AI行业：AI+建筑，BIM／CIM引领建筑信息化，AI赋能打开想象空间
报告出品方：招商证券
以下为报告原文节选
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一、BIM/CIM 引领建筑行业信息化建设
信息化一般是指单个部门或环节，将生产要素汇总在数据库中，用以学习、工作、生活、辅助决策等，主要特点和目的是效率的提升。数字化更多是指打通企业或项目间各部门环节之间的墙，在信息化的基础上构建信息管理系统，打破数据孤岛问题，实现统筹管理和全局决策最优化。智能化则是在大数据、物联网、人工智能等技术的加持下，使某一生产工具能够脱离人为操作，具备类似于人的感知/记忆/学习/判断/决策能力，从而实现生产效率或决策效率的提升。
随着国内人口红利逐渐消弭，我国建筑业利润增速放缓、利润率较低。过去建筑业企业业绩多来自于国家宏观政策和固定资产投资，为劳动密集型和生产资源密集型行业，随着我国城镇化率的持续上行（从 2000 年 36.2%到 2022 年 65.2%），建筑行业增长速度逐渐放缓，且盈利能力逐渐变弱。2021 年，我国建筑业总产值 29.31 万亿元，同比增长 11.0%，建筑业企业利润总额 8471 亿元，同比增长0.3%，产值利润率仅 2.9%，利润总额增速自 2014 年开始由两位数增长转向个位数增长，并在 2021 年基本呈现持平态势。
信息化是助推建筑业降本增效、转型升级的必由之路。《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》中指出，推进建筑业智能化、数字化、工业化转型升级，是解决建造方式粗放、劳动生产率低、建筑工人短缺等问题，促进中国建造从价值链中低端向中高端迈进的重要手段。
我国建筑行业信息化水平相比国际仍有差距，增长空间充足。据麦肯锡统计，全球各行业中，建筑业信息化程度仅优于农业和屠宰业。若将信息化投入占总产值的比重定义为信息化率，据中国建筑业协会统计，2018 年我国该比例仅为 0.1%（其中建筑施工企业的信息化投入占总产值比例仅 0.08%），而欧美发达国家达到1%。我们以2022年建筑业总产值31.20万亿元测算，信息化率每提升0.1pct，可为我国建筑信息化市场空间贡献约 300 亿元的增量。我国建筑业的大体量将为建筑信息化市场带来可观的增长空间。
中国建筑信息化的市场规模在逐年提升。据新点软件招股说明书披露，2020 年我国建筑信息化行业市场规模约为 303 亿元，到 2025 年市场规模有望达到 1076亿元，测算 2017-2025 年间 CAGR 达到 24%，并且预计未来三年我国建筑信息化市场或将保持 20%以上的增速。
1、建筑信息化时代，BIM/CIM 迎机遇
我国建筑信息化经历三次革命，现已步入以 BIM 为主导的时代。第一次革命：随着个人 PC 的普及，在 1960 年代后期，建筑业经历了从手绘到 CAD 制图的“甩图板”革命。第二次革命：随着云计算、大数据、物联网等技术的日趋成熟，建筑业在 1996-2006 年实现了工程造价信息化，建筑业进入“甩计算器”时代；在 2005 年实现新项目管理信息化，完成“甩报表”。第三次革命：自 2008 年起，BIM 技术兴起。目前，在建筑行业设计领域，主流的软件以 CAD（含 2D、3D）为主，BIM 软件渗透率逐渐提升。
BIM 主要用于单体建筑的设计。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是在 CAD 等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，通过数字化表达建设工程及设施的物理和功能特性，帮助实现设计、施工和运营。BIM 的核心是建立虚拟的建筑三维模型，用数字化技术为模型提供完整真实的信息库。信息库涵盖建筑物构件的几何信息、专业属性和状态信息，也涵盖非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。BIM 具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。
