文/新浪財經意見領袖專欄機構 中投研究
執筆：劉烜
摘要：建築業低下的生產率水準與其社會經濟地位不相適應。建築信息模型（Building Information Modeling，以下簡稱BIM）融合軟體與項目管理兩大專業領域，實現建築項目設計、施工到運營的全生命周期管理，更好地解決超支、逾期、節能及生產率低下等問題，已經在北京市行政副中心、美國奧克蘭國際機場、雪梨歌劇院改造等一些大型建築工程項目推廣應用。
BIM全球市場規模近年保持約19%增速，領先企業主要來自美國以及西歐。美國自下而上、市場驅動引領BIM行業發展，英國政府頂層設計卓有成效，德國中小軟體企業深耕細作，中國BIM軟體發展態勢良好但關鍵技術自主水準有待進一步提高。
我們認為：（一）BIM將在成就建築業變革的過程中成就自身，建築業的巨大體量決定了BIM市場深度，專業多樣性決定了市場廣度，本地化特徵決定了市場壟斷難度，三者疊加共振，賦予了BIM行業廣闊的發展前景和豐富的創投機會；（二）BIM將在所有影響建築業數字化轉型的新技術中發揮核心作用；（三）5G時代將成為BIM加速推廣的關鍵期；（四）BIM的應用將從設計環節不斷向施工、運營在內的等建築項目全生命周期滲透；（五）BIM軟體向雲計算轉型大勢已成；（六） “小而美”的BIM軟體企業數量較多，德、法、英等歐洲國家可作為投資並購重點區域；（七）中國BIM關鍵技術的安全可控，應通過跨境並購、行業整合、開源協作等多種方式抓緊解決。
目 錄
一、 建築業急需數字化變革
二、 BIM成為建築業最重要的新技術
三、 BIM行業市場格局與領先企業
四、 全球主要市場BIM發展水準與行業政策
五、 BIM行業發展趨勢與投資機會分析
一、建築業急需數字化變革
建築業主要包括房屋建築、土木工程、基礎設施等（見圖1），在經濟中的地位舉足輕重。建築業的增加值在發達國家佔GDP約5%、在發展中國家佔GDP約8%，全球年收入將從約10兆美元增長至2025年15兆美元。歐美發達國家的存量市場之外，發展中國家的城鎮化進程仍在持續，繼中國數十年的穩步增長（見圖2），印度、越南等國城鎮化將為建築業增長注入新的動能。另一方面，建築業對就業貢獻顯著，全球提供超過1億個崗位，其中在中國提供五千多萬個[1]。
長期以來，建築業的生產率增長緩慢，明顯低於整體經濟，更遠低於同為第二產業的製造業（見圖3）。不同地區建築標準規範的差異性導致了建築業本地化，建築項目的定製化要求導致建築業碎片化，承包商和客戶的風險厭惡傾向以及勞動密集型特點使得建築業對技術創新相對遲鈍。
為了更好地解決超支、逾期、節能及生產率低下等問題，建築業比較明顯的發展方向包括裝配式建築、機器人、新型建築材料、數字化等。數字化有助於改善進度和預算管理，2016年至2025年間全面數字化可為全球非住宅建築業減少23%~38%成本。[2]與同樣具有本地化和碎片化特徵的其它傳統行業類似，建築業的數字化步伐相對緩慢（見圖4），但隨著政策頒布、標準制定和行業共識深化，建築業的數字化轉型有望提速。
二、BIM成為建築業最重要的新技術
BIM（建築信息模型）的定義是“利用樓房、路橋、工廠等建築資產可共享的數字化表達，促進設計、建造和運營流程，為決策提供可靠基礎” [3]。我們認為，本質上，BIM融合了計算機輔助設計（CAD）和現代項目管理兩大專業領域知識，推動建築業信息化，具體而言：
一是通過CAD軟體技術推廣電子圖紙、三維模型、仿真及其它數字化表達方式在建築業的應用，提高各參與方及不同崗位的數據共享和協作。從歷史沿革看，CAD從平面製圖逐步進化到三維建模，滿足了建築業最基本的設計自動化需求，形成了建築實體的數字化表達，是BIM的先導和必要條件，因此不少主流CAD軟體廠商的BIM產品同樣大獲成功。
二是通過現代項目管理方法對建築項目進行立項、設計（測繪、製圖、建模、仿真、分析）、招投標、建造（生產、施工、監理、物流配送）、驗收交付、運營（維護、翻新、退出）的全生命周期管理，特別是成本管理和進度管理，因此把成本、進度和三維設計並稱為BIM五維模型，有時還把管理運營、能源可持續性作為第六、七個維度——這些更多的維度著眼於管理、協作和責任。多維度的BIM模型統稱為集成BIM（integrated BIM，簡稱iBIM）。
