基于BIM技術(shù)的工程項目績效評價方法研究

林依豪1 徐 明2 饒平平1 項江繁3 王翔宇 王喜春

(1.上海理工大學(xué) 土木工程系, 上海 200093； 2.楊浦區(qū)規(guī)劃和土地管理局, 上海 200090；3.上海市金山區(qū)朱涇鎮(zhèn)城市綜合管理中心, 上海 201500； 4.上海延華智能科技(集團)股份有限公司, 上海 430073)

1 引言

BIM技術(shù)借助于計算機技術(shù)，將工程項目中包含材料信息、幾何數(shù)據(jù)等相關(guān)建筑信息的構(gòu)件有機地整合起來，形成一個建筑信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)信息數(shù)據(jù)庫中所有構(gòu)件的參數(shù)信息建立工程項目三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計師和工程師通過三維數(shù)據(jù)模型，能夠充分掌握各種建筑信息，能夠及時應(yīng)對未知問題，為協(xié)同工作提供堅實的基礎(chǔ)[1]。BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用不僅提高了工程質(zhì)量和施工效率，降低了項目的總體成本，為建筑業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的利益，還加快了建筑行業(yè)的科技發(fā)展，推動了工程建設(shè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型[2]。

BIM技術(shù)于2008年在國內(nèi)廣泛的流傳。經(jīng)過十年的發(fā)展，各建筑參建方從對BIM技術(shù)的不確定趨勢的觀望態(tài)度，轉(zhuǎn)變到施工企業(yè)開始積累和探索BIM技術(shù)在全生命周期中施工階段項目管理應(yīng)用，并逐步改善傳統(tǒng)粗放型的管理模式，向精細化項目管理模式轉(zhuǎn)變[3]。與此同時，政府部門也開始探索基于BIM技術(shù)的公共服務(wù)管理平臺，提升政府監(jiān)管水平和相關(guān)建設(shè)單位以及設(shè)計單位的管理能力。在BIM技術(shù)發(fā)展的十年間，大多數(shù)建筑企業(yè)和建筑各參建方都一致認同BIM技術(shù)能為項目運行帶來巨大的價值，甚至，有些企業(yè)夸大了BIM技術(shù)的優(yōu)勢，認為BIM技術(shù)可以解決一切問題。僅僅是感官上認為BIM技術(shù)可以解決許多工程難題，對于如何高效地使用BIM技術(shù)，怎么利用BIM技術(shù)能帶來更高的價值，應(yīng)用BIM技術(shù)能產(chǎn)生哪些經(jīng)濟價值點都沒有清晰的認識。當(dāng)然，也有一部分企業(yè)對于運用BIM技術(shù)到底值不值都產(chǎn)生了疑問。

為了推動BIM技術(shù)更好地實施落地，量化BIM技術(shù)對工程項目的推進作用，明確BIM應(yīng)用目標(biāo)與應(yīng)用結(jié)果的指向關(guān)系。本文根據(jù)BIM技術(shù)對工程項目績效的影響，結(jié)合績效評價方法，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的工程項目績效評價體系[4-5]。

2 工程項目績效評價指標(biāo)

通過對上海市63個BIM試點項目進行調(diào)研(調(diào)研結(jié)果如圖1所示)，BIM技術(shù)對工程項目績效所產(chǎn)生影響主要集中在縮短工期、節(jié)約成本、提高質(zhì)量、提高管理效率、提高安全性以及數(shù)據(jù)資產(chǎn)的積累六個方面。其中認為提高質(zhì)量以及提高管理效率，共計57個，占比高達90%。

圖1 BIM試點項目調(diào)研結(jié)果

根據(jù)文獻歸納及調(diào)研結(jié)果，結(jié)合項目 “三控、三管、一協(xié)調(diào)”[6]，本文從進度控制能力、成本控制能力、質(zhì)量控制能力、安全管理能力及管理效率五個方面進行項目績效評價[7]，并構(gòu)建如表1所示的層次結(jié)構(gòu)模型。

