基于DEMATEL的BIM應(yīng)用效益關(guān)鍵影響因素及對策

申 玲， 宋家仁， 錢 經(jīng)

(南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 211800)

2017年2月21日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》，提出加快BIM技術(shù)集成應(yīng)用在規(guī)劃設(shè)計、施工、運維的全過程。2015年6月16日，住建部發(fā)布《關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，旨在指導(dǎo)和推動建筑信息模型應(yīng)用。BIM(Building Information Modeling)是在計算機輔助設(shè)計(CAD)等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達，是下一階段建筑業(yè)的發(fā)展方向。然而，目前由于業(yè)主方缺乏BIM理念；工程項目各階段缺乏有效管理集成與協(xié)同；BIM初期投入成本巨大；軟件之間缺乏互操性等等一系列原因[1,2]，BIM應(yīng)用效益的發(fā)揮面臨不少挑戰(zhàn)與阻礙；實踐中大多數(shù)業(yè)主方仍然對BIM應(yīng)用包括哪些效益未有明確的認(rèn)知。

從當(dāng)前BIM應(yīng)用發(fā)展階段來看，不僅要研究BIM技術(shù)本身，也需要分析BIM應(yīng)用效益。對此，近些年來國內(nèi)外學(xué)者從效益的識別、效益評價、推進對策等方面也進行了大量研究。具體綜述如下：

對于BIM應(yīng)用效益識別，CIFE記錄了使用BIM的32個主要項目中因BIM帶來的一些好處，如成本減少和控制，時間減少和控制，溝通改善以及協(xié)作提升[3]。Azhar在研究中概述了若干BIM益處，對項目的目標(biāo)即成本和進度數(shù)據(jù)，提供了特定的量化指標(biāo)[4]，如更快、更有效的過程信息共享，控制全壽命成本和環(huán)境數(shù)據(jù)，更好的產(chǎn)品質(zhì)量等。Bryde 等通過研究佐證了學(xué)者Azhar的一般結(jié)論[5], 其回顧了35個BIM建設(shè)項目，基于PMBOK知識領(lǐng)域的成功標(biāo)準(zhǔn)劃分得出頻率最高的BIM的效益是成本減少與控制，變更減少和工期節(jié)約。Nawari把BIM的成功因素之一歸功于創(chuàng)造了可持續(xù)的社區(qū)[6]。Dongping等運用問卷調(diào)查和訪談法調(diào)查了中國大陸106個涉及BIM項目的應(yīng)用領(lǐng)域及成效，結(jié)果表明：大多數(shù)應(yīng)用BIM的項目是有積極成果與效益的，同時也認(rèn)為BIM運用的潛力可以在行業(yè)內(nèi)更好地被探索和開發(fā)[7]。

對于BIM應(yīng)用效益評價，吳蔚對BIM效益進行系統(tǒng)性研究，建立BIM效益評價指標(biāo)體系，并以鋼結(jié)構(gòu)BIM應(yīng)用進行案例分析[8]。袁思煌對39篇國內(nèi)外相關(guān)文獻進行分析，識別和提取了22個業(yè)主驅(qū)動的BIM應(yīng)用效益評價指標(biāo)，并以真實項目進行實證研究，并驗證評價指標(biāo)體系的有效性和可操作性[9]。

對于BIM應(yīng)用推進對策研究，Jung，Joo認(rèn)為需要把管理有效性作為BIM效益發(fā)揮的前提[10]。Eadie等研究表明：在當(dāng)前一些項目中不采用BIM的最主要原因是項目團隊和外部組織中缺乏專業(yè)人士和專業(yè)知識，這也可能是3D模型和BIM的利益在建設(shè)行業(yè)中沒有完全實現(xiàn)的原因[11]。此外，該學(xué)者通過BIM用戶的92個回應(yīng)證明了協(xié)作能夠產(chǎn)生最大的積極影響，流程方面比軟件技術(shù)更為重要，Migilinskas等的研究也證實了該觀點[12]。