BIM 是 CIM 的重要组成单元。各国对 CIM 定义不同，CIM 在国内是指城市信息模型（ City Information Modeling ），而在日本则是指建造信息化模型（Construction Information Modeling），后者将 CIM 视为 BIM 相对的概念——BIM 是楼宇之类的建筑的信息模型，CIM 对应非楼宇类土木工程，因此，二者是并列关系。而国内将BIM视为CIM不可或缺的组成单元——将BIM看作单细胞，大量组合形成的生命体即为 CIM。因此，日方的 BIM 与其 CIM 合并起来则构成了国内所称的 BIM。在国内，一般认知中，CIM=BIM+GIS+IoT。本文采用我国对 CIM 的定义和理解。
CIM 主要用于城市/产业园区的规划。CIM 是以 BIM、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。CIM 面向各级颗粒度的实体对象、容纳全维度语义信息、具备全城市尺度的描述能力、支持高仿真可视化的表达、支持动态协同管理和实时预警预测、与各种专项业务类型和业务流程高度融合。通过对城市虚拟建模，CIM 可实现对城市的可视化管理和优化。
（1）我国 BIM 渗透率有限，百亿级应用市场有待成长
目前我国 BIM 应用普及率较低，公建项目占比较高。据新点软件招股说明书，当前我国 46%的工程项目 BIM 普及率为低水平，而北美和欧洲 BIM 普及率为低水平的工程项目仅有 22%和 31%。若我们取各普及率区间的中值测算得，我国BIM 应用的普及率大约在 22%，北美预计为 41%，欧洲预计为 28%。而根据中国建筑业协会和广联达及 42 家地方协会联合会、行业社会组织，6 家建筑业企业联合参与的《中国建筑业 BIM 应用分析报告（2021）》中样本企业数据，应用 BIM 技术的项目类型中，公用建筑类占比最高，达到 85.15%，其次是居住建筑类（68.37%）、基础设施建设类（56.22%）、工业建筑类（43.20%）。
基于政策要求，到 2020 年，公用建筑和市政工程中 BIM 渗透率应达 90%。对于市政工程和公用建筑中的 BIM 应用渗透率，住建部在 2015 年的时候发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，其中明确提出：“到 2020 年末，以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用 BIM 的项目比率达到 90%：以国有资金投资为主的大中型建筑；申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区”。2017 年江苏省住建厅发布了《省政府关于促进建筑业改革发展的意见》的文件，其中也明确了：“至 2020 年，全省建筑、市政甲级设计单位以及一级以上施工企业掌握并实施 BIM 技术一体化集成应用，以国有资金投资为主的新立项公共建筑、市政工程集成应用 BIM 的比例达 90%。”
2021 年全国 19 省市出台了对 BIM 应用的计费标准，我们选取相对清晰简单的广西省出台的计费标准来测算全国 BIM 潜在市场规模。
基本假设：我们假设为全阶段应用，则应用阶段调整系数 A 取值为 1；假设所有工程平均复杂程度调整系数 B 为 1；暂时先不考虑造价咨询，因此造价咨询调整系数 C 取值为 1。
1）建筑工程：
a.计价依据为建筑面积×25 元/平方米。我们选取指标“中国:房屋新开工面积”为当年计价基数，其中“中国:房屋新开工面积:住宅”为居住建筑的计价基数，而“中国:房屋新开工面积-中国:房屋新开工面积:住宅”作为公用建筑的计价基数。
