上大量的BIM软件应用对于任何关于它们各自用途的有意义的决策都是一个巨大的挑战。 例如，美国能源部门已经公布了417个能耗模拟软件应用于建筑的列（http://apps1.eere.energy.gov/buildings/ tools_directory /）。 尽管并非所有这些都与BIM直接相关，但需要大部分基本知识才能确信它们与特定BIM软件系统的匹配程度。 这个问题的关键是软件系统之间的通信程度或互操作程度。 此外，软件制造商的数量 （例如Autodesk，Bentley， Dassault Systegrave;mes ，Synchro Ltd， Vico ， Onuma Systems，Graphisoft ，Teckla 等）正在飞速发展。尽管从建筑智能资源（http ：// www.buildingsmart-tech.org/）确定BIM供应商和软件类型的全球数量并不那么直截了当 ，但大约有75个组织支持工业基础类（IFC）。 这些组织为市场提供了至少150个符合IFC标准的BIM软件包。 这意味着，在全球范围内，至少有150个BIM软件包。 另外，，通常对于几个人的个体和公司尤其是中小企业（SME）来说BIM应用程序是昂贵的和触不可及的。 在国家统计局的报告中，67％的BIM用户和64％的非BIM用户确认成本是BIM应用的主要障碍。 当然，获得BIM软件包相关的初始成本不是投资BIM的唯一成本。 但是，需要强调的是它代表了其中很大一部分。
过多的软件包，软件互操作性挑战和高实施成本，伴随着缺乏关于BIM软件系统的同行评审的文献。 这可能可以解释建筑专业人员在采用BIM方面面临的许多挑战。 根据国家建筑规范进行的一系列调查表明，缺乏关于不同BIM软件包的知识是其采用的主要障碍。
因此，有必要对新兴的BIM软件系统在建筑项目管理中的使用进行调查并提供全面的研究。 要考虑的最重要的评估标准是软件成本，互操作性格式，应用和使用领域。
为了便于理解，这项工作分为七个部分。 第1节介绍了本研究的背景。 在第2节中，讨论了用于实现本研究目标的研究方法。 在第3节中，引入了BIM的概念以促进理解。 BIM系统的最新分类将在第4节中进行。本研究的结果将在第5节中报告。第6节讨论了在BIM软件系统识别过程中遇到的挑战。 本文在第7节以总结方式结束。
研究方法
为了实现本研究的目的，使用了混合研究方法方法，如图1所示。
采用这种方法的理由有五条。 首先，它允许数据的三角测量并确保其有效性。 其次，所使用的各种方法是受赞誉的; 一种强化另一种的方法。 第三，混合研究方法可以引出补充数据来提高研究的有效性。 第四，这种方法特别有助于解释复杂或矛盾的调查回答。 最后，所使用的各种研究过程也会导致意想不到的或紧急的主题和信息，而这些信息本来不会被揭示。 以下各节将详细讨论所采用的每种方法。
2.1．文献查阅
文献查阅的目的很多。 Gall等人认为，文献查阅可以界定研究问题，寻求新的探究路线，避免毫无结果的方法，获得方法论见解，确定进一步研究的建议，寻求支持扎根理论。 为了本研究的目的，考虑了两类文献：同行查阅和灰色文献。
关于同行查阅文献，对不同的BIM系统进行了广泛的。 鉴于BIM的新生性质，正在开发新的软件系统，采用了系统的方法。 这包括使用Google搜索引擎搜索相关术语; 同行查阅的期刊数据库和领先的BIM研究机构网站。 搜索的主要来源包括Google Scholar， ScienceDirect ，Emerald和国家建筑规范。 搜索产生了以下研究：
- Kurul 等人审查了10个BIM软件包;
- Abanda 和 Tah 研究了一些开源BIM软件的潜力;
c. Crawley等人对20个建筑能源模拟工具进行了比较研究;
d. Ruiz 和Kia 回顾了一些BIM创作软件包;
e. Wu等人 审查了四个BIM成本估算软件包，重点是成本估算的技术和过程方法;