所有新技術中，BIM被認為是對建築業最可能也是影響最大的（見圖6）。BIM在各種建築新技術中處於中心地位，比如通過參數化三維模型結合機器人和3D列印技術為路橋工程提供支持，或者以更便捷有效的信息互動使得先進項目管理和早期規劃成為可能。BIM貫穿建築項目的全生命周期：設計階段，集成雷射掃描數據，存儲分析數據，為仿真和快速原型提供模型輸入，為績效分析提供數據；施工階段，與項目管理、場地監測工具交換數據，為預製件、增量式製造和自動化設備提供模型輸入；運營階段，作為虛擬交付、預測性維修的平台，為設施和資產管理系統提供數據存儲，並為翻修和退出提供建築信息支撐。相比之下，其他新技術的影響範圍、深度或者可行性存在一些限制或挑戰，例如預製件對裝配式建築至關重要，但受質量、個性化、運輸等問題影響商業化推廣和效益；無人機和3D雷射掃描可以實現工程測繪自動化並且已投入應用，但主要局限在特定場景，從全產業鏈看異塵餘生效應有限。
三、BIM行業市場格局與領先企業
全球建築軟體市場規模預計從2015年48億歐元增長至2021年99億歐元，年複合增長率11%，其中歐美合計佔全球市場規模約四分之三，而亞太地區增速略遜（見圖7）。具體到BIM市場，其全球規模將從2014年27億美元增長至2022年115億美元，年複合增長率19.1%（見圖8）。
BIM從行業劃分上主要屬於建築類應用軟體業，按對應的專業需求可細分為製圖、建模、結構、機電、暖通、算量、造價、能耗、環境、可視化、測繪、運維等諸多類型（典型產品見表1）。其中，最核心的是CAD製圖和建模軟體，最能反映管理協作特點的軟體為BIM集成與項目管理類軟體。Autodesk等國際領先的BIM公司產品線齊全，不但包括各種專業應用，往往還提供BIM集成套裝作為完整的解決方案；另一方面，需求多樣性也為後來者提供了一席之地，國內BIM公司通過深耕一些細分專業並輔以本地化優勢，在國內市場佔據了一定份額。此外，BIM谘詢和培訓也有一定發展。
BIM領先企業主要來自美國以及西歐，如美國Autodesk、Bentley Systems、Trimble，德國Nemetschek集團，法國達索系統公司等（同類公司主要指標對比見表2））。近年來，BIM頭部企業不斷鞏固已有優勢，通過並購中小企業持續擴張，並購標的分布在從細分領域的製圖建模到項目管理、系統集成、數據交換與協作、雲服務等，為智慧城市、物聯網、大型基建等日益豐富的建築場景整兵備戰。
美國Autodesk公司基於其全球CAD軟體龍頭優勢建立了以BIM建築軟體產品體系。核心產品AutoCAD和AutoCAD LT（以下合稱ACAD）在2019財年佔該公司淨收入的28%（如果計入包含有這兩項產品的套件這個比例會更高），Autodesk的銷售戰略是將其它產品和服務推向核心產品客戶。Autodesk一方面不吝於研發投入以維持技術優勢，另一方面通過收購Assemble Systems、PlanGrid、BuildingConnected等公司擴充實力，其建築業軟體產品線是公司最大的淨收入來源，佔全部淨收入40%左右（見圖9）。近年，Autodesk公司加速雲計算轉型，商業模式從傳統的銷售許可轉換到訂閱服務，2019財年來自訂閱計劃的經常性收入同比增長87%，雲轉型的成功將進一步鞏固該公司的建築和製造行業軟體領袖地位。
美國Trimble公司（天寶公司）以GPS、雷射及慣性導航定位技術為根基，為多個行業提供解決方案，在建築建模、管理和測繪定位等方面具備一定優勢。繼2016年從谷歌收購三維建模軟體公司Sketchup後，不斷加碼建築業務，2018年分別以12.11億美元、4.86億美元收購了建築管理軟體公司Viewpoint和e-Builder，目前建築與基建成為該公司第一大收入來源（見圖10），北美和歐洲合計佔公司超過80%的收入。
