大型項(xiàng)目中BIM對(duì)管線安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響

陳麗娟， 謝 雄， 江憶楠， 史培新

(1. 蘇州大學(xué) 軌道交通學(xué)院， 江蘇 蘇州 215131； 2. 常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 江蘇 常州 213002)

勞動(dòng)生產(chǎn)率是生產(chǎn)技術(shù)水平、經(jīng)營(yíng)管理水平的綜合體現(xiàn)，反映物質(zhì)、能量的轉(zhuǎn)移效率。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)條件下，由于電氣、暖通、給排水等設(shè)備管線種類和數(shù)量繁多，實(shí)際中采用分專業(yè)設(shè)計(jì)致使錯(cuò)、漏、碰、缺問題突出[1]。依賴專家經(jīng)驗(yàn)審查圖紙以及現(xiàn)場(chǎng)管理人員協(xié)調(diào)沖突，極大地限制了現(xiàn)場(chǎng)施工安裝生產(chǎn)效率的提高[2]。

美國(guó)勞動(dòng)統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示近年來建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率逐漸降低[3]，而制造業(yè)保持穩(wěn)步攀升，其中信息技術(shù)應(yīng)用有突出作用[4]，通過技術(shù)升級(jí)和流程優(yōu)化等途徑提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為提高生產(chǎn)率，需在信息工具開發(fā)和協(xié)同策略制定方面做出重大改變[5]，3D技術(shù)以及參數(shù)化設(shè)計(jì)結(jié)合創(chuàng)造了一個(gè)合適的平臺(tái)[6]。因此，BIM(Building Information Modeling)被廣泛研究與應(yīng)用于解決復(fù)雜綜合管線設(shè)計(jì)沖突問題，對(duì)保障施工的連續(xù)性有重要意義。

早期規(guī)劃相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)變更所花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用成本少得多[7]。雖然從宏觀經(jīng)濟(jì)角度看建筑業(yè)生產(chǎn)率是否下滑的結(jié)論還有所爭(zhēng)議[8]，但是建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率需要提高是一個(gè)普遍共識(shí)。由于設(shè)計(jì)階段對(duì)項(xiàng)目總成本的影響遠(yuǎn)高于施工階段[9]，在設(shè)計(jì)階段引入 BIM 可減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、提高后期施工的可預(yù)見性[10]。在施工安裝階段，應(yīng)用 BIM 進(jìn)行多專業(yè)綜合協(xié)調(diào)[11]以及構(gòu)件工廠化預(yù)制[12,13]可減少大量現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)及返工導(dǎo)致的工程延誤。通過減少設(shè)計(jì)變更、增強(qiáng)施工可協(xié)調(diào)性等方式可減少施工任務(wù)時(shí)間，從而提高安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率[14]。通過應(yīng)用BIM實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管線在三維空間的預(yù)排布、協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝及構(gòu)件精準(zhǔn)預(yù)制，能提高75%～240%的管線安裝勞動(dòng)生產(chǎn)效率[15]，節(jié)省資源并創(chuàng)造巨大效益。研究顯示，根據(jù)不同的BIM應(yīng)用管理流程，項(xiàng)目整體勞動(dòng)生產(chǎn)率能提高5%～40%[6]。其中生產(chǎn)率差異的產(chǎn)生是由于在 BIM 實(shí)施過程中除其帶來的技術(shù)升級(jí)外，對(duì)應(yīng)管理方式也面臨一定挑戰(zhàn)，如管理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率降低甚至索賠[16]。掌握生產(chǎn)率影響因素及其量化影響對(duì)于保證 BIM 實(shí)施過程的可行性和有效性極為重要，然而，勞動(dòng)率影響因素復(fù)雜、生產(chǎn)率測(cè)算困難等導(dǎo)致對(duì)其影響定量化的研究少且難度大。