f. El- Ammari ，Bynum II ，Ren ， Lennert ， Fernandes 和Ruiz 都进行了研究，涉及使用少量BIM软件包在各自的硕士论文中;
g. 国家统计局进行的调查共发现了六个BIM软件包。
从对a-g中提到的资料的分析中可以看出，关于不同BIM软件包的同行查阅文献很少。 而且，上述文献中讨论的软件应用与市场上现有的数量相比太少。 此外，关注BIM软件的研究数量有限，往往侧重于BIM技术的一个方面（如 Abanda 和 Tah ）或施工实践（如[19,35]）。 这种方法非常有用，因为它提供了对BIM特定方面的更多关注和理解。 但是，BIM的基本原则是合作，它反映了建筑行业的实际情况。 这意味着不同的专业人员倾向于在不同的构建阶段使用不同的软件来解决不同领域特定的挑战。 例如，在设计阶段，需要应用设计BIM软件（例如Revit），而在运营阶段需要了解BIM设施管理软件。 考虑投资BIM的公司需要了解完整交付项目所需的不同软件。 正如Gall等人所论述的那样。 文献查阅的目标之一是获取方法论见解。 回顾上述文献的第三个发现是使用单一的研究方法来识别不同的BIM软件系统。 例如，国家统计局使用结构化的封闭问卷来识别常见的BIM软件系统。
关于灰色文献，查阅了供应商的网站和社交媒体资源。 鉴于使用同行查阅来源发现的BIM系统数量有限，通过使用计算机辅助设计（CAD）/ BIM软件制造商的网站进行了系统搜索。 然后访问供应商的网站以获取有关系统的更多信息。 Crawley等人使用了类似的方法 。调查20个BIM能量模拟软件包。从各种网站检索到的信息包括软件成本，文件格式，可互操作的文件格式以及系统是否用于建筑设计。 后者是一个特别的挑战，因为从供应商的网站来看，AEC行业是否使用该软件通常是不清楚的。为了应对这一挑战，利用社交媒体工具进行了进一步的研究。 轻松利用社交媒体资源的潜力催生了社交媒体研究方法。 因此，在YouTube上进一步搜索了解是否有教程，示例或其他信息将应用程序链接到任何与环境相关的域。 还检查了有关该软件的博客和评论。这些资源从专业角度提供了关于软件包的更多见解。 从YouTube视频观察，不同软件系统如何工作可以验证从同行评审文献和供应商网站收集的信息。有关不同软件系统的博客和评论进一步强化并验证了从供应商网站和YouTube收集的事实。
通过广泛的文献回顾和探索各种社交媒体资源，已经获得了软件应用程序列表，实际确定不同的BIM软件系统是否是建筑中最常用的软件系统势在必行。这导致使用另外两种研究方法; 问卷调查和焦点小组讨论。 这是一个进一步引出其他BIM软件的机会，这些软件可能通过文献查阅方法漏掉了。
2.2． 问卷调查
第2.1节中讨论的文献查阅导致了许多BIM软件系统的识别。 但是，这些与相关的施工领域没有关联。 因此，一份调查问卷旨在捕捉BIM系统的不同方面，并分发给参加牛津布鲁克斯大学FutureFit Built Assets项目研究工作坊的参与者 。 虽然这项调查是更广泛研究的一部分，但它提供了有关软件类型，互操作性格式，BIM应用领域（如架构，结构，设施管理等）以及BIM（ 可视化 ，隐含能量）分析，成本估算等）。 总共，三个研讨会每个间隔2-3周进行。 这些间隔为进行初步分析提供了机会，并在相继的研讨会上提供反馈
2.3．焦点小组讨论
根据问卷调查反馈， 在上次研讨会期间组织了焦点小组讨论， 以捕捉不同质量的BIM系统。在研讨会期间，BIM库，移动BIM和云BIM等重要方面作为BIM系统的主要方面得到了强调。 这证实了文献查阅揭示了什么。 此外，与会者还确定了与可能使用不同BIM应用程序的项目合作伙伴交换信息所面临的挑战。 关于不同软件兼容文件格式和插件的调查报告产生了很少且模糊的信息。 因此，开展了行动学习技巧和电子邮件调查。
2.4．行动学习技巧