b.随着 BIM 应用普及率的提高，我们假设 2023-2025 年住宅建筑中 BIM 渗透率每年增长 5%。
c.截至 2023Q1，我国建筑业新开工面积累计同比下降 5.3%；截至 2023H1，我国房屋新开工面积累计同比下降 24.3%；我们假设 2023 年房屋新开工面积同比下滑 10%，2024-2025 年复合增速为-2%。在 2011-2021 年间，我国公用建筑新开工面积复合增长 1.5%，我们假设 2023-2025 年仍以该增速增长。
2）城市道路工程：
a.计价依据为城市道路建安造价×0.2%。我们采用我国城市道路面积×单位造价的方式来估算我国城市道路工程总产值。城市道路又称市政道路，一般市政道路单平方米造价在 400 元左右。
b.2011-2021 年间，我国市政道路面积 CAGR 为 6%，我们假设 2022-2025年仍以该增速增长。
3）城市轨道工程：
a.计价依据为城市轨道建安造价×0.25%。我们选取指标“中国:全国:城市市政公用设施建设固定资产投资:轨道交通”为当年计价基数。
b.2011-2021 年间，我国市政轨交投资额 CAGR 为 13%，我们假设2022-2025 年仍以该增速增长。
4）综合管廊工程：
a.计价依据为综合管廊建安造价×0.25%。我们选取指标“中国:全国:城市市政公用设施建设固定资产投资:地下综合管廊”为当年计价基数。
b.2017-2021 年间，我国地下综合管廊投资额 CAGR 为-5%，我们假设2022-2025 年仍以该增速增长。
5）园林景观工程：a.计价依据为园林景观建安造价×0.6%。我们选取指标“中国:全国:城市市政公用设施建设固定资产投资:园林绿化”为当年计价基数。
b.2011-2021 年间，我国市政园林绿化投资额 CAGR 为 1%，我们假设2022-2025 年仍以该增速增长。
（2）CIM 市场成长性佳，近年来项目量额双增
CIM 市场中主要有三类玩家：CIM 标准及政策研究单位、CIM 平台及应用开发单位、CIM 相关专业技术服务单位。CIM 标准制定主要由住建部牵头、联合各地区城规院、建筑设计单位、高校等单位组织联合完成，为 CIM 市场的规范化和可持续发展保驾护航。CIM 平台及应用开发单位主要是具备软件技术集成应用和开发能力的企业，比如奥格科技（其产品为 AgCIM）、飞渡科技（飞渡 CIM 基础平台）、中设数字（形成了 BIM+设计、BIM+建设交付、CIM+城市空间三大领域解决方案）等。此外，CIM 相关专业技术服务单位也是 CIM 市场的重要组成部分，为客户提供数据处理、模型搭建、CIM 咨询等各项专业服务。
CIM 市场仍处成长期，集中度有待提高。据 IDC 测算，2022 年我国数字孪生CIM 平台市场规模为 10.3 亿元。在平台技术提供商中，CR4 为吉奥时空、超图软件、奥格科技、亚信科技，且 CR4=54.2%。我们认为，CIM 市场将在中长期维持成长性，一方面，随着下游客户对数字平台+专业服务的认可度提高，建筑设计和城市规划方面对 BIM/CIM 的需求增加；另一方面，BIM 数据的结构化、规范化和数据量的增加有助于促进 CIM 平台的搭建逐渐成熟化、产业化。
CIM 及其平台的建设持续发展，项目数量和投资金额逐年攀升。根据城市信息模型 CIM 网的分类，将 CIM 项目分为三类：
➢ A 类：CIM 直接相关项目，即标题中含有“CIM”或“城市信息模型”字样的招投标项目；
➢ B 类：CIM 间接相关项目，即标题中不含“CIM”或“城市信息模型”字样，但内容中包括 CIM 相关建设内容的招投标项目（比如智慧城市、城市数字空间平台、数字孪生平台、城市大脑建设等）；
➢ C 类：名称和内容中均不含“CIM”或“城市信息模型”字样，但与城市信息模型 CIM 及 CIM 平台建设有一定关联（比如 BIM 管理平台、时空大数据平台、可视化城市空间数字平台、三维城市数据库、三维底图建设等）。