為揭示 BIM 對(duì)施工勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響，近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了相關(guān)研究，在技術(shù)應(yīng)用研究方面，有研究者利用信息技術(shù)接受模型(Technology Acceptance Model，TAM)描述個(gè)體行為意愿對(duì)信息技術(shù)的使用選擇[17]，未探索研究特定技術(shù) BIM 對(duì)生產(chǎn)率方面的作用原理；在 BIM 應(yīng)用對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率影響方面，研究者通過對(duì)特定組織單個(gè)翻修項(xiàng)目應(yīng)用BIM的分析方法，對(duì)比 BIM 應(yīng)用和非 BIM 應(yīng)用條件下安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率指標(biāo)[17]，未考慮多個(gè)組織應(yīng)用水平及項(xiàng)目特征之間的差異性?？偟膩碚f，研究多為嘗試量化單個(gè)施工安裝項(xiàng)目 BIM 應(yīng)用及其效益[18]降低和時(shí)間的節(jié)省等[19]涉及 BIM對(duì)生產(chǎn)率的潛在影響，而勞動(dòng)生產(chǎn)率提高是效益產(chǎn)生的根源。 BIM 在設(shè)計(jì)協(xié)同、設(shè)計(jì)深化以及施工指導(dǎo)等方面應(yīng)用促進(jìn)了供應(yīng)鏈中各環(huán)節(jié)的高效運(yùn)作：首先，設(shè)計(jì)協(xié)同工作能減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤及變更[20]，生成施工圖紙[21]；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能管道劃分、支架設(shè)計(jì)和管組拼裝等設(shè)計(jì)深化工作[22]；利用三維管線模型指導(dǎo)施工及預(yù)制構(gòu)件加工[23]。技術(shù)對(duì)生產(chǎn)的作用包括新的藍(lán)圖、科學(xué)成果、組織中新的技能以及在設(shè)計(jì)、資本品和中間投入的質(zhì)量上的改進(jìn)[24]。由于建筑供應(yīng)鏈上的每個(gè)單位或者活動(dòng)都緊密相關(guān)并相互影響，微小的偏差會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量和工期造成重要影響[25]。因此需要分析主要BIM技術(shù)對(duì)安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要影響因素及其作用下產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)率數(shù)據(jù)。

1 BIM對(duì)生產(chǎn)率的影響因素

近四十年來國(guó)內(nèi)外研究者[26]，對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響因素進(jìn)行深入研究[27]，大量的安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率研究集中應(yīng)用專家問卷結(jié)合層次分析法判別主要影響因素[28]，總結(jié)出項(xiàng)目勞動(dòng)生產(chǎn)率影響因素評(píng)價(jià)方法[29]，在勞動(dòng)生產(chǎn)率影響因素提取方面取得了一定進(jìn)展。

多數(shù)研究使用雙層系統(tǒng)將影響因素分為大類與子集。根據(jù)研究目標(biāo)的不同，這些影響因素又被研究者分為技術(shù)、監(jiān)管、勞動(dòng)力、管理及外部環(huán)境等幾個(gè)方面[30]或環(huán)境、人員、材料、設(shè)備、管理等五個(gè)方面[31]。這些影響項(xiàng)目生產(chǎn)率的因素被進(jìn)一步分類，由多種主觀和客觀因素組成，如班組人數(shù)、班長(zhǎng)管理技能、任務(wù)的復(fù)雜性、圖紙的質(zhì)量、施工難度[3]、項(xiàng)目環(huán)境參數(shù)等。這些因素決定了項(xiàng)目?jī)?nèi)部和外部環(huán)境，直接或間接地影響著生產(chǎn)資料轉(zhuǎn)換過程的效率。 對(duì)文獻(xiàn)的歸類顯示，影響因素分為環(huán)境、行業(yè)、組織、項(xiàng)目以及管理等幾大類[16]，為生產(chǎn)率影響因素特征評(píng)價(jià)與綜合評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)。然而，面向不同管理需求，影響勞動(dòng)生產(chǎn)率具體因素分類及其權(quán)重取值相差較大，缺乏特定技術(shù)條件下面向勞動(dòng)生產(chǎn)率管理的影響因素研究。

BIM應(yīng)用并不直接影響建設(shè)產(chǎn)品的價(jià)值，而是通過優(yōu)化管理過程，減少或消除因?yàn)閳D紙錯(cuò)誤、現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)沖突以及施工空間協(xié)調(diào)困難帶來的進(jìn)度落后以及施工工程量加大；保證施工的連續(xù)性，減少浪費(fèi)的時(shí)間和產(chǎn)能損失，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

