Aligning building information model tools and construction management methods
Abstract
Few empirical studies exist that can explain how different Building Information Model (BIM) based tool implementation strategies work in practical contexts. To help overcoming this gap, this paper describes the implementation of two BIM based tools, the first, to support the activities at an estimating department of a construction company and the second, to support risk management activities on a large infrastructure project. Using the cases, we illustrate that it is possible to closely align the functionality of existing BIM based tools with specific and well established construction management work processes. In this way, we illustrate that it is possible to implement BIM based tools in construction organizations in a 'technology pull' manner. With these findings, we complement existing implementation theories in construction management that advocate 'technology push' implementations during which existing work processes need to be radically changed to align with the functionality of the BIM based tools.
Keywords
Technology implementationCost estimatingRisk managementBuilding information modelTechnology pull4DQuantity take offConstruction managementWork processes
1. Introduction
The introduction of building information model (BIM) based tools to support the work of construction management organizations is still a problematic task in practice. It is not surprising, that many researchers have tried to address the problem by trying to explain why and how implementations were successful or unsuccessful. Influenced by Rogers#39; [1] diffusion of innovation theory this existing work mainly analyzes technology implementations from a technology push view. These views mainly proliferate the vision to use BIM to best support as many business processes as possible across all different organizations that are involved throughout the life-cycle of a building project [2], [3]. It is not surprising that most of the prior work has identified the loosely coupled structure of the construction industry [4], [5] as the main barrier for implementation. As a solution, these authors suggest that project teams need to align their work processes to the new “collaborative and integrated ways of working” that BIM based tools require [2]. The argument that follows from these assumptions is then that a top-down technology-push implementation is necessary to successfully change construction organizations and, in turn, to allow for the meaningful use of BIM based technologies [2].
Within practical BIM based tool implementation settings this top-down view is limited as it is seldom feasible to significantly change existing work processes to enable the implementation of new technologies. This is mainly because the working practice of construction project management teams are already well structured around generally accepted construction project management practices. For example, projects all over the world, whether they are small or large, use formal critical path scheduling techniques to estimate project duration or structure cost estimates into cost categories using generally accepted work breakdown structures of the physical project work. Hence, in practical settings, technology pull implementation perspectives that focus on the possibility to align existing BIM based tools with current work practices might be complementary to the prevailing technology push implementation perspectives.
To further the above notion, this paper provides case based evidence for the benefits of a technology pull view and for its practical feasibility in “real world” BIM based tool implementation settings. To do so, it describes the BIM based tool implementation effort of two construction organizations. The first case focuses on the support of cost estimating activities with BIM based automated quantity take-offs. The second case focuses on the support of project risk management activities with BIM based 4D models — a BIM based technology that allows the visual simulation of planned construction activities over time. Both cases illustrate well that it is possible to align organization and technology by gaining an in depth understanding of the underlying project management methods that guide the operation of a project team and by aligning the existing functionality of BIM based tools with these methods. In this way, the paper#39;s findings not only show that it is possible to align the functionality of BIM based software applications with generally established project management based working methods, but also that implementations from a technology pull perspective can be successful.
2. Views on BIM based tool implementation efforts
“Building information modeling (BIM) is a digital representation of the building process to facilitate exchange and interoperability of information in digital format” [6]. In this way, the implementation of BIM in construction practice promises to improve the communication and collaboration between participants through higher interoperability of data [7]. However, to implement BIM on a construction project, practitioners need to configure and align BIM based tools, project work processes, and the business models of the companies that work together on a project [8], [9]. Currently, there is little practical knowledge available to support practitioners with this necessary configuration.