表1 工程項目績效評價指標(biāo)結(jié)構(gòu)模型

3 構(gòu)建工程項目績效評價模型

3.1 工程項目績效評價方法

基于BIM技術(shù)的工程項目的評價過程是抽象的。建筑各參建方對BIM應(yīng)用的能力或者實踐經(jīng)驗不同，都會給項目績效價值來源帶來許多不確定性。因此，本文提出一種復(fù)合型評價方法(如圖2所示)。首先，通過搜集國內(nèi)外核心期刊中提及的應(yīng)用價值點、績效評價指標(biāo)及實際工程項目中BIM應(yīng)用價值點和改變量，建立層次分析結(jié)構(gòu)模型。將復(fù)雜的評價對象分成若干個小對象，按照對象之間的聯(lián)系逐個劃分層級。接著，建立決策矩陣用于數(shù)據(jù)處理，以確定每個層級的權(quán)重指標(biāo)。需要注意的是，決策矩陣需滿足一致性檢驗，否則需重新構(gòu)建決策矩陣[8]。最后，使用模糊綜合評價法，構(gòu)造模糊綜合評價矩陣，并進行工程績效的綜合評價。

圖2 工程項目績效評價方法流程圖

基于BIM技術(shù)的工程項目績效評價方法結(jié)合了層次分析法和模糊綜合評價法的優(yōu)點，并加入文獻統(tǒng)計和工程實踐數(shù)據(jù)的方式，從而降低了層次分析法的主觀性，大大提高了評估體系的準確性和全面性。

3.2 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

層次分析法結(jié)合了定性分析與定量分析的特點，將人的主觀判斷轉(zhuǎn)化成定量的客觀依據(jù)。層次分析法的基本原理是將一件事分解成多個系統(tǒng)，然后使這些系統(tǒng)之間相互制約和關(guān)聯(lián)，再根據(jù)數(shù)學(xué)原理將其劃分層幾個層級，最后通過分析計算，得出最終結(jié)果。其基本步驟共分為四步[9-10]：

(1)構(gòu)建評價問題的層次結(jié)構(gòu)模型。層次結(jié)構(gòu)模型一般分為目標(biāo)、準則和方案層三個層級。目標(biāo)層包括的是評價決策的目標(biāo)，準則層主要涵蓋決策對象的若干影響因素，方案層則是為了達到目標(biāo)層而提出的各種方案和措施?；贐IM技術(shù)的工程項目績效評價的層次結(jié)構(gòu)模型如圖3所示；

圖3 層次結(jié)構(gòu)模型

(2)構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣是通過層級之間的兩兩對比，并賦值產(chǎn)生的矩陣,判斷矩陣的形式如下:

其中，bij表示對于準則A而言，方案層B中的元素bi與bj元素比較得到的二者之間的相對重要程度。bi、j的取值可以是根據(jù)資料、歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)或是專家意見和經(jīng)驗來確定的。本文引入9分位標(biāo)度法進行要素間的定量描述。

(3)計算各層級之間的排列順序。在確定判斷矩陣之后，對層次結(jié)構(gòu)進行排序，分別計算每個判斷矩陣每個方案層所對應(yīng)準則層、目標(biāo)層的權(quán)重。計算步驟如下：

1)將判斷矩陣歸一化為下列結(jié)果：

2)將每一列經(jīng)歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為(Wi為各要素的權(quán)重)：

(4)一致性檢查

一個正確的判斷矩陣，其重要性排序是有一定邏輯規(guī)律的。例如，當(dāng)A比C更重要，而B稍微比C重要時，很明顯A必須比B更重要。如果判斷結(jié)果與之相違背，那么判斷將是不合理的。因此，在實際操作中需要進行一致性檢查。只有通過一致性檢驗，才能認為判斷矩陣計算的權(quán)重和結(jié)果分析是合理的。

