背景介紹
建筑業從事所建造環境（built environment）的設計、建設和運行工作。它負責創造世上的固定物質財富——房屋、工廠和基礎設施。在大多數發達和發展中國家里，建筑業都對經濟做出了巨大貢獻。在大多數發達國家中，建筑業獨自占國內生產總值的10%或更多；而在經濟快速發展的發展中國家里，例如中國，其所占的百分比更要大許多。建筑業要使用大量的人力并且要消耗很大部分的資源。此外，建筑業的“產品”極大地制約和影響商業的行為和生活的質量。目前，建筑物大約消耗世界能源和原材料的40%【美國能源部（Department of Energy）能源效率和再生能源網絡（Energy Efficiency and Renewable Energy Network）可持續發展卓越研究中心（Center Excellence for Sustainable Development），2003】。建筑業已取得舉世矚目的成就，例如中國三峽大壩（Three GorgesDam）、美國紐約自由之塔（Freedom Tower）、馬來西亞吉隆坡國油雙峰塔（Petronas Towers）、日本明石海峽大橋（Akashi KaikoBridge）、美國洛杉磯沃爾特迪斯尼音樂廳（Walt Disney Concert Hall）的建成。然而，盡管有這些成就，與其他行業相比，它的效率是十分低下的。在過去40多年中，其他行業的生產效率在大幅度提高的同時，建筑業的生產效率事實上反而下降了。
造成建筑業效率低下的原因有很多，包括割裂的行業結構、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，信息技術已經推動了生產效率的改進，而在建筑業，信息技術的使用尚處在初級階段，而且大部分僅限于實現手工工程自動化這方面。雖然信息技術已經用于改進單項任務的生產效率，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的生產效率，這樣可使得建筑業與其他行業例如制造業同步【再造建筑，斯蒂芬基蘭（Stephen Kieran）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，列舉了許多建筑業可從制造業學的經驗】。可以利用下面這兩種相互關聯的信息技術來提高建筑業的生產能力：
■建設工程生命周期管理（Building Lifecycle Management－BLM）：貫穿于建設全過程即從概念設計到拆除后再利用，通過數字化的方法來創建、管理和共享所建造資本資產的信息。
■建筑信息模型（Building Information Modeling－BLM）：在設計和施工過程中，創建和使用互相協調的且內部一致的建設項目信息。
這兩種技術可以共同發揮作用，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的生產效率，進而使其成為更具競爭性又持續對經濟貢獻價值的行業。
在以下的篇幅中，我們將描述建筑業低效率的有關情況，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。我們相信在建筑業應用BLM和BIM技術將導致生產效率的提高，就像人們在制造業樂于看到的那樣。
建筑業的低效率
在過去的40年中，美國大多數行業已經極大地改進了它們的效率，生產力幾乎翻了一番，圖1【資料來源：美國勞工統計局（US Bureau of Statistics），美國商務部（US Departmentof Commerce），保羅 泰丘茲（Paul Teicholz）編寫，美國斯坦福大學（Stanford University）終身教授、CIFE前主任】中的上曲線顯示了非農業行業（包括建筑業）生產效率的增長，下曲線表示建筑業生產效率的變化。下曲線表明建筑業生產效率在34年里實際下降了大約10%，而其他非農業行業的生產效率同期增長80%。建筑業的生產效率不僅沒有增長，反而實際上在下降。
我們來看一下在40年里汽車的生產。與20年前相比，現在的汽車在性能、功能、燃料利用率、可靠性和耐用性方面度有了極大的提高。同時汽車的產量提高了，汽車的生產過程也得到了改進。開發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，在生產中使用的工藝更為有效和可靠。顯然，建筑業和制造業未能同步，盡管建筑業的許多問題、工藝和方法與制造業相似。
