基于SEM的BIM技術應用風險評價

李夢夢，賴芨宇，陳秋蘭，易紫妮，孫曉丹

(1.福建農林大學 交通與土木工程學院， 福州 350002；2.福建省建融工程咨詢有限公司， 福州 350001)

建筑信息模型(building information modeling，BIM)是在計算機輔助設計(CAD)等技術基礎上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術，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[1]。運用BIM技術進行三維建模、碰撞檢測等，可大量節(jié)省人力和物力，避免返工。在工程中合理使用BIM技術不僅能縮短工期，還能節(jié)省成本。近年來，BIM已成為行業(yè)關注的話題、政府關注的對象，并且引起了許多學者及專家們的極大興趣。雖然BIM技術在建筑業(yè)領域有著極大的應用優(yōu)勢，但由于其風險因素的不確定性，仍然有許多企業(yè)持觀望態(tài)度。新技術的使用使得建設過程中不確定性風險因素增加，可能導致項目決策失誤，給企業(yè)帶來致命的經濟損失。對 BIM 技術應用過程中的風險因素進行識別，找出對項目影響最大的風險因素，并對應用BIM的風險進行評價，確定項目是否能應用BIM，能給項目決策者一個科學的決策方案，因此更多企業(yè)對BIM持樂觀態(tài)度。

國內許多學者對BIM的應用風險進行了分析，但大多數(shù)為定性分析。本文對之前的一些研究成果進行總結，并咨詢專家意見，對BIM技術應用風險進行了完善補充及合并，然后將這些風險因素劃分成組織管理因素等4類。運用結構方程模型(structure equation model，SEM)進行數(shù)據(jù)分析，采用定性與定量分析相結合的辦法，根據(jù)最后優(yōu)化完成的模型路徑系數(shù)的大小確定風險因素的大小，設置各風險因素的權重，對BIM的應用風險做出量化的表達公式，并用具體的案例來驗證表達式的有效性，為項目決策者提供參考。

1 確立指標體系

1.1 指標建立

評價指標應具有代表性和針對性，既能反映正面影響，也能反映負面影響。指標選取應遵循科學性、客觀性、全面性、可行性的原則，依靠科學、客觀的理論來選取能全面反映BIM技術應用的風險。

通過大量的國內外文獻研究，選取具有參考價值的文獻20余篇，對其提到的BIM技術應用風險進行歸納總結，指標頻數(shù)表格如表1所示。

由表1可知：大多數(shù)學者認為，BIM應用最大的風險就是缺乏標準規(guī)范，其次是協(xié)同的徹底性，而相關保險問題則是頻數(shù)最少的一項。

1.2 指標確立

結合大量文獻研究和專家咨詢，初步選取具有代表性和針對性的指標，刪除相關保險指標，添加BIM應用目標定位、投資回報期等指標，選擇人員專業(yè)素質等15個因素作為2級評價指標，并將其劃分為4個1級評價指標，設立評價內容。假設BIM應用風險分為100分，各2級指標滿分為100分，采取加減分計分方式，其中對于2級指標采用考核方式，具體項目考核標準見表2。同時，為了便于建模，將各級指標用代號表示，如1級指標組織管理風險的英文表示是“organization management risk”，則選取“OMR”為組織管理風險代號，其他3個指標分別表示為“PR、ER、TR”。2級指標代號在相應的1級指標代號后加數(shù)字。

表2 觀測指標

2 問卷數(shù)據(jù)整理

2.1 問卷設計與分析

問卷的發(fā)放形式為紙質問卷和網絡問卷，其中紙質問卷均為現(xiàn)場填寫及回收，網絡問卷則設置一個IP只允許回答一次，避免受訪者多次作答影響可靠性。問卷的受訪單位包括BIM研發(fā)公司、咨詢公司、施工企業(yè)、設計單位以及政府相關部門。本次調研中，紙質問卷共發(fā)放60份，回收52份，無無效問卷；網絡問卷發(fā)放140份，回收124份，有效問卷112份，回收率為88%，回收有效率為93.1%。

2.2 調查數(shù)據(jù)的效度和信度檢驗

為了驗證評價指標結構的效度，針對調查的數(shù)據(jù)，采用軟件SPSS22.0中的因子分析對量表的效度和結構效度進行檢驗。KMO值和Bartlett球形檢驗結果見表3，總量表的方差統(tǒng)計見表4。

表3 KMO值和Bartlett球形檢驗結果

由表2可知：KMO值的檢驗結果為0.869，大于0.5，滿足規(guī)定要求；P值為0.000，小于0.05，說明因素之間存在著一定的關聯(lián)性，故而因子分析法的適應性得到了驗證。

表4 總量表的方差統(tǒng)計 %

用主成分分析法對總量表進行因子分析，在結果中抽取4個主成分因子作為主因子，特征值大于1，積累的方差貢獻率為60.541%，大于50%，表明該量表通過了結構效度檢驗，結構的有效性得到了驗證。

為了驗證評價指標的信度，采用SPSS進行可靠性分析，結果見表5。

由表5可知：Cronbach’s Alpha系數(shù)均大于0.6，而總的Cronbachs Alpha系數(shù)達到了0.869，說明問卷數(shù)據(jù)具有很高的信度。