美國Bentley Systems公司以基礎設施建造和管理軟體為核心業務，年收入超過7億美元，2013至2018年複合增長率為7.2%。最近一年，該公司先後收購了數字孿生城市雲服務公司Agency 9、機器學習與物聯網公司AIworx、交通標誌CAD公司SignCAD、工業互動方案供應商斯洛伐克ACE公司等。
德國Nemetschek集團是歐洲最大的建築軟體公司，通過多次並購（見圖11）囊括了16家子公司（見圖12），形成了以BIM為導向的較完整建築軟體產品體系，這些子公司均為年收入5百萬至1億歐元的中小企業，也是Nemetschek集團引以為豪並按照“隱形冠軍”發展的策略。總部位於慕尼黑的Nemetschek集團全球用戶超過500萬，2018年營收增長至4.6億歐元，主要來源為歐洲（佔60%）。美洲成為最大的營收增長引擎，從2013年佔比11%增長至2018年佔比32%。該集團下一步將更多向基建領域滲透。
法國達索系統公司（Dassault Systèmes）是從達索航空公司剝離出來的工業軟體公司，為航空、軍事、製造、建築乃至生命科學等行業提供軟體和服務。該公司的三維建模軟體CATIA在航空和高端製造行業應用廣泛，在建築業也有應用。2018年軟體收入30.8億歐元，其中歐洲約佔44%，亞洲和美洲各佔28%。
四、全球主要市場BIM發展水準與行業政策
按照BIM應用情況、政府監管以及專家意見，對BIM行業最有影響力的國家和地區中，挪威、芬蘭、瑞典、丹麥等北歐四國的BIM成熟度全球領先，北美、英國、澳大利亞、紐西蘭和新加坡成熟度較高，中國、日本、印度及其它歐洲大陸國家有待進一步提高（見圖13）。考慮到市場體量和政策代表性，以下主要解讀中國、美國、英國、日本的行業政策和標準體系情況。
中國是體量最大的建築市場，在《2011-2015年建築業信息化發展綱要》中首次把BIM納入政策文件，並在《關於推進建築信息模型應用的指導意見》中提出了2020年發展目標，在《2016-2020年建築業信息化發展綱要》提出了更豐富的發展方向，建立了《建築信息模型應用統一標準》等多項國家標準，粵、浙、滬、京等多地也頒布了政策。目前，國內BIM軟體的研發和應用活躍，但一方面研發大多為二次開發、受製於人，軟體產品缺乏國際競爭力，另一方面建築企業應用水準參差不齊，僅十分之一的企業開始大規模推廣BIM，大量中小企業缺乏具備BIM應用能力的人員。從改革開放之初深圳國際貿易大廈項目三天一層樓的“深圳速度”伊始，中國對建築項目管理的認識不斷提升，特別是1987年雲南魯布革水電站工程，日本大成公司以現代項目管理實現低成本、高質量並提前完工，引發行業反思。國內一些大型建築企業項目管理水準今非昔比，但從整個行業看，無論是項目層面的工作分解、變更管理、績效評估還是施工現場的物料與成本控制，項目管理水準參差不齊，對BIM的應用推廣既是挑戰也是機遇。隨著人口紅利的消退，勞務成本和用工荒問題浮出水面，倒逼施工企業進一步提高成本和風險控制水準。同時，對於正在推行的工程總承包（EPC）模式，設計、採購和施工的風險都轉嫁到了總承包方，工程總承包企業進一步提高項目全生命周期管理能力勢在必行。
美國建築業以自下而上、市場驅動的方式推動BIM行業發展。實踐中，由Autodesk、Bentley等世界一流BIM軟體公司以及建築師協會、總承包商協會等行業協會主導推動，形成了內容豐富的多種標準規範。2002年Autodesk拋出BIM現代化解決方案，通過數據庫促進建築信息共享和協作。次年，美國總務局（GSA）推出國家3D-4D-BIM計劃並發布指導手冊，要求2007年大型項目必須應用BIM。同時負責軍用和民用建築項目的美國陸軍工程兵團（USACE）在2012年第二版BIM路線圖中，將民用BIM路線獨立出來並較軍用推遲4年（見圖14），還指出並非所有項目都必須應用BIM。儘管美國國家BIM標準已更新至第三版（NBIMS-US v3），但聯邦層面的政策引導或強製性約束總體上比較少；地方政府層面，威斯康辛州等推出的BIM指導意見或強製要求也在一定程度上促進了行業發展。
