基于建筑信息模型的建筑供應(yīng)鏈合作利益分配

許杰峰,雷星暉

(同濟(jì)大學(xué),上?！?00092)

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基于建筑信息模型的建筑供應(yīng)鏈合作利益分配

許杰峰,雷星暉

(同濟(jì)大學(xué),上海200092)

正確評價(jià)建筑信息模型(BIM)技術(shù)為建筑供應(yīng)鏈上下游合作帶來的利益，并將其在合作伙伴之間進(jìn)行合理的分配，是穩(wěn)定和發(fā)展基于BIM技術(shù)的建筑供應(yīng)鏈合作關(guān)系的前提。只有各節(jié)點(diǎn)企業(yè)認(rèn)為應(yīng)用BIM技術(shù)參與合作所得的回報(bào)是滿意的，基于BIM的高效建筑供應(yīng)鏈合作伙伴關(guān)系才能真正得以形成、維持和發(fā)展。作者探討研究基于BIM的建筑供應(yīng)鏈合作利益的分配原則、模型和方法，供BIM技術(shù)和供應(yīng)鏈管理研究與應(yīng)用人員參考。

建筑供應(yīng)鏈；BIM；利益分配；合作博弈

1　概述

建筑供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)基于BIM技術(shù)進(jìn)行合作，將有利于縮短建造周期、提高工程質(zhì)量、降低建造成本，并增強(qiáng)各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的核心競爭力，這些已被業(yè)界認(rèn)可和證明。美國斯坦福大學(xué)CIFE工程中心根據(jù)32個(gè)項(xiàng)目調(diào)研情況，總結(jié)了使用BIM技術(shù)的優(yōu)勢：消除40%預(yù)算外更改；造價(jià)估算控制在3%精確度范圍內(nèi)；造價(jià)估算耗費(fèi)的時(shí)間縮短80%；通過發(fā)現(xiàn)和解決沖突，將合同價(jià)格降低10%；項(xiàng)目工期縮短7%等。

綜上所述，基于BIM的建筑供應(yīng)鏈合作利益具體表現(xiàn)在以下方面：

(1)總包方獲得的利益：提高工程質(zhì)量，降低現(xiàn)場庫存水平，縮短建造周期，保證工程按時(shí)交付，提高對業(yè)主要求變化的響應(yīng)速度。

(2)分包、供應(yīng)商等合作伙伴獲得的利益：保證有穩(wěn)定、準(zhǔn)確的市場需求，降低生產(chǎn)成本，提高工作和生產(chǎn)質(zhì)量，對總包的需求有更好的了解和理解。

(3)總包和合作伙伴共同獲得的利益：改善彼此的信息交流，共同參與工程技術(shù)的改進(jìn)和開發(fā)，共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，降低投機(jī)發(fā)生的概率，減少管理成本，提高資產(chǎn)利用率。

(4)無形資產(chǎn)方面獲得的利益：合作過程中還能產(chǎn)生諸如標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指南、專利權(quán)、軟件著作權(quán)、工法、商標(biāo)、商譽(yù)以及客戶忠誠度等無形資產(chǎn)。在知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，有時(shí)這些無形資產(chǎn)比利潤還要重要。

在上述這些利益中，有效利益可以直接從財(cái)務(wù)報(bào)表上反映出來，有些利益是“軟性”的，不能被直接轉(zhuǎn)換成“硬性”數(shù)據(jù)。這種軟性收益使得“各節(jié)點(diǎn)企業(yè)基于BIM從建筑供應(yīng)鏈合作中獲得了什么”很難準(zhǔn)確地記入會(huì)計(jì)賬簿。這說明合作收益分配方法具有很大的靈活性、多方案性和藝術(shù)性，對某些合作伙伴可以多分配利潤，而少分配無形資產(chǎn)所有權(quán)，也可以少分配利潤，而多分配無形資產(chǎn)所有權(quán)。但這些無形資產(chǎn)價(jià)值大小又不易確定。因此，如何協(xié)調(diào)各企業(yè)之間的利益分配是一個(gè)既非常重要又非常復(fù)雜的問題。本文著重討論通過BIM技術(shù)應(yīng)用獲得可量化的“硬性”利益分配問題。

