建筑施工企业数字化的未来
舜元建设（集团）有限公司
2017年上半年，麦肯锡国际研究院发布文章《想象建筑业数字化未来》，文章认为建筑业变革时机已经成熟。
当前，各种大型项目超进度20%以上，超投资更是达到80%以上，自20世纪九十年代以来建筑业生产效率实际在下降，承包商的利润率一直相对较低并且不稳定。
然而，建筑行业在应用技术和管理创新上一直行动迟缓。研发费用投入大大低于其他行业，仅仅投入不足收入的1%，信息技术的投入同样如此。
随着项目的复杂性和规模日益提高，国家对环境保护等问题的越来越重视，富有经验的劳动力和管理人员的短缺，等等问题都要求建筑业必须采用新的思维方式和工作方式。
建筑业的变革已经迫在眉睫，引入新技术已经是势在必行。
一、企业概况
舜元建设（集团）有限公司（以下简称“舜元”）创立于2005年5月，立足上海，布局全国，走向世界，项目遍布全国四十多个城市和地区。作为上海建筑施工企业综合实力排名前30强企业和国家级高新技术企业，舜元秉承“建好建筑，做好企业”的经营理念，致力于成为国内领先的可以提供设计施工一体化集成管理服务的工程集团公司。
舜元拥有建筑工程施工总承包特级、工程设计建筑行业甲级、市政公用工程专业总承包一级、建筑装修装饰工程专业承包一级，以及机电、钢结构、建筑智能化、消防设施等多项资质。
目前业务主要服务于中国房地产开发企业前100强公司、知名外资公司、上市房地产公司、大中型国有企业。在保持传统施工总承包业务为主体前提下，积极开拓设计和施工双轮驱动模式的工程总承包管理与装饰装修装配式施工业务，已全面实现能提供设计和项目管理咨询、工程总承包、施工总承包、市政工程、装饰装饰等全产业链服务。
二、技术革新的动因
为了让舜元能更上一层楼，董事长带队前往日本、德国等地考察，发现建筑新技术的发展一日千里，特别是装配式和BIM技术。同时，国家的相关政策也陆续出台支持建筑企业引入BIM等新技术。
舜元决心发展以设计施工集成管理、项目综合交付（IPD）的业务发展模式、施工技术集中管控模式和数字化设计施工为核心竞争力，致力于打造传统行业向科技创新型示范企业的变革，通过管理变革、技术创新来增强企业的核心竞争力。
舜元成立工程研究院，工程研究院下设“设计中心”、“VDC应用中心”和“技术中心”。主要以VDC应用中心为实施主体，积极实践基于BIM的信息化管理创新，以推进数字化设计施工管理模式和项目集成优化管理的应用，最终实现精细化和信息化管理的目标，从而蜕变成为以精益管理、技术创新为特征的科技型工程公司。
三、发展目标
舜元明确了引入数字化新技术的战略目标：
通过数字化新技术在建设领域的研究与应用，提升公司主要业务板块总承包工程建造与投资工程建设水平，为公司的市场营销和项目履约提供有力的技术支持，为公司重大工程提供差异化科技竞争优势，助力实现项目管理精细化和企业管理信息化。
主要新技术的发展集中在以下如下：
● 高清测量和定位技术；
● 现场数据智能采集技术；
● BIM技术；
● 数字化协同办公技术。
四、技术转型实施过程
VDC应用中心负责各类项目新技术应用的策划和实施。目前中心团队成员将近20人，其中有德国留学博士一人，作为研究院的技术顾问，同济大学博士、上海交通大学博士后1人，研究生3人，海外留学生3人，其他基本都是本科学历。团队成员的专业包括建筑、结构、暖通、电气、工程管理等所有与建筑相关的专业。在团队成员专业背景多样性的背景下，中心分别设置了设计管理、施组管理、进度管理、成本管理、运维管理班组，各成员分工明确各司其职。团队成员中若干员工已经具有注册电气工程师、建造师等执业资质，并且多位团队成员还是高级工程师和中级工程师。
4.1 高清测量和定位技术
高清测量和定位技术原本是属于测绘领域的技术。但是随着建筑项目规模越来越大，项目环境越来越复杂，占地面积越来越大。建筑项目需要测量的数据也要求越来越多，基于传统方式的测量已经组建不能满足项目的要求。所以，新型的测量技术在建筑项目的应用已经必不可少了。这类技术主要集成高分辨率图像技术、3D扫描技术、地理信息系统（GIS）技术和无人机技术等，来显著提高精确度和速度。