To overcome these practical problems, several authors have developed different “views” on a BIM implementation with the intention to help practitioners to understand what BIM could mean within a specific implementation context. Some of the most widely suggested views are:
bull;BIM technology dimensions, i.e. categorizing a BIM implementation according to its soft- or hardware [10], [11], [12]
bull;industry level dimensions, i.e. whether a BIM implementation occurs at the industr
调整建筑信息模型工具和施工管理方法
摘要：几乎没有实证研究可以解释不同的基于建筑信息模型（BIM）的工具实施策略如何在实际环境中发挥作用。为了帮助克服这一差距，本文描述了两个基于BIM的工具的实施，第一个是支持建筑公司估算部门的活动，第二个是支持大型基础设施项目的风险管理活动。通过这些案例，我们说明可以将现有基于BIM的工具的功能与特定的和完善的施工管理工作流程紧密结合。通过这种方式，我们说明可以以“技术拉动”的方式在建筑组织中实施基于BIM的工具。通过这些发现，我们补充了现有的施工管理实施理论，提倡“技术推动”方式实施，在此期间，现有的工作流程需要从根本上改变，以与基于BIM的工具的功能保持一致。
关键词：技术实施；成本估算；风险管理；建筑信息模型；技术拉动；4D；工程估算；施工管理；工作流程。
- 简介
引入基于建筑信息模型（BIM）的工具来支持施工管理组织的工作在实践中仍然是一个有问题的任务。毫不奇怪，许多研究人员试图通过试图解释为什么以及如何实现成功或不成功来解决这个问题。受罗杰斯“创新理论”扩散的影响，这项现有工作主要从技术推动视角分析技术实施。这些观点主要体现了使用BIM在建筑项目的整个生命周期中涉及所有不同组织的尽可能多的业务流程的愿景。大多数先前的工作已经将建筑业松散耦合的结构，确定为实施的主要障碍，这并不奇怪。作为一种解决方案，这些作者建议项目团队需要将他们的工作流程与基于BIM的工具所需的新的“协作和集成工作方式”保持一致。从这些假设得出的论点是，自上而下的技术推动实施对于成功地改变施工组织是必要的，并且反过来允许有意义地使用基于BIM的技术。
在实际的基于BIM的工具实现设置中，这种自上而下的视图是有限的，因为很少有可能显着改变现有的工作流程以实现新技术。这主要是因为建筑项目管理团队的工作实践已经围绕普遍接受的建筑项目管理实践进行了很好的构建。例如，世界各地的项目，无论是小型还是大型，都使用正式的关键路径调度技术，使用物理项目工作的普遍接受的工作分解结构，将项目持续时间或结构成本估算估算为成本类别。因此，在实际环境中，技术拉动实施观点，侧重于将现有的基于BIM的工具与当前工作实践相一致的可能性，可能是对现有技术推动实施观点的补充。
为了进一步提出上述观点，本文提供了基于案例的证据，证明技术拉动视图的好处及其在“真实世界”基于BIM的工具实现设置中的实际可行性。为此，它描述了两个建筑组织基于BIM的工具实施工作。第一个案例侧重于基于BIM的自动数量起飞支持成本估算活动。第二个案例侧重于基于BIM的4D模型对项目风险管理活动的支持 - 基于BIM的技术允许对计划的施工活动进行可视化模拟。这两种情况都很好地说明了通过深入理解指导项目团队运作的基础项目管理方法以及将基于BIM的工具的现有功能与这些方法保持一致，可以使组织和技术保持一致。通过这种方式，本文的研究结果不仅表明可以将基于BIM的软件应用程序的功能与基本建立的基于项目管理的工作方法相结合，而且从技术拉动的角度来看，实现也是可行的。
- 对基于BIM的工具实施工作的看法
“建筑信息模型（BIM）是建筑过程的数字表示，以促进数字格式信息的交换和互操作”。 通过这种方式，BIM在建筑实践中的实施有望通过更高的数据互操作性来改善参与者之间的沟通和协作。但是，要在建筑项目上实施BIM，从业者需要配置和调整基于BIM的工具，项目工作流程以及在项目上协同工作的公司的业务模型。目前，几乎没有实用知识可以支持具有这种必要配置的从业者。
为了克服这些实际问题，一些作者对BIM实现提出了不同的“观点”，旨在帮助从业者理解BIM在特定实施环境中的含义。 一些最广泛建议的观点是：
bull;BIM技术维度，即根据其软件或硬件对BIM实施进行分类；
bull;行业水平维度，即BIM实施是否发生在行业，公司或项目级别；