建筑業生產效率下滑不僅僅出現在美國，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（Michael Latham）爵士。英國皇家出版局（HMSO）。環境署（Department of the Environment），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（National Institute ofStandards and Technology－NIST）發布了一個報告。詳細地說明了僅由于數據互通性的要求而產生的成本使得效率降低6%左右【美國大型設施建設行業互通性不足的成本分析。美國國際標準與技術研究所（NationalInstitute of Standard and Technology）。美國商務部】。像這樣的低效率目前在大多數建筑業發達的國家都有報導。直觀的證據表明這種低效率實質上是全球范圍內的問題。此外，人們已越來越意識到大多數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。與制造業在上世紀70年代和80年代遇到的情況非常相似，建筑業在其產品（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具有制造業的許多特征。目前雖然大量的施工建設是在現場完成的，但是建筑物中制造的部分在增加。建筑業也許正從設計－施工模式轉成設計－制造－裝配模式。當這種情況發生時，制造業所累積的經驗和使用的技術就可很好的用到建設中。
建筑業中所用到的信息技術
全球制造業和建筑業的規模相差無幾，以購買力平價為基礎來計算每年大約3萬億美金。盡管制造業和建筑業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，而建筑業的花費約為14億美元，僅為制造業的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，國際數據公司（IDC）研究報告，安妮 盧（Anne Lu），2002年10月】。從事制造業的企業已經在使用復雜的立體模型技術、有限元分析、材料資源計劃、產品生命周期管理、最優化、計劃安排、和其他數字化技術來創造、管理和共享設計信息，然而在建筑業這些信息技術相對來說很少使用。
建筑業的低生產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。建筑業割裂的行業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技術。大部分信息是以數字化形式產生的，但是卻通過紙張來交流，由此造成信息流失。提高建筑業生產效率所面臨的挑戰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建信息，并且管理和共享信息。
改進的目標
為了促進建筑業生產效率的提高，美國斯坦福大學（Stanford university）設施集成工程中心（Center forIntegrated Facility Engineering——CIFE）已設定如表1所示的一系列目標作為建筑業參與方所面對的挑戰。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性，僅僅通過漸變的方式是不能夠實現的，它們要求巨大的改變和全力以赴。
目標分為六個方面：進度、成本、功能、安全、可持續性和安全化。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。目標極富挑戰性，只有通過對建設過程進行巨大改變才能實現它們。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，目前安全方面已經變得相當好，這樣在施工中就減少了經濟和人力成本。可通過設置那些像表1中所示的極具挑戰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所看到的一樣，在信息技術方面的投資可顯著地改進生產效率。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。
造成低效率的根本原因
是什么原因造成建筑業的滴效率呢？我們認為有下面四個主要的原因：
■割裂的行業結構。建筑業有許多規模小、專業化的、互相關聯的參與者參與。與大多數制造業不一樣，建筑業幾乎沒有縱向集成。這種情況使得建筑業變成一個能相應項目和需求改變的具靈活性的行業。然而，這同樣造成在建筑業中雖然信息交流的機制和規范已建立起來，但因已過時而阻礙著生產效率的改進。
■信息流失。多年以前，從一個參與方到另一個參與方之間基于紙介質轉換信息的機制是一種適合建筑業的技術。可是，隨著數字化技術的出現，在設計和施工過程中，會產生更為豐富的信息。不幸的是，通過紙介質來交流信息仍是常規的做法。盡管信息通常是借助于數字化方式產生的，可它仍然是通過紙張傳送的。當信息轉換為紙介質方式時，許多數字化的信息就流失了。
■信息意思不明確。目前普遍使用的創建設計信息的工具和技術導致項目信息不明確，而且該不明確是固有的、與生俱來的。通過兩維圖紙抽象出的建筑項目是可以從許多方面進行解釋的。這樣解釋時，就很容易產生誤解和錯誤。
■注重成本而不是價值。今天建筑業中的許多人關注的是最初的建設成本而不是創造出的價值。由于一個建設或基礎設施項目的壽命可長達幾十年，因此僅關注最初的建設成本通常是十分短視的行為，因為在初期多投入一些可能會導致整個建設生命周期的成本降低，也可能會創造出遠遠超出最初成本的效益。