為識(shí)別影響勞動(dòng)生產(chǎn)率的因素，以進(jìn)一步研究 BIM 對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響，本文通過廣泛的文獻(xiàn)分析，及對(duì)多個(gè)項(xiàng)目的參與與工程資料分析，總結(jié)對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率起主要影響的情況包括：(1)設(shè)計(jì)沖突導(dǎo)致方案變更，如圖1；(2)設(shè)備到場(chǎng)后運(yùn)輸與安裝空間不足導(dǎo)致進(jìn)度滯后；(3)原料現(xiàn)場(chǎng)拼裝占用施工空間導(dǎo)致進(jìn)度滯后；(4)施工任務(wù)隨到貨情況安排，未有序組織安裝；(5)部分設(shè)備之間型號(hào)與尺寸不匹配；(6)業(yè)主臨時(shí)變更。

本文結(jié)合美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)(National Building Information Modeling Standard， NBIMS)，有針對(duì)性地選擇和參考了該標(biāo)準(zhǔn)的影響因素，并且通過文獻(xiàn)計(jì)量補(bǔ)充了其他項(xiàng)目與生產(chǎn)率相關(guān)的所有BIM特征，將這些對(duì)生產(chǎn)率產(chǎn)生影響的情況可進(jìn)一步歸納為經(jīng)濟(jì)類因素、組織類因素、管理類因素、技術(shù)類因素三類，再進(jìn)一步細(xì)分為二級(jí)影響因素，如表1所示。

圖1 設(shè)計(jì)沖突導(dǎo)致方案變更圖示

影響因素一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)作用方式組織類因素合同模式明確參與方的責(zé)權(quán)利,在法律層面保障BIM在項(xiàng)目中有效實(shí)施[32]BIM團(tuán)隊(duì)模式BIM培訓(xùn)以及團(tuán)隊(duì)成員之間的協(xié)同合作模式[33]組織參與方的支持度組織參與方對(duì)BIM應(yīng)用支持和認(rèn)可會(huì)主動(dòng)打破傳統(tǒng)工作模式,決定BIM的持續(xù)實(shí)施及BIM應(yīng)用深度[34]管理類因素設(shè)計(jì)變更設(shè)計(jì)變更會(huì)影響項(xiàng)目進(jìn)度以及帶來資金損失等質(zhì)量控制(返工)返工影響項(xiàng)目進(jìn)度及施工質(zhì)量[35]信息請(qǐng)求次數(shù)模型集成施工安裝所需信息,減少請(qǐng)求次數(shù)準(zhǔn)時(shí)完成避免延誤導(dǎo)致的進(jìn)度滯后和費(fèi)用增加風(fēng)險(xiǎn)控制提高施工的可預(yù)見性,協(xié)助發(fā)現(xiàn)、識(shí)別與防范風(fēng)險(xiǎn)[36]技術(shù)類因素BIM建模精度建模粒度、表現(xiàn)方法及精確性,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工現(xiàn)狀更新模型以反映施工現(xiàn)狀的能力[34]數(shù)據(jù)豐富度支持BIM預(yù)期用途的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)水平,概念階段的BIM與設(shè)計(jì)階段的BIM數(shù)據(jù)包含水平不同,模型中數(shù)據(jù)覆蓋設(shè)計(jì)、施工生產(chǎn)過程相關(guān)的信息[36]數(shù)據(jù)交換和信息共享程度實(shí)現(xiàn)信息共享,減少信息傳遞的損失和錯(cuò)誤BIM軟件功能軟件在可拓展性、可視化效果、參數(shù)化建模的方便程度、協(xié)同性、算量的準(zhǔn)確性、模擬性、優(yōu)化能力、2D 出圖能力、建模能力等[33]

2 項(xiàng)目BIM成熟度評(píng)價(jià)

2.1 BIM成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)

為綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目BIM應(yīng)用水平，應(yīng)該對(duì)項(xiàng)目生產(chǎn)率數(shù)據(jù)綜合量化BIM影響，本文結(jié)合成熟度模型的基本理論，參考美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)，將BIM從滯后到提高再到優(yōu)化的過程分為10個(gè)階段。其成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)需要包含以下特點(diǎn)：(1)針對(duì)性：能夠客觀反映施工安裝生產(chǎn)率，針對(duì)BIM技術(shù)對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率帶來的改變來做出選擇；(2)可操作性：定量分析要有可量化的結(jié)果，定性分析要能真實(shí)客觀地反映需要評(píng)價(jià)的情況；(3)全面性：指標(biāo)要反映影響模型中的幾大要素，保證評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)可靠。