2　建筑供應(yīng)鏈合作利益及其分配原則

基于BIM的建筑供應(yīng)鏈合作利益分配，是指將某一項(xiàng)目通過BIM技術(shù)應(yīng)用所獲得的超額合作利益按一定的依據(jù)在各節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間進(jìn)行分割的過程。一般而言，不同的人和不同的組織有著不同的利益訴求，相似或相近利益訴求的個(gè)人和組織在追求各自利益的過程中會(huì)產(chǎn)生各種矛盾或沖突。

相關(guān)科研工作者已經(jīng)總結(jié)了若干利益分配原則[1-4]，例如：平等原則、公平兼顧效率原則、互惠互利原則、協(xié)商讓利原則、利益與風(fēng)險(xiǎn)掛鉤原則、民主決策原則、科學(xué)分配原則、信息透明原則等。為了減少或避免建筑供應(yīng)鏈合作利益分配中的矛盾或沖突，合理地分配建筑供應(yīng)鏈合作關(guān)系中由于應(yīng)用BIM技術(shù)帶來的超額合作利益，我們對這些原則在建筑供應(yīng)鏈中的應(yīng)用展開討論：

(1)平等原則是利益分配的最基本原則，但業(yè)主和總包企業(yè)的強(qiáng)勢地位，往往造成建筑供應(yīng)鏈企業(yè)間的不平等，這將影響長期合作關(guān)系的形成，不能使整個(gè)建筑供應(yīng)鏈保持高效的運(yùn)營，也就不能實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈最大利益。

(2)公平兼顧效率是建筑供應(yīng)鏈管理的難點(diǎn)，建筑行業(yè)的過度競爭和隔閡比較明顯，從而影響了整個(gè)供應(yīng)鏈的績效。招投標(biāo)過程中的惡性壓價(jià)往往會(huì)挫傷供應(yīng)鏈中最優(yōu)秀企業(yè)的積極性，所以必須在公平和效益之間找一個(gè)平衡。

(3)互惠互利原則在BIM技術(shù)應(yīng)用中的突出問題就是設(shè)計(jì)企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用收益難以體現(xiàn)，用設(shè)計(jì)企業(yè)自己的語言講就是BIM技術(shù)應(yīng)用“不打糧食”，勞動(dòng)價(jià)值被無償剝削。

(4)目前BIM技術(shù)應(yīng)用效益主要體現(xiàn)在總包(例如：工程總包、機(jī)電專業(yè)總包)專業(yè)協(xié)調(diào)中，如果不能在協(xié)議中明確利益分配，協(xié)商讓利原則無從談起?，F(xiàn)在很少有工程合同能體現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用效益的分配，所以單獨(dú)應(yīng)用BIM技術(shù)還是常態(tài)，特別是當(dāng)前BIM應(yīng)用效益較好的機(jī)電施工，BIM應(yīng)用往往是獨(dú)立進(jìn)行。

(5)目前工程項(xiàng)目的利潤率不高，也說明新技術(shù)應(yīng)用(包括BIM技術(shù))風(fēng)險(xiǎn)較大，特別是當(dāng)前BIM技術(shù)應(yīng)用的投入還較大，如果不能將利益與風(fēng)險(xiǎn)掛鉤，將嚴(yán)重阻礙新技術(shù)應(yīng)用。

(6)國外的IPD項(xiàng)目管理模式[5-6]，是民主決策原則很好體現(xiàn)，但限于中國當(dāng)前法律法規(guī)限制，以及還沒有確立很好的企業(yè)信用體系，在BIM技術(shù)應(yīng)用還不成熟的情況下，如何充分發(fā)揮民主協(xié)商的作用是要深入探討的。

(7)制定建筑供應(yīng)鏈合作利益分配方案要以科學(xué)的分配理論為基礎(chǔ)，要考慮各節(jié)點(diǎn)企業(yè)在工程項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)所起作用的大小。以科學(xué)理論為基礎(chǔ)的分配方案容易被節(jié)點(diǎn)企業(yè)所理解和接受，但現(xiàn)實(shí)情況是BIM應(yīng)用效益是一筆糊涂賬，個(gè)別企業(yè)能總結(jié)出效益，但如何分配卻一頭霧水。希望本文能為建筑供應(yīng)鏈利益科學(xué)分配提供一些幫助。