C 类项目多且难统计，我们从 A 类和 B 类项目来看，从 CIM 招投标项目数量上看，自 2019 年出现 CIM 相关的招投标信息起，招投标项目数逐年递增。2022年前 7 月共有 103 条 CIM 相关招投标信息，达到 2021 年全年招投标项目数的65%。从招投标金额来看，2022 年前 7 月 A 类项目和 B 类项目的招投标金额均已接近2021 年全年水平，可预计未来CIM相关项目招投标金额将有较明显增长。
2、BIM/CIM 技术助力建筑行业降本提效
BIM 的优势主要体现在工程成本、工程进度、工程品质和工程安全四个方面。
1）在工程成本方面，通过 BIM 软件模拟施工流程，以发现并改正错误，从而减少失败成本及重置施工，降低工程成本。据品茗股份工程案例数据，BIM 的应用可为项目平均节约 4.5 元/平米，且越复杂的项目节约成本越显著。通过 BIM 参与工程项目，其中主要的降本环节包括但不限于：
➢ 施工图设计阶段：同步建模发现问题，减少设计变更；
➢ 施工策划阶段：三维场地布设，减少材料二次周转；
➢ 施工阶段：砌体排砖、排线布管、预留孔洞、支吊架布设等走在施工进度前，减少二次开凿、返工误工。
2）在工程进度方面，据品茗股份工程案例数据，BIM 的应用可为项目平均节约工期 2.7 天/平米。效率的提升主要体现在以下方面和环节中：
➢ 沟通管理：BIM 提高了建筑工程的信息集成化程度，降低上下游部门沟通成本降低提高协作效率。BIM 在纵向上囊括从设计、施工、运行直至建筑寿命周期终结的信息，BIM 在横向上包括建筑工程各利益相关方，是信息交换和共享的平台，以便各个单位在各个阶段准确及时得到工程的相关信息，从而可避免各单位交叉交流可能出现的问题。
➢ 设计环节：BIM 减少从 2D 到 3D 的想象，增加设计的可视度，并可自主调整并模拟得出最优方案，降低反复调整施工图带来成本增加和效率损失，提升设计效率。
➢ 数据管理：BIM 方便建筑相关数据的便捷查找。相较于传统图纸，BIM 给建筑的大量信息赋予信息化智能化管理方式，方便数据及时、便捷地索取和查找。
3）在工程品质方面，BIM 帮助设计者校核设计的合理性，降低返工率。设计者可利用 BIM 囊括的构件的物理特征信息和工程技术要求等，结合设计理论和历史经验，用计算机模拟建造情况并将建筑可视化，校核设计的合理性，降低错误率。
4）在工程安全方面，通过 BIM 软件模拟设计的结构安全性，在正式施工前解决安全隐患。
除了上述四点之外，BIM 有助于建筑节能和低碳。BIM 协同建筑内电力、空调、照明、防灾防盗等设施，实现楼宇自动化、安保自动化、消防自动化，以节省能源、减少碳排放。另外，在建筑设计时，可对建筑材料和设计进行能耗分析，结合建材的性能和建筑设计要求选择最优方案。
对企业来说，BIM 使设计公司规模扩大成为可能。当今最大设计公司人员数量也难超万人，由于 CAD 绘图效率有限，人均产值有明显天花板，且设计行业知识密集，设计师的人力成本较高。BIM 可通过提高设计效率，降低设计的单位成本，提升人均产值，推动设计公司扩大业务规模形成规模经济，提高市场占有率。
CIM 能覆盖城市的多时间维度，实现管理效率的提升和潜在风险的下降。对过去，CIM 能记录保存城市从规划初期到规划建设完成后又开启新一轮规划建设的不断更新迭代的大量数据，作为历史经验，以备之后征询。对现在，CIM 可以整合和共享城市信息与数据，打破数据岛，实现对城市信息的集中化管理，提高城市管理的效率；通过数字孪生城市对城市进行虚拟建模，实现城市的可视化，帮助规划者决策和管理；提供安全预警、紧急问题处理等机制；通过虚拟建模功能和能源消耗监测，可实现城市规划中能源消耗和碳排放的最优化。对未来，CIM 能低成本模拟仿真规划方案，确保城市规划方案的可行性、合理性，或便于优化方案。
3、BIM/CIM 推进动力主要来自于前端政策&后端客户