然而歸納總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有研究多基于已有案例定性分析BIM應(yīng)用效益構(gòu)成，尚無從影響因素去定量分析BIM應(yīng)用效益發(fā)生的過程。BIM應(yīng)用效益的明晰，制約著所有參與方采用BIM行為的選擇，研究效益構(gòu)成及形成機理迫在眉睫。鑒于BIM技術(shù)可有效減少交易費用以及改善溝通[4,13]，且交易費用研究亦是當(dāng)前工程管理專業(yè)研究的熱點之一，由此，本文創(chuàng)新性地嘗試從交易費用理論視角初步研究BIM應(yīng)用效益的基本構(gòu)成，并分析關(guān)鍵影響因素，探尋BIM應(yīng)用效益的形成機理，最后提出相應(yīng)的對策建議，以期為業(yè)主方前瞻性地對BIM應(yīng)用進行管理提供幫助，也從宏觀層面為政府制定BIM推進政策提供依據(jù)。

1 BIM應(yīng)用效益構(gòu)成及其影響因素

1.1 核心概念界定

依據(jù)GB/T 51212-2016《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，對本文相關(guān)概念定義如下：

(1)BIM應(yīng)用

系指建筑信息模型在工程項目中的各種應(yīng)用及項目業(yè)務(wù)流程中信息管理的統(tǒng)稱。本文依據(jù)研究目的需要，將其界定為建筑工程項目全壽命期內(nèi)建筑信息模型的建立、應(yīng)用和管理。

(2)BIM應(yīng)用效益

系指建筑工程項目全壽命期內(nèi)因建筑信息模型的建立、應(yīng)用和管理而產(chǎn)生的效益，包括直接效益和間接效益。

1.2 BIM應(yīng)用效益的構(gòu)成分析

1.2.1基于交易費用理論的工程項目總成本構(gòu)成

BIM模型和信息在建筑工程生命周期中的持續(xù)傳遞和共享使用，很大程度上提升了工作效率及效益。因此，要識別BIM應(yīng)用效益，應(yīng)從交易費用視角重新對工程項目成本構(gòu)成進行分類，而交易費用的節(jié)約即為BIM應(yīng)用的直接效益。需要注意的是，洪偉民和王卓甫認(rèn)為交易費用與發(fā)承包方式有關(guān)，而發(fā)包方式會對建設(shè)工程交易費用產(chǎn)生較大影響[14]。鑒于DBB(Design-Bid-Building)模式既是建筑工程最常用的發(fā)包方式，也是最能體現(xiàn)BIM優(yōu)勢的方式，由此本文以DBB模式下BIM應(yīng)用為研究對象分析其效益構(gòu)成。

通過文獻檢索發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)者均以合同簽訂前后區(qū)分建設(shè)工程交易費用。比如，Huimin， David認(rèn)為合同前交易費用包括市場調(diào)研費用、融資機會尋找、可行性研究、招投標(biāo)、合同談判、以及日常的合同前項目管理; 合同后交易費用包括日常的合同管理費用、管理索賠和變更單、爭議解決[15]。洪偉民等認(rèn)為建設(shè)工程總成本包含三部分：(1)合同前交易費用，包括前期咨詢費、委托招標(biāo)代理費、合同談判；(2)生產(chǎn)費用，包括工程合同價格、施工中變更費用；(3)合同后交易費用，包括業(yè)主方管理組織費、委托監(jiān)理費、爭議評審費[16]。由工程建設(shè)特點及結(jié)合交易費用理論分析可知，設(shè)計階段和運營階段也會發(fā)生交易費用(但凡涉及簽約活動必然發(fā)生交易費用)，從而結(jié)合上述分析，從設(shè)計、施工、運營階段出發(fā)，構(gòu)建交易費用視角下工程生命周期成本構(gòu)成如表1所示。

從表中看出設(shè)計階段和運維階段的交易費用相比施工階段較小，由于BIM應(yīng)用效益主要由節(jié)約的交易費用體現(xiàn)，故本小節(jié)的詳細(xì)闡述有助于下節(jié)的進一步分析。

表1 交易費用視角下工程項目總成本組成

1.2.2BIM應(yīng)用效益構(gòu)成

為簡便起見，本文從直接效益和間接效益角度劃分BIM應(yīng)用效益，具體分析如下：

(1)BIM應(yīng)用直接效益

BIM應(yīng)用直接效益主要體現(xiàn)為交易費用的節(jié)約以及因增量成本帶來工期節(jié)約使得建造成本的降低，則對比建設(shè)工程交易費用的構(gòu)成分析，各階段BIM應(yīng)用效益如表2所示。