(8)當(dāng)前建筑供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)信息不透明是普遍現(xiàn)象，信息不透明正是某些企業(yè)謀求更大利益的手段，例如土方工程，20%左右的工程量誤差也很正常。BIM技術(shù)正是信息交換和共享的基礎(chǔ)技術(shù)，是信息透明的基礎(chǔ)技術(shù)，應(yīng)該在建筑供應(yīng)鏈信息流優(yōu)化過程中發(fā)揮更大作用。

3　基于BIM的建筑供應(yīng)鏈合作利益分配模型

基于BIM的建筑供應(yīng)鏈合作利益分配是一種不完全信息下的動(dòng)態(tài)合作博弈。合作利益分配是典型的合作博弈。“不完全信息”是因?yàn)楫?dāng)前建筑供應(yīng)鏈合作伙伴對總包的BIM技術(shù)應(yīng)用策略，特別是BIM應(yīng)用效益并不十分清晰，各參與者傾向于隱藏自己的BIM應(yīng)用效益?！皠?dòng)態(tài)博弈”是因?yàn)楦鞣职髽I(yè)進(jìn)入建筑供應(yīng)鏈項(xiàng)目管理過程有先后順序，并且后進(jìn)入者可以知道先進(jìn)入者的策略。

敏捷建筑供應(yīng)鏈(Agile Construction Supply Chain,ACSC)[7]各節(jié)點(diǎn)企業(yè)通過合作，發(fā)揮各自的核心能力，相互之間優(yōu)勢互補(bǔ)，形成目標(biāo)一致、步調(diào)一致的整體，不斷提升建筑供應(yīng)鏈的實(shí)力。這種新型的供應(yīng)鏈管理模式將總包與節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間“你失即我得”的“零和”關(guān)系發(fā)展為合作共贏關(guān)系，改善了建筑供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間的業(yè)務(wù)關(guān)系，為建筑業(yè)的發(fā)展注入新的活力。在ACSC的實(shí)際運(yùn)作過程中，總包能夠與有關(guān)合作伙伴事先溝通，協(xié)調(diào)彼此策略，使得供應(yīng)鏈利益最大化，并且使之在各合作伙伴之間得到合理的分配。這與合作對策理論要考慮的問題是一致的，因此可以將ACSC的合作利益的分配問題轉(zhuǎn)化為合作對策理論問題[8-9]。

合作對策強(qiáng)調(diào)的是競爭各方為了共同的利益，從對抗性的競爭演變?yōu)榧雀偁幱致?lián)合的對策模式，在ACSC中基于BIM的合作轉(zhuǎn)變?yōu)槿缦聨讉€(gè)因素：

(1)兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)要在某些方面進(jìn)行合作，例如：基于BIM的專業(yè)協(xié)調(diào)，他們需要結(jié)成一個(gè)聯(lián)盟，并能通過充分協(xié)商決定最后的行動(dòng)方案。

(2)結(jié)成一個(gè)聯(lián)盟后，作為一個(gè)整體希望能得到盡可能多的收益，例如：節(jié)省材料、縮短工期，這個(gè)最大的收益是聯(lián)盟的特征函數(shù)。

(3)聯(lián)盟要把得到的總收入分配給聯(lián)盟中的每一個(gè)成員，并用數(shù)量來表示這種分配。

設(shè)整個(gè)項(xiàng)目參與方的集是I={1,2，…,n}，S是I的任意子集，稱為一個(gè)聯(lián)盟。當(dāng)S中的局中人成為一個(gè)聯(lián)盟時(shí)，不管S外的局中人采取什么策略，聯(lián)盟S通過協(xié)調(diào)其成員的策略保證能達(dá)到的最大贏得。這樣的v(S)稱為n人對策的特征函數(shù)，并定義空聯(lián)盟的特征函數(shù)0，即v(Φ)=0。這表明：假如S中的局中人可能采用的策略集為Xs，而IS中的局中人可能采用的策略集為Y1S，則：