表5 信度檢驗結果

通過對問卷的效度和信度進行檢驗，最終結論證明了問卷的有效性和可靠性。對結構效度進行驗證，證實問卷中的指標可以歸為4類，因此結構效度得到了驗證，可以進行下一步的模型構建。

3 SEM模型建立及分析

3.1 SEM模型建立

運用AMOS22.0軟件對各個變量進行驗證性分析，采用最大似然法對模型進行參數(shù)估計。采用路徑系數(shù)作為參數(shù)以更加清晰地表示觀測變量與潛在變量之間的關系[11]?；谀Ｐ蛿M合指數(shù)，在不影響原結構方程模型邏輯的情況下，對模型做適當?shù)男拚?，改善模型配適度，以獲得配適度較好的模型，最終的BIM應用風險的結構方程模型見圖1。

圖1 BIM應用風險的結構方程模型

選取卡方與自由度之比CMIN /df、適配度指數(shù)GFI、非基準適配度指數(shù)NFI，比較適配指數(shù)CFI、近似均方根誤差RMSEA、增量擬合指數(shù)IFI，對擬合指數(shù)TLI 等參數(shù)進行檢驗，從而考量模型的擬合優(yōu)度[12]。經檢驗，修整之后的模型符合絕大多數(shù)指標的標準(表6)。

表6 整體適配度

3.2 模型分析與指標權重設計

結構方程模型的主要作用是表達潛變量之間的結構關系，從路徑系數(shù)中體現(xiàn)這種關系。在風險評價結構方程模型中，路徑系數(shù)代表指標間的關系，路徑系數(shù)越大，說明指標對風險評價的影響程度越大[11]。結構方程模型路徑系數(shù)的判別標準如表7所示。

表7 路徑系數(shù)判別標準

在圖1中，e和r表示變量間的殘差項，它們反映了結構方程中未能被解釋的部分[12]。若殘差項出現(xiàn)負值，則說明問卷本身有問題，需要重新設定及發(fā)放問卷。圖1的殘差項均為正值。對于結構模型的路徑系數(shù)統(tǒng)計，4個1級指標潛變量的路徑系數(shù)均大于0.6，說明它們對風險評價的影響很大，因此在信用評價過程中，這些都是需要考慮的變量。

設計指標權重值計算公式中，W(Fm)代表1級指標權重，W(Fmk)代表2級指標權重，依據(jù)路徑系數(shù)，確立各指標的權重系數(shù)。各指標的權重系數(shù)如表8所示。

式(1)中：m為1級指標代號；k為級指標對應的2級指標代號；W為權重值；R為路徑系數(shù)；F為1級指標；T為2級指標；Fm為第m個1級指標；R(Fm)為第m個1級指標路徑系數(shù)；W(Fm)為第m個1級指標權重值。

m,k=1,2,3,4,5

(2)

式(2)中：Tmk為第m個1級指標對應的第k個2級指標；W(Tmk)為對應的權重值；R(Tmk)為對應的路徑系數(shù)。

Wmk=W(Fm)×W(Tmk)

(3)

式(3)中Wmk為各2級指標最終權重值。

表8 各級指標權重系數(shù)

3.3 評價方式設定

采取計分制度，對2級指標的具體評價內容進行評分，把最終得到的每個2級指標的分數(shù)值記為Xij(i=1，2，3，4；j=1，2，3，4)，表示為第i個1級指標中的第j個2級指標；1級指標對應的數(shù)值記為Yk(i=1，2，3，4)，將風險的總得分記為S，得出：

S=Y1+Y2+Y3+Y4

(4)

Y1=0.060X11+0.061X12+

0.072X13+0.051X14

(5)

Y2=0.072X21+0.072X22+

0.076X23+0.078X24

(6)

Y3=0.082X31+0.078X32+0.077X33

(7)

Y4=0.054X41+0.063X42+

0.056X43+0.048X44

(8)

依據(jù)風險評價計算公式，對風險大小進行評級劃分，設定風險等級劃分區(qū)間，如表9所示。

表9 BIM應用風險等級評級標準

4 案例實證分析

為了驗證公式的有效性，對某總承包公司在福建省泉州市某項目BIM應用風險進行評價，得分情況見表10。

表10 風險評分結果

根據(jù)表10中的風險因素得分，應用式(5)～(8)，計算得到1級指標Y1=15.38，Y2=29.8，Y3=23.7，Y4=11.86，再代入式(4)得到應用風險的總得分S=80.74。根據(jù)表9可知：該公司在泉州某項目的BIM應用風險等級為Ⅱ級，因此該企業(yè)決策者應慎重考慮項目是否使用BIM，或者選擇合理的組織管理模式來減少風險。

5 結束語

本文以BIM技術為研究對象，分析了其在應用時存在的風險，運用定性和定量相結合的方式對BIM技術的應用風險進行建模分析，設定了風險評級，為BIM技術的應用風險提供了具體的公式作為評價依據(jù)，給項目決策者提供了可以量化風險的考核方式做參考，有助于更直觀地決策項目是否使用BIM技術，進而選擇合適的應對方案，避免因決策失誤給企業(yè)帶來的損失，讓BIM技術的應用更合理，最終促進BIM技術在建筑企業(yè)領域的蓬勃發(fā)展。