由于成本显著下降，激光扫描技术的门槛大大降低；高分辨率摄像机越来越小，也越来越轻；相比传统直升机，工业无人机越来越快，也越来越便宜。目前也有专业公司协助进行无人机拍摄、数据获取和信息可视化，一些政府机构和非政府组织也开始提供免费激光雷达测距地图。
舜元已经在多个项目上应用无人机加BIM的技术进行测量工作。
应用一：现场勘探、施工进度记录及项目创优
应用二：实景成像、方案规划
应用三：土方平衡
应用三：矿产测量
4.2 现场数据智能采集技术
随着国家对环境保护及劳务人员的重视，施工现场的数据监控也越来越重要。而基于这些监控的前提，就是数据的采集工作。
人、设备和大量工作在现场开展，使项目现场会变得越来越密集，他们产生了大量数据，很多数据没有被收集，更不用说测度和处理了。很多领域已经开始实际应用物联网了，传感和无线技术使设备连接起来并越来越“智能”。在工地现场，物联网能使建筑机械、设备、材料、结构甚至模板能和中央平台“会话”以获得关键性能参数。传感、近场通讯（NFC）设备，以及其他设备能帮助监控工人和设备的生产效率，包括：设备监控和维修、存货管理和订购、质量评估、能量效率管理和安全管理等。
舜元在工地现场管理这块，致力于数据的采集，为后续的管理提供基础支持。
应用一：劳务数据管理
通过闸机和人脸识别系统，记录现场工人的正式上下班情况。一方面作为公司结算的依据，另一方面提供给政府部门，作为基础数据。
应用二：资料数据管理
通过文档扫描技术，把现场的各种报告、单据扫描成电子文档，上传数据库进行保存。
应用三：现场情况管理
通过三维激光扫描技术，把现场实体建筑物扫描成点云数据，并生产三维模型，上传数据库进行保存。
4.3 BIM技术
中心为各类项目及需求方提供了标准化的BIM工作方法，先后制定了一系列的BIM应用标准：建模标准、应用标准、交付标准、构件标准等等。确保各方在项目中产出高质量的、形式统一的、符合交付要求的建筑信息模型和模型应用成果，确保BIM文档结构和文件格式的正确性，保证多个专业团队在BIM环境中进行协同作业，从而实现高效的数据共享。
精专业、多领域、全方位的BIM运用在舜元集团的项目上的百花齐放。舜元科创园重建、扩建项目中，VDC运用中心在设计阶段中通过方案评估、设计评审，快速有效确定了业主需要的方案，减少了设计遗留的问题。
施工阶段中运用三维协调、场布规划、虚拟建造、工程量计算等技术减少了专业间的冲突问题，减少了施工变更与返工。集团通过管控中心远程触控切屏操作可以实时查看项目的工地监控画面、成本管理分析、资源消耗数据和模型展示视窗，通过远程视频会议，进行远程可视化交底，提高项了项目整体的可控性。
在竣工阶段，通过数字化一键交付技术，保证了设计—施工—运维各阶段的数据能高效交付。通过数字化交付技术使运维阶段的运维模型、资产管理、能源管理、应急管理等能发挥价值，从而提高了运维阶段信息的查询的准确率，利用数据分析，优化了能源控制，减少了资源浪费。
在亚特兰蒂斯水上乐园项目中，VDC应用中心通过Revit建立模型，对模型进行渲染仿真和性能分析，使用专业软件对三维模型进行审核，成功降低了设计模型的出错率。
同时，利用VR沉浸式体验技术让业主身临其境体验设计方案。在BIM模型的基础上，建立5D关联数据库，准确快速地计算出总长1500米，宽约6米、深约3米，结构复杂、截面形状异样的双曲面漂流河工程量，提升了施工预算的精度与效率。
在施工阶段，VDC应用中心专业人员采用倾斜摄影技术，高效、真实的反映施工现场的情况，并以此为沙盘，规划下一阶段的场布方案。同时，利用无人机对场地进行管理。生成的场布模型可以精算土方开挖及回填量，合理规划土方运输路径和开挖顺序。
使用Synchro软件对施工过程进行可视化模拟，同时关联P6软件进行施工进度计划安排。现场施工人员根据现场实际施工情况对进度模拟进行修正比对，高效管理项目的实际进度。现场施工质量负责人利用三维激光扫描已完工程，将生成的点云模型与Revit模型进行实时比对分析，及时发现纠正施工过程中的质量问题。