式中，ei(x，y)是局中人i的贏得，而x、y是局中人選用的策略。由定義可推出，如果S與T是不相交的聯(lián)盟，則v(S∪T)≥v(S)+v(T)。如果v(S∪T)=v(S)+v(T)，則稱v具有可加性，這種對策稱為非實(shí)質(zhì)性對策，這里我們討論特征函數(shù)滿足v(S∪T)>v(S)+v(T)的實(shí)質(zhì)性對策。

假定每個(gè)聯(lián)盟S得到的收入可以按照任意方式分配給該聯(lián)盟的成員。合作對策的每個(gè)局中人應(yīng)當(dāng)從聯(lián)盟的收入中分得各自應(yīng)得的份額，可以用一個(gè)n維向量x=(x1，x2，…，xn)來表示，其中xi表示局中人i在x中應(yīng)得的份額。向量x稱為一個(gè)分配，也可以稱為支付。這個(gè)向量應(yīng)滿足下列條件：

顯然，如果在局中人間分配收入能夠影響聯(lián)盟的形成，因?yàn)槊總€(gè)局中人都想?yún)⒓涌梢缘玫綀?bào)酬并保證所得為最多的聯(lián)盟。所以，如果不說明局中人之間如何分配所得，就無法描述會(huì)形成哪些聯(lián)盟。換言之，收入的合理分配有助于聯(lián)盟的真正形成。ACSC上形成的合作伙伴可以看成是這些伙伴形成的聯(lián)盟，所以合作伙伴之間的收益分配可以看成聯(lián)盟中各局中人的利益分配。當(dāng)各節(jié)點(diǎn)企業(yè)認(rèn)為合作后各自得到的回報(bào)是合理的，合作伙伴的關(guān)系才能得以真正形成、維持和發(fā)展。

Shapley提出的“公平合理”的分配方案對每個(gè)合作者參與合作的成功概率為1的假設(shè)過于嚴(yán)格，限制了在實(shí)踐中的應(yīng)用[10-11]。因此，考慮合作風(fēng)險(xiǎn)因素，引進(jìn)合作成功的概率，可改進(jìn)如下：

i=1,2,…,n

式中，pi為風(fēng)險(xiǎn)因子。根據(jù)公式求出的Shapley值稱為改進(jìn)的Shapley值，是各局中人所預(yù)期的合理收益。

Nash談判模型提出利用各企業(yè)單獨(dú)運(yùn)營時(shí)所得收益為下界d的值[12-14]。事實(shí)上，各企業(yè)對合作利益分配預(yù)期通常大于單干時(shí)的收益，這一模型的解是一種可行解，并不能讓所有局中人都十分滿意。

本文采用改進(jìn)后的Nash談判集求解。即將改進(jìn)的Shapley值替代談判的起點(diǎn)d，作為局中人愿意接受的分配下界。這一做法比原來的做法更為客觀可行，容易被各局中人所接受。改進(jìn)后的Nash談判模型如下：

4　應(yīng)用實(shí)例

利用改進(jìn)后的Nash談判模型求解ACSC合作利益分配的步驟如下：

以某一總包、機(jī)電分包及土建分包的基于BIM的專業(yè)協(xié)調(diào)為例，進(jìn)行三者之間的利益分配。

假設(shè)：局中人集合為I={總包、機(jī)電分包、土建分包}，簡記為I={1,2,3}，其中總包為局中人1，土建分包為局中人2，機(jī)電分包為局中人3，S是I的子集。

定義1：合作利益是定義在I上的一切子集上的實(shí)值函數(shù)v，且滿足：

定義2：用x(x1,x2,x3)表示分配向量，且滿足：

建立模型的成本(或稱為負(fù)收益)對各局中人各不相同，作者以實(shí)際項(xiàng)目的數(shù)據(jù)為例，設(shè)定：建立土建模型，土建分包的收益為-2，其他方是-3；建立機(jī)電模型，機(jī)電分包的收益是-3，其他方為-4。全部收益為23，主要來自工期縮短(對總包而言，折算為10)，機(jī)電耗材效益10(對機(jī)電分包而言)，土建收益為3(對土建分包而言)。