在進行一致性檢查時，需計算判斷矩陣的一致性指標(biāo)C.I.，隨機一致性比率C.R.以及判斷矩陣的最大特征值λmax。

基于此，本文利用層次分析法確定各評價指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)專家評判以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，構(gòu)造出6個判斷矩陣。如表2-7所示。

表2 準則層要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=5.384，隨機一致性比率C.R.=0.077<0.1，故判斷矩陣具有可以接受的一致性。

表3 進度控制能力要素判斷矩陣

判斷矩陣λmax=2，隨機一致性比率C.R.=0<0.1，故判斷矩陣具有完全一致性。

表4 成本控制能力要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=2，隨機一致性比率C.R.=0<0.1，故判斷矩陣具有完全一致性。

表5 質(zhì)量控制能力要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=3.029，隨機一致性比率C.R.=0.014<0.1，故判斷矩陣具有可以接受的一致性。

判斷矩陣的最大特征值λ=2，隨機一致性比率C.R.=0<0.1，故判斷矩陣具有完全一致性。

表7 管理效率要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=3.036，隨機一致性比率C.R.=0.03<0.1，故判斷矩陣具有可以接受的一致性。

3.3 模糊綜合評價

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的評價方法，它利用隸屬度理論對隱藏信息進行數(shù)字化處理。 并最終作出較為科學(xué)且貼近實際的綜合性評價[11]。 具體步驟如下：

4 案例分析

本文以已完成驗收的某個BIM試點項目為例，進行工程績效評價分析，工程基本情況如表8所示。

表8 工程基本情況

(續(xù))

根據(jù)層次分析法計算結(jié)果得：

W=(0.232,0.296,0.130,0.096,0.246)

WT=(0.25,0.75)

WC=(0.5,0.5)

WQ=(0.405,0.481,0.114)

WS=(0.5,0.5)

WE=(0.327,0.413,0.260)

根據(jù)各自權(quán)重得出一級指標(biāo)綜合評價：

ST=WT·RT=(0.625,0.3,0.075,0)

SC=WC·RC=(0.525,0.425,0.05,0)

SQ=WQ·RQ=(0.5,0.42,0.08,0)

SS=WS·RS=(0.22,0.78,0,0)

SE=WE·RE=(0.6,0.3,0.1,0)

所以，工程項目績效評價矩陣為：

S=(0.494,0.445,0.061,0)

根據(jù)最大隸屬度原則，本項目整體績效評價結(jié)果為優(yōu)。從五個層面結(jié)果來看，進度控制能力、成本控制能力、質(zhì)量控制能力及管理效率表現(xiàn)結(jié)果均為優(yōu)，僅安全管理能力為良。因此，需要適當(dāng)加強項目安全管理的能力。

5 結(jié)論

本文運用綜合評價理論和信息技術(shù)評價方法，分析了BIM應(yīng)用的工程績效評價問題，得出以下結(jié)論：

(1)本文通過對63個BIM試點項目進行專家調(diào)研，并結(jié)合文獻應(yīng)用及BIM試點項目資料分析，共總結(jié)出一級指標(biāo)5項，二級指標(biāo)12項，并基于此構(gòu)建工程績效評價層次結(jié)構(gòu)模型。

(2)本文根據(jù)專家調(diào)研結(jié)果，深入分析工程績效評價中BIM技術(shù)所產(chǎn)生的價值，并利用層次分析法確定各個指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。最后，通過模糊綜合評價法建立模糊矩陣，處理數(shù)據(jù)并得出最終評價結(jié)果。

(3)在全行業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的環(huán)境下，業(yè)界普遍認為BIM技術(shù)可以帶來較高的經(jīng)濟價值，但是該觀點缺少強有力的評價體系支撐。本文選取BIM試點項目進行工程績效評價，驗證了評價模型的可行性，為構(gòu)建科學(xué)、完善、合理的BIM應(yīng)用的工程項目績效評價體系奠定了良好的基礎(chǔ)。