bull;建筑业务功能，即BIM实施在建筑项目或建筑公司的背景下应具备的功能；
bull;实施成熟度维度，即BIM实施的高级和常规程度；
bull;政策和监管方面，即与实施相关的法规和标准是什么。
虽然这些观点确实为从业者提供了管理基于BIM的工具实施的指导手段，但到目前为止，他们的发展纯粹是理论上的努力，没有或很少有经验数据说明这些观点在实际环境中的应用。 这些观点的另一个问题是，他们从自上而下的角度描述了基于BIM的工具实现，重点关注技术和组织方面的高层次。
这些自上而下的视图有助于战略性地理解和起草大规模BIM实施工作，目标是在整个建筑项目生命周期内尽可能多地支持组织内部和跨组织的业务流程。 虽然这些战略愿景具有吸引力，但目前实践中的BIM应用程序的特点是使用了大量模型，这些模型由不同的基于BIM的工具集支持。 因此，更高级别框架的效用受限于在操作层面实际实施基于BIM的工具。 毕竟，从业者必须了解如何最好地配置基于BIM的工具以支持特定的工作流程。 由于这些原因，上述总结的战略层面维度在实践中指导基于BIM的工具实施仍然受到限制。
此外，作者已经得出更详细和有针对性的基于BIM的工具实施指南，与实际组织环境中收集的经验数据密切相关。 通过这种方式，许多研究已经确定了在实际环境中基于BIM的工具实现的几个驱动因素。 其中一些主要的确定的驱动因素是：
bull;实施者使用工具的个人动机；
bull;允许使用工具的合同框架的可用性，足够的技术知识和技能的可用性；
bull;是否有机会应用这些技术；
bull;强大的社交网络和以协调实施的目标和过程的存在；
bull;能否得到IT部门和高层管理人员支持提供的高质量支持。
毫无疑问，这些研究工作大大促进了对上文概述的行业层面，组织和规则观点的含义的经验性理解。 然而，由于大多数这些研究的基本假设是BIM技术不具有可塑性，它们只关注如何改变组织及其工作流程以适应特定的技术特征。 人们对将BIM技术及其功能改变为现有组织工作流程的可能性知之甚少。
为克服现有研究的这一局限性，本文提出了一项实证研究，其主要目的是提高上述“业务功能”观点与技术相关观点的实际效用。 为此，本文凭经验表明，现有的施工管理最佳实践是理解和指导基于BIM的工具实施的良好工具。 特别是，本文描述了两种基于BIM的工具实现工作，并使用普遍接受的项目管理“业务功能”作为先验后视图来描述和分析实现。 在本文更详细地描述和分析这两个实现案例之前，它将首先总结我们应用于从下一节中的案例中收集数据的研究方法。
- 研究方法
我们收集了本研究的实证数据，同时支持在两个建筑组织中实施基于BIM的技术。 这两项工作的目标是探索与两个组织的背景相关的自下而上的技术实施工作，而不是观察独立于其背景的技术实施。 因此，为了深入理解现有的背景，本文的第二和第三作者与两个组织的成员密切合作，试图尽可能深入地参与实际的组织工作程序。 因此，我们应用于两个案例研究项目的研究策略可以最好地描述为基于案例的行动研究。
两个分组是完全随机的，并且完全遵循主流案例研究文献中提到的任何正式的理论抽样策略。相反，实地工作最初不是由特定的理论思想引发的，而是因为这两个分组，一个公司的估算部门和一个项目团队，在本地组织环境中努力实施基于BIM的工具。为了解决这些困难，两个组织都聘请了一名研究学生--本文的第二和第三作者--帮助他们实施。
在进入该领域之前，两位研究生都在一个月内对现有的BIM技术和参与式研究方法进行了深入的培训。在培训期间，学生们熟悉现有技术，功能和最佳应用实践。学生们通过软件供应商的官方教程，并在他们的大学和主办项目团队的公司中咨询了软件专家。此外，两位学生在各自的成本估算和风险管理领域熟悉现有的项目管理文献，以更好地了解当地的组织情况。该初始培训计划确保学生进入该领域，具备良好的基础知识，帮助他们详细了解基于BIM的软件实施的动态。此外，这些知识使他们能够通过技术的实施来支持项目团队。
由于它是参与式研究方法的特征，与文献中案例研究的非常线性的表述相反，我们在本文中提出的最终理论思想只是缓慢而迭代地出现。我们的数据分析可以通过Corbin和Strauss描述为理论备忘录来进行最好地描述：在实地工作仍在进行时即开始数据分析和理论化，并且两个案例项目分开进行。两位学生都在与本文第一作者就风险管理案例进行双周会议时讨论了他们正在进行的数据收集工作，并与本文的第四作者讨论了成本估算案例。在这些会议中，学生们首先总结了他们数据的初步结果。之后，学生和第一和第四作者讨论了从这些发现中产生的理论上有趣的主题，以及如何最好地收集数据的头脑风暴的想法，这些数据将提供对这些主题的更深入的跟进。离开现场后，两名学生独立起草了两份关于他们的研究结果的报告，这些报告反映了他们的实地工作和数据分析活动的最终结果。只有在对两位学生的报告进行比较之后，才会出现本文的理论思想 - 通过将工具与最佳项目管理实践紧密结合，成功实施基于BIM的工具。然后，我们使用初始报告和收集的案例数据，开始追踪两种基于BIM的技术的实施如何以回顾现有的项目管理最佳实践为指导。