以上這些因素相互關聯，造成系統和建設過程的固有的低效率。甚至對生產效率進行逐漸改進通常也是最困難的，因為行業結構是割裂的。這些改變要由主要的行業參與方、學術界、政府、和技術提供方來主導。
圖3描述了使用傳統的紙介質技術在項目生命周期中造成的信息流失；
■在設計階段，建筑師和工程師創建出大量的有關項目的信息，包括幾何信息、使用的產品信息、關于結構和環境性能的分析信息等。這些數據中的大部分是以數字化數據形式獲取的。然而，當把項目送給投標者來確定建設成本時，這些數字化的信息是通過紙張形式打印出來的這樣對投標競爭這個項目的公司來說，項目信息出現流失。
■在招標階段，投標者要推想一些已流失的信息。特別是，他們通過對紙張形式的圖紙進行計量來確定工程量，實際上這些有關工程量的信息在設計階段用數字化形式表現時就已經知道。雖然在招標階段結束時，項目被重新構建了出來，但是需要重申的是許多信息化的數據已經流失了。
■在施工階段，根據基于紙張的信息來建造項目。對施工階段新產生的信息幾乎不收集或根本不收集，并且信息一般不是用數字化的形式來收集，也沒有在項目竣工時轉交給業主。
■在項目運行期，積累到新的信息，但這些新的信息或者用紙張的形式保存，或者儲存在項目維修保養人員的頭腦里。這里，在設計階段曾經已知并以數字化形式儲存的信息在項目生命周期里被又一次重新創建。
圖中所示的信息創建和流失重復的循環變化是建筑業生產效率低下的主要原因。許多再造信息的工作是不必要的重復，因為它在建設過程中的較早階段已經知道了。雖然信息的創建是采用數字化技術，但是它的傳送和儲存回復到紙張形式，這樣就造成了有價值信息的丟失。
圖4描繪了提高建筑業生產效率的另外一種驅動力。曲線1描繪了影響項目成本和功能特征的能力。該影響力在項目的初期是非常高的，但隨項目的進程而降低，同時決策變為僅是“澆筑混泥土”。曲線2描繪了設計變更成本在項目早期非常低，在項目晚期非常高。曲線3描繪了目前典型的設計過程；曲線4描繪了理想的設計過程。曲線4把項目過程中的決策移到早期。假如使用基于紙張的方法來設計，要實現這樣的移動是不切實際的。手工方法是太無效率和太不準確了，影響了在早期進行決策。另一方面，BLM和BIM工具的表達能力和分析能力極其強大，在設計決策有較大的影響時，能夠承受在項目過程的早期進行設計決策這樣的方案。這樣，使用基于模型的設計工具能夠提高建筑業的生產效率。
很明顯，造成建筑業效率低下的大部分原因是在錯誤的時間把錯誤的信息送給錯誤的人們。解決這些低效率的問題需要創建更好的信息、管理這些信息使得我們知道它在哪兒與什么相關，以及及時地與需要這些信息的參與方共享信息。
對低效率的“治療”方案
“治療”建筑業低效率的主要方案是把設計-設計-管理過程集成在一起。美國斯坦福大學（Stanford university）設施集成工程中心（Centre for IntegratedFacility Engineering-CIFE）把此定義為實現多專業的“POP”模型，它包括：
■產品（Product）-建筑物或結構
■組織（Organization）-設計、施工、和管理隊伍
■過程（Process）-用于建造設施的工作過程
POP模型涉及到建筑業生產效率關鍵的三個方面。通過對每個方面建立模型并且把這些模型關聯起來，來了解阻礙生產效率發展的因素。建筑信息模型（Building Informationg Models-BIM）類似于CIFE提出的產品模型。一個建筑信息模型包含對“產品”完整的描述——即建筑物及設施。它是創建一個能用來把組織和過程信息關聯起來的模型。其中的一個例子是包含第4維時間的“4D模型構建”。在4D模型的構建中，把項目計劃與產品模型關聯起來。它使得參與方在項目過程中能分析和評估建設順序和方案。
類似的，建設工程生命周期管理（Building Lifecycle Management-BLM）系統可幫助對組織（通過角色和進入系統的權利）與過程（通過工作流機制）構件模型。這樣，BLM和BIM的結合可支持在POP方法中所設想到的項目所有方面。
POP方法建議應用信息技術集成建筑業的多個方面能夠解決建筑業生產效率低的問題。建筑業能夠實用信息技術：
■創建更好的信息——保證在設計和施工過程中所創建的信息更為有用與豐富
■管理生個生命周期的信息——保證信息的組織和跟蹤貫穿整個生命周期，而且從一個階段到另一個階段轉換時信息沒有丟失
■在參與方之間共享信息——保證在建設過程中所有參與方可按與之相適合的形式獲得信息
開發建設工程生命周期管理（BLM）和建筑信息模型（BIM）工具，雖然不是“治療”建筑業生產效率低下的唯一方法，但假定能同時關注信息技術的投資、人力資源的發展及過程的改進，它能很有效地解決建筑業的生產效率的問題。