表2 交易費用視角下BIM應(yīng)用直接效益構(gòu)成

(2)BIM應(yīng)用間接效益

BIM應(yīng)用具有正外部性，有潛在的社會效益。本節(jié)從工程項目(業(yè)主方)層面和社會層面分析其間接效益，具體構(gòu)成及分析詳見表3。

1.3 BIM應(yīng)用效益的影響因素分析

為了進一步探明BIM應(yīng)用效益發(fā)生的過程，有必要對其影響因素進行深入研究。通過上述對BIM直接效益和間接效益的構(gòu)成分析，本文在借鑒Analytics發(fā)布的《中國BIM應(yīng)用價值研究報告》[17]的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國具體國情，添加政府因素的維度，建立三個新的分析維度：即從BIM市場和產(chǎn)業(yè)因素、BIM技術(shù)和流程因素、政府因素，與構(gòu)成映射分析后初步理論得出BIM應(yīng)用效益影響因素(共13個)，如表4所示。

表3 BIM應(yīng)用間接效益構(gòu)成

表4 BIM應(yīng)用效益影響因素

2 BIM應(yīng)用效益關(guān)鍵影響因素

2.1 DEMATEL基本原理與適用性

DEMATEL(Decision Making Trial & Evaluation Laboratory)，即決策實驗室法，它是由美國學(xué)者提出的一種運用圖論與矩陣論原理進行因素分析的系統(tǒng)工程模型。該方法通過計算每個因素的原因度與中心度，確定因素間的因果關(guān)系和每個因素在系統(tǒng)中的地位，將復(fù)雜的問題簡單化，是進行因素分析與識別的一種有效方法[18]。它適合對復(fù)雜系統(tǒng)因素間的交互影響研究，剝離結(jié)果因素，從而達到縮減指標(biāo)的作用。DEMATEL能充分利用專家的經(jīng)驗和知識來處理復(fù)雜的社會問題，尤其對那些要素關(guān)系不確定的系統(tǒng)更為有效。對BIM應(yīng)用效益影響因素的識別與分析，現(xiàn)階段借助于一批常時間研究工程數(shù)字化管理等專家的學(xué)識與智慧，以及具有BIM咨詢服務(wù)經(jīng)驗的企業(yè)管理者的經(jīng)驗，以保證專家數(shù)量及構(gòu)成的合理性，再利用DEMATEL法就可確定關(guān)鍵影響因素。

基于DEMATEL的BIM應(yīng)用效益影響因素相互影響關(guān)系研究的首要工作是以專家、利益相關(guān)者調(diào)查和訪談等方式統(tǒng)計分析各因素間相互影響關(guān)系，構(gòu)建各因素間的直接影響矩陣V[19]：

(1)

式中：vij為因素i對因素j的直接影響程度；i為整數(shù)，取值范圍為1≤i≤n；j為整數(shù)，取值范圍為1≤j≤n；當(dāng)i=j時，因為不考慮因素自身的影響，vij=0

直接影響程度可采用0～1，0～4，1～9等標(biāo)度確定。將直接影響矩陣V進行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化直接影響矩陣X，然后X相加得到綜合影響矩陣Z，在此基礎(chǔ)上就可計算出每個因素對其它因素的影響度A和被影響度B，每個因素的中心度M和原因度U，從而確定因素間的因果關(guān)系以及每個因素在系統(tǒng)中的地位。步驟及計算公式如下：

(1)計算X

規(guī)范化處理V，以分析因素間的間接影響。計算式為：

(2)

式中：0 ≤xij≤1

(2)計算Z

綜合矩陣Z由規(guī)范化后的直接影響矩陣X1，X2，…，Xn相加構(gòu)成的。計算式為：

Z=X1+X2+…+Xn=(zij)n×n

(3)

當(dāng)n趨近無窮大時，可采取Z=X(I -X)-1相近計算，I 代表單位矩陣。

(3)計算A和B、M和U

A代表該因素對其他所有因素的綜合影響值，等于Z中的行和。B代表該因素受其它所有因素的綜合影響值，等于Z中的列和。計算式為：

(4)

(5)

式中：1≤i≤n, 1≤j≤n。

M代表該因素在系統(tǒng)中的重要性程度，等于綜合影響矩陣Z中的行和與列和之和。原因度U代表該因素與其他因素的因果邏輯關(guān)系程度，等于綜合影響矩陣Z中的行和與列和之差。若為正，代表該因素對其他因素的影響大，稱原因因素；若為負(fù)，則代表該因素受其他因素的影響大，稱結(jié)果因素。計算式為：