除了上述的实际应用之外，VDC应用中心在逆向建模领域之外也颇有建树。团队成员早已成功打通了各技术的实施路径。在香港名都项目、南京新所区项目、云南某矿山项目的实践均已经突破了预期的目标，为业主和各参与方带来了巨大的经济效益和社会效益。
VDC应用中心在进行自我探索的同时，也和其他社会力量合作，进行了各种形式的合作，同时也积极参与政府主导的各类BIM相关的活动中。
2015年，和华东院数字中心合作，一起实施三亚亚特兰蒂斯水上乐园项目，华东院进行方案的编制和模型的搭建，VDC中心进行现场沟通和后期的修改。
2016年，中心主导的全过程应用BIM的舜元科创园项目积极参与上海BIM推广中心主持的上海市BIM示范项目试点，并荣幸的入选了。
同时，中心开展BIM读书会活动，邀请外部嘉宾和内部专家分享经验，推动BIM技术的发展。
同年，中心积极参与各类BIM大赛，包括上海市建筑施工协会主办的BIM大赛，龙图杯，中建协等，并获得了不错的成绩。
2017年，中心和上海都市院合作，开展BIM标准在设计施工衔接的应用研究。
同时，中心参加上海BIM推广中心主持的上海市BIM技术转型示范企业的研究，并荣幸的入选，且作为唯一的一家民营企业。
同年，中心参加上海建科院主导的《建设工程设计施工运维BIM数据交换标准》的编制，成为参编单位之一。
此外，中心和同济大学的经管学院和复杂工程学院合作，开展了多个课题的研究。
中心坚持理论指导实践，实践升华理论的发展路径。通过总结各项理论原理，整合各运用流程，以论文和国家专利的形式向同行者传播各项先进技术。团队成员目前已经发表了数篇高质量论文，申请了国家实用新型专利。在过去的几年中，VDC部门的硕果得到了行业内各专家的认可。
先后分别荣获了2016年上海市建筑施工行业第三届BIM技术应用大赛一等奖、2016年第五届“龙图杯”全国BIM大赛三等奖、2015年全国房地产行业BIM应用大奖赛优秀应用奖、2014年上海市建筑施工行业第一届BIM技术应用大赛三等奖。
累累硕果让舜元集团VDC应用中心成为了行业发展的标杆，新技术运用的成功领跑者。
4.4 数字化协同办公技术
数字化管理意味着需要从现有的纸质方式迁移到在线、实时信息共享方式，以确保透明化、协同、及时跟踪和风险评估、质量控制以及最终更好的、更可靠的产出。
行业表现较为糟糕的一个原因是目前仍然依赖纸质文件来管理项目，包括蓝图、设计图纸、采购和供应链订单、设备日志、日进度报告以及竣工审核。由于缺乏数字化，信息共享延迟司空见惯，业主和承包商使用不同版本的文件经常发生，这导致了变更和索赔。
业主和承包商开始应用数字化协同和现场移动解决方案，见附后原文图7。一个大的国际施工企业最近宣布，和软件公司联合开发一款基于云的、移动使能的现场监控平台，以开展大型工程项目计划、设计、现场控制、预算和文档管理。几个大的项目开发商已经成功进行项目管理工作流的数字化。
员工移动解决方案对效率提升产生了同样的效果。长期以来，现场人员和办公室人员实时沟通是一个大问题。但同时，以下因素限制了移动解决方案的应用，包括：不同移动解决方案的兼容性问题、可靠度、高速宽带和非直观设计及用户界面不友好等。低成本的移动连接费用已经导入了新一代“移动优先”的基于云端的APP使用方式，即使在遥远的施工现场，也能实时更新。
应用一：基于工程宝的现场管理数字化
应用二：基于二维码的信息交付数字化
应用三：基于互联网的协同任务
应用四：基于互联网的三维可视
五、收获与不足
5.1引入新技术的收获
1、增加企业竞争力，获取更多项目
VDC应用中心积极参与公司的项目投标中，不仅应用BIM技术提高标书的质量，同时也开发了更多的BIM项目，为企业的项目创收提供了新的突破口。
目前，VDC应用中心每年在签的项目额预计在1000万以上。
2、提高企业知名度，获取社会影响力
由于公司在新技术方面的投入，也提高了企业知名度。不少相关企业都和舜元建立了更深入的合作。目前基于新技术的合作有：装配式建筑项目、3D打印项目等。同时，在各类大赛中获取了若干奖项。
