第1章 绪论
1.1 研究背景
建筑业作为国民经济发展的支柱产业，在我国的城镇化发展、新农村建设和推进“一带一路”国家战略的实施中发挥了重大作用。根据国家统计局《2019 年国民经济和社会发展统计公报》，2019 年度我国全年国内生产总值 990865 亿元，其中全年全社会建筑业增加值 70904 亿元，占全年国内生产总值的 7.16%。在我国工业化和城市化的进程中，建筑施工行业得到了蓬勃发展的机会，并结合现代管理学理论，逐步形成了较为完备的工程管理体系。
项目交付模式定义了工程项目参与各方的角色和权力义务，并为工程项目的设计、采购、施工建设、验收交付等实施工序制定完整的实施框架。在工程项目的交付模式方面，以信任合作为执行基础的集成项目交付（Integrated Project Delivery，简称 IPD）模式逐渐成为国内外建设行业交付模式的发展方向。 数字化、信息化是我国建筑业现代化的发展方向，近年来，建筑信息模型（Building Information Modeling，简称 BIM）在我国建筑施工领域得到了大力的推广和发展，BIM 作为一种创新的建筑设计施工技术方法，以三维数字技术为基础，将建筑工程项目的各种相关工程信息的集成为统一共享的信息模型，为工程管理的优化带来了新的技术手段和方法，也有益于项目的更好交付。
BIM 技术与 IPD 交付模式的结合，使基于 BIM 和 IPD 模式的工程项目成为建筑施工领域的研究和应用热点，越来越多的研究者和工程技术人员开始探索运用 BIM 技术和 IPD 模式来推进工程管理的高效和优化实施。
1.1.1 工程变更控制问题
在建筑施工行业，工程变更特指工程合同签订后，对工程合同的执行或实施内容进行的改变。根据我国住建部发布的《建设工程施工合同（示范文本）》，工程变更一般指合同履行过程中发生的，因应增加或减少合同中任何工作，或追加额外的工作；取消合同中任何工作，但转由他人实施的工作除外；改变合同中任何工作的质量标准或其他特性；改变工程的基线、标高、位置和尺寸；改变工程的时间安排或实施顺序等引起的合同实施内容的变化[1]。根据国际咨询工程师联合会（Fédération lnternationale Des lngénieurs Conseils，FIDIC）发布的 2017 年版系列合同条件，工程变更的定义与我国的《建设工程施工合同（示范文本）》有异曲同工之处，其工程管更的内容主要包括：合同中任何工作的工程量的改变；任何工作的质量或其他特性的改变；工程任何部位的标高、位置和（或）尺寸的变化；任何工作的删减（但删减未经双方同意由他人实施的除外）；永久工程所需的任何附加工作、生产设备、材料或服务，包括任何有关的竣工试验、钻孔、其他试验或勘测工作；实施工程的顺序或时间安排的变动[2]。
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1.2 研究范围的界定和研究问题的提出
本文首先对研究内容中所涉及的 BIM 技术应用、IPD 项目交付模式、工程变更控制的具体研究范围进行明确，进而提出本文的研究问题。
1.2.1 研究范围的界定
（1）工程变更控制的研究范围界定
与工程变更控制相关的研究话题有很多，例如工程变更原因分析，一般指着眼于变更发生之前，对可能引发工程变更的因素进行分析研究；工程变更的风险管理，大多着重于工程变更的发生风险控制和工程变更发生后所产生的风险结果管理；工程变更管理，一般侧重于工程变更的提出、审核、发布、执行过程的跟踪管理；工程变更核价管理，则重点关于工程变更发生之后对造价的影响，后续需要跟进的变更价格核定、投资造价控制等工作。本研究中的工程变更控制是指，以减少工程变更发生和降低工程变更对项目产生不利影响为目的，贯穿于项目实施全过程的工程变更控制，包括工程合同签署之前的项目前期阶段减少工程变更发生率的相关“预防性”工作；同时由于在现阶段的工程技术、施工管理条件下，变更仍是施工过程中客观存在的现象，本研究也涵盖工程合同签署之后对工程变更发生阶段进行有效的变更管理以控制其产生不利影响的相关管理工作。
（2）BIM 技术的研究范围界定
完善的 BIM 模型可以为建设项目的全生命周期内各阶段的数据进行集成和整合，以模型的形式供项目各参与方共享。但是由于 BIM 技术的引入成本等原因，目前我国建设项目在 BIM 应用方面的水平远低于美国、欧洲等发达国家，BIM 应用多集中于设计阶段的三维建模、或模拟施工、管线碰撞检测、工程量计量等某个单一阶段， BIM 软件及工具的单一化程度较高，BIM 辅助功能较多，模型集成程度不高，工作模式的协同度不够。本研究中所指的 BIM 技术应用是指 BIM 技术从项目勘察设计、招标、施工至竣工验收完成时项目实施全过程的应用，包括各专业各阶段的单项应用，也包括项目综合管理方面的多维度应用。