- 案例1：基于BIM的成本估算
4.1.BIM的使用背景
预算是展望未来并试图预测项目成本和资源需求的过程。根据Halpin，预算人员通常会采取某些步骤来制定预算：
1.将项目划入成本中心；
2.预算代表物理最终产品的成本中心所需的数量。 对于物理系统，这通常称为工程估算；
3.使用历史数据，供应商报价，供应商目录和其他定价信息，计算在步骤2中确定的单个数量；
4.通过将所需数量乘以单价来计算每个成本中心的总价；
5.增加利润，管理费用和为突发事件预留的费用。
应用基于BIM的工具来估算项目成本的主要好处发生在工程估算步骤。 估算人员可以从BIM自动提取数量，并在下游成本估算应用程序中使用此信息。 除了自动提取数量的可能性之外，从BIM中的信息生成的3D可视化还可以提供重要的意见建议，因为它使估价人员能够以不同的方式分析设计。
4.2.案例描述
第一个案例研究的组织设定是荷兰一家大型4000名员工建筑公司的预算部门。 在我们的实地工作之前，该公司开发了一种新的模块化系统来设计停车结构。 该系统提供了以多种不同方式配置某个停车结构的可能性，而每个可能的设计包括标准元件，例如柱，梁或地板。 使用这种模块化系统，该公司的设计人员能够显著节省设计新停车结构的时间。 此外，模块化系统使公司能够降低成本和施工时间，因为施工人员可以更容易地构建结构。 在不断改进运营的过程中，公司开始努力探索基于BIM的工具的可能性，以支持估算过程并聘请研究生。
进入实地后，研究生观察了估算过程并收集了以前项目的现有文件，如图纸，施工进度表和估算。 他还对一些估算师进行了非正式访谈，并观察了公司的日常实践。 总而言之，这使他能够获得有关当前估算模块化停车结构成本的过程的综合知识。 基于这种深入的知识，研究生和公司的估算师，以前没有与停车结构小组一起工作的3D建模师，以及公司的BIM项目经理将基于BIM的工具的使用与这个过程结合起来。
5.1.BIM使用的背景
在大型建筑项目中，对所有决策者来说，了解潜在的项目风险至关重要。 为了深入了解，传统上，项目风险以表格形式作为风险清单进行传达，并在书面报告，甘特图和草图中进一步说明。 然而，由于大型建筑项目的复杂性包含了多个设计学科，多个子项目和子项目界面，以及不同的施工阶段，这些工具不允许项目经理快速，完整地让风险可视化和理解风险对现场位置以及风险对项目质量、成本和进度的影响。 实际上，这意味着决策者很难协同评估和减轻项目风险。
4D模型是基于BIM的应用程序，它将建筑设计的三维表示与施工进度表结合在一起。 通过这种方式，4D模型允许项目经理在时间和空间上对施工过程的所有阶段进行把控。 4D模型捕获时间表的时间和空间两个方面，并比甘特图更有效地传达时间表。 在过去，4D模型已被用于评估和分析设计可施工性，并用于分包商进行协调和进度优化。 这个案例表明，如果与现有的风险管理流程完全一致，设计团队也可以使用4D模型在时间和空间上使项目风险可视化。
5.2.案例描述
该案例描述了我们将4D模型的使用整合到欧洲大都市内大规模є620万基础设施项目的持续风险管理流程中的努力。为了支持项目的规划活动，业主的项目管理团队，一个1000名员工的大型市政组织，决定生成一个4D模型。在初始生成和一些初步用途之后，向项目利益相关者传达了一些设计和施工问题，项目模型的使用停止了，没有证据表明任何项目团队成员的工作程序发生任何组织变化。为了完成4D建模工作，该项目的一位管理人员联系了第一作者，讨论了改进模型在项目中的整体应用的可能性。在一次讨论中，项目经理和本文的第一作者决定派一名研究生参与该项目进行民族志行动研究，以便将4D模型的使用与项目的现有风险管理流程紧密结合起来。
为了初步了解具体的项目背景，研究生还阅读了项目特定的文档，例如项目计划，项目的基线文档，现有项目的风险清单以及与风险相关的启动报告。这些文件使他对项目组织结构进行了概述，并帮助他确定了项目组织环境以及项目在风险管理方面的正式工作惯例。之后，研究生采访了项目经理，项目策划人，设计经理建筑工程师和设计经理人。在这些访谈中，研究学生讨论了项目的风险管理过程，3D / 4D可视化的当前使用以及他们是否看到了使用4D模型可视化项目风险的可能性。研究生还要求项目参与者说明他们在风险管理活动中与谁沟通，以及沟通多少。利用收集到的信息，我们能够深入了解项目当前的风险管理流程。通过这种洞察，研究生开始将现有的4D模型与项目的风险管理流程保持一致。
5.4.调整BIM：实施4D风险管理系统
在观察项目现有的风险管理实践后，研究生和项目的从业者开始将项目现有的4D模型与项目的正式风险管理流程保持一致。 通常，
资料编号：[5875]
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