3、提高员工对企业的认可度，增加员工忠诚度
在公司投入技术转型的这几年，VDC应用中心的队伍一直在扩张，同时人员的流失率为零。在公司招聘中，各类人才都争相申请。集团及分公司项目部的各级工程师都积极到VDC应用中心来学习BIM技术，大家普遍对公司的认可度有了大幅的提高，更加愿意留在公司发展。
4、知识成果转化，巩固高新技术企业
随着公司在技术方面的投入加大，需要维护各种资质，就需要各种知识成果的转化，从专利到论文等等。基于传统的施工技术基本到了一个饱和的程度。而BIM技术的引入，又打开了新的一片天地，巩固了舜元高新技术企业资格。
5、推进了企业信息化进程
舜元在企业信息化改造过程中尝尽了各种苦头，其中最大的一个难题就是各类数据的离散造成的信息不对称，信息采集成本高。VDC应用中心积极调研项目各类信息，制作标准化数据格式，配合舜元工程管控平台开发，实现各类工程数据的一次录入，多次复用，大大推进了企业信息化的进程。
5.2 新技术实施过程中的问题
1、项目实践大于培训
VDC应用中心制定了多层级和多专业的培训方案，同时积累了多个项目的实践经验。在比对后发现，通过项目实践获取技能的效率要远高于培训的效果。特别是针对软件操作方面的技能，差异更加显著。
2、新员工培训大于老员工改造
VDC应用中心在初期对公司的老员工进行BIM技能的培训，但是效果不佳。但是对新员工的培训，还是取得不错的成绩。经过研究和分析，改变策略，采用：老人老办法，新人新办法。新员工一律进行系统的BIM培训，老员工愿意改造的就改造，不愿意改造的就按传统方面管理。
3、大后台，小前方工作模式
这种模式简单来说，每个项目派一个项目经理。其他VDC的成员在集团总部工作。各类相关工作，前期由VDC在后方完成，再由BIM经理把成果交付项目部实用。然后逐步教会现场工程师自己实施BIM技术，不养成依赖VDC的毛病。
4、点式先行，解决项目难点
在项目上的推广，以解决项目难点痛点为主。不做全面硬性推广。有些项目需要做土方平衡，就针对性的用BIM技术做土方；有些需要做机电综合，就只做三维机电管综。解决了项目部迫切需要解决的难题后，再循序渐进。如果项目比较普通，只做基本BIM应用。基本BIM应用主要包括二维码、管控平台的数据采集等，基本不增加项目部的工作量，也没有实施难度。
六、后续发展
随着信息化新技术的应用和探索，我们发现缺少从全过程角度对工程项目进行科学和系统的分析，随着工程有条不紊的推进，越来越多的施工信息汇集成一个个可观的信息孤岛，前期单靠人力采集、整理、分析的手段已经无法满足多重数据的集成和对比分析。在这样的背景下，急需建立一套以施工数据存储、分析和展示为核心的工程管控平台，该平台将作为工程项目管理的“第二大脑”，为项目组提供设计施工运营全周期的数据支撑。
舜元在后续的发展中，决定开发一套工程信息管控系统，分为数据管理平台和工程管控平台两部分建设。
数据管理平台作为项目的数据库具有数据展示和分析功能，数据格式的建设需满足企业信息化的要求为将来跟挂历数据互通做好规划，工程管控平台是实现项目成本、进度数据分析的重要手段。包括系统管理、数据协同管理、现场管理、质量安全与风险预警、进度管理、造价与成本管理等功能。通过对各类数据的分析，得到企业真实的指标性参数以及行业指标参数，为后续项目建设及企业的发展，提供数据支持。
本系统以通过工程数据信息化，进而推进建筑工程管理方式的创新、项目集成优化管理的应用，最终实现精细化和信息化管理的目标。
具备项目扁平化管理能力。公司领导能够通过系统数据第一时间了解项目发生的情况，各参与方能够同时查看相关的数据，根据数据分析进行相关指令干预。
具备项目精细化管理能力。工程管控系统是项目数据中心，对于项目实施过程中的任何情况，都应起到及时处理，监控，评估的作用，对发生的情况要迅速做出反应。并且通过数据，对项目各个阶段的实施进行精细化的分析，从而实现精益管理。
具备项目信息化管理能力。针对项目施工过程中产生的施工数据通过信息化和数字化的手段存入中心的数据服务器，形成数字档案馆，解决项目上数据离散、无法追溯、数据虚假等问题。