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第2章 文献综述
2.1 工程变更的相关研究
对工程变更的管理和控制是建设施工行业项目管理的一项重要内容，工程变更的相关研究也是工程研究领域的长久热门话题。因此，本研究以 change order，engineering order，work variation 等“工程变更”的英文表述为关键词，重点检索分析了 Web of Science 核心数据库内近 20 年来的 600 余篇相关研究文献，使用HistCite 文献分析工具进行分析。表 2-1 列示了文献数量来源最多的 30 个国家或地区，其中，美国、中国（含中国台湾地区）、英国、德国等国家或地区是工程变更的相关研究的热点集中地。
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2.2 BIM 技术在工程管理中的应用
近年来，随着 BIM 技术的不断发展，学术界对 BIM 相关领域开展了很多研究，本研究重点分析了 Web of Science 核心数据库内从 2008 年至 2019 年的 10年间收录的 900 余篇 BIM 相关研究文献，使用 HistCite 文献分析工具进行分析。BIM 的相关研究人员分布很广发，来自于世界 60 余个国家和地区，表 2-3 列示了文献数量来源最多的 30 个国家或地区，其中，BIM 相关研究、应用热点集中在英国、澳大利亚、中国、马来西亚、美国等国家或地区。
通过分析这些文献的关键字和高频词汇，可以得出近年来关于 BIM 的相关研究重点，如表 2-4，列示了这些文献中在超过 10 篇以上文献出现过的关键词汇总，BIM 的相关涵盖了工程中规划、设计、施工、场地、管理、维护、造价、安全、绩效、过程管理、集成、交付、文档、全周期管理等各个方面，在土木建筑工程、工业、能源、建筑遗产保护、环境、基础设施、可持续发展、教育、能源、智慧行业等领域均有涉及，相关的研究方法包括案例分析、综述、仿真、评价、数据分析、结构性分析、参数分析、软件应用、工业基础分类标准（IFC）研究、云计算、风险研究、虚拟模拟等。
本文重点对 BIM 与工程管理相关的主要文献进行研究。BIM 技术相关的研究文献很多，涉及了工程相关的前期规划、各专业领域的工程设计、工程施工、建筑造价、建筑材料管理、项目运维等多个方面，通过 HistCite 工具分析该领域的重点文献，同时结合部分国内的中文重点文献分析，总结出 BIM 与工程管理相关的研究可以分为 BIM 应用于造价管理、施工材料管理、项目过程管理和运用 BIM 技术建立协同管理平台等四个方面。
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第 3 章 工程变更控制的建模分析 .............................. 40
3.1 工程变更控制工作的流程和机理................................... 40
3.1.1 工程变更控制工作的流程.................................... 40
3.1.2 工程变更控制工作的机理............................. 42
第 4 章 工程变更控制模型的投入和产出要素分析 ........................... 49
4.1 0BIM 的管理要素分析 ................................... 49
4.2 0IPD 的管理要素分析 ......................................... 52
4.3 组织性管理要素的量化分析............................. 54
第 5 章 工程变更控制模型的求解方法 .......................... 67
5.1 数据包络分析法........................................... 67