M=Ai+Bj

(6)

U=Ai-Bi

(7)

2.2 影響因素間因果關(guān)系及各因素的地位

2.2.1構(gòu)造直接影響矩陣V

選擇專家40人(高校數(shù)字建造方向以及可持續(xù)建造方向教師10人，業(yè)主方12人，設(shè)計單位8人，施工單位6人，咨詢/監(jiān)理單位4人)作為此次專家群體，采用0 ～ 4 標(biāo)度(0-無影響；1-影響較弱；2-影響弱；3-影響強；4-影響很強)對因素間的直接關(guān)聯(lián)程度進行打分。

對打分結(jié)果分析并取平均值作為對應(yīng)因素的直接影響程度，則構(gòu)建各因素間的直接影響矩陣如表5所示。

表5 BIM應(yīng)用效益影響因素直接影響矩陣

2.2.2計算X和Z

根據(jù)上述方法，可計算得到規(guī)范化矩陣X和Z，受篇幅所限，相關(guān)過程不再贅述。

2.2.3計算A和B，M和U

基于上述基本原理，可運用MATLAB軟件編程來得出各因素的A和B，M和U，結(jié)果見表6。

表6 BIM應(yīng)用效益影響因素綜合影響關(guān)系

2.3 原因-結(jié)果圖繪制及結(jié)果分析

借助MATLAB軟件編程，可繪制、確定及生成各因素所在位置圖(將x軸和y軸分別命名為因素的中心度和原因度)，如圖1所示。

圖1 BIM應(yīng)用效益影響因素的原因-結(jié)果

由表6和圖1可得：中心度排名前四位：b2，b4，b1，b8；原因度排名前四位：b8，b13，b3，b9；原因度為負(fù)的有：b4，b10，b1，b11，b6，b7，b5。

中心度前4位的是BIM需求及價值驗證b2、多企業(yè)協(xié)作b4、BIM技能b1、軟件數(shù)據(jù)互用性b8。相應(yīng)的中心度為：4.017，3.882，3.785，3.599。說明這4個因素在BIM應(yīng)用效益系列影響因素中具有關(guān)鍵作用。

原因度前4位的因素是：軟件數(shù)據(jù)互用性b8、激勵政策b13、BIM理念b3、各方交付物界定b9。相應(yīng)的原因度為：1.212，0.898，0.691，0.659。說明這4個因素容易影響其它因素。

原因度為負(fù)的因素為：多企業(yè)協(xié)作b4、三維族庫b10、BIM技能b1、軟件集成b11、合同條款b6、軟件功能性b7、設(shè)計原因b5。相應(yīng)的原因度為：-1.033，-0.871，-0.681，-0.571，-0.280，-0.186，-0.166。說明這些因素受其它因素影響。

3 相關(guān)對策建議

中心度是評價因素重要性的指標(biāo)，據(jù)此可以提取關(guān)鍵影響因素并提出促進BIM效益發(fā)揮的具體對策建議。從結(jié)果分析可知，影響B(tài)IM應(yīng)用效益的重點因素是BIM需求及價值驗證、多企業(yè)協(xié)作、BIM技能、軟件數(shù)據(jù)互用性。建議如下：

3.1 業(yè)主方應(yīng)提高領(lǐng)導(dǎo)力，從生命周期推行BIM技術(shù)，發(fā)揮最大化效益

此因素和Analytics研究結(jié)果[17]相一致，其調(diào)研發(fā)現(xiàn)：業(yè)主方需求的增加以及更多展示BIM應(yīng)用價值的硬性指標(biāo)被認(rèn)定為關(guān)鍵因素。眾多研究也證明在BIM實施過程中業(yè)主是最大獲益方這一觀點，具體可參見上文表2，3中對生命周期內(nèi)業(yè)主方的BIM應(yīng)用獲益的詳細(xì)分析；而筆者也曾和魯班企業(yè)人員交流過，真實的案例發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)投入可為業(yè)主方帶來5～10倍的投資回報率。同時，業(yè)主方需具備一定的領(lǐng)導(dǎo)力才能取得項目的成功，這點與Jung ，Joo研究結(jié)果[10]亦相吻合。經(jīng)查閱資料得，2016年4月20日，Dodge公司發(fā)布《復(fù)雜建筑項目的BIM影響測度》報告，調(diào)查發(fā)現(xiàn)提高BIM應(yīng)用效益的主要因素來自于業(yè)主方有力的管理。因此，在BIM的推進中，業(yè)主方必須樹立自己是最大受益者這樣的理念，并且組建自己的BIM團隊，擁有實施BIM的強領(lǐng)導(dǎo)力，鼓勵全生命周期運用BIM技術(shù)，發(fā)揮BIM應(yīng)用最大價值。