層次分析法能將定性與定量相結(jié)合，是適用于系統(tǒng)中多層次、多目標(biāo)決策問題的決策方法，基本原理可歸納為兩兩比較標(biāo)度與判斷原理、遞接層次結(jié)構(gòu)原理及層次排序原理[37]?；谠摲椒ǜ叨鹊倪壿嬓浴⒑?jiǎn)潔性、整體性和實(shí)用性，且因素的層次構(gòu)造明顯，結(jié)合建筑施工項(xiàng)目BIM應(yīng)用影響因素層次較多的特點(diǎn)，本研究采用層次分析法 (Analytic Hierarchy Process，AHP)，先將勞動(dòng)生產(chǎn)率影響因素定性的分為兩個(gè)層次，再定量對(duì)比兩個(gè)層次中各影響因素間權(quán)重，描述各影響因素的重要性，作為后續(xù)研究中評(píng)價(jià)單個(gè)項(xiàng)目BIM成熟度的基礎(chǔ)，如表2～5所示。

表2 第一層因素影響程度比較

表3 組織類因素下各因素影響程度比較

表4 管理類因素下各因素影響程度比較

表5 技術(shù)類因素下各因素影響程度比較

根據(jù)表2計(jì)算可得判斷矩陣λmax=3.0385，第一層各影響因素權(quán)重為W=[W組織因素，W技術(shù)因素，W管理因素]=[0.1506，0.3715，0.9161]；一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)=(3.0385-3)÷(3-1)=0.01925；一次性比率CR=CI/RI=0.01925÷0.5149=0.0374<0.1，滿足一致性要求。

根據(jù)表3計(jì)算可得判斷矩陣λmax=3.0037，各因素的權(quán)重為W=[W合同模式，WBIM團(tuán)隊(duì)模式，W組織參與方的支持度]=[-0.1640，-0.4629，-0.8711]；一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)=(3.0037-3)÷(3-1)=0.00385；一次性比率CR=CI/RI=0.00385÷0.5149=0.0074<0.1，滿足一致性要求。

根據(jù)表4計(jì)算可得判斷矩陣λmax=5.1621，各因素權(quán)重為W=[W設(shè)計(jì)變更，W準(zhǔn)時(shí)完成，W質(zhì)量控制，W風(fēng)險(xiǎn)控制，W信息請(qǐng)求次數(shù)]=[0.8277，0.4935，0.2365，0.1040，0.0685]；一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)=(5.1621-5)÷(5 - 1)=0.0405；一次性比率CR=CI/RI=0.0405÷1.1185=0.0362<0.1，滿足一致性要求。

根據(jù)表5計(jì)算可得判斷矩陣λmax=4.1170，各因素權(quán)重為W=[WBIM建模精度，W數(shù)據(jù)豐富度，W數(shù)據(jù)交換與信息共享程度，WBIM軟件功能]=[0.8880，0.4121，0.1847，0.0869]；一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)=(4.1170-4)÷(4-1)=0.039；一次性比率CR = CI / RI = 0.039÷0.8931= 0.0437 < 0.1，滿足一致性要求。

2.2 項(xiàng)目成熟度評(píng)價(jià)

會(huì)議中心安裝工程BIM模型如圖圖2所示。

圖2 會(huì)議中心安裝工程BIM模型

針對(duì)建筑行業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的各個(gè)影響因素，通過文獻(xiàn)分析出其影響力大小，分析現(xiàn)階段BIM在勞動(dòng)生產(chǎn)率方面的應(yīng)用成熟度水平。勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響因素權(quán)重乘以成熟度評(píng)分得出成熟度等級(jí)，最后建立BIM成熟度與生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

BIM成熟度評(píng)價(jià)模型的概念最早是由美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)提出的，將BIM 的 11 個(gè)特征作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并把每個(gè)指標(biāo)分成 10 個(gè)不同等級(jí)的成熟度，其中 1 級(jí)表示最不成熟，10 級(jí)表示最成熟，分別賦予 11 個(gè)指標(biāo)不同的權(quán)重值，采用百分制按照項(xiàng)目實(shí)際BIM應(yīng)用情況進(jìn)行打分，評(píng)價(jià)項(xiàng)目BIM應(yīng)用成熟度。