5.1.1 0DEA 方法研究发展与应用 ............................ 67
5.1.2 0DEA 方法的特点和针对本研究的适用性 ...................... 69
第7章 案例分析总结与对策建议
7.1 案例分析总结
7.1.1 工程变更控制的相对效率评价结果
根据第 6 章案例项目的建模计算，运用超效率 DEA 模型，可以对五个案例项目工程变更控制情况的相对效率进行评价和排序，五个项目工程变更控制效果从高到低依次是：
（1）项目 D，管理模式为：工程总承包（纯 IPD）+BIM （2）项目 B，管理模式为：设计施工一体化（类 IPD）+BIM （3）项目 C，管理模式为：施工总承包（类 IPD）+BIM （4）项目 E，管理模式为：设计-招标-施工（类 IPD）+BIM （5）项目 A，管理模式为：施工总承包（类 IPD）+BIM
从以上五个项目工程变更控制的相对效率优劣，可以初步总结工程变更控制效果与项目管理模式的关系。对 BIM 和 IPD 实践应用程度较高的项目，工程变更控制的相对效率也较大。在五个案例中，项目 D 的管理模式为“工程总承包（纯 IPD）+BIM”，采用了“集成程度”最高的“纯 IPD”模式，并且在项目某些阶段运用了 BIM 技术（相对于其它四个案例项目，其 BIM 技术的应用程度最高）。而求解结果显示，项目 D 的工程变更控制效率最高。此结果印证了 IPD 模式和 BIM 技术有助于提升项目工程变更控制效果。
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第8章 结论
8.1 研究结论
工程变更控制是工程项目管理的重要内容之一，工程变更一旦发生就会引起工程造价、质量、进度的变化，有些工程变更甚至引发合作单位的相互索赔, 造成合约纠纷。BIM 技术和 IPD 模式是近几年建设工程领域的研究及应用热点；新的项目交付模式 IPD 模式的推广，并结合 BIM 技术的应用，为实现工程变更的有效控制与高效管理提供了新的工作基础。本文的主要研究目标是建立基于BIM 和 IPD 模式的工程项目变更控制模型。
8.1.1 主要研究工作
本文的主要研究工作包括：
（1）进行了“基于 BIM 和 IPD 模式的工程项目变更控制工作”相关研究概念的范围界定。BIM 技术在经历了单个专业 3D 建模的初级发展阶段之后，正在向着建模对象在多个专业之间共享协助发展，和使用 BIM 服务器对多个专业模型进行集成的方向发展，并呈现出 BIM 软件工具、BIM 应用的专业领域、应用深度等各层面的多样化发展的特点，在这种状态下，每个工程项目都有了在不同阶段和不同应用深度上选用 BIM 技术的选择权。IPD 理念及 IPD 试点项目的实践带来了工程管理流程的革新，虽然完全意义上的集成交付模式尚未在国内或国际上广泛推广，但许多传统的项目交付模式如 DBB（设计/招投标/建造），DB （设计/建造）等亦在实际操作环节中融入了部分集成交付和协作执行的做法或合同关系，以“类 IPD 项目”的形式实现了部分集成协作和合作交付。因此，本文的研究对象“基于 BIM 和 IPD 模式的工程项目”中涵盖了在工程不同阶段或不同深度下应用 BIM 技术的工程项目，以及仅实践部分 IPD 理念的“类 IPD 项目”或全部 IPD 理念的“纯 IPD 项目”。
（2）建立了基于 BIM 和 IPD 模式的工程项目变更控制模型，分析研究该模型的投入要素和产出要素。以“管理要素-工程变更控制”生产函数为思路建立了基于 BIM 和 IPD 模式的工程项目变更控制模型。运用重点文献分析法，本文通过分析中央和地方政府相继出台的一系列 BIM 政策和应用指南，总结我国建筑施工行业中应用 BIM 技术的思路、方式和方向，进而照此标准分类总结出本研究的 BIM 管理要素；分析了 IPD 的指南性文件，根据 IPD 理念的相关内容总结梳理了 IPD 管理要素。而 BIM 和 IPD 管理要素共同组成了工程项目在变更控制方面的投入，这些要素可以分为可直接量化的技术性要素和不可直接量化的组织性要素。本文通过分析工程变更控制工作的组织特点，运用 SNA 方法建模分析项目工程变更组织特性，进而得出量化表示的项目组织性特点，从而实现了 BIM和 IPD 管理要素的量化表示，完成了模型投入要要素的研究分析。本文在重点文献分析的基础上，总结出了对工程变更的相关指标进行数据的反向处理，用以表达项目工程变更控制工作的效果，构成了工程变更控制模型的产出要素。
参考文献（略）