3.2 各企業(yè)相互配合與協(xié)作，減少交易費用，提高直接效益

各利益相關(guān)者的全力配合是項目取得成功的必要條件。雖然內(nèi)部BIM技能對企業(yè)十分重要，但BIM真正強大的效益只有在多家企業(yè)相互協(xié)作并有效插入、獲取、更新和修改模型數(shù)據(jù)時才能體現(xiàn)出來，這與Eadi研究成果[11]相一致，他強調(diào)協(xié)作和流程方面比軟件技術(shù)更為重要，能夠產(chǎn)生最大的積極影響。而在工程各階段間，模型信息有效傳達則依賴于專業(yè)管理人員的交接。因此，當(dāng)各方具備相應(yīng)的BIM技能，基于BIM的主動協(xié)作使得溝通交流更加順暢，減少信息偏差，減少交易費用；而且也會增加外部性效益(政府需要輔以一定的配套激勵措施彌補此部分收益)，提高直接效益，并加速行業(yè)信息化進程。

3.3 加大對成員的BIM技能培訓(xùn)，提高直接與間接效益

BIM應(yīng)用效益的提高，離不開具備BIM技能的成員。各參建方應(yīng)本著合作共贏的態(tài)度，對業(yè)主方而言，加大對工程師的培訓(xùn)力度，掌握BIM基本技能，才能更好地管理承包方。對承包方而言，通過人員技能培訓(xùn)，一方面增強自己的企業(yè)軟實力，在員工面前樹立好的形象，提高無形效益，另一方面有利于在業(yè)主方展示自己公司的實力，有利于長期合作。同時各方BIM技能的良好掌握也確保了項目模型信息和數(shù)據(jù)的完整性，對于項目后期運營管理極其重要，大大降低運營成本，為業(yè)主方提高直接效益。

3.4 促進軟件數(shù)據(jù)互用性，發(fā)揮模型數(shù)據(jù)的傳遞價值，促進BIM應(yīng)用實施

自2007年以來，DD&A一直在研究設(shè)計和施工業(yè)內(nèi)各軟件之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通問題。雖然方便數(shù)據(jù)集交換的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(比如IFC)已經(jīng)有所改進，但很多從業(yè)者仍把“互用性缺乏”列為主要挑戰(zhàn)。DD&A發(fā)現(xiàn)：互用性的增強將有助于提升BIM效益，這與中國的調(diào)研結(jié)果貼合，尤其是對于更大且更復(fù)雜項目中協(xié)作實施基于BIM的流程的影響更為突出。因此，建議依托軟件公司、高校及科研機構(gòu)，加強建設(shè)符合我國工程現(xiàn)行管理方式的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)相應(yīng)的工程管理軟件或插件，充分應(yīng)用已有的軟件數(shù)據(jù)信息，可以大大提高不同工作的無縫連接，減少信息損失。

4 結(jié) 語

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，必將對整個建筑生產(chǎn)模式的改變產(chǎn)生重大影響，并促進建設(shè)行業(yè)信息共享與協(xié)同工作。本文在對當(dāng)前BIM應(yīng)用研究前沿深刻綜述的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地基于交易費用理論明晰了BIM應(yīng)用效益的基本構(gòu)成，并據(jù)此從BIM市場和產(chǎn)業(yè)因素、BIM技術(shù)和流程因素、政府因素三個維度進行影響因素剖析，通過DEMATEL方法結(jié)合專家打分來對因素間的相互關(guān)系及其地位進行確定，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：BIM需求及價值驗證、多企業(yè)協(xié)作、BIM技能、軟件數(shù)據(jù)互用性四個方面是關(guān)鍵影響因素，并提出具體的對策建議。該研究期望為BIM知識領(lǐng)域研究提供新的思路與方法，也可為業(yè)主方選擇BIM應(yīng)用以及BIM應(yīng)用中提高效益提供有益的決策參考。

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