本文根據(jù)現(xiàn)有成熟度理論的研究思路和方法，綜合參考美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提出的打分體系，對(duì)BIM在施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率方面應(yīng)用的成熟度水平進(jìn)行分析研究。將BIM在施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率效益方面影響情況以及從滯后到提高再到優(yōu)化過程中有序的分為10個(gè)階段。不同層級(jí)代表了10個(gè)不同的成熟度，1級(jí)最不成熟，10級(jí)最成熟。概括來說，每項(xiàng)指標(biāo)的等級(jí)對(duì)應(yīng)大致為：(1)無實(shí)施；(2)開始認(rèn)識(shí)；(3)有限認(rèn)識(shí)；(4)完全認(rèn)識(shí)；(5)有限控制；(6)完全控制；(7)有限整合；(8)完全整合；(9)有限優(yōu)化；(10)完全優(yōu)化。每個(gè)階段BIM在施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率方面的應(yīng)用與優(yōu)化的過程，也是使用BIM使施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率逐步提高的過程。初步階段是BIM技術(shù)應(yīng)用不成熟，對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率的各個(gè)因素影響幾乎為0，隨著BIM應(yīng)用的逐漸成熟，勞動(dòng)生產(chǎn)率將逐步提升，向更高的成熟等級(jí)邁進(jìn)。

本文對(duì)武漢某酒店及某會(huì)議中心兩個(gè)案例進(jìn)行對(duì)比，以某酒店項(xiàng)目作為對(duì)照對(duì)象，某會(huì)議中心項(xiàng)目作為研究對(duì)象，變量為在施工方面BIM的應(yīng)用程度。下面為兩個(gè)案例的基本情況。

(1)武漢某會(huì)議中心工程

本工程的建筑總面積約為170000 m2，機(jī)電安裝工程包括給排水、電氣、通風(fēng)以及空調(diào)三大分部和若干子分部，風(fēng)管有110000 m2，設(shè)備約1300 臺(tái)，各類水管共計(jì)124 km，橋架7300 m，各類閥門大約18000 個(gè)，電線管約92000 m，電纜約71000 m，電線約300000 m，末端(開關(guān)、插座、燈具、風(fēng)口、風(fēng)閥、噴頭)共計(jì)約200000 個(gè)。

(2)武漢某酒店工程

酒店建筑總面積240360.6 m2，其中地下建筑面積46499.6 m2，地上建筑面積193861.0 m2。工程建筑共21層，建筑高度94.45 m，屬于一類高層。

酒店項(xiàng)目與會(huì)議中心的建設(shè)項(xiàng)目毗鄰，由一條聯(lián)絡(luò)通道連接，因此兩個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的氣候條件、地理位置、地質(zhì)情況等因素相近。除此以外，兩個(gè)建設(shè)項(xiàng)目是由一個(gè)建設(shè)單位管理，不同總承包單位承建，總承包單位資質(zhì)均為機(jī)電工程施工總承包一級(jí)，因此數(shù)據(jù)具有一定可比性。對(duì)會(huì)議中心進(jìn)行成熟度評(píng)價(jià)如下：

合作模式：由建設(shè)單位委托專業(yè)咨詢團(tuán)隊(duì)協(xié)助BIM應(yīng)用，有專門確保執(zhí)行BIM的制度，有特定的負(fù)責(zé)人確保執(zhí)行，得6分。

團(tuán)隊(duì)模式：項(xiàng)目進(jìn)行過程中BIM實(shí)施有專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行模型的更新與展示，顯現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)良好的溝通模式，得5分。

組織參與方支持度：在建設(shè)單位負(fù)責(zé)人的協(xié)調(diào)下，組織項(xiàng)目參與方對(duì)咨詢團(tuán)隊(duì)較為支持，主動(dòng)提供數(shù)據(jù)及配合進(jìn)行模型的校核，得6分。

設(shè)計(jì)變更： 項(xiàng)目進(jìn)行初期發(fā)現(xiàn)了大量設(shè)計(jì)問題并進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，在施工期間出現(xiàn)的變更進(jìn)行快速的模型反饋，并預(yù)見其影響，得5分。