與美國不同，英國注重頂層設計和標準統一，政府通過與行業組織和產學研界密切合作，加速了BIM的應用推廣就，並且希望借此增強英國建築業的競爭力進而對外輸出。英國提出的BIM成熟度體系包括4個成熟度等級（見圖15）[4] ：等級0，紙質或電子2D製圖作為數據交換的最低水準（unmanaged CAD）；等級1，有限協作的2D或3D格式CAD；等級2，更高水準的協作和數據交換，可綜合進度、成本等數據以實現4D乃至5D BIM；等級3代表符合IFC/IFD統一數據交換標準的集成BIM（iBIM），具備全壽命周期管理能力。根據《政府建築業戰略2011》（GCS 2011），2016年起英國政府投資的建築項目強製應用3D BIM，但實際效果不及預期，2020年可能無法如期實現BIM等級2。目前，英國BIM聯盟繼續推廣BIM應用，而英國政府與劍橋大學聯合組建的CDBB組織致力於推動BIM等級3，英國政府則在文件GCS 2016-20中強調政府作為業主應提升客戶能力並逐漸向BIM等級3過渡。
日本把2009年視為其“BIM元年”，國土交通省於2014年發布相關指引[5]。日本的建築業發達，項目管理理念先進，但對BIM的認識和應用還存在諸多問題。根據日本建築業聯合會2016年對會員企業的調查（見圖16），僅18%的日本建築企業應用BIM較為全面，而且27%的企業完全沒有應用BIM。儘管日本也有本土BIM軟體廠商，Revit、ArchiCAD、Tekla等歐美公司軟體仍佔據市場主導地位。
五、BIM行業發展趨勢與投資機會分析
（一）BIM將在成就建築業變革的過程中成就自身。建築業的巨大體量決定了BIM市場深度，專業多樣性決定了市場廣度，本地化特徵決定了市場壟斷難度，三者疊加共振，賦予了BIM行業廣闊的發展前景和豐富的創投機會。
（二）BIM將在所有影響建築業數字化轉型的新技術中發揮核心作用。BIM是軟體和項目管理兩大專業領域的高度融合，貫穿建築項目產業鏈，是建築業未來發展的數字化核心，政府和市場達成高度共識。
（三）5G時代將成為BIM加速推廣的關鍵期。從5G普及時間、建築市場規模和BIM軟體發展水準這三個方面綜合研判：2023年北美地區和中國基本普及5G後，美國的BIM軟體建模核心技術仍將確保其在建築項目設計階段的壟斷地位，但更注重應用和本地化特徵顯著的施工建造階段可能進一步分化，中國BIM或受益於AI和無人機等技術優勢，通過5G網絡切片實現工地數字化，在勘察、施工和管理協作等方面有所突破；歐洲在BIM和綠色建築等推廣應用方面繼續輸出理念，但晚於中美普及5G可能會在某些方面影響其BIM創新集成。
（四）BIM的應用將從設計環節不斷向全生命周期滲透。向前滲透到勘察、規劃，向後滲透到施工、運營，其價值隨著這種滲透的增長將不再是簡單的加法，而是更多體現出乘數效應。廣聯達從算量和造價業務起步，2018年整合施工業務，力圖在施工建造和採購擴大國內市場份額。
（五）BIM軟體向雲計算轉型大勢已成。轉型雲計算是軟體行業的一個大趨勢，可以降低銷售費用、改善現金流、提高用戶滲透率。Autodesk公司提供包括BIM360、FORMIT、INSIGHT等產品在內的A360雲解決方案，主要依賴亞馬遜的AWS雲服務。德國RIB軟體公司與微軟達成戰略合作，為建築和房地產行業提供基於BIM的MTWO雲解決方案。
（六）“小而美”的BIM軟體企業數量較多。建築業的專業眾多且本地性較強，相應地國外特別是歐洲有不少“小而美”的BIM軟體企業，德國Nemetschek集團收購囊括了16家中小BIM軟體企業，Autodesk、Trimble等公司也忙於在BIM領域投資並購。廣聯達2014年以2475萬美元收購芬蘭Progman公司，獲得了機電BIM軟體MagiCAD，但總體上國內BIM公司的跨境並購還相對較少。德、法、英及其它歐洲國家類似中小企業可作為投資並購標的，這些企業可能具有某些“隱形冠軍”的特徵或者至少具備潛力，專精於特定細分領域，年收入大多幾百萬到數億美元不等，具有一定技術優勢和較好發展前景。