創建更好的信息在設計階段所創建的有關建筑物的大部分信息實際上是以圖形形式存在的。它用圖來描述建筑物的組成及它們之間的幾何關系，通常是二維圖形形式。由于用二維圖形來表示復雜的三維設施時存在困難，圖紙通常是對所建設施的非常抽象的表示。雖然這些抽象的表達有時通過圖例來定義，但是對它們的解釋非常不嚴格的，并且在信息的交流過程中出現很大的異議。此外，通過這些圖形的抽象表達通常是不可用于計算的。雖然圖形是用計算機繪出，但是沒有給出與圖形相關的數據結構，用來表示組成單元內部的特征和關系。例如，用圖形CAD系統表示的門不可能標出材料、外立面、聲音傳輸的特性、熱傳輸的特性、連接五金件、防火等級、兩個不同空間之間的連接情況等。而所有這些性質和特性都是對我們透徹了解門所必需的，并且必須在計算機里表示出來，以便計算機按照數據進行分析。
創建更好的信息要求從基于圖形的過程移到基于模型的過程。在基于模型的過程中，計算機包含所建設施的信息化模型。建立該信息化模型有兩個目的，一是通過提供一個更為完整和豐富的描述來減少對設施的異議，二是提供可用來在施工前進行分析和更為嚴格評估的可用于計算的數據庫。
Autodesk RevitTM是建筑信息模型工具中的一種。Revit的基礎是圍繞帶參數的建筑模型的概念建立起來的。雖然它使用圖紙作為輸出報告，但是Revit的數據庫是一個建筑模型。這樣，Revit保證了與建筑有關的信息是一致的并且互相在時間配合的。它同樣提供了一個完整的建筑物幾何及功能方面的可用于計算的表達方法。
管理整個生命周期的信息管理一項全生命周期設施的信息要求：
■要以數字化的形式創建和保存信息。
■建立機制來儲存和跟蹤數字化的信息。
■把數字化信息的多個方面相互關聯起來。
■為參與方提供數據入口。
這些功能是通過把項目信息門戶（Project Information Portal-PIP）例如Buzzsaw和數字化數據格式例如DWF結合在一起完成的。項目信息門戶允許項目所有參與方創建和使用項目有關的信息，并且組織信息。數字化數據格式允許以一種安全和精確的方式管理和共享信息。
項目信息門戶允許信息在項目所有參與方之間共享，但更重要的是，它為項目信息創造了一個組織機制及隨時間儲存信息的方法。
在參與方之間共享信息。一旦信息用豐富的數字化形式表示并且組織到管理計劃中去，它必須在參與方之間共享。雖然有一些參與方可能有能力使用更復雜的計算機應用系統來獲取數據，但是他們中的大多數沒有這方面的操作經驗或不愿意這么做。建筑業所需要的是用一種簡單的方法發布數字化形式的有關數據，并且讓參與方閱讀和給出簡單的評語及對信息進行更正。這既需要數據發布機制例如DWF又需要閱讀及標注工具例如DWF composer。
到此，我們已經對三方面進行了描述，創建豐富的數字化信息、管理整個生命周期的數據、及在參與方之間共享信息是提高建設過程生產效率的基礎。
最后，溝通和協調的巨大改進可導致生產效率的提高。雖然這些是組織與管理的問題，但是信息技術能支持和推動所需的改變，以使建筑業的生產效率獲得與其同比行業的提高。
BIM和BLM解決方案
AutodeskRevitTM是一個帶參數的建模工具，用來創建全方位集成的建筑信息模型；Civil 3D是為土地和土木結構服務的模擬建模工具。Buzzsaw是管理設計和施工過程的項目信息門戶。DWF Composer允許項目的參與方共享信息。
這些工具一起使用，構成一個綜合的BIM和BLM解決方案。當然，它們也可獨立使用。然后，真正的價值和生產效率的提高來自于實施綜合的解決方案。由于建筑業變得更像制造業，用于制造業的工具和技術都可以用到建筑業中。對于建筑業和制造業，Autodesk公司運用知識、特長和技術來協助集成這兩個行業，它作為工具的主要供應商占有不可替代的地位。這樣，Autodesk公司擁有資源和機會來延伸BIM和BLM，它使用不僅包括現場的建設而且包括工廠生產的構件。
結論
我們認為要改進建筑業的生產效率，實施BIM和BLM是關鍵的因素。實現BLM技術允許用戶創建建筑信息模型可以導致協調更好的信息和可計算信息的產生。在設計階段早期，該信息可用于形成更好的決策，這時這些決策既不費代價又具有很強的影響力。此外，嚴格的建筑信息模型可以減少異議和錯誤發生的可能性，這樣可減少對設計意圖的誤解。建筑信息模型的可計算性形成了分析的基礎，來幫助進行決策。
協助參與方在項目生命周期使用BLM技術管理和共享信息同樣可以減少信息的流失并且改善參與方之間的溝通。BLM技術不僅關注單個的任務，而且把整個過程集成在一起。在整個項目生命周期里，它協助把許多參與方的工作最優化。
盡管僅靠技術是不足以提高建筑業的生產效率的，但是我們認為它是必備的條件。沒有合適的信息創建和管理工具，建筑業的專業人士永遠不可能克服由信息管理和協調不好而造成的低效率問題。
建筑業本質上是一個正準備改變的行業。它在生產效率方面已落后于其他可比的行業。建筑業生產效率的落后原因部分可解釋為在信息技術上的低投入。建設生命周期管理（BLM）和建筑信息模型（BIM）技術目前是發展的主流，并且可以極大地提高生產效率。目前已經利用這兩個技術來推動改變，已達到提高建筑業生產效率的時候了，同時提高行業參與公司的利潤率，使之達到其可比行業的水平。