質(zhì)量控制： BIM的碰撞檢查功能有效避免管道碰撞，能有效減少返工，并且有效預(yù)見施工目標(biāo)，得6分。

信息請(qǐng)求次數(shù)：BIM使資料更便于管理，減少變更返工，信息請(qǐng)求次數(shù)相應(yīng)減少，得4分。

準(zhǔn)時(shí)完成：施工安裝進(jìn)度模擬減少了變更和返工，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素不能預(yù)見，得5分。

風(fēng)險(xiǎn)控制：BIM可對(duì)施工安裝進(jìn)行管理，規(guī)避一部分風(fēng)險(xiǎn)，得6分。

建模精度：項(xiàng)目以運(yùn)用BIM服務(wù)運(yùn)維管理為目標(biāo)，建模精度為L(zhǎng)OD(Level of Details)最高等級(jí)，但鑒于施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整較多，部分調(diào)整被很快隱蔽，因此模型不能完全反映施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，存在一定滯后性，得4分。

數(shù)據(jù)豐富度：項(xiàng)目BIM應(yīng)用從設(shè)計(jì)階段持續(xù)到運(yùn)維階段，模型中數(shù)據(jù)覆蓋設(shè)計(jì)、施工生產(chǎn)過程相關(guān)的部分信息，積累了豐富的設(shè)計(jì)目標(biāo)、施工數(shù)據(jù)及運(yùn)維資料，得5分。

數(shù)據(jù)交換與信息共享程度：使用BIM通用IFC(Industry Foundation Classes)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，得5分。

BIM軟件功能：采用主流BIM建模及協(xié)同軟件，進(jìn)行碰撞檢查與施工方案模擬，并利用模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的持續(xù)協(xié)調(diào)，可視化效果較好，且可操作性較強(qiáng)，但出圖能力較差，得4分。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。

表6 成熟度等級(jí)打分

表6表明該工程BIM的成熟度等級(jí)為5級(jí)，成熟度水平中等偏上，12個(gè)影響指標(biāo)中設(shè)計(jì)變更對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響最大，質(zhì)量控制(返工)次之，主要的影響因素為設(shè)計(jì)變更、質(zhì)量控制、準(zhǔn)時(shí)完成、BIM建模精度等。

3 勞動(dòng)生產(chǎn)率測(cè)算

進(jìn)行單個(gè)項(xiàng)目成熟度評(píng)價(jià)后，再分析與測(cè)算該項(xiàng)目與一般對(duì)照對(duì)象的建筑管線施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率，建立BIM成熟度與生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析BIM與勞動(dòng)生產(chǎn)率變化的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而分析BIM技術(shù)應(yīng)用對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響。

為統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率，收集了工程圖紙、施工組織設(shè)計(jì)、周報(bào)等工程資料。并通過對(duì)非結(jié)構(gòu)化的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)、分析及測(cè)算對(duì)比，具體流程如下

(1)收集數(shù)據(jù)與資料。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、檢查，獲取有關(guān)生產(chǎn)人員、生產(chǎn)對(duì)象及生產(chǎn)實(shí)際完成情況等信息。

(2)整理數(shù)據(jù)。對(duì)300多份周報(bào)中與生產(chǎn)相關(guān)的5000多條生產(chǎn)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，提取風(fēng)管、水管、噴淋管、水管支架及橋架的現(xiàn)場(chǎng)拼裝安裝等施工安裝任務(wù)對(duì)應(yīng)的工作量、班組人數(shù)及工作時(shí)長(zhǎng)等信息(根據(jù)GB 50500-2013《建設(shè)工程工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》所規(guī)定的工程量單位)。

(3)勞動(dòng)生產(chǎn)率計(jì)算。本研究采用通用的勞動(dòng)生產(chǎn)率計(jì)算公式，如式(1)所示。

(1)

(4)數(shù)據(jù)對(duì)比。對(duì)比不同項(xiàng)目的勞動(dòng)生產(chǎn)率，研究BIM對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率的影響。

依照上述步驟，本研究勞動(dòng)生產(chǎn)率計(jì)算結(jié)果如表7，8所示。

表7 某酒店勞動(dòng)生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)

表8 某會(huì)議中心勞動(dòng)生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表6，7的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將兩個(gè)工程的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如表9所示。