（七）BIM投資風險包括但不限於：宏觀經濟下行和建築行業周期造成的負面影響；BIM軟體轉型雲計算不及預期；BIM技術發展或推廣應用進展不及預期；貿易保護主義損害軟體銷售渠道甚至影響提供許可或服務；並購整合不順造成客戶或人才流失，等等。
（八）BIM設計建模等關鍵技術追趕難度大。我國《2016-2020年建築業信息化發展綱要》強調了BIM技術的重要性，提出要“增強核心競爭力，實現跨越式發展”。目前國內BIM發展應用的主要挑戰來自於兩方面：技術供給側的原因在於國產軟體的核心技術自主水準有待進一步提高，市場需求側的原因在於建築業的現代項目管理水準參差不齊。歐美BIM技術發展最初從汽車、航空等先進製造業起步並拓展到建築業，逐步實現從2D、3D CAD的核心技術積累，再到多維BIM的技術積累和商業擴張。儘管最近二十年中國軟體業整體發展態勢良好，但受製於國內製造業水準，BIM軟體領域仍需進一步提升自主能力，國內的斯維爾、魯班、浩辰給排水、鴻業暖通、天正電氣、廣廈結構等BIM產品多以二次開發為主。由於很多相關技術往往是建築業和製造業共用的關鍵技術，實現自主可控勢在必行，投資者可以從三個方面予以關注：
l 政策上，國內軟體業2019-2020年免征企業所得稅、隨後三年減半徵收，客觀上為BIM軟體企業創造了良好的稅收環境，同時可借助科創板等資本市場改革紅利，加速孵化核心技術企業；
l 策略上，當前貿易衝突背景下，跨境並購難以引進建模、渲染、有限元等核心技術，更多要依靠自主創新，可以為產學研結合開拓方向，為風險投資提供更多標的；
l 技術上，積極參與全球開源代碼與知識共享有助於實現全球化發展。建模、渲染等領域，OpenCAD、Blender等眾多開源軟體儘管較頂級商用軟體有差距，但有利於人才培養和生態孕育[6]，避免封閉式技術路線被市場拋棄。
[1] 世界經濟論壇（WEF），Shaping the Future of Construction，2016年5月
[2] Boston Consulting Group，How Technology Is Revolutionizing Construction，2016年6月，見https：//www.bcg.com/publications/2016/how-technology-is-revolutionizing-construction.aspx
[3] 國際標準化組織，“Organization and digitization of information about buildings and civil engineering works， including building information modelling （BIM） -- Information management using building information modelling -- Part 1： Concepts and principles”（ISO 19650-1：2018），2018年12月，見https：//www.iso.org/obp/ui/#iso：std：iso：19650：-1：ed-1：v1：en
[4] Centre for Digital Built Britain，2011 BIM Working Party Strategy Report，https：//www.cdbb.cam.ac.uk/Resources/ResoucePublications/BISBIMstrategyReport.pdf/view
[5] https：//bim-japan.com/japan.html
[6] 參見中投研究院2019年3月的研報《開源軟體崛起：ABC浪潮下的軟體行業大變局》
(本文作者介紹：中投研究院立足於為中投公司戰略和內部投資決策提供獨立、客觀和前瞻的研究支持。)
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