BIM/CIM 在前端设计规划环节推行存在阻力。对于建筑设计院来说，BIM 的普及度远不及 CAD，人才的短缺、使用门槛的提高致使传统设计院普及 BIM 应用的意愿有限。对于城市规划院来说，CIM 平台的建设缺乏成熟的软件、明确的标准、擅长的人才，还需要购置高性能计算机等资产；此外，在我国高校培养体系中，城市规划相关生源更多考查美术/设计能力，而 CIM 平台建设需要面对海量多源异构数据的处理和各类端口的兼容性，对使用者的软件建模/IT 能力的要求更高；因此传统城规院对构建 CIM 平台的动力不足。
1）BIM 推广的难点：
1. 设计制作和成果应用成本错置。
BIM 虽然可以大幅度减少后期设计成果应用的技术门槛，却加大了设计师的设计和制作设计成果的工作量，设计深度显著加深。对于设计公司来说，推行 BIM 的阻力较大：（1）购入昂贵的 BIM 软件对于公司而言是一笔高额的成本投入，庞大的数据运算及储存需求也要求硬件不断提升；（2）设计工程公司需雇佣高阶人力来操作复杂的系统，不仅增加了雇人难度，公司的员工费用支出也大大增加。（3）更多是促进后期设计成果应用的效率显著提升。
2. 缺乏标准规范。
BIM 建设和应用与城市建筑管理的众多环节密切相关，但中国的《建筑工程信息模型应用统一标准》在 2022 年才开始正式实施，而除此以外的 BIM 技术标准至今并未完善。这意味着众多管理层面的细则并不精确，在监督和管理层面无法实现统一。因此，BIM 标准建设的步伐仍有待进一步推进。
3. 技术不够成熟。
我国建筑信息化起步相对较晚，技术需要进一步完善。BIM 技术对数据的收集和处理要求严格，建筑设计、施工和运营的各个阶段中均需要积累和管理大量的数据。如果数据收集时间过长或者处理速度过慢，数据的交流和使用都将会受到一定的影响，从而使得项目的效率和质量大打折扣，这将会给各参建方的数据沟通带来诸多的难度和不便。
2）CIM 推广的难点：
1. 多源异构数据难融合。
CIM 平台汇聚的数据十分广泛，由于各业务系统建设和实施数据管理系统的阶段性、技术性以及其它经济和人为因素等因素影响，企业在发展过程中积累了大量采用不同存储方式的业务数据，从简单的文件数据库到复杂的网络数据库，它们构成了企业的异构数据源。但由于这些数据种类十分庞杂，且大多数是非标准化，各类接口的标准也不一致，导致数据深度的融合和处理难以实现。
2. CIM 平台搭建技术不够成熟。
在技术研发方面，我国在应用 BIM 等技术来搭建 CIM 平台，目前存在一定的不适应性。在建设工程领域，我国 BIM 技术尚处于初步发展阶段，BIM 软件的普及需要长时间的投入，过程较长，且 CIM 平台搭建成本和技术要求很高，给 CIM 的推广带来了一定的压力。
3. 标准规范缺乏。
CIM 的建设和应用需要依靠各领域的标准规范。CIM 基础平台应用需要以制度化和标准化管理为保障，构筑信息化管理的牢固基石。但目前各领域标准较多，有 CIM 相关行业标准或规范、国家标准或规范、住建部、自然资源部、交通运输部等部门发布的相关标准等等，导致大多数人不清楚应采用哪个标准，数据源无法实现统一，业务数据链条难以打通。
短期内，政策为 BIM/CIM 的重要驱动力。自“十三五”以来，国家陆续出台了一系列政策来推动建筑业向信息化转型，而 BIM 技术也成为了重点推广的信息技术之一。住建部在 2022 年 1 月发布了《“十四五”建筑业发展规划》，预计到 2025 年，基本形成 BIM 技术框架和标准体系；“十四五”期间，建筑工业化、数字化、智能化水平大幅提升。同年发布的《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》中指出，到 2025 年，突破 CIM 等关键核心技术，形成一批先进适用的工程技术体系并建成一批科技示范工程。
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