表9 BIM使用程度不同情況下勞動(dòng)生產(chǎn)率比較

上述數(shù)據(jù)表明，在研究的五個(gè)安裝工程方面，應(yīng)用BIM程度較高的會(huì)議中心項(xiàng)目勞動(dòng)生產(chǎn)率比酒店項(xiàng)目勞動(dòng)生產(chǎn)率高，且在風(fēng)管安裝、水管安裝、噴淋管道安裝等方面尤為明顯。

4 BIM與生產(chǎn)率灰色關(guān)聯(lián)模型構(gòu)建

(1)確定參考數(shù)列及比較數(shù)列

設(shè)定BIM對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率影響因素的參考數(shù)列為BIM應(yīng)用程度低或未使用的管道安裝的勞動(dòng)生產(chǎn)率，記作X0；設(shè)定比較數(shù)列為BIM使用程度較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，記作X1。每一項(xiàng)數(shù)據(jù)依據(jù)BIM使用程度的不同分為k級(jí)，分別進(jìn)行比較，k=1,2,…,5，原始數(shù)據(jù)如表10所示。兩項(xiàng)數(shù)據(jù)分別表示影響安裝工程勞動(dòng)生產(chǎn)率的兩個(gè)方面，依照灰色關(guān)聯(lián)模型原理進(jìn)行計(jì)算。

(2)無量綱化處理

無量綱化采用初值化法，初值化即用每一數(shù)列的其他數(shù)Xi(k)除以第一個(gè)數(shù)Xi(1)，初值變換的計(jì)算公式為：

(2)

計(jì)算得到無量綱化處理后的初值化序列如表10所示。

表10 無量綱化處理結(jié)果

(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)模型及其計(jì)算方法和式(2)，計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)ξi(k)，根據(jù)得到的無量綱化初始值處理結(jié)果，經(jīng)過比較得：

然后根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算式(2)，計(jì)算各因數(shù)的關(guān)聯(lián)度系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表11所示。采用求平均值法將因素的多個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個(gè)值，代入近似式(3) 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度。

(3)

式中：ri為曲線Xi對(duì)參考曲線X0的關(guān)聯(lián)度，ri越大關(guān)聯(lián)程度越大，對(duì)X0的影響程度越大。依據(jù)計(jì)算結(jié)果比較可以得出：r1=0.9942，ξ1(1)>ξ1(3)>ξ1(5)>ξ1(4)>ξ1(2)，如表11所示。

表11 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

(4)結(jié)果分析

BIM對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率的關(guān)聯(lián)度較大，對(duì)管道安裝勞動(dòng)生產(chǎn)效率提高有顯著的影響。BIM應(yīng)用程度較高的會(huì)議中心項(xiàng)目勞動(dòng)生產(chǎn)率較酒店項(xiàng)目勞動(dòng)生產(chǎn)率高12.96%～28.49%。

5 結(jié) 語

本文首先通過文獻(xiàn)分析及施工現(xiàn)場(chǎng)工程資料記錄，得到BIM應(yīng)用過程中，對(duì)施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率有主要影響的因素是設(shè)計(jì)變更、質(zhì)量控制、準(zhǔn)時(shí)完成、BIM建模精度等；其次，評(píng)價(jià)會(huì)議中心項(xiàng)目的BIM應(yīng)用成熟度，建立BIM應(yīng)用與施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)率數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)模型量化作用效應(yīng)；再將會(huì)議中心與酒店項(xiàng)目生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比不同BIM應(yīng)用程度下勞動(dòng)生產(chǎn)率指標(biāo)。可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用BIM程度較高的會(huì)議中心項(xiàng)目的施工安裝勞動(dòng)生產(chǎn)效率較高，特別是風(fēng)管、水管、噴淋管道等對(duì)施工空間有較高要求的安裝對(duì)象，通過三維排布后精準(zhǔn)的支架和橋架安裝也能保證后續(xù)管道安裝的順利進(jìn)行。

研究還存在一定的局限性。首先，由于類似施工條件下工程案例也十分有限，因此本文研究對(duì)象僅有兩例，可獲取及可供對(duì)比的數(shù)據(jù)有限；其次，施工生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完整性不夠，施工周報(bào)數(shù)據(jù)存在缺失，記載完成度情況不夠明確等問題，無法完全反映實(shí)際情況。因此，后續(xù)研究應(yīng)集中于收集更廣泛的工程案例作為研究對(duì)象，采用更加完備和可靠的數(shù)據(jù)采集方法。