當(dāng)局中三人不建立合作關(guān)系時(shí)，即單干：總包的收益是10-3-4=3，獲利的概率為0.9；土建的收益3-2=1(土建分包一般不會(huì)建立機(jī)電模型)，概率為0.95；機(jī)電分包的收益10-3-3=4，概率為0.9。

當(dāng)局中人兩兩合作時(shí)：局中人1、2合作收益為10+3-2-4=7，獲利概率0.8；局中人1、3合作收益為10+10-3-3=14，獲利概率0.8；局中人2、3合作收益為10+3-2-3=8，獲利概率為0.8。

當(dāng)三局中人合作是，收益為10+10+3-2-3=18，獲利概率為0.6。

為簡化問題，假定局中人的效用函數(shù)是線性的，設(shè)為u=ax+b,a、b∈R。給定幾個(gè)預(yù)期收益的分配值，讓總包的決策者給出相應(yīng)的效用值，得到如下數(shù)據(jù)：

再利用線性回歸的方法可以算出總包的效用函數(shù)為：

同理可求，機(jī)電分包和土建分包的效用函數(shù)分別為：

其中xi表達(dá)第i各局中人所得利益分配值，則根據(jù)改進(jìn)后的Shapley值法，可以計(jì)算出局中人1(即總包)的預(yù)期收益：0.9+0.67+1.33+2.2=5.1。具體計(jì)算過程見表1。

表1　總包的預(yù)期收益(i=1)

局中人2(即土建分包)的預(yù)期收益：0.32+0.4+0.4+1.4=2.52。具體計(jì)算過程見表2。

表2　土建分包的預(yù)期收益(i=2)

局中人3(即機(jī)電分包)的預(yù)期收益：1.2+1.07+0.8+2=5.07。具體計(jì)算過程見表3。

表3　機(jī)電分包的預(yù)期收益(i=3)

將三個(gè)局中人預(yù)期收益作為Nash談判的下界：

maxZ=

得出如下非線性規(guī)劃：

利用非線性規(guī)劃軟件Lingo解得：X=(7.51,3,7.49),即得到總包、機(jī)電分包和土建分包分配到的利益。

5　結(jié)束語

(1)ACSC合作利益表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)企業(yè)競爭能力的增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)效益的提高，集中體現(xiàn)為建設(shè)成本的降低、項(xiàng)目周期的縮短和建造質(zhì)量的改善。

(2)為了減少或避免不必要的利用矛盾或沖突，合作利益分配應(yīng)該遵循重要的基本原則，即互利互惠原則、科學(xué)分配原則和風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償原則。

(3)利益分配的本質(zhì)就是要尋找或構(gòu)建合適的利益分配方案。本文構(gòu)建了一個(gè)改進(jìn)的Nash談判模型，滿足了各局中人對合作利益的預(yù)期分配值，體現(xiàn)了合理分配的原則，有利于維持和鞏固各局中人的合作關(guān)系?？梢姡诤献鞲鞣侥艿玫奖葐胃筛叩幕貓?bào)，ACSC合作關(guān)系的建立一方面需要合理的利益分配方案，同時(shí)，較為合理的ACSC合作利益分配反過來又將促進(jìn)建筑供應(yīng)鏈合作關(guān)系的進(jìn)一步維持和鞏固。

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(責(zé)任編輯沈蓉)

Profit Distribution of Construction Supply Chain Cooperation Based on BIM

Xu Jiefeng,Lei Xinghui

(Tongji University,Shanghai 200092,China)

Correct evaluation of the benefits of BIM technology and the reasonable allocation between the partners of construction supply chain,are the premise of stability and development of construction supply chain partnership on BIM technology.Only when each node enterprise,which applies BIM technology to participate in the cooperation of the proceeds,is satisfactory with the return,the construction supply chain partnership based on BIM can be truly formed,maintained and evolution.It discusses the interest distribution principles,models and methods of construction supply chain cooperation based on BIM.

Construction supply chain;BIM;Profit distribution;Cooperation gambling

2015-12-17

F407.9

A