“行动学习”一词由 Revans 创造 ，并提到了一个实用的小组学习和问题解决过程。 这个想法是，小组定期开会，鼓励小组成员学习和分享经验。在这种情况下，采取行动学习技术尤其是因为从文献查阅中发现，文件类型和软件插件很少在供应商的网站上讨论。 要确定文件类型，作者启动已安装的软件或试用版（如果可用），并转到“文件”菜单中的“另存为”以确定可用的文件类型。 在其他情况下，文件菜单下的“导入”和“导出”功能用于识别不同的输入和输出文件格式。 关于插件，有些插件是为了 确保与系统的兼容性而安装的， 因为许多插件并不是主要软件安装包的一部分。 用于Autodesk Revit的 COBie扩展是一个明确的例子，其中插件需要在安装Revit后单独安装。
2.5．电子邮件调查
电子邮件调查被发送给一些选定的供应商，以建立其软件包支持的不同文件格式和插件。
总之，本文结果基于文献查阅（包括制造商网站，同行查阅和灰色文献），结构化问卷，焦点小组讨论和电子邮件调查的反馈。 这些方法的结合有助于对第4节中讨论的不同BIM系统进行分类。 因此建立纳入和排除标准非常重要（见表1）。 除了方法标准外，IFC兼容BIM软件也被视为一项标准，因为IFC是互操作性的关键。
使用表1中的标准，不要重复先前的努力; 这也是有益的，因为汇总表（表2）没有过多的字段。此外，还努力确保所选BIM软件应用程序的清单具有代表性，以避免将许多BIM软件系统归为一类。 例如，与设计，成本估算和能源模拟相关的三个BIM软件包比将所有三个归于一个类别的软件包有价值。 这就是表1中使用“潜力”一词的原因。
3． 什么是建筑信息建模？
BIM被誉为克服永久性挑战的解决方案，面对AEC行业，往往与传统的工作实践相关联。 在美国，BIM的定义与国际BIM标准 - 美国 TM 和美国建筑师协会等领先组织不同 。 在英国，英国皇家建筑师学会（RIBA），建筑项目信息委员会（CPIC）和 buildingSmart 的联合定义指出：“BIM是一个设施的物理和功能特征的数字表示，为设施创建一个共享的知识资源有关它的信息为其生命周期的决策提供了可靠的基础，从最早的概念到拆除”在专业人士中广泛使用。
本文承认BIM定义与其应用环境之间的细微差异。 然而，需要强调的是，所有定义中的一个共同特点是，BIM是一个过程，由BIM软件系统协助并由人们推动。 Mott MacDonald 和建筑业委员会（CIC）提供的定义也表明了这一点。 管理，工程和开发咨询公司Mott MacDonald将BIM定义为“一套协调的流程，由技术支持，通过创建，管理和共享资产整个生命周期的属性来增加价值。”CIC将BIM定义为“一种创新和协作的工作方式，以数字技术为支撑，支持更有效的设计，创建和维护建筑环境的方法。”这些定义所产生的是BIM不是一种软件，也不是一种新的概念。 合作的概念可追溯到许多代，自Alfred Charles Bossom 的作品以来一直在推广 。 阿尔弗雷德是一位英国建筑师，他在20世纪初去过美国，参与摩天大楼的设计。 在美国时，他发现美国的承包商能够比英国的承包商建造得更快 ，但成本相同，因此他们的盈利能力更强，并能支付更高的工资。 在他回来后，他认为建筑是一个和其他工程一样的过程，如果所有各方一起工作，可以提前进行规划，然后按照商定的时间表进行。 阿尔弗雷德的出版物也出现了类似的评论，其中最引人注目的是：Latham报告（1994）; 伊根报告（1998）; 政府建设战略（2011年）和建设2025年（2013年）。景观研究所总结BIM作为建筑环境领域内一系列软件支持下的协作工作的延续。
总而言之，BIM至少包含三个层面：流程，技术和人员。 Arayici 等人认为采用BIM的战略方法应平等地包含所有这些方面。 基于前面的文献，BIM作为一个过程的概念，受到人们的驱动并且涉及到人们，可追溯到1934年以前。在1934年之前，计算机能力和不友好的用户界面的限制是由BIM工作流程支持的技术或软件的缺点。 Engelbart 提出了支持BIM设想的最早理论之一， 他于1962年在他的论文